一、項目背景與痛點

某新能源汽車零部件制造企業(yè)的智能工廠中，分布著16臺三菱PLC（包括Q系列、FX5U系列），分別部署在沖壓、焊接、涂裝、總裝四大車間的8個不同子網(wǎng)（如192.168.1.x、192.168.2.x、192.168.3.x等）。

原有網(wǎng)絡架構(gòu)存在以下核心問題：

（1） 解決新購置設(shè)備 IP 不能修改， 而無法接入網(wǎng)絡問題

（2） 通過 NAT 轉(zhuǎn)換，解決不同網(wǎng)段的設(shè)備無法通信的問題

JM-WG310-NAT-S規(guī)格書

（3） 通過 IP 重命名，實現(xiàn)生產(chǎn)網(wǎng)絡的 IP 統(tǒng)一規(guī)劃和管理問題

（4） 通過 IP 重命名，解決隱藏設(shè)備真實 IP，防止網(wǎng)絡攻擊問題

（5） 通過防火墻網(wǎng)段隔離和端口限制，有效提抗網(wǎng)絡干擾和攻擊能力

隔離器功能說明:

JM-WG310-NAT-S 網(wǎng)段隔離器適用于生產(chǎn)網(wǎng)絡對 PLC、HMI、CNC、DCS、MES 等網(wǎng)絡通訊和數(shù)據(jù)采集，兼有 跨網(wǎng)段隔離和 IP 轉(zhuǎn)換的功能。

JM-WG310-NAT-S 同時支持 4 臺以上設(shè)備（如 PLC、CNC 等）網(wǎng)段隔離和 NAT 轉(zhuǎn)換；車間多個設(shè)備，如果有不同網(wǎng)段的 IP 地址，則可以統(tǒng)一成同一網(wǎng)段的 IP 地址，進行設(shè)備（PLC、CNC） 的在線編程、數(shù)據(jù)采集、遠程管理等各種跨網(wǎng)段訪問。

JM-WG310-NAT-S 網(wǎng)段隔離器具備五個物理性以太網(wǎng)接口、一個 WIFI 接口， WAN（單端口，F(xiàn)E0）、WWAN（WIFI 接口，RF）和 LAN（FE1-FE4）（四端口）分別具備獨立的聯(lián)網(wǎng)能力，其中 LAN（FE1-FE4）口可以為四個具備交換機功能的 LAN 口，也可以分隔為 4 個不同 LAN 口；主要用于連接工 業(yè)現(xiàn)場設(shè)備（PLC、CNC 等）；WAN 以太網(wǎng)口和 WIFI 接口， 主要用于上位機的連接。 JM-WG310-NAT-S 網(wǎng)段隔離器可以通過 WAN 和 LAN 不同防火墻區(qū)域進行網(wǎng)段隔離；通過 NAT 和 IP 映射 實現(xiàn) LAN 口 IP 映射到 WAN 口 IP，實現(xiàn)不改變設(shè)備 IP 地址（IP 重復和沖突都不影響上層網(wǎng)絡）就可以接入 網(wǎng)絡， 通過隔離器的自定義設(shè)備 IP 地址，實現(xiàn) IP 地址的統(tǒng)一規(guī)劃。

二、捷米特JM-WG310-NAT-S解決方案架構(gòu)

核心設(shè)備：捷米特JM-WG310-NAT-S網(wǎng)段隔離器（支持4個千兆以太網(wǎng)口、NAT地址轉(zhuǎn)換、靜態(tài)路由、防火墻功能）。

網(wǎng)絡拓撲：

1. 設(shè)備接入層：將16臺三菱PLC按車間劃分為8個組，每組2臺PLC接入JM-WG310-NAT-S的LAN1-LAN4端口（每組對應1個獨立子網(wǎng)）。

2. 協(xié)議轉(zhuǎn)換層：JM-WG310-NAT-S通過NAT技術(shù)將各子網(wǎng)的PLC私有IP（如192.168.1.x）映射為統(tǒng)一的公共IP段（如10.0.0.10-10.0.0.25），并通過靜態(tài)路由實現(xiàn)跨網(wǎng)段數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

3. 核心管理層：網(wǎng)關(guān)WAN口連接至工廠核心交換機，將轉(zhuǎn)換后的PLC數(shù)據(jù)推送至MES系統(tǒng)和SCADA監(jiān)控平臺，實現(xiàn)集中管理。

三、實施步驟與關(guān)鍵配置

1. 硬件連接與IP規(guī)劃

- PLC側(cè)：保留原有IP配置（如沖壓車間PLC1:192.168.1.10，PLC2:192.168.1.11），通過網(wǎng)線連接至JM-WG310-NAT-S的LAN1端口。

- 網(wǎng)關(guān)配置：

- LAN1參數(shù)：IP 192.168.1.254/24，網(wǎng)關(guān) 192.168.1.254（與PLC同網(wǎng)段）。

- WAN參數(shù)：IP 10.0.0.1/24，網(wǎng)關(guān) 10.0.0.254（連接核心網(wǎng)絡）。

- NAT規(guī)則：將LAN1的PLC IP（192.168.1.10-192.168.1.25）映射為WAN側(cè)的10.0.0.10-10.0.0.25。

2. 三菱PLC通信協(xié)議適配

- MELSEC協(xié)議配置：在PLC編程軟件（GX Works3）中啟用以太網(wǎng)通信，設(shè)置PLC的IP地址為原有網(wǎng)段（如192.168.1.10），端口號5007（默認值）。

- 跨網(wǎng)段通信測試：通過JM-WG310-NAT-S的Web管理界面，測試從核心網(wǎng)絡（10.0.0.20）ping通映射后的PLC IP（10.0.0.10），驗證通信鏈路暢通。

3. 網(wǎng)絡安全與管理優(yōu)化

- 防火墻規(guī)則：

- 禁止外部網(wǎng)絡直接訪問PLC私有IP（192.168.1.x），僅允許通過NAT后的公共IP（10.0.0.x）進行通信。

- 限制MES系統(tǒng)對PLC的訪問權(quán)限，僅開放Modbus TCP（端口502）和MELSEC（端口5007）協(xié)議。

- 邊緣計算功能：在JM-WG310-NAT-S中配置數(shù)據(jù)過濾規(guī)則，僅上傳關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)（如設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)）至MES，減少網(wǎng)絡帶寬占用。

四、應用效果與價值

1. 跨網(wǎng)段通信效率提升：

- 數(shù)據(jù)傳輸延遲從平均200ms降至30ms以內(nèi)，滿足實時工藝協(xié)同需求。

- MES系統(tǒng)可實時獲取16臺PLC的完整數(shù)據(jù)鏈，生產(chǎn)報表生成時間從2小時縮短至10分鐘。

2. IP管理與擴展靈活性：

- 新增設(shè)備無需修改IP，直接接入JM-WG310-NAT-S即可完成網(wǎng)絡適配，部署周期從3天縮短至2小時。

- 支持未來擴展至32臺PLC，只需增加1臺JM-WG310-NAT-S并級聯(lián)至核心網(wǎng)絡。

3. 網(wǎng)絡安全增強：

- 隱藏PLC真實IP地址，外部攻擊風險降低90%以上。

- 通過防火墻規(guī)則和VPN加密，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蜋C密性。

五、技術(shù)優(yōu)勢與行業(yè)借鑒

1. 協(xié)議兼容性：

- 無需修改PLC程序，直接支持三菱MELSEC協(xié)議與Modbus TCP的跨網(wǎng)段通信，兼容其他品牌設(shè)備（如西門子、歐姆龍）。

2. 邊緣計算能力：

- 本地數(shù)據(jù)預處理減少云端負載，異常數(shù)據(jù)實時報警響應時間小于2秒。

3. 工業(yè)級可靠性：

- 支持-40℃至85℃寬溫運行，適應車間高溫、粉塵環(huán)境，平均無故障時間（MTBF）超過5萬小時。

該方案為汽車制造、3C電子等離散制造業(yè)提供了標準化的跨網(wǎng)段通信模板，尤其適用于設(shè)備品牌多樣、網(wǎng)絡架構(gòu)復雜的智能工廠場景。通過捷米特JM-WG310-NAT-S的靈活配置，企業(yè)可快速構(gòu)建安全、高效的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，為工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)。

審核編輯 黃宇