作 者：上海汽車工業(yè)（集團(tuán)）總公司培訓(xùn)中心 華閏祺



1  序言
工業(yè)以太網(wǎng)提供了針對(duì)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(shí)效性，最大限度地滿足了用戶和生產(chǎn)廠商的需求。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、高實(shí)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)廠商。

2  工業(yè)以太網(wǎng)的特點(diǎn)

工業(yè)以太網(wǎng)是專為工業(yè)應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的，它遵循國際標(biāo)準(zhǔn)ieee802.3（ethernet）的開。放形式，多供應(yīng)商的高性能的區(qū)域和網(wǎng)絡(luò)單元。工業(yè)以太網(wǎng)一般用于對(duì)時(shí)間要求不太嚴(yán)格、需要傳送大量數(shù)據(jù)的通信場合。將以太網(wǎng)高速傳送技術(shù)引入到工業(yè)控制領(lǐng)域，使得企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)、外部互聯(lián)網(wǎng)和國際互聯(lián)網(wǎng)提供的技術(shù)和廣泛的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)和過程  自動(dòng)化中。這種應(yīng)用推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合。

以太網(wǎng)的市場占有率已經(jīng)超過80%，在當(dāng)今局域網(wǎng)中首屈一指。以太網(wǎng)有如下特點(diǎn)：
◆可以采用冗余的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可靠性高；

◆通過交換技術(shù)可以提供實(shí)際上沒有限制的通信性能；

◆靈活性好，現(xiàn)有設(shè)備可以不收影響地?cái)U(kuò)張；

◆在不但發(fā)展過程中有良好的向下兼容性；

◆易于實(shí)現(xiàn)管理信息系統(tǒng)和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)，即管理控制網(wǎng)絡(luò)的一體化。

以太網(wǎng)支持的廣域開放型網(wǎng)絡(luò)模型，可以采用多種傳輸媒體。西門子公司在工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)和領(lǐng)先的解決方案。其中simatic net工業(yè)以太網(wǎng)基于經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)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)。經(jīng)過多年的實(shí)踐，simatic net工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用已多于400000個(gè)節(jié)點(diǎn)，偏布世界各地，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)。

3  工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢

工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的研究還只是近幾年才引起國內(nèi)外工控專家的關(guān)注。而現(xiàn)場總線經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在技術(shù)上日漸成熟，在市場上也開始了全面推廣，并且形成了一定的市場。就目前而言，全面代替現(xiàn)場總線還存在一些問題，需要進(jìn)一步深入研究基于工業(yè)以太網(wǎng)的全新控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)出基于工業(yè)以太網(wǎng)的系列產(chǎn)品。因此，近一段時(shí)間內(nèi)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將與現(xiàn)場總線相結(jié)合，具體表現(xiàn)在：

◆     物理介質(zhì)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連線，如雙絞線、光纖等；

◆使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接設(shè)備（如交換機(jī)等），在工業(yè)現(xiàn)場使用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)；

◆采用ieee 802.3物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)、tcp/ip協(xié)議組；

◆應(yīng)用層（甚至是用戶層）采用現(xiàn)場總線的應(yīng)用層、用戶層協(xié)議；

◆兼容現(xiàn)有成熟的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，如dcs、plc等 。

隨著以太網(wǎng)通信速率的提高、全雙工通信、交換技術(shù)的發(fā)展，為以太網(wǎng)的通信確定性的解決提供了技術(shù)基礎(chǔ)，從而消除了以太網(wǎng)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信的主要障礙，為以太網(wǎng)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間通信提供了技術(shù)可能。將有越來越多的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)直接應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備間的通信。

4  網(wǎng)絡(luò)仿真軟件plcsim
s7-plcsim是自動(dòng)嵌套在step7中的一個(gè)非常試用的仿真plc軟件。無需連接任何s7硬件，就可以在pg/pc上仿真一個(gè)完整的s7-cpu，包括地址和i/o。s7-plcsim使用戶能夠在pg/pc上離線測試程序，可以使用所有的step7編程語言。
最新版本的s7-plcsim-v54 sp3支持網(wǎng)絡(luò)仿真功能，但僅支持支持s7鏈接之間的通訊，不支持諸如sfc14，sfc15這種與第三方的通訊。s7-plcsim-v54 sp3支持的功能塊有：sfb8“usend”、sfb9“urcv”、sfb12“bsend”、sfb13“brcv”、sfb15“put”和sfb14“get”。

5  工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊仿真的實(shí)現(xiàn)在simatic manager中新建兩個(gè)帶pn口的cpu（cpu315 pn/dp和cpu317 pn/dp和），分別設(shè)置ip地址和子網(wǎng)掩碼，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，使兩個(gè)plc同時(shí)連接入同一個(gè)局域網(wǎng)。配置如圖1和圖2所示。

 

 圖1 ip地址和子網(wǎng)掩碼設(shè)置

 

圖2 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)配置

網(wǎng)絡(luò)配置netpro界面中，右擊任意一個(gè)cpu，點(diǎn)擊“插入新連接”，選中對(duì)應(yīng)的cpu，建立主動(dòng)連接（見圖3和圖4）。

  

  圖3 插入新連接



 圖4 連接屬性設(shè)置

本文主要利用sfb8和sfb9實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊仿真。其中sfb8“usend”向類型為“urcv”的遠(yuǎn)程伙伴發(fā)送數(shù)據(jù)。執(zhí)行發(fā)送過程而不需要和遠(yuǎn)程伙伴進(jìn)行協(xié)調(diào)。也就是說，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)不需要伙伴進(jìn)行確認(rèn)。sfb9“urcv”從類型為“usend”的遠(yuǎn)程伙伴sfb/fb中異步接收數(shù)據(jù)，并把接收到的數(shù)據(jù)復(fù)制到組態(tài)的接收區(qū)域內(nèi)。sfb8和sfb9的輸入輸出參數(shù)具體見附表所示。

 

 附表 sfb8/9主要參數(shù)信息

主程序中，通過調(diào)用sfb8和sfb9對(duì)遠(yuǎn)程cpu進(jìn)行讀寫操作。兩個(gè)cpu中通過調(diào)用sfb8和sfb9系統(tǒng)功能塊將cpu315的db1.dbb0～dbb9發(fā)送至cpu317的db1.dbb0～dbb9。相應(yīng)地將cpu317的db1.dbb10～dbb19發(fā)送到cpu315的db1.dbb10～dbb19。plc程序如圖5所示。
 
如圖6所示，打開plcsim仿真器，將兩個(gè)cpu的程序和硬件配置分別下載至仿真器。打開用wincc flexbile制作的上位機(jī)圖形仿真界面（見圖7），點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕，可以發(fā)現(xiàn)cpu315和cpu317的數(shù)據(jù)互相傳遞。



圖5 數(shù)據(jù)發(fā)送程序



 圖6  plcsim軟件仿真



  圖7 wincc flexbile仿真界面
6  小結(jié)

利用plcsim v5.4 sp3仿真軟件，可以模擬仿真西門子s7 300/400的plc以太網(wǎng)通訊，為今后程序調(diào)試帶來諸多便利之處。
作者簡介

華閏祺（1984-）碩士，培訓(xùn)師，現(xiàn)就職于上海汽車工業(yè)（集團(tuán)）總公司培訓(xùn)中心，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化及過程控制、電氣設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)等。精通西門子s7-300/400，三菱fx，ab controllogix等多款plc，并熟悉多款上位機(jī)軟件，主要開發(fā)的項(xiàng)目有：上海通用北廠fi020生產(chǎn)線硬件設(shè)計(jì)、上海通用南廠alarm數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、無錫城區(qū)排水系統(tǒng)采集監(jiān)控系統(tǒng)及上海理工大學(xué)rockwell實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

參考文獻(xiàn)
[1]宋德玉.可編程控制器原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京:冶金工業(yè)出版社,1999.
[2]simatic step7 用戶手冊[z].北京：西門子(中國)有限公司，1999.
[3]simatic s7-300、s7-400語句表編程參考手冊[z].北京：西門子(中國)有限公司，2004 .
[4]simatic s7-300、s7-400梯形圖編程參考手冊[z].北京：西門子(中國)有限公司，2004.
[5]廖常初.s7-30/400 plc應(yīng)用技術(shù)[m].北京機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
[6]陳忠華.編程控制器與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)[m].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
[7]許立梓，程良倫.工業(yè)控制機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[m].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.
[8]馮太合，陳宇駒.西門子s7-300系列plc及應(yīng)用軟件step7[m].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2004