西门子工业以太网通讯技术.ppt

第十章工业以太网通信技术随着信息技术的发展，信息交换技术复盖了各行业。 在自动化领域，越来越多的企业需要从工厂现场设备层构建包括控制层、管理层等各级的综合自动化网络管理平台，建立基于工业控制网络技术的企业信息化系统。 工业以太网提供了向制造业控制网络传输数据的以太网标准。 该技术基于工业标准，利用交换以太网结构，具有较高的网络安全性、操作性和实效性，最大限度地满足了用户和制造商的需要。 产业以太网以其特有的第一成本、高效、高扩展性、高智能的魅力吸引着越来越多的制造商。 10.1工业以太网介绍，10.1.1以太网技术以太网技术的思想起源可以最早追溯到1968年。 以太网的核心思想是使用共享的公共传输通道，这个思想起源于夏威夷大学。 在LAN系列中，以太网是指符合IEEE802.3标准，能够通过光缆和双绞线进行传输的网络。 以太网也是当前主要应用程序的局域网(LAN localareanetwork )类型。 将当前的以太网大致划分为传输速度，10Base-T以太网33-35-4的传输介质是铜轴线缆，传输速度为10Mbit/s的快速以太网33-35-4的传输速度为100Mbit/s，作为传输介质，使用光缆或双绞线与10Base-T以太网兼容的千兆位以太网扩展以太网协议以1千兆位it/s的传输速度采用电缆或双绞线作为传输介质，根据当前的以太网标准，以10Mbit/s以太网和10Mbit/s以太网s在以太网交换机和路由器设备的10千兆位以太网2002年6月发布，是一种更快的以太网技术。 支持智能以太网服务是未来广域网(WANWideAreaNetwork )和城域网(man metropolitanareanetwork )的宽带解决方案工业以太网技术是普通以太网技术控制网络增长的产物，前者来自后者，而前者不同。 以太网技术经过多年的发展，特别是在互联网上得到了广泛的应用，使其技术更加成熟，得到了很多开发者和用户的认可。 因此，以太网在技术和产品价格上与其他类型的网络技术相比具有明显的优点。 另外，随着技术的发展，控制网络与普通的计算机网络、互联网连接得更密切。 为了控制网络技术，需要考虑与计算机网络的连接一致性，提高现场设备的通信能力。 这些都是控制网络设备的开发者和制造商把目光投向以太网技术的重要原因。 10.1.2工业以太网与传统以太网的比较，工业网络与传统办公室网络相比，如表10-1所示，有一些差异。 表10-1工业网络与传统办公网络的比较、工业以太网产品的设计制造必须充分考虑到工业网络应用的需要。 工业现场对工业以太网产品的要求，包括工业生产现场环境的高温、湿气、空气污染及腐蚀性气体的存在，对工业级产品要求适应气候环境，要求耐腐蚀性、防尘和防水。 工业生产现场粉尘、易燃易爆气体和有毒气体的存在，必须采取防爆措施保证安全生产。 工业生产现场的振动、电磁干扰大，工业控制网络必须具有机械环境适应性(例如，抗振动、冲击)、电磁环境适应性和电磁兼容性(EMC electronicalcompability )等。 工业网络设备的电力供应通常采用盘内低压直流电源标准，在很多工业环境下控制柜内所需的电源为低压24V直流。 采用标准导轨，安装方便，适合工业环境安装要求。 工业网络设备必须容易安装在工业现场的控制柜内，更容易更换。 10.1.3工业以太网应用于工业自动化中的重要问题，1、通信实时性问题以太网采用的CSMA/CD介质接入控制方式，本质上是非实时的。平等竞争的媒体访问控制方式不能满足工业自动化领域对通信的实时性要求。 因此，以太网一直被认为不适合在基础产业网络中使用。 需要对这个问题的切实的解决方案。 2、对环境的适应性和可靠性问题以太网是专为办公环境而设计的，用于工业控制环境，其环境适应能力、抗噪能力等受到很多从事自动化工作的专家的特别关注。 在设计产品时特别重视材质零件的选定。 使产品以强度、温度、湿度、振动、干扰、辐射等环境参数满足工业现场的要求。 也考虑了工业环境下的安装要求，例如DIN导轨式的安装等。 由于像RJ45这样的连接器在工业上的应用容易损坏，所以必须采用带锁定机构的连接器，使设备具有抗振动和疲劳的能力。 3、总线供电在控制网络中，现场控制设备的位置分散性要求总线提供工作电源。 现有的许多控制网络技术可利用网络线缆为现场设备供电。 工业以太网目前没有规定向网络节点供电。 一个可能的方案是利用现有的五种双绞线中的另一个空闲线对来供电。 一般在工业应用环境中，要求直流1036V的低压供电。 4、本质安全工业以太网在易燃危险的工业场所使用时，必须考虑本安全防爆问题。 这是总线供电解决后还要解决的问题。 在工业数据通信和控制网络中，直接采用以太网作为控制网络的通信技术是工业以太网发展的一方面，现在的许多现场总线控制网络与以太网相结合，将以太网作为现场总线网络的高速网络段对控制网络采用以太网技术无疑有助于控制网络和因特网的融合，控制网络能够不经过网关变换就直接连接到因特网，控制节点有条件成为因特网上的一员。 如果在控制器、PLC、测量变送器、致动器、I/O卡等设备中嵌入以太网通信接口，则嵌入了TCP/IP协议的Web服务器将会是以太网、TCP/IP协议和支持Web服务器的互联网在应用层协议不统一的环境下，利用IE等通用的web浏览器实现生产现场的监视和控制，并实现远程监视，这也是人们提出并实现的有效解决方案。 10.1.4西门子工业以太网、西门子公司在工业以太网领域有着非常丰富的经验和先进的解决方案。 其中SIMATICNET工业以太网基于现场证实的技术，符合IEEE802.3标准，提供10Mbit/s和100Mbit/s的快速以太网技术。 经过多年实践，SIMATICNET工业以太网的应用已经超过400000个节点，分布于世界各地，用于严峻的工业环境，还包括具有强电磁干扰的地区。 1、基本类型；(1)10Mbit/s工业以太网应用基带传输技术，并基于IEEE802.3，使用CSMA/CD介质接入方法的单元级、控制级传输网络。 传输速度为10Mbit/s，传输介质为同轴电缆、屏蔽双绞线或光纤。 (2)100Mbit/s快速以太网基于以太网技术，传输速度为100Mbit/s，传输介质是屏蔽双绞线或光纤。 (1)传输介质网络的物理传输介质主要根据网络连接距离、数据安全性和传输速度来选择。 西门子网络中通常使用的传输介质是2芯电缆、无双绞线、无屏蔽(例如AS-interfacebus)2芯无屏蔽双绞线(例如PROFIBUS )同轴电缆(例如industri 光纤(例如profibus/industrialether )无线通信(例如红外线和无线通信)西门子工业以太网上常用的物理传输介质时屏蔽双绞线(TPTwistedpair )、工业屏蔽(2)网络元件工业以太网链路模块OLM、ELM遵循IEEE802.3标准，利用电缆和光纤技术，SIMATICNET连接模块使工业以太网连接更加方便灵活。 光链路模块(OLM )有三个ITP接口和两个BFOC接口。 ITP接口可以连接三个终端设备和网络段，BFOC接口可以连接两个光路设备(例如，OLM )，速度为10Mbit/s。 如图10-1所示。 电链路模块(ELM )有三个ITP接口和一个AUI接口。 可以通过AUI接口将网络设备连接到局域网，速度为10Mbit/s。 图10-1工业以太网OLM、工业以太网交换机OSM和ESMOSM的产品是OSMTP62、OSMTP22、OSMTP62、OSMITP62-LD和OSMBC08。 可以从格式决定OSM的连接端口的类型和数量。 例如，在OSMITP62-LD中，ITP表示OSM有ITP电缆接口，“6”表示电气接口的数量，“2”表示光纤接口的数量，“LD”表示长距离。 如图10-2所示。 ESM的产品为ESMTP40、ESMTP80和esmttp80，命名规则与OSM相同。 图10-3示出了ESMTP80。 另外，图10-2OSMITP62-LD、图10-3ESMTP80、(3)通信处理器中常用的工业以太网通信处理器(CP 通信处理器，通信处理单元)是在S7PLC站中使用的处理器CP243-1是为S7-200系列PLC而设计的工业用以太网通信处理器，可通过CP243-1模块，通过工业用以太网简单地连接S7-200系列PLC，另外，STEP7-Micro/WIN32 另外，S7-200也可以与S7-300、S7-400系列PLC进行以太网连接。 如图10-4所示。 S7-300系列PLC的以太网通信处理器是CP343-1系列，根据对应的协议，如图10-5所示，CP343-1、CP343-1ISO、CP343-1TCP、CP343-1IT、CP 343 - 另外，图10-4CP243-1、图10-5CP343-1、S7-400PLC的以太网通信处理器是CP443-1系列，根据所支持的协议，如图10-6所示，CP443-1、CP443-1ISO 图10-6cp443-1、10-2掌握S7300PLC的工业以太网通信方法，10.2.1西门子所支持的网络协议和服务网络通信必须遵循一定的协议，表10-2中显示了西门子公司的不同、表10-2西门子网络服务、1、标准通信、标准通信是在OSI参考模型的第7层运行的协议，包括表10-3中所示的协议。 map提供MMS服务，并主要传输结构化数据。 MMS是一种符合ISO/IES9506-4的工业以太网通信标准，MAP3.0版本提供开放、统一的通信标准，可以连接各公司的产品，但现在不怎么应用。 表10-3标准通信协议、2、S5兼容通信(S5-compatibleCommunication )、SEND/RECEIVE是SIMATICS5通信的接口，在S7系统中，进一步将该协议与S5兼容通信“s5- compat 此服务包括表10-4所示的协议。 表10-4S5兼容通信、ISO传输协议： ISO传输协议支持基于ISO的发送和接收，从而便于工业以太网上的设备(例如SIMATICS5和PC )在支持大量数据传输(高达8KB )的通信。 在ISO数据的接收中有通信目的地的确认，从功能块能看到确认信息。 TCP:TCP在TCP/IP中传输控制协议，不会将数据封装在消息块中，因此用户不接收各任务的确认信号。 TCP支持面向TCP/IP的套接字。 TCP支持TCP/IP的发送和接收，以便于工业以太网上的设备(例如PC和非西门子设备)的通信。 此协议支持大容量数据传输(最大8KB )，数据可以通过工业以太网或TCP/IP网络(拨号网络或互联网)传输。 通过TCP，SIMATICS7能够通过建立TCP连接来发送和接收数据。 ISO-on-TCP:ISO-on-TCP提供S5兼容的通信协议，通过配置连接传输数据和变量的长度。ISO-on-TCP遵循TCP/IP，但RFC1006协议已被添加到标准TCP/IP中，RFC1006协议是描述ISO如何映射到TCP的标准协议。 UDP :用户数据报协议(UDP )提供S5兼容的通信协议，适用于简单的交叉网络数据传输，没有数据确认消息，不检查数据传输的正确性。 属于OSI参考模型第4层的协议。 UDP支持基于UDP的收发，使PC和西门子以外的公司设备等设备容易在工业以太网上通信。 此协议支持大容量数据传输(最大2KB )，数据可以通过工业以太网或TCP/IP网络(拨号网络或互联网)传输。 不同于TCP，SIMATICS7通过经由UDP建立UDP连接来提供发送/接收通信功能，并且UDP实际上未建立该通信的双方的固定连接。 除上述协议外，FETCH/WRITE还提供了SIMATICS5或其他非西门子控制器可以直接访问SIMATICS7CPU的接口。 3、S7通信(S7Communication )、S7通信集成在各自的SIMATICS7/M7和C7系统中，是属于OSI参考模式的第七应用层的协议，其与各个网络独立，是各种各样的网络S7通信通过反复接收数据来保证网络消息的正确性。 在SIMATICS7中，通过根据设定建立S7连接来实现S7通信，在PC上，S7通信需要通过SAPI-S7借口函数或OPC (过程控制用对象链接和嵌入)来实现。 在步骤7中，S7通信需要调用功能块SFB(S7-400 )或FB(S7-300 )，并且最大通信数据可为64KB。 关于S7-400，能够使用系统功能模块SFB实现S7通信，关于S7-300，能够调用对应的FB功能模块进行S7通信。 表10-5S7通信功