XIAOZHONGMING

　摘要：本文重点介绍工业以太网的组成和类型等内容，并以西门子SIMATICS7系列PLC的网络通信为例，来介绍工业以太网在PLC中的基本网络通信及编程调试的应用。

　　关键词：工业以太网；PLC；网络通信；E-mail

　　中图分类号：TM921文献标识码：A

　　XUWeiFeng

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

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

　　Keywords:IndustryEthernetLC;Networkservice;E-mail

　　一、引言

　　随着信息技术的发展，信息交换技术的覆盖了各行各业。在自动化领域，越来越多的企业需要建立包含从工厂现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络管控平台，建立以工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足了用户和生产厂商地需求。工业以太网以其特有地低成本、高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业厂家。

　　在工业以太网领域中，西门子公司的SIMATICNET工业以太网基于经过现场验证的技术，符合IEEE802.3标准并提供10Mbit/S以及100Mbit/S快速以太网技术，能用于严酷的工业环境，并包括有高强度电磁干扰的地区。其中SIMATICNET包括有以下内容：组成通信网络的媒介、媒介附件和传输组件以及相应的传输技术，数据传输的协议和服务，用于连接PLC(ProgrammableLogicController)或PC(PersonalComputer)的通信模板。

　　二、SIMATICNET工业以太网

　　2.1、基本类型

　　2.1.1、10Mbit/s工业以太网应用基带传输技术，基于IEEE802.3,利用CSMA/CD介质访问方法的单元级、控制级传输网络。传输速率为10Mbit/s，传输介质为同轴电缆、屏蔽双绞线或光纤。

　　2.1.2、100Mbit/s快速以太网基于以太网技术，传输速率为100Mbit/s，传输介质为屏蔽双绞线或光纤。

　　2.2、网络硬件

　　2.2.1、传输介质网络的物理传输介质主要根据网络连接距离、数据安全以及传输速率来选择。通常在西门子网络中使用的传输介质包括：2芯无双绞、无屏蔽电缆(如AS-interfacebus)；2芯双绞线、无屏蔽电缆；2芯屏蔽双绞线(如PROFIBUS)；同轴电缆(如IndustrialEthernet)；光纤(如PROFIBUS/IndustrialEthernet)；无线通信(如红外线和无线电通信)。在PLC工业以太网中，通常使用的物理传输介质是屏蔽双绞线（TP－Twistedpair）、工业屏蔽双绞线（ITP－IndustrialTwistedpair）以及光纤。

　　2.2.2、网络部件
　　a、工业以太网链路模块OLM、ELM和OMC
　　OLM（光链路模块）有3个ITP接口和2个BFOC接口。ITP接口可以连接3个终端设备或网段，BEOC接口可以连接两个光路设备（如OLM等），速度为10Mbit/s。OMC（OpticalMediaConverter）模块用于通过光纤与电缆的转换来扩展网络距离，同时也可做为备用连线来连接冗余的环网。ELM（电气链路模块）有3个ITP接口和1个AUI接口。通过AUI接口，可以将网络设备连接至LAN上，速度为10Mbit/s。
　　b、工业以太网交换机OSM、ESM和ELS
　　OSM/ESM（Optical/ElectricalSwitchModule）的基本功能：提高网络性能；简化网络配置和网络扩展；限制错误帧的影响；地址学习；地址删除；设置传输波特率及自适应；数据包的VLAN优先权标签等。同时，OSM/ESM工业以太网交换机可以连接更多的站点，将以太网扩展到更大的范围。如OSMITP62-LD，其中ITP表示OSM上有ITP电缆接口，“6”代表电气接口数量，“2”代表光纤接口数量，“LD”代表长距离。ELS（ElectricalLeanSwitch,简单电器交换机）也是一种交换机设备，只有TP接口，功能比OSM/ESM简单。
　　三、PLC的网络通信
　　网络通信需要遵循一定的协议，在工业以太网上可以运行的服务有：标准通信、S5兼容通信、S7通信和PG/OP通信，服务独立于网络，可以在不同网络中运行，在服务中包含不同的网络协议，以适应不同的网络。标准通信是运行于OSI参考模型应用层的协议，包括子网(Subnets)为IndustrialEthernet的MMS－MAP3.0协议和子网为PROFIBUS的FMS协议。MAP(ManufacturingAutomationProtocol,制造业自动化协议)提供MMS服务，主要用于传输结构化的数据。MMS是一个符合ISO/IEC9506-4的工业以太网通信标准，MAP3.0的版本提供了开放统一的通信标准，可以连接各个厂商的产品，现在很少应用。S7通信集成在每一个SIMATICS7/M7和C7的系统中，属于OSI参考模型中应用层的协议，它独立于各个网络，可以应用于多种网络(MPI、PROFIBUS、工业以太网)。S7通信通过不断地重复接受数据来保证网络报文的正确。在SIMATICS7中，通过组态建立S7连接来实现S7通信。在PC上，S7通信需要通过SAPI-S7接口函数或OPC（过程控制用对象链接与嵌入）来实现。在STEP7中，S7通信需要调用功能块SFB或FB，最大的通信数据可达64KB。S5兼容通信中，当子网为IndustrialEthernet时，所用的协议有：ISOtransport协议、ISO-on-TCP协议、UDP协议和TCP/IP协议；而当子网为PROFIBUS时有FDL协议。
　　下面以西门子SIMATICS7系列PLC的网络通信为例，来介绍工业以太网在PLC中的基本网络通信及编程调试。
　　3.1、PLC的基本网络通信
　　SIMATICS7系列可以通过带有IT功能的CP模板提供工业以太网通信，实现E-mail的发送、通过Web方式监控设备和处理数据、FTP（FileTransferProtocol）功能。由于实现E-mail通信功能与实现FTP功能及Web功能类似，下面重点介绍E-mail通信功能的实现。
　　3.1.1、E-mail通信的网络连接
　　首先对邮件系统用到的主要协议做一下简单的介绍：SMTP为简单邮件传输协议，是以太网上一种标准的host-to-host的邮件发送协议，默认专用第25号端口。POP3（PostOfficeProtocolV3）为邮件接收协议，用于当授权用户从E-mailserver上下载完自己的新邮件后将该邮件删除，但通常可以通过一些操作来将这些邮件做进一步的保存，因而POP也可以被认为是存储－转发（store-and-forward）服务。
　　IT-CP可以用作E-mailclient端，它支持SMTP（SimpleMailTransferProtocol）,可以发送邮件但不能接收邮件。通过E-mail功能，PLC可以按照特定触发事件或按照特定时刻发送运行信息，其网络连接。
　　3.1.2、E-mail通信的硬件需求和软件需求
　　硬件：CP343-1IT或CP443-1IT、PC机（带以太网卡）。
　　软件：STEP7V5.3、E-mailserver端软件、E-mailclient端软件。
　　3.1.3、配置E-mailserver和E-mailclient
　　由于IT-CP只能做E-mailclient端，支持SMTP协议，所以需要一个E-mailserver来接收和转发来自IT-CP的邮件，本例中利用软件将PC作为E-mailserver。在PC上安装cMailServer服务器软件，进行系统设置和帐号建立。
　　a、系统设置：设置作为局域网邮件的服务器，实现在企业内网中接收控制站发送的邮件；设置邮箱域名。
　　b、建立帐号：帐号与密码为邮件客户端帐号信息。
　　同样，配置E-mailclient时，可通过在E-mailclient安装的客户端软件（如：Outlook）建立E-mail通信方的账户，用于收信。邮箱服务器指定服务器计算机IP地址，如本机作为服务器时，设定IP地址为192.168.0.1。
　　3.1.4、E-mail通信的PLC系统组态
　　a、新建项目在STEP7软件中创建一个新项目，点击右键，在弹出的菜单中选择“新建项目”并命名，在下一步中选择PLC的CPU模块，如本例选择了S7-300系列的CPU315-2DP模块。同时，在硬件组态“HWConfig”中，插入“CP343-1IT”模块（本例为CP343-1Advanced-IT模块）。
　　b、设置CP343-1IT在CP343-1IT的属性中，新建以太网“Ethernet(1)”，分配IP地址。本例的IP地址为192.168.0.9（子网掩码为255.255.255.0）。
　　打开“NetPro”设置网络参数，选择CPU，在连接列表中建立新的连接。连接类型选择“电子邮件连接”。在“电子邮件连接”的属性中标签中块参数ID=1，LADDR=W＃16＃0100，这两个参数在后面编程时会用到。“地址”标签中，设置本地PLC（SMTPClient）IP地址为192.168.0.9，连接E-mailServer(SMTPServer)IP192.168.0.1，端口号为25，本例中设置发送方的信箱名为
　　CPU123@192.168.0.9，如图1所示。

图1

　　3.1.5、E-Mail通信编程
　　首先，创建数据块DB50。
　　在初始值的设定中：
　　'TO:'字符串格式表示E-mail的接收地址，这里设定为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，这里设定为IT_CP的E-mail地址：CPU123@192.168.0.9。
　　'SUB:'字符串格式表示文件名(即邮箱主题)，如“StatusStation7”。
　　'TXT:'字符串格式表示邮件内容，如“FaultinplantSector2”。
　　'BNY：'字符串格式表示文件附件。
　　在STEP软件的指令库中调用FC5AG_SEND功能块，发送E-mail。
　　程序代码：
　　CALL"AG_SEND"(FC5AG_SEND)//调用FC5AG_SEND功能块
　　ACT:=M10.0
　　//触发信号，上升沿发送
　　ID:=1
　　//连接号，可参考连接裱
　　LADDR:=W#16#100
　　//CP的地址
　　SEND:=P#DB50.DBX0.0BYTE224//发送区DB
　　LEN:=224//发送区长度
　　DONE:=M10.1//执行代码
　　ERROR:=M20.1//故障代码
　　STATUS:=MW12//状态代码
　　程序编写完后将整个项目下载到PLC中，通过触发M10.1来发送E-mail。当M10.1为“1”时，触发该任务，将DB50中的数据发送出去。在PC侧，Outlook客服端可以访问E-mailServer，接收到该E-mail如图2所示。

图2

　　4、结束语
　　通过上面的内容我们深入了解到工业以太网在PLC中的应用，可实现PLC与PC之间以及与其他PLC间的数据交换；同时，PLC与现成执行器/传感器的也可建立连接及信号传送，传输数据短，PLC站在特定的情况下，就可以通过CP343-1IT模块来发送E-mail等相关信息给管理人员，以保证工厂运行的情况能够被及时监控。