S7300PLC的工業(yè)以太網通信

1、授課內容S7-300PLC的工業(yè)以太網通信一、教學目標終極目標：使學生掌握如何建立S7-300PLC的工業(yè)以太網通信；促成目標：1）了解什么是工業(yè)以太網；2）掌握S7300PLC工業(yè)以太網的特性及構成；3）掌握S7300PLC工業(yè)以太網通信方法。二、工作任務讓學生掌握S7-300PLC工業(yè)以太網的通信內容，為實驗做好鋪墊。三、能力訓練（一）工業(yè)以太網通訊技術隨著信息技術的不斷發(fā)展，信息交換技術覆蓋了各行各業(yè)。在自動化領域，越來越多的企業(yè)需要建立包含從工廠現場設備層到控制層、管理層等各個層次的綜合自動化網絡管控平臺，建立以工業(yè)控制網絡技術為基礎的企業(yè)信息化系統。工業(yè)以太網提供了針對制造業(yè)控制網絡

2、的數據傳輸的以太網標準。該技術基于工業(yè)標準，利用了交換以太網結構，有很高的網絡安全性、可操作性和實效性，最大限度地滿足了用戶和生產廠商的需求。工業(yè)以太網以其特有的第成本、高實效、高擴展性及高智能的魅力，吸引著越來越多的制造業(yè)廠商。1.1以太網技術以太網技術的思想淵源最早可以追溯到1968年。以太網的核心思想是使用共享的公共傳輸信道，這個思想源于夏威夷大學。在局域網家族中，以太網是指遵循IEEE802.3標準，可以在光纜和雙絞線上傳輸的網絡。以太網也是當前主要應用的一種局域網(LocalAreaNetwork)類型。目前的以太網按照傳輸速率大致分為以下四種：10Base-T以太網傳輸介質是銅軸電

3、纜，傳輸速率為10Mbit/s；快速以太網傳輸速率為100Mbit/s,采用光纜或雙絞線作為傳輸介質，兼容10Base-T以太網；Gigabit以太網擴展的以太網協議，傳輸速率為lGbit/s，采用光纜或雙絞線作為傳輸介質，基于當前的以太網標準，兼容10Mbit/s以太網和100Mbit/s以太網的交換機和路由器設備；10Gigabit以太網2002年6月發(fā)布，是一種更快的以太網技術。支持智能以太網服務，是未來廣域網和城域網的寬帶解決方案。1.2工業(yè)以太網與傳統以太網絡的比較工業(yè)網絡與傳統辦公室網絡相比，有一些不同之處，如表10-1。工業(yè)以太網產品的設計制造必須充分考慮并滿足工業(yè)網絡應用的需要

4、。工業(yè)現場對工業(yè)以太網產品的要求包括：工業(yè)生產現場環(huán)境的高溫、潮濕、空氣污濁以及腐蝕性氣體的存在，要求工業(yè)級產品具有環(huán)境適應性，并要耐腐蝕、防塵和防水工業(yè)生產現場的粉塵、易燃易爆和有毒性氣體的存在，需要采取防爆措施保證安全生產。工業(yè)生產現場的振動、電磁干擾大，工業(yè)控制網絡必須具有機械環(huán)境適應性(如耐振動、耐沖擊)、電磁環(huán)境適應性或電磁兼容性(EMCElectroMagneticCompatibility)等。工業(yè)網絡器件的供電，通常是采用柜內低壓直流電源標準，大多的工業(yè)環(huán)境中控制柜內所需電源為低壓24V直流。采用標準導軌安裝，安裝方便，適用于工業(yè)環(huán)境安裝的要求。工業(yè)網絡器件要能方便地安裝在工業(yè)

5、現場控制柜內，并容易更換。1.3工業(yè)以太網應用于工業(yè)自動化中的關鍵問題1、通信實時性問題2、對環(huán)境的適應性與可靠性的問題3、總線供電4、本質安全二、西門子工業(yè)以太網西門子公司在工業(yè)以太網領域有著非常豐富的經驗和領先的解決方案。其中SIMATICNET工業(yè)以太網基于經過現場驗證的技術,符合IEEE802.3標準并提供10Mbit/s以及100Mbit/s快速以太網技術。經過多年的實踐，SIMATICNET工業(yè)以太網的應用已多于400000個節(jié)點，偏布世界各地，用于嚴酷的工業(yè)環(huán)境，并包括有高強度電磁干擾的地區(qū)。2.1西門子工業(yè)以太網介紹1、基本類型(1)10Mbit/s工業(yè)以太網應用基帶傳輸技術，

6、基于IEEE802.3,利用CSMA/CD介質訪問方法的單元級、控制級傳輸網絡。傳輸速率為10Mbit/s,傳輸介質為同軸電纜、屏蔽雙絞線或光纖。(2)100Mbit/s快速以太網基于以太網技術，傳輸速率為100Mbit/s，傳輸介質為屏蔽雙絞線或光纖。2、網絡硬件(1)傳輸介質網絡的物理傳輸介質主要根據網絡連接距離、數據安全以及傳輸速率來選擇。通常在西門子網絡中使用的傳輸介質包括：2芯電纜，無雙絞，無屏蔽;2芯雙絞線，無屏蔽2芯屏蔽雙絞線;同軸電纜;光纖;無線通信在西門子工業(yè)以太網絡中，通常使用的物理傳輸介質時屏蔽雙絞線、工業(yè)屏蔽雙絞線以及光纖。(2)網絡部件工業(yè)以太網鏈路模塊OLM、ELM

7、OLM(光鏈路模塊)有3個ITP接口和兩個BFOC接口。ITP接口可以連接3個終端設備或網段，BFOC接口可以連接兩個光路設備(如OLM等)，速度為10Mbit/s。ELM(電氣鏈路模塊)有3個ITP接口和1個AUI接口。通過AUI接口，可以將網絡設備連接至LAN上,速度為10Mbit/s。工業(yè)以太網交換機OSM、ESM(3)通信處理器常用的工業(yè)以太網通信處理器（CPCommunicatonProcesser,通信處理單元），包括用在S7PLC站上的處理器CP243-1系列、CP343-1系列、CP443-1系列等。CP243-1是為S7-200系列PLC設計的工業(yè)以太網通信處理器，通過CP2

8、43-1模塊，用戶可以很方便地將S7-200系列PLC通過工業(yè)以太網進行連接，并且支持使用STEP7-Micro/WIN32軟件，通過以太網對S7-200進行遠程組態(tài)、編程和診斷。同時，S7-200也可以同S7-300、S7-400系列PLC進行以太網的連接。S7-300系列PLC的以太網通信處理器是CP343-1系列，按照所支持協議的不同，可以分為CP343-1、CP343-1ISO、CP343-1TCP、CP343-1IT和CP343-1PN。S7-400PLC的以太網通信處理器是CP443-1系列，按照所支持協議的不同，可以分為CP443-1、CP443-1ISO和CP443-1IT。2

9、.2西門子支持的網絡協議和服務1、標準通信（StandardCommunication）標準通信運行于OSI參考模型第7層的協議。MAP（ManufacturingAutomationProtocol，制造業(yè)自動化協議）提供MMS服務，主要用于傳輸結構化的數據。MMS是一個符合ISO/IES9506-4的工業(yè)以太網通信標準，MAP3.0的版本提供了開放統一的通信標準，可以連接各個廠商的產品，現在很少應用。ISO傳輸協議：ISO傳輸協議支持基于ISO的發(fā)送和接收，使得設備（例如SIMATICS5或PC）在工業(yè)以太網上的通信非常容易，該服務支持大數據量的數據傳輸（最大8KB）。ISO數據接收有通信

10、方確認，通過功能塊可以看到確認信息。TCP：TCP即TCP/IP中傳輸控制協議，提供了數據流通信，但并不將數據封裝成消息塊，因而用戶并不接收到每一個任務的確認信號。TCP支持面向TCP/IP的Socket。TCP支持給予TCP/IP的發(fā)送和接收，使得設備（例如PC或非西門子設備）在工業(yè)以太網上的通信非常容易。該協議支持大數據量的數據傳輸（最大8KB），數據可以通過工業(yè)以太網或TCP/IP網絡（撥號網絡或因特網）傳輸。通過TCP，SIMATICS7可以通過建立TCP連接來發(fā)送/接收數據。ISO-on-TCP：ISO-on-TCP提供了S5兼容通信協議，通過組態(tài)連接來傳輸數據和變量長度。ISO-o

11、n-TCP符合TCP/IP，但相對于標準的TCP/IP，還附加了RFC1006協議，RFC1006是一個標準協議，該協議描述了如何將ISO映射到TCP上去。UDP：UDP（UserDatagramProtocol，用戶數據報協議）提供了S5兼容通信協議，適用于簡單的、交叉網絡的數據傳輸，沒有數據確認報文，不檢測數據傳輸的正確性。屬于OSI參考模型第4層的協議。UDP支持基于UDP的發(fā)送和接收，使得設備（例如PC或非西門子公司設備）在工業(yè)以太網上的通信非常容易。該協議支持較大數據量的數據傳輸（最大2KB）,數據可以通過工業(yè)以太網或TCP/IP網絡（撥號網絡或因特網）傳輸。通過UDP,SIMATI

12、CS7通過建立UDP連接，提供了發(fā)送/接收通信功能，與TCP不同，UDP并沒有在通信雙方建立一個固定的連接。3、S7通信（S7Communication）S7通信集成在每一個SIMATICS7/M7和C7的系統中，屬于OSI參考模型第7層應用層的協議，它獨立于各個網絡，可以應用于多種網絡（MPI、PROFIBUS、工業(yè)以太網）。S7通信通過不斷地重復接收數據來保證網絡報文的正確。在SIMATICS7中，通過組態(tài)建立S7連接來實現S7通信，在PC上,S7通信需要通過SAPI-S7借口函數或OPC（過程控制用對象鏈接與嵌入）來實現。在STEP7中，S7通信需要調用功能塊SFB（S7-400）或FB

13、（S7-300）,最大的通信數據可以達64KB。對于S7-400,可以使用系統功能塊SFB來實現S7通信，對于S7-300,可以調用相應得FB功能塊進行S7通信，如表10-5所示。4、PG/OP通信PG/OP通信分別是PG和OP與PLC通信來進行組態(tài)、編程、監(jiān)控以及人機交互等操作的服務。2.3S7-300PLC進行工業(yè)以太網通信所需的硬件與軟件1、硬件：（1）CPU（2）CP343-1IT/CP343-1（3）PC（帶網卡）2、軟件：STEP7V5.2說明：為了便于選擇硬件，請保持軟件的更新?？梢缘轿鏖T子(中國)自動化與驅動集團的官方網站上去下載所需的補丁和升級包。3、PG/PCInterfa

14、ce的設定在“SIMATICManger”界面中，選擇“Options”f“SetPG/PCInterface”，進入“SetPG/PCInterface”界面，選定“TCP/IP(Auto)RealtekRTL8193/810”為通信協議，見圖10-8所示。2.4S7-300PLC利用S5兼容的通信協議進行工業(yè)以太網通信1、TCP(1)新建項目在STEP7中創(chuàng)建一個新項目，取名為“TCPofIE”。點擊右鍵，再彈出的菜單中選擇“InsertNewObject”“SIMATIC300Station”，插入一個300站，取名為“313C-2DP”。用同樣的方法在項目“TCPofIE”下插另一個3

15、00站，取名為“315-2DP”。如圖10-9所示。(2)硬件組態(tài)首先對“313C-2DP”站進行硬件組態(tài)，雙擊“Hardware”進入“HWConfig”界面。在機架上加入CPU313C-2DP、SM323和CP343-1IT，如圖10-10所示。同時把CPU的MPI地址設為“4”，CP模塊的MPI地址設為“5”。CP343-1IT可以在“SIMATIC300”“CP300”“IndustrialEthernet”下找到，見圖10-11。當把CP343-1IT插入機架時，會彈出一個“CP343-1IT的屬性對話框”新建以太網“Ethernet(1)”，因為要使用TCP,故只需設置CP模塊的I

16、P地址，如圖10-12所示。本例中CP343-1IT的IP地址為：10.10.3.28，子網掩碼：255.255.255.192。用同樣的方法，建立“315-2DP”站的硬件組態(tài)。CPU的MPI地址設為“2”，CP模塊的MPI地址設為“3”。CP模塊的IP地址為：10.10.3.58，子網掩碼：255.255.255.192。硬件組態(tài)好后保存編譯，分別下載到兩臺PLC中。(2)網絡參數配置與做一般的項目不同，在做工業(yè)以太網通信的項目時，除了要組態(tài)硬件，還要進行網絡參數的配置，以便于在編寫程序時，可以方便的調用功能塊。在“SIMATICManger”界面中點擊“ConfigureNetwork”

17、鍵，打開“NetPro”設置網絡參數。此時可以看到兩臺PLC已經掛入了工業(yè)以太網中，選中一CPU，點擊鼠標右鍵，選擇“InsertNewConnection”建立新的連接，如圖10-13所示。在連接類型中，選擇“TCPconnection”連接，如圖10-14所示。然后點擊“OK”，設置連接屬性，見圖10-15。“General”屬性中ID=1,是通信的連接號；LADDR=W#16#0110,是CP模塊的地址，這兩個參數在后面的編程時會用到。通信雙方其中一個站（本例中為CPU315-2DP）必須激活“Activeconnectionestablishment”選項，以便在通信連接初始化中起到主

18、動連接的作用?！癆ddress”屬性中可以看到通信雙方的IP地址，占用的端口號可以自定義，也可以使用默認值，如2000，如題10-16所示。參數設置好后編譯保存，再下載到PLC中就完成了。（3）編寫程序在進行工業(yè)以太網通信編程時需要調用功能FC5“AG_SEND”和FC6“AG_RECV”，該功能塊在指令庫“Libraries”f“SIMATIC_NET_CP”f“CP300”中可以找到，如圖10-17所示。其中發(fā)送方（本例中為CPU315-2DP）調用發(fā)送功能FC5，程序如圖10-18所示。當M0.0為“1”時，觸發(fā)發(fā)送任務，將“SEND”數據區(qū)中的20個字節(jié)發(fā)送出去，發(fā)送數據“LEN”的長

19、度不大于數據區(qū)的長度。下表10-6所示為功能FC5的各個管腳參數說明。同樣在接收方（本例為CPU313C-2DP）接收數據需要調用接收功能FC6,如圖10-19。功能FC6各個管腳參數說明如表10-7。程序編寫好后保存下載，這樣就可以把發(fā)送方CPU315-2DP內的20個字節(jié)的數據發(fā)送給接收方CPU313C-2DP。正常情況下，功能塊FC5“AG_SEND”和FC6“AG_RECV”的最大數據通信量為240個字節(jié)，如果用戶數據大于240個字節(jié)，則需要通過硬件組態(tài)在CP模塊的硬件屬性中設置數據長度大于240個字節(jié)（最大8KB）,如圖10-20所示。如果數據長度小于240個字節(jié)，不要激活此選項以減

20、少網絡負載。2、ISO_on_TCPISO_on_TCP是在TCP上加上了ISO的校驗機制，故本例中所使用的CP模塊需要支持TCP。（1）新建項目在STEP7中創(chuàng)建一個新項目，取名為“ISO_on_TCPofIE”。再彈出的菜單中選擇“InsertNewObject”“SIMATIC300Station”，插入一個300站，取名為“313C-2DP”。用同樣的方法在項目“TCPofIE”下插另一個300站，取名為“315-2DP”。如圖10-21所示。（2）硬件組態(tài)首先對“313C-2DP”站進行硬件組態(tài)，雙擊“Hardware”進入“HWConfig”界面。在機架上加入CPU313C-2DP

21、、SM323和CP343-1IT，如圖10-22所示。同樣把CPU的MPI地址設為“4”，CP模塊的MPI地址設為“5”。當把CP343-1IT插入機架時，仍然會彈出一個“CP343-1IT的屬性對話框”，新建以太網“Ethernet（1）”，因為要使用ISO_on_TCP,故只需設置CP模塊的IP地址，如圖10-23所示。本例中CP343-1IT的IP地址為：10.10.3.28，子網掩碼：255.255.255.192。建立“315-2DP”站的硬件組態(tài)方法與上面例子一樣，這里不再詳細講述。3）網絡參數配置與上面例子相同，打開“NetPro”設置網絡參數。在連接類型中，選擇“ISO_on_

22、TCPconnection”連接，如圖10-24所示。然后點擊“OK”，設置連接屬性，見圖10-25?！癎eneral”屬性中ID=1,是通信的連接號；LADDR=W#16#0110,是CP模塊的地址，這兩個參數在后面的編程時會用到。通信雙方其中一個站（本例中為CPU315-2DP）必須激活“Activeconnectionestablishment”選項，以便在通信連接初始化中起到主動連接的作用?！癆ddress”屬性中可以看到通信雙方的IP地址，TSAP可以自定義,也可以使用默認值，如“TCP-1”，如圖10-26所示。參數設置好后編譯保存，再下載到PLC中，這樣網絡參數設置就完成了。（4

23、）通信程序的編寫與TCP連接相同，這里不再重復。3、UDPUDP的組態(tài)和編程方法同TCP基本相同，只需在網絡參數設置里選擇“UDPconnection”連接即可，這里不再詳述。4、IOS傳輸協議本例中需要支持ISO傳輸協議的CP模塊，在選擇硬件時應當注意。（1）新建項目在STEP7中創(chuàng)建一個新項目，取名為“IE_IOS”,點擊右鍵，再彈出的菜單中選擇“InsertNewObject”f“SIMATIC300Station”，插入一個300站。用同樣的方法在項目“IE_IOS”下插另一個300站，如圖10-27所示。(2)硬件組態(tài)單擊“SIMATIC300(1)”，雙擊“Hardware”進入“

24、HWConfig”界面。在機架中插入所需的CPU和CP模塊，見圖10-28。當插入CP模塊后，會自動彈出一個“CP343-1IT的屬性對話框”。新建以太網“Ethernet(1)”，因為要使用ISO傳輸協議，故選擇“SetMACaddress/useISOprotocol”，本例中設置該CP模塊的MAC地址為08.00.06.71.6D.D0，IP地址為：10.10.3.28，子網掩碼：255.255.255.192，如圖10-29所示。每個CP模塊的MAC地址都不一樣，MAC地址一般標注在CP模塊的外殼上，使用時注意查找。用同樣的方法，建立另一個S7-300站，CP模塊為CP343-1,設置

25、CP模塊的MAC地址，連接到同一個網絡“Ethernet(1)”上。(3)網絡參數配置與前面的例子同樣的方法打開“NetPro”設置網絡參數，選中一CPU，點擊鼠標右鍵，選擇“InsertNewConnection”建立新的連接，如圖10-30所示。在連接類型中，選擇“ISOtransportconnection”連接，如圖10-31所示。然后點擊“OK”，設置連接屬性，見圖10-32“General”屬性中ID=1，是通信的連接號；LADDR=W#16#0100,是CP模塊的地址，這兩個參數在后面的編程時會用到。通信雙方的其中一個站（本例中為CPU314C-2DP）為Client端，激活“A

26、ctiveconnectionestablishment”選項；另一個站（本例中為CPU314C-2PtP）為Server端，在相應屬性中不激活?！癆ddresses”屬性中可以看到通信雙方的MAC地址，TSAP可以自定義，也可以使用默認值，如“ISO-1”。如圖10-33所示。然后保存編譯，下載到PLC中。（4）通信程序的編寫與TCP連接相同，這里不再重復。2.5S7-300PLC利用S7通信協議進行工業(yè)以太網通信1、新建項目在STEP7中創(chuàng)建一個項目，取名為“IE_S7”，點擊右鍵，再彈出的菜單中選擇“InsertNewObject”f“SIMATIC300Station”，插入一個300

27、站。用同樣的方法在項目“IE_S7”下插另一個300站，如圖10-34所示。2、硬件組態(tài)單擊“SIMATIC300（1）”，雙擊“Hardware”進入“HWConfig”界面。在機架中插入所需的CPU和CP模塊，見圖10-35。與ISO傳輸協議一樣，當插入CP模塊后，會自動彈出一個“CP343-1IT的屬性對話框”。新建以太網“Ethernet（1）”，因為要使用ISO傳輸協議，故選擇“SetMACaddress/useISOprotocol”,本例中設置該CP模塊的MAC地址為08.00.06.71.6D.D0，IP地址為：192.168.1.10，子網掩碼：255.255.255.0。用同樣的方法，建立另一個S7-300站，CP模塊為CP343-1,設置CP模塊的MAC地址，連接到同一個網絡“Ethernet(1)”上。3、網絡參數設置打開“NetPro”設置網絡參數，選中一CPU,點擊鼠標右鍵，選擇“InsertNewConnection”建立新的連接，在連接類型中，選擇“S7connection”連接，如圖10-36所示。點擊“OK”，設置連接屬性，見圖10-37?！癎eneral”屬性中塊參數ID=1,這個參數在后面編程時會用到。通信雙方的其中一個