摘要：本文重點介紹工業(yè)以太網(wǎng)的組成和類型等內(nèi)容，并以西門子SIMATICS7系列PLC的網(wǎng)絡(luò)通信為例，來介紹工業(yè)以太網(wǎng)在PLC中的基本網(wǎng)絡(luò)通信及編程調(diào)試的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)；PLC；網(wǎng)絡(luò)通信；E-mail

　　中圖分類號：TM921文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

　　XUWeiFeng

　　(ZhejiangQiLongcranesco.,Ltd,Shaoxing,ZhejiangProvince,China)

　　Abstract:ThisarticleintroducedwithemphasisindustrycontentsandsoonEthernet'scompositionandtype,andwestoffamilyhouseholdSIMATICS7theseriesPLCnetworkserviceisanexample,introducestheindustryEthernet'sinPLCbasicnetworkcorrespondenceandtheprogrammingdebuggingapplication.

　　Keywords:IndustryEthernet;PLC;Networkservice;E-mail

　　一、引言

　　隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息交換技術(shù)的覆蓋了各行各業(yè)。在自動化領(lǐng)域，越來越多的企業(yè)需要建立包含從工廠現(xiàn)場設(shè)備層到控制層、管理層等各個層次的綜合自動化網(wǎng)絡(luò)管控平臺，建立以工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息化系統(tǒng)。工業(yè)以太網(wǎng)提供了針對制造業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，利用了交換以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、可操作性和實效性，最大限度地滿足了用戶和生產(chǎn)廠商地需求。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有地低成本、高實效、高擴(kuò)展性及高智能的魅力，吸引著越來越多的制造業(yè)廠家。

　　在工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域中，西門子公司的SIMATICNET工業(yè)以太網(wǎng)基于經(jīng)過現(xiàn)場驗證的技術(shù)，符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)并提供10Mbit/S以及100Mbit/S快速以太網(wǎng)技術(shù)，能用于嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境，并包括有高強(qiáng)度電磁干擾的地區(qū)。其中SIMATICNET包括有以下內(nèi)容：組成通信網(wǎng)絡(luò)的媒介、媒介附件和傳輸組件以及相應(yīng)的傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議和服務(wù)，用于連接PLC(ProgrammableLogicController)或PC(PersonalComputer)的通信模板。

　　二、SIMATICNET工業(yè)以太網(wǎng)

　　2.1、基本類型

　　2.1.1、10Mbit/s工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用基帶傳輸技術(shù)，基于IEEE802.3,利用CSMA/CD介質(zhì)訪問方法的單元級、控制級傳輸網(wǎng)絡(luò)。傳輸速率為10Mbit/s，傳輸介質(zhì)為同軸電纜、屏蔽雙絞線或光纖。

　　2.1.2、100Mbit/s快速以太網(wǎng)基于以太網(wǎng)技術(shù)，傳輸速率為100Mbit/s，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纖。

　　2.2、網(wǎng)絡(luò)硬件

　　2.2.1、傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸介質(zhì)主要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接距離、數(shù)據(jù)安全以及傳輸速率來選擇。通常在西門子網(wǎng)絡(luò)中使用的傳輸介質(zhì)包括：2芯無雙絞、無屏蔽電纜(如AS-interfacebus)；2芯雙絞線、無屏蔽電纜；2芯屏蔽雙絞線(如PROFIBUS)；同軸電纜(如IndustrialEthernet)；光纖(如PROFIBUS/IndustrialEthernet)；無線通信(如紅外線和無線電通信)。在PLC工業(yè)以太網(wǎng)中，通常使用的物理傳輸介質(zhì)是屏蔽雙絞線（TP－Twistedpair）、工業(yè)屏蔽雙絞線（ITP－IndustrialTwistedpair）以及光纖。

　　2.2.2、網(wǎng)絡(luò)部件

　　a、工業(yè)以太網(wǎng)鏈路模塊OLM、ELM和OMC

　　OLM（光鏈路模塊）有3個ITP接口和2個BFOC接口。ITP接口可以連接3個終端設(shè)備或網(wǎng)段，BEOC接口可以連接兩個光路設(shè)備（如OLM等），速度為10Mbit/s。OMC（OpticalMediaConverter）模塊用于通過光纖與電纜的轉(zhuǎn)換來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)距離，同時也可做為備用連線來連接冗余的環(huán)網(wǎng)。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(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接至LAN上，速度為10Mbit/s。

　　b、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)OSM、ESM和ELS

　　OSM/ESM（Optical/ElectricalSwitchModule）的基本功能：提高網(wǎng)絡(luò)性能；簡化網(wǎng)絡(luò)配置和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展；限制錯誤幀的影響；地址學(xué)習(xí)；地址刪除；設(shè)置傳輸波特率及自適應(yīng)；數(shù)據(jù)包的VLAN優(yōu)先權(quán)標(biāo)簽等。同時，OSM/ESM工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)可以連接更多的站點，將以太網(wǎng)擴(kuò)展到更大的范圍。如OSMITP62-LD，其中ITP表示OSM上有ITP電纜接口，“6”代表電氣接口數(shù)量，“2”代表光纖接口數(shù)量，“LD”代表長距離。ELS（ElectricalLeanSwitch,簡單電器交換機(jī)）也是一種交換機(jī)設(shè)備，只有TP接口，功能比OSM/ESM簡單。

　　三、PLC的網(wǎng)絡(luò)通信

　　網(wǎng)絡(luò)通信需要遵循一定的協(xié)議，在工業(yè)以太網(wǎng)上可以運(yùn)行的服務(wù)有：標(biāo)準(zhǔn)通信、S5兼容通信、S7通信和PG/OP通信，服務(wù)獨立于網(wǎng)絡(luò)，可以在不同網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，在服務(wù)中包含不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)準(zhǔn)通信是運(yùn)行于OSI參考模型應(yīng)用層的協(xié)議，包括子網(wǎng)(Subnets)為IndustrialEthernet的MMS－MAP3.0協(xié)議和子網(wǎng)為PROFIBUS的FMS協(xié)議。MAP(ManufacturingAutomationProtocol,制造業(yè)自動化協(xié)議)提供MMS服務(wù)，主要用于傳輸結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。MMS是一個符合ISO/IEC9506-4的工業(yè)以太網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，MAP3.0的版本提供了開放統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，可以連接各個廠商的產(chǎn)品，現(xiàn)在很少應(yīng)用。S7通信集成在每一個SIMATICS7/M7和C7的系統(tǒng)中，屬于OSI參考模型中應(yīng)用層的協(xié)議，它獨立于各個網(wǎng)絡(luò)，可以應(yīng)用于多種網(wǎng)絡(luò)(MPI、PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng))。S7通信通過不斷地重復(fù)接受數(shù)據(jù)來保證網(wǎng)絡(luò)報文的正確。在SIMATICS7中，通過組態(tài)建立S7連接來實現(xiàn)S7通信。在PC上，S7通信需要通過SAPI-S7接口函數(shù)或OPC（過程控制用對象鏈接與嵌入）來實現(xiàn)。在STEP7中，S7通信需要調(diào)用功能塊SFB或FB，最大的通信數(shù)據(jù)可達(dá)64KB。S5兼容通信中，當(dāng)子網(wǎng)為IndustrialEthernet時，所用的協(xié)議有：ISOtransport協(xié)議、ISO-on-TCP協(xié)議、UDP協(xié)議和TCP/IP協(xié)議；而當(dāng)子網(wǎng)為PROFIBUS時有FDL協(xié)議。

　　下面以西門子SIMATICS7系列PLC的網(wǎng)絡(luò)通信為例，來介紹工業(yè)以太網(wǎng)在PLC中的基本網(wǎng)絡(luò)通信及編程調(diào)試。

　　3.1、PLC的基本網(wǎng)絡(luò)通信

　　SIMATICS7系列可以通過帶有IT功能的CP模板提供工業(yè)以太網(wǎng)通信，實現(xiàn)E-mail的發(fā)送、通過Web方式監(jiān)控設(shè)備和處理數(shù)據(jù)、FTP（FileTransferProtocol）功能。由于實現(xiàn)E-mail通信功能與實現(xiàn)FTP功能及Web功能類似，下面重點介紹E-mail通信功能的實現(xiàn)。

　　3.1.1、E-mail通信的網(wǎng)絡(luò)連接

　　首先對郵件系統(tǒng)用到的主要協(xié)議做一下簡單的介紹：SMTP為簡單郵件傳輸協(xié)議，是以太網(wǎng)上一種標(biāo)準(zhǔn)的host-to-host的郵件發(fā)送協(xié)議，默認(rèn)專用第25號端口。POP3（PostOfficeProtocolV3）為郵件接收協(xié)議，用于當(dāng)授權(quán)用戶從E-mailserver上下載完自己的新郵件后將該郵件刪除，但通?？梢酝ㄟ^一些操作來將這些郵件做進(jìn)一步的保存，因而POP也可以被認(rèn)為是存儲－轉(zhuǎn)發(fā)（store-and-forward）服務(wù)。

　　IT-CP可以用作E-mailclient端，它支持SMTP（SimpleMailTransferProtocol）,可以發(fā)送郵件但不能接收郵件。通過E-mail功能，PLC可以按照特定觸發(fā)事件或按照特定時刻發(fā)送運(yùn)行信息，其網(wǎng)絡(luò)連接。

　　3.1.2、E-mail通信的硬件需求和軟件需求

　　硬件：CP343-1IT或CP443-1IT、PC機(jī)（帶以太網(wǎng)卡）。

　　軟件：STEP7V5.3、E-mailserver端軟件、E-mailclient端軟件。

　　3.1.3、配置E-mailserver和E-mailclient

　　由于IT-CP只能做E-mailclient端，支持SMTP協(xié)議，所以需要一個E-mailserver來接收和轉(zhuǎn)發(fā)來自IT-CP的郵件，本例中利用軟件將PC作為E-mailserver。在PC上安裝cMailServer服務(wù)器軟件，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置和帳號建立。

　　a、系統(tǒng)設(shè)置：設(shè)置作為局域網(wǎng)郵件的服務(wù)器，實現(xiàn)在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)中接收控制站發(fā)送的郵件；設(shè)置郵箱域名。

　　b、建立帳號：帳號與密碼為郵件客戶端帳號信息。

　　同樣，配置E-mailclient時，可通過在E-mailclient安裝的客戶端軟件（如：Outlook）建立E-mail通信方的賬戶，用于收信。郵箱服務(wù)器指定服務(wù)器計算機(jī)IP地址，如本機(jī)作為服務(wù)器時，設(shè)定IP地址為192.168.0.1。

　　3.1.4、E-mail通信的PLC系統(tǒng)組態(tài)

　　a、新建項目在STEP7軟件中創(chuàng)建一個新項目，點擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“新建項目”并命名，在下一步中選擇PLC的CPU模塊，如本例選擇了S7-300系列的CPU315-2DP模塊。同時，在硬件組態(tài)“HWConfig”中，插入“CP343-1IT”模塊（本例為CP343-1Advanced-IT模塊）。

　　b、設(shè)置CP343-1IT在CP343-1IT的屬性中，新建以太網(wǎng)“Ethernet(1)”，分配IP地址。本例的IP地址為192.168.0.9（子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0）。

　　打開“NetPro”設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，選擇CPU，在連接列表中建立新的連接。連接類型選擇“電子郵件連接”。在“電子郵件連接”的屬性中標(biāo)簽中塊參數(shù)ID=1，LADDR=W＃16＃0100，這兩個參數(shù)在后面編程時會用到。“地址”標(biāo)簽中，設(shè)置本地PLC（SMTPClient）IP地址為192.168.0.9，連接E-mailServer(SMTPServer)IP192.168.0.1，端口號為25，本例中設(shè)置發(fā)送方的信箱名為

　　CPU123@192.168.0.9，如圖1所示。

圖1

　　3.1.5、E-Mail通信編程

　　首先，創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊DB50。

　　在初始值的設(shè)定中：

　　'TO:'字符串格式表示E-mail的接收地址，這里設(shè)定為PC的E-mail地址：

　　computer@192.168.0.1。

　　'CC:'字符串格式表示E-mail的抄送地址。

　　'FROM:'字符串格式表示E-mail的接收地址，這里設(shè)定為IT_CP的E-mail地址：CPU123@192.168.0.9。

　　'SUB:'字符串格式表示文件名(即郵箱主題)，如“StatusStation7”。

　　'TXT:'字符串格式表示郵件內(nèi)容，如“FaultinplantSector2”。

　　'BNY：'字符串格式表示文件附件。

　　在STEP軟件的指令庫中調(diào)用FC5AG_SEND功能塊，發(fā)送E-mail。

　　程序代碼：

　　CALL"AG_SEND"(FC5AG_SEND)//調(diào)用FC5AG_SEND功能塊

　　ACT:=M10.0

　　//觸發(fā)信號，上升沿發(fā)送

　　ID:=1

　　//連接號，可參考連接裱

　　LADDR:=W#16#100

　　//CP的地址

　　SEND:=P#DB50.DBX0.0BYTE224//發(fā)送區(qū)DB

　　LEN:=224//發(fā)送區(qū)長度

　　DONE:=M10.1//執(zhí)行代碼

　　ERROR:=M20.1//故障代碼

　　STATUS:=MW12//狀態(tài)代碼

　　程序編寫完后將整個項目下載到PLC中，通過觸發(fā)M10.1來發(fā)送E-mail。當(dāng)M10.1為“1”時，觸發(fā)該任務(wù)，將DB50中的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。在PC側(cè)，Outlook客服端可以訪問E-mailServer，接收到該E-mail如圖2所示。

圖2

　　4、結(jié)束語

　　通過上面的內(nèi)容我們深入了解到工業(yè)以太網(wǎng)在PLC中的應(yīng)用，可實現(xiàn)PLC與PC之間以及與其他PLC間的數(shù)據(jù)交換；同時，PLC與現(xiàn)成執(zhí)行器/傳感器的也可建立連接及信號傳送，傳輸數(shù)據(jù)短，PLC站在特定的情況下，就可以通過CP343-1IT模塊來發(fā)送E-mail等相關(guān)信息給管理人員，以保證工廠運(yùn)行的情況能夠被及時監(jiān)控。