西门子扩展模块6ES7531-7KF00-0AB0
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概述
工业以太网的网络性能和网络技术
组合使用时，与原来的 10 Mbpps 技术相比，当前工业以太网技术可显著提高网络性能。 这些技术包括：
快速以太网 ，传输速率 100 Mbps：
与 10 Mbps 相比，报文传输速度要快很多，占用电缆的时间极短。 针对快速以太网 (Fast Ethernet)，提供了一个 4 线制 FastConnect 布线系统 (Cat5e)，包括电缆、插头和插座。千兆以太网 ，传输速率 1 Gbps：
千兆以太网比快速以太网快 10 倍，电缆占用时间仅为其十分之一。 针对千兆以太网，提供了一个 8 线制 FastConnect 布线系统 (Cat6)，包括电缆、插头和插座。千兆以太网 ，传输速率 10 Gbps：
与 1 Gbps 以太网相比，10 Gbps 以太网的速度是其 10 倍。全双工 可防止冲突：
在两个交换机之间可发送和接收数据。 全双工连接的数据吞吐量对于快速以太网为 200 Mbps，对于千兆以太网为 2 Gbps。 采用全双工传输时，网络可覆盖更大距离。 这意味着，例如，采用玻璃光纤电缆可以实现 200 km 的远距离。
常见帧重复问题的避免显著地提高了数据吞吐量。交换 可降低网络数据流量：
交换机动态地“连接”当前正在通信的那些站。 在整个网络中，几条报文可传送， 大大提高了网络的功能。 性能上的提升源于这样一个事实，即，多个消息帧可以流经交换机（它们之间如同并行地传输）。使用自动交叉功能， 支持发送线和接收线在双绞线接口自动交叉。
自动检测 描述的是网络节点（数据终端和网络部件）的特性，即自动检测信号的传输速率（10 Mbps、100 Mbps 或 1 Gbps），并支持自动协商功能。
自动协商 是快速以太网的配置协议。 在启动实际数据传输前，网络设备自动协商设备支持的一种传输模式（1000 Mbps、100 Mbps 或 10 Mbps，全双工或半双工）。
以太网交换技术
工业以太网具有以下功能：
根据可用接口数量，交换机用来临时或动态地将几个子网或站彼此连接。
根据终端的以太网（MAC）地址，过滤数据传输，局部数据传输依旧保持局部，并且交换机只传送到其它子网络用户的数据。
与传统的以太网网络相比扩大了可连接的终端数。
限制受影响子网络的错误传输。
交换技术具有以下优点：
提供了形成子网络和网络段的能力。
由于数据通信的结构化，提高了数据吞吐量，从而提高了整体网络性能。
简单的网络配规则。
通过连接各个冲突域/子网络，可不受限制地扩展网络范围。
实现现有网络的简单、无障碍的扩展。
全双工
全双工（FDX）是一种网络运行方式，与半双工相比，在全双工时，终端可以发送和接收数据。 采用 FDX 时，终端内的冲突检测功能是自动关闭的。
FDX的一个先决条件是使用有独立发送和接收通道的传输介质（如 FO 和 ITP），并且所使用的部件有保存数据的能力。 FDX 连接中不会出现冲突，支持 FDX 的部件能以正常的传输率发送和接收。 数据吞吐量是网络额定传输速率的两倍，也就是，对于常规以太网为 20 Mbps，对于快速以太网为 200 Mbps。 千兆以太网可达到 2000 Mbps。
FDX 的其它优点是网络规模提高。
通过关闭激活冲突机制，FDX 能使二个部件间的距离增大到超过一个冲突域的范围。 使用全双工功能，有可能使所用的发送和接收部件的传送距离达到其性能极限。 这对与光纤部件的连接尤为重要。 在使用玻璃光缆时，两个交换机之间可达到长 200 km 的距离。
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通过交换式全双工增加性能
自动检测/自动协商
自动检测描述的是网络节点（数据终端和网络部件）的特性，即自动检测信号的传输速率（10 Mbps、100 Mbps 或 1000 Mbps），并支持自动协商功能。
自动协商是双绞线的配置协议。 它使节点在发送个数据包之前为传输而协商传输率：
10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps 或 10 Gbps
全双工或半双工
为了保证一个特定的传输速率，也可以关闭自动协商。
自动检测的优点是，所有以太网部件实现互操作性。
不支持自动检测的常规以太网组件可与支持自动检测的快速以太网组件和新的千兆以太网组件组合使用。
自动交叉
自动交叉功能可在双绞线接口上自动交叉发送线和接收线。 这意味着不再需要交叉连接线（例如 TP XP 线）。
高速冗余协议 (HRP)
出错误后的快速网络重构是工业应用不可缺少的特性。 否则，连接的终端会关闭逻辑通讯链路。 导致控制过程停止或系统的紧急停机。
为了取得极快速的响应时间，使用了各种标准化协议。 用这种过程，可在几分之一秒时间内重构一个可用网络。
由 50 个交换机组成的光纤环中，网络故障后（如断线或交换机故障）能够在不到 300 ms 内完成重构。
除了在光纤环中实现高速介质冗余外，工业以太网还提供有环网或网段的高速冗余耦合所需的功能。 在每种情况下，可通过两个交换机来耦合任何拓扑中的环网或网段。
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具有高速冗余性的光纤网络拓扑结构
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具有高速冗余性的电网络拓扑结构
介质冗余协议 (MRP)
另一种可以获得更高系统可用性的选项功能是 PROFINET MRP。 一方面，可通过交换机来实现介质冗余；另一方面，可通过 SIMATIC 控制器上的 PROFINET 接口和分布式 I/O 来实现介质冗余。 由于采用 MRP 协议 (IEC 61158 Type 10)，可实现小于 200 ms 的重构时间，具体取决于站数。
如果环网在某个点处中断，则可立即进行重构，所有通信节点仍可访问。
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SCALANCE X101-1/X101-1LD 电气/光学环网拓扑结构
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光学星形拓扑结构，带SCALANCE X101-1/X101-1LD和远程SCALANCE W接入点
无缝冗余
对于在重组态时间方面要求极高的某些应用，冗余网络的构建可能不需要任何重组态时间（无缝冗余）。
为此，PROFINET 提出了 MRPD（计划重复介质冗余）标准。 该技术基于拓扑优化的 IRT 通信。
IEC 62439-3 标准有两种可以使用的其它解决方案，即高可用性无缝冗余（HSR）和并行冗余协议（PRP）。
全部这些方法有利于网络运行不因故障（例如， 线断）而被中断。 其实现方法是，在发送方重复数据包，并通过不同通路将它们发送给接收方。
