第五章 工业以太网及其应用

高校教材网第5章工业以太网及其应用5．1工业以太网概述20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术使得工业企业的管理控制一体化成为可能。由于以太网的广泛应用，许多工业厂商开始将传统的现场总线架构在以太网上。基于IEEE802.3标准，工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输以太网标准。将以太网高速传输技术引入到工业控制领域，使企业内部互联网（Intranet）、外部互联网（Extranet）和国际互联网（Internet）提供的技术和广泛应用已经进入生产和过程自动化。这种应用推动了自动化技术与互联网技术的结合，是未来制造业电子商务的网络技术雏形，也是自动化技术的发展趋势。第5章工业以太网及其应用（1）自动化技术从单机控制发展到工厂自动化FA，发展到系统自动化（2）工厂底层设备状态及生产信息集成、车间底层数字通信网络是信息集成系统的基础（3）以太网在自动化领域应用现状以太网+TCP/IP作为办公网、商务网在IT行业中独霸天下，其技术特点主要适合信息管理、信息处理系统。但为什么近年来会逐步向自动化行业发展，形成与现场总线技术竞争的局面。回顾近年来自动化技术的发展,可以了解到其中的原委。第5章工业以太网及其应用5．2S7-300的以太网应用在西门子的网络体系中，S7系列PLC可以通过CP343-1/CP343-1IT（用于S7-300）、CP443-1/CP443-1IT（用于S7-400）来实现工业以太网的连接；工业计算机可以通过专用通信卡CP1613实现工业以太网的连接，在本节当中，我们以S7-300之间的工业以太网连接实例来进行说明。我们首先搭建一套测试设备，设备的结构如图7-1所示：2套S7-300系统由PS307电源、CPU314C-2DP、CPU314C-2PTP、CP343-1、CP343-1IT、PC、CP5611、STEP7组成，PLC系统概貌如下图：第5章工业以太网及其应用图5-1网络组成第5章工业以太网及其应用第一步：打开SIMATICManager，根据我们系统的硬件组成，进行系统的硬件组态，如图5-2：插入2个S7--300的站，进行硬件组态：图5-2插入PLC站第5章工业以太网及其应用图5-31号站的硬件组态第5章工业以太网及其应用图5-42号站的硬件组态第5章工业以太网及其应用图5-5建立新的以太网第5章工业以太网及其应用图5-6设置1号站的IP地址第5章工业以太网及其应用图5-7为2号站选择刚才建立的以太网第5章工业以太网及其应用图5-8设置2号站的IP地址第5章工业以太网及其应用图5-9在NetPro中选中1号站第5章工业以太网及其应用图5-10建立适当的以太网连接第5章工业以太网及其应用图5-11编程时会用到的相关参数第5章工业以太网及其应用图5-12设置TSAP参数第5章工业以太网及其应用图5-13下载硬件组态第5章工业以太网及其应用图5-14通信程序第5章工业以太网及其应用图5-15数据缓冲区第5章工业以太网及其应用图5-16切换到数据监视状态第5章工业以太网及其应用图5-17发送的数据第5章工业以太网及其应用图5-18接收到的数据第5章工业以太网及其应用5．3PROFINETIO与CBA1、新一代的自动化总线标准——PROFINET1）目前现场总线存在的问题实时性的问题PROFINET是由PROFIBUS国际组织推出的新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一套完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题。同时，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线技术，保护现有投资。第5章工业以太网及其应用3）PROFINET的实时性为了保证通信的实时性，根据响应时间不同，PROFINET支持以下的通信方式：（1）TCP/IP标准通信（2）实时（RT）通信（3）等时同步实时（IRT）通信第5章工业以太网及其应用图5-19PROFINET数据访问OSI/ISO模型第5章工业以太网及其应用4）PROFINET的主要应用PROFINET主要有两种应用方式：（1）PROFINETIO适合模块化分布式的应用，与PROFIBUS-DP方式相似，在PROFIBUS-DP应用中分为主站和从站，在PROFINETIO应用中有IO控制器和IO设备。（2）PROFINETCBA适合分布式智能站点之间通信的应用CBA（ComponentbasedAutomation，基于组件的自动化）。把大的控制系统分成不同功能、分布式、智能的小控制系统，使用组件自动化（COM/COM++）技术生成功能组件，利用IMAP工具软件，连接各个组件之间组成通信。第5章工业以太网及其应用2、基于PROFINETIO的自动化解决方案序号PROFINETPROFIBUS解释1IOsystemDPmastersystem2IOcontrollerDPmaster3IOsupervisorPG/PC2类主站调试与诊断4工业以太网PROFIBUS网络结构5HMIHMI监控与操作6IOdeviceDPslave分布的现场设备分配到IOcontroller/DPmaster表5-1PROFINET与PROFIBUS-DP的比较第5章工业以太网及其应用图5-20基于CPU315-2DP/PN的PROFINETIO系统组态第5章工业以太网及其应用图5-21基于CPU317-2DP/PN的PROFINETIO系统组态第5章工业以太网及其应用3、基于PROFINETCBA的自动化解决方案1）PROFINET组件的设备类型基于PROFINET组件的设备可以分为两种：（1）PROFINET设备，具有PN网络接口直接连接到PROFINET上的组件。（2）PROFIBUS设备，有POFIBUS-DP从站生成的组件，该组件利用PROFINET网关连接到PROFINET上。PROFINET设备和PROFIBUS设备可参见图5-22。第5章工业以太网及其应用图5-22PROFINET设备与PROFIBUS设备第5章工业以太网及其应用2）PROFINET设备所有的PROFINET设备都有一个共同之处：都具有PROFINET以太网接口，有的PROFINET设备还可以通过代理服务器作为PROFIBUS-DP主站，将PROFIBUS和PROFINET互联。目前可以作为PROFINET设备的SIMATIC设备有：（1）WinACPN（2）CPU31x-2PN/DP，（3）S7-300CPU+CP343-1PN（4）IE/PBLinkCBA，PROFIBUS和PROFINET的网关第5章工业以太网及其应用3）PROFIBUS设备PROFIBUS设备可以有两种：（1）具有编程功能的智能PROFIBUS-DP从站如ET200SCPU、ET200XCPU、S7-300CPU等带有集成DP接口生成的PROFIBUS设备组件。（2）具有固定功能的从站如ET200M、ET200S、MM440变频器等不带有编程功能的从站第5章工业以太网及其应用5．4PROFINETIO的应用实例1、PROFINETIO概述PROFINET是一种用于工业自动化领域的创新、开放式以太网标准（IEC61158）。使用PROFINET，设备可以从现场级连接到管理级。通过PROFINET，分布式现场设备（如现场IO设备，例如信号模板）可直接连接到工业以太网，与PLC等设备通讯。并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间，其典型的响应时间在10ms的数量级，完全满足现场级的使用。第5章工业以太网及其应用图5-23PROFINETIO结构第5章工业以太网及其应用2、PROFINETIO现场设备简介•IM151-3PN作为IO设备直接连接ET200S的接口模块。•CPU317-2DP/PN或CPU315-2DP/PN作为IO控制器的CPU模块，用于处理过程信号和直接将现场设备连接到工业以太网。•IE/PBLINKPNIO将现有的PROFIBUS设备透明的连接到PROFINET的代理设备。•IWLAN/PBLINKPNIO将PROFIBUS设备通过无线的方式透明的连接到PROFINET的代理设备。第5章工业以太网及其应用•CP343-1用于连接S7-300到PROFINET，连接现场设备的通讯处理器。•CP443-1Advanced用于连接S7-400到PROFINET，连接现场设备并带有集成的WEB服务器和集成的交换机的通讯处理器。•CP1616可作为IO设备。用于连接PC到PROFINET，连接现场设备并带有集成交换机的通讯处理器。•SOFTPNIO作为IO控制器，用于运行编程器或PC的通讯软件。•STEP7用于已有的PROFIBUS进行传统方式组态PROFINET。第5章工业以太网及其应用图5-24PNIO的组态过程第5章工业以太网及其应用图5-25PNIO系统构成图第5章工业以太网及其应用4、PNIO的组态步骤图5-26创建新项目第5章工业以太网及其应用图5-27新建立的项目第5章工业以太网及其应用图5-28插入SIMATIC300Station第5章工业以太网及其应用图5-29进行硬件组态第5章工业以太网及其应用图5-30硬件组态界面第5章工业以太网及其应用图5-31添加机架第5章工业以太网及其应用图5-32添加CPU第5章工业以太网及其应用图5-33新建子网第5章工业以太网及其应用图5-33新建子网第5章工业以太网及其应用图5-34建立好的子网第5章工业以太网及其应用图5-35PNIO设备第5章工业以太网及其应用图5-36在子网中添加PN