工业级NAT耦合器：实现三菱设备跨IP网段高效通讯解决方案

一、项目背景与痛点

某新能源汽车零部件制造企业的智能工厂中，分布着16台三菱PLC（包括Q系列、FX5U系列），分别部署在冲压、焊接、涂装、总装四大车间的8个不同子网（如192.168.1.x、192.168.2.x、192.168.3.x等）。

原有网络架构存在以下核心问题：

（1） 解决新购置设备 IP 不能修改， 而无法接入网络问题

（2） 通过 NAT 转换，解决不同网段的设备无法通信的问题

JM-WG310-NAT-S规格书

（3） 通过 IP 重命名，实现生产网络的 IP 统一规划和管理问题

（4） 通过 IP 重命名，解决隐藏设备真实 IP，防止网络攻击问题

（5） 通过防火墙网段隔离和端口限制，有效提抗网络干扰和攻击能力

隔离器功能说明:

JM-WG310-NAT-S 网段隔离器适用于生产网络对 PLC、HMI、CNC、DCS、MES 等网络通讯和数据采集，兼有 跨网段隔离和 IP 转换的功能。

JM-WG310-NAT-S 同时支持 4 台以上设备（如 PLC、CNC 等）网段隔离和 NAT 转换；车间多个设备，如果有不同网段的 IP 地址，则可以统一成同一网段的 IP 地址，进行设备（PLC、CNC） 的在线编程、数据采集、远程管理等各种跨网段访问。

JM-WG310-NAT-S 网段隔离器具备五个物理性以太网接口、一个 WIFI 接口， WAN（单端口，FE0）、WWAN（WIFI 接口，RF）和 LAN（FE1-FE4）（四端口）分别具备独立的联网能力，其中 LAN（FE1-FE4）口可以为四个具备交换机功能的 LAN 口，也可以分隔为 4 个不同 LAN 口；主要用于连接工 业现场设备（PLC、CNC 等）；WAN 以太网口和 WIFI 接口， 主要用于上位机的连接。 JM-WG310-NAT-S 网段隔离器可以通过 WAN 和 LAN 不同防火墙区域进行网段隔离；通过 NAT 和 IP 映射 实现 LAN 口 IP 映射到 WAN 口 IP，实现不改变设备 IP 地址（IP 重复和冲突都不影响上层网络）就可以接入 网络， 通过隔离器的自定义设备 IP 地址，实现 IP 地址的统一规划。

二、捷米特JM-WG310-NAT-S解决方案架构

核心设备：捷米特JM-WG310-NAT-S网段隔离器（支持4个千兆以太网口、NAT地址转换、静态路由、防火墙功能）。

网络拓扑：

1. 设备接入层：将16台三菱PLC按车间划分为8个组，每组2台PLC接入JM-WG310-NAT-S的LAN1-LAN4端口（每组对应1个独立子网）。

2. 协议转换层：JM-WG310-NAT-S通过NAT技术将各子网的PLC私有IP（如192.168.1.x）映射为统一的公共IP段（如10.0.0.10-10.0.0.25），并通过静态路由实现跨网段数据转发。

3. 核心管理层：网关WAN口连接至工厂核心交换机，将转换后的PLC数据推送至MES系统和SCADA监控平台，实现集中管理。

三、实施步骤与关键配置

1. 硬件连接与IP规划

- PLC侧：保留原有IP配置（如冲压车间PLC1:192.168.1.10，PLC2:192.168.1.11），通过网线连接至JM-WG310-NAT-S的LAN1端口。

- 网关配置：

- LAN1参数：IP 192.168.1.254/24，网关 192.168.1.254（与PLC同网段）。

- WAN参数：IP 10.0.0.1/24，网关 10.0.0.254（连接核心网络）。

- NAT规则：将LAN1的PLC IP（192.168.1.10-192.168.1.25）映射为WAN侧的10.0.0.10-10.0.0.25。

2. 三菱PLC通信协议适配

- MELSEC协议配置：在PLC编程软件（GX Works3）中启用以太网通信，设置PLC的IP地址为原有网段（如192.168.1.10），端口号5007（默认值）。

- 跨网段通信测试：通过JM-WG310-NAT-S的Web管理界面，测试从核心网络（10.0.0.20）ping通映射后的PLC IP（10.0.0.10），验证通信链路畅通。

3. 网络安全与管理优化

- 防火墙规则：

- 禁止外部网络直接访问PLC私有IP（192.168.1.x），仅允许通过NAT后的公共IP（10.0.0.x）进行通信。

- 限制MES系统对PLC的访问权限，仅开放Modbus TCP（端口502）和MELSEC（端口5007）协议。

- 边缘计算功能：在JM-WG310-NAT-S中配置数据过滤规则，仅上传关键生产数据（如设备状态、工艺参数）至MES，减少网络带宽占用。

四、应用效果与价值

1. 跨网段通信效率提升：

- 数据传输延迟从平均200ms降至30ms以内，满足实时工艺协同需求。

- MES系统可实时获取16台PLC的完整数据链，生产报表生成时间从2小时缩短至10分钟。

2. IP管理与扩展灵活性：

- 新增设备无需修改IP，直接接入JM-WG310-NAT-S即可完成网络适配，部署周期从3天缩短至2小时。

- 支持未来扩展至32台PLC，只需增加1台JM-WG310-NAT-S并级联至核心网络。

3. 网络安全增强：

- 隐藏PLC真实IP地址，外部攻击风险降低90%以上。

- 通过防火墙规则和VPN加密，确保数据传输的完整性和机密性。

五、技术优势与行业借鉴

1. 协议兼容性：

- 无需修改PLC程序，直接支持三菱MELSEC协议与Modbus TCP的跨网段通信，兼容其他品牌设备（如西门子、欧姆龙）。

2. 边缘计算能力：

- 本地数据预处理减少云端负载，异常数据实时报警响应时间小于2秒。

3. 工业级可靠性：

- 支持-40℃至85℃宽温运行，适应车间高温、粉尘环境，平均无故障时间（MTBF）超过5万小时。

该方案为汽车制造、3C电子等离散制造业提供了标准化的跨网段通信模板，尤其适用于设备品牌多样、网络架构复杂的智能工厂场景。通过捷米特JM-WG310-NAT-S的灵活配置，企业可快速构建安全、高效的工业物联网架构，为工业4.0转型奠定基础。

审核编辑 黄宇