1、授課內容S7-300PLC的工業以太網通信一、教學目標終極目標：使學生掌握如何建立 S7-300PLC 的工業以太網通信；促成目標：1）了解什么是工業以太網；2）掌握 S7-300PLC 工業以太網的特性及構成；3）掌握 S7300PLC 工業以太網通信方法。二、工作任務讓學生掌握 S7-300PLC 工業以太網的通信內容，為實驗做好鋪墊。三、能力訓練（一）工業以太網通訊技術隨著信息技術的不斷發展，信息交換技術覆蓋了各行各業。在自動化領域，越來越多的企業需要建立包含從工廠現場設備層到控制層、管理層等各個層次的綜合自動化網絡管控平臺，建立以工業控制網絡技術為基礎的企業信息化系統。工業以太網提供了

2、針對制造業控制網絡的數據傳輸的以太網標準。該技術基于工業標準，利用了交換以太網結構，有很高的網絡安全性、可操作性和實效性，最大限度地滿足了用戶和生產廠商的需求。工業以太網以其特有的第成本、高實效、高擴展性及高智能的魅力，吸引著越來越多的制造業廠商。1.1 以太網技術以太網技術的思想淵源最早可以追溯到 1968 年。以太網的核心思想是使用共享的公共傳輸信道，這個思想源于夏威夷大學。在局域網家族中，以太網是指遵循 IEEE802.3 標準，可以在光纜和雙絞線上傳輸的網絡。以太網也是當前主要應用的一種局域網(LocalAreaNetwork)類型。目前的以太網按照傳輸速率大致分為以下四種：10Bas

3、e-T 以太網一一傳輸介質是銅軸電纜，傳輸速率為 10Mbit/s;快速以太網一一傳輸速率為 100Mbit/s,采用光纜或雙絞線作為傳輸介質，兼容10Base-T 以太網；Gigabit 以太網一一擴展的以太網協議，傳輸速率為 1Gbit/s,采用光纜或雙絞線作為傳輸介質，基于當前的以太網標準，兼容 10Mbit/s 以太網和 100Mbit/s 以太網的交換機和路由器設備； 10Gigabit 以太網2002年 6 月發布，是一種更快的以太網技術。支持智能以太網服務，是未來廣域網和城域網的寬帶解決方案。1.2 工業以太網與傳統以太網絡的比較工業網絡與傳統辦公室網絡相比，有一些不同之處，如表

4、 10-1。工業以太網產品的設計制造必須充分考慮并滿足工業網絡應用的需要。工業現場對工業以太網產品的要求包括：工業生產現場環境的高溫、潮濕、空氣污濁以及腐蝕性氣體的存在，要求工業級產品具有環境適應性，并要耐腐蝕、防塵和防水。工業生產現場的粉塵、易燃易爆和有毒性氣體的存在，需要采取防爆措施保證安全生產。工業生產現場的振動、電磁干擾大，工業控制網絡必須具有機械環境適應性(如耐振動、耐沖擊)、電磁環境適應性或電磁兼容性(EMCElectroMagneticCompatibility)等。工業網絡器件的供電，通常是采用柜內低壓直流電源標準，大多的工業環境中控制柜內所需電源為低壓 24V 直流。采用標準

5、導軌安裝，安裝方便，適用于工業環境安裝的要求。工業網絡器件要能方便地安裝在工業現場控制柜內，并容易更換。1.3 工業以太網應用于工業自動化中的關鍵問題1、通信實時性問題2、對環境的適應性與可靠性的問題3、總線供電4、本質安全二、西門子工業以太網西門子公司在工業以太網領域有著非常豐富的經驗和領先的解決方案。其中 SIMATICNET 工業以太網基于經過現場驗證的技術，符合 IEEE802.3 標準并提供 10Mbit/s 以及 100Mbit/s 快速以太網技術。經過多年的實踐，SIMATICNET 工業以太網的應用已多于400000 個節點，偏布世界各地，用于嚴酷的工業環境，并包括有高強度電磁

6、干擾的地區。西門子工業以太網介紹1、基本類型10Mbit/s 工業以太網應用基帶傳輸技術，基于 IEEE802.3,利用 CSMA/CD 介質訪問方法的單元級、控制級傳輸網絡。傳輸速率為10Mbit/s,傳輸介質為同軸電纜、屏蔽雙絞線或光纖。100Mbit/s 快速以太網基于以太網技術，傳輸速率為 100Mbit/s,傳輸介質為屏蔽雙絞線或光纖。2、網絡硬件傳輸介質網絡的物理傳輸介質主要根據網絡連接距離、數據安全以及傳輸速率來選擇。通常在西門子網絡中使用的傳輸介質包括：2 芯電纜，無雙絞，無屏蔽；2 芯雙絞線，無屏蔽2 芯屏蔽雙絞線；同軸電纜；光纖；無線通信在西門子工業以太網絡中，通常使用的物

7、理傳輸介質時屏蔽雙絞線、工業屏蔽雙絞線以及光纖。網絡部件工業以太網鏈路模塊 OLM、ELMOLM(光鏈路模塊)有 3 個 ITP 接口和兩個 BFOC 接口。 ITP 接口可以連接3 個終端設備或網段，BFOC 接口可以連接兩個光路設備(如 OLM 等)，速度為 10Mbit/s。ELM(電氣鏈路模塊)有 3 個 ITP 接口和 1 個 AUI 接口。通過AUI 接口，可以將網絡設備連接至 LAN 上，速度為 10Mbit/s。工業以太網交換機 OSM、ESM通信處理器常用的工業以太網通信處理器（CPCommunicatonProcesser,通信處理單元），包括用在 S7PLC 站上的處理器

8、 CP243-1 系列、CP343-1 系歹hCP443-1 系列等。CP243-1 是為 S7-200 系列 PLC 設計的工業以太網通信處理器，通過CP243-1 模塊， 用戶可以很方便地將 S7-200 系列 PLC 通過工業以太網進行連接，并且支持使用 STEP7-Micro/WIN32 軟件，通過以太網對 S7-200進行遠程組態、編程和診斷。同時，S7-200 也可以同 S7-300、S7-400系歹 IPLC 進行以太網的連接。S7-300 系列 PLC 的以太網通信處理器是 CP343-1 系列， 按照所支持協議的不同，可以分為 CP343-1、CP343-1ISO、CP343

9、-1TCP、CP343-1IT和 CP343-1PN。S7-400PLC 的以太網通信處理器是 CP443-1 系列，按照所支持協議的不同，可以分為 CP443-1、CP443-1ISO 和 CP443-1IT。西門子支持的網絡協議和服務1、標準通信（StandardCommunication）標 準 通 信 運 行 于OSI參 考 模 型 第7層 的 初MAP（ManufacturingAutomationProtocol,制造業自動化協議）提供 MMS 服務，主要用于傳輸結構化的數據。MMS 是一個符合 ISO/IES9506-4 的工業以太網通信標準，MAP3.0 的版本提供了開放統一的

10、通信標準，可以連接各個廠商的產品，現在很少應用ISO 傳輸協議：ISO 傳輸協議支持基于 ISO 的發送和接收，使得設備（例如 SIMATICS5 或 PC）在工業以太網上的通信非常容易，該服務支持大數據量的數據傳輸（最大 8KB）。ISO 數據接收有通信方確認，通過功能塊可以看到確認信息。TCP:TCP 即 TCP/IP 中傳輸控制協議，提供了數據流通信，但并不將數據封裝成消息塊，因而用戶并不接收到每一個任務的確認信號。TCP 支持面向 TCP/IP 的 Socket。TCP 支持給予 TCP/IP 的發送和接收，使得設備（例如 PC 或非西門子設備） 在工業以太網上的通信非常容易。 該協議

11、支持大數據量的數據傳輸 （最大 8KB）,數據可以通過工業以太網或 TCP/IP網絡 （撥號網絡或因特網） 傳輸。 通過 TCP,SIMATICS7 可以通過建立 TCP連接來發送/接收數據。ISO-on-TCP:ISO-on-TCP 提供了 S5 兼容通信協議，通過組態連接來傳輸數據和變量長度。ISO-on-TCP 符合 TCP/IP,但相對于標準的 TCP/IP,還附加了 RFC1006協議，RFC1006是一個標準協議， 該協議描述了如何將ISO映射到 TCP 上去。UDP:UDP（UserDatagramProtocol,用戶數據報協議）提供了S5 兼容通信協議，適用于簡單的、交叉網絡

12、的數據傳輸，沒有數據確認報文，不檢測數據傳輸的正確性。屬于 OSI 參考模型第 4 層的協議。UDP 支持基于 UDP 的發送和接收，使得設備（例如 PC 或非西門子公司設備）在工業以太網上的通信非常容易。該協議支持較大數據量的數據傳輸(最大 2KB),數據可以通過工業以太網或TCP/IP 網絡(撥號網絡或因特網)傳輸。通過 UDP,SIMATICS7 通過建立 UDP 連接，提供了發送/接收通信功能，與 TCP 不同，UDP 并沒有在通信雙方建立一個固定的連接。3、S7 通信(S7Communication)S7 通信集成在每一個 SIMATICS7/M7 和 C7 的系統中，屬于 OSI

13、參考模型第 7 層應用層的協議，它獨立于各個網絡，可以應用于多種網絡(MPI、PROFIBUS、工業以太網)。S7 通信通過不斷地重復接收數據來保證網絡報文的正確。在 SIMATICS7 中，通過組態建立 S7 連接來實現 S7 通信，在 PC 上，S7 通信需要通過SAPI-S7 借口函數或 OPC(過程控制用對象鏈接與嵌入)來實現。在 STEP7 中，S7 通信需要調用功能塊 SFB(S7-400)或 FB(S7-300),最大的通信數據可以達 64KB。對于 S7-400,可以使用系統功能塊 SFB 來實現 S7 通信，對于 S7-300,可以調用相應得 FB 功能塊進行 S7 通信，如

14、表 10-5 所示。4、PG/OP 通信PG/OP 通信分別是 PG 和 OP 與 PLC 通信來進行組態、編程、監控以及人機交互等操作的服務。S7-300PLC 進行工業以太網通信所需的硬件與軟件1、硬件：(1)CPU(2)CP343-1IT/CP343-1(3)PC(帶網卡)2、軟件：STEP7V5.2說明：為了便于選擇硬件，請保持軟件的更新。可以到西門子(中國)自動化與驅動集團的官方網站上去下載所需的補丁和升級包。3、PG/PCInterface 的設定在“SIMATICManger”界面中，選擇Options”-“PG/PCInterface，”進入“SetPG/PCInterface

15、 界面；選定TCP/IP(Auto)RealtekRTL8193/810 為通信協議，見圖 10-8 所示。2.4S7-300PLC 利用 S5 兼容的通信協議進行工業以太網通信1、TCP(1)新建項目在 STEP7 中創建一個新項目，取名為“TCPofIE 點擊右鍵，再彈出的菜單中選擇“InsertNewObject”-“SIMATIC300Station，”插入一個 300 站，取名為“313C2DP。用同樣的方法在項目“TCPofIE 下插另一個 300 站，取名為“3152DP。如圖 10-9 所示。(2)硬件組態首先對“313C2DP站進行硬件組態，雙擊“Hardware 進入“HW

16、Config界面。在機架上加入 CPU313C-2DP、SM323 和 CP343-1IT,如圖 10-10 所示。同時把 CPU 的 MPI 地址設為“4；CP 模塊的 MPI 地址設為“5；CP343-1IT 可以在“SIMATIC300”-“CP3007IndustrialEthernet 下找到，見圖10-11。當把 CP343-1IT 插入機架時， 會彈出一個“CP3431IT 的屬性對話框”， 新建以太網Ethernets)”， 因為要使用TCP,故只需設置CP模塊的IP地址， 如圖10-12所示。 本例中CP343-1IT的IP地址為： 10.10.3.28,子網掩碼： 255.

17、255.255.192。用同樣的方法，建立“31&DP站的硬件組態。CPU 的 MPI 地址設為“2；CP 模塊的 MPI 地址設為“3；CP 模塊的 IP 地址為：10.10.3.58,子網掩碼：255.255.255.192。硬件組態好后保存編譯，分別下載到兩臺 PLC 中。(2)網絡參數配置與做一般的項目不同，在做工業以太網通信的項目時，除了要組態硬件，還要進行網絡參數的配置，以便于在編寫程序時，可以方便的調用功能塊。在“SIMATICManger”界面中點擊“ConfigureNetwork”鍵，打開“NetPro 設置網絡參數。此時可以看到兩臺 PLC 已經掛入了工業以太網中

18、，選中一 CPU,點擊鼠標右鍵，選擇“InsertNewConnection 建立新的連接，如圖 10-13 所示。在連接類型中，選擇“TCBonnection 連接，如圖 10-14 所示。然后點擊“OK,設置連接屬性，見圖 10-15。“General 屬性中 ID=1,是通信的連接號；LADDR=W#16#0110,是 CP 模塊的地址，這兩個參數在后面的編程時會用到通信雙方其中一個站（本例中為 CPU315-2DP）必須激活Activeconnectionestablishment 選項；以便在通信連接初始化中起到主動連接的作用。“Address 屬性中可以看到通信雙方的 IP 地址，

19、占用的端口號可以自定義，也可以使用默認值，如 2000,如題 10-16 所示。參數設置好后編譯保存，再下載到 PLC 中就完成了。（3）編寫程序在進行工業以太網通信編程時需要調用功能 FC5AG_SEND 和FC6AG_RECV,該功能塊在指令庫Libraries”-“SIMATIC_NET_CP-300C用可以找到，如圖10-17 所示。其中發送方（本例中為 CPU315-2DP）調用發送功能 FC5,程序如圖 10-18 所示。當 M0.0 為“1 時，觸發發送任務，將“SEND 數據區中的 20 個字節發送出去，發送數據“LEN 的長度不大于數據區的長度。下表10-6 所示為功能 FC

20、5 的各個管腳參數說明。同樣在接收方（本例為 CPU313C-2DP）接收數據需要調用接收功能 FC6,如圖 10-19。功能 FC6 各個管腳參數說明如表 10-7。程序編寫好后保存下載，這樣就可以把發送方 CPU315-2DP 內的20 個字節的數據發送給接收方 CPU313C-2DP。正常情況下，功能塊 FC5AG_SEND 和 FC6AG_RECV 的最大數據通彳 t 量為 240 個字節，如果用戶數據大于 240 個字節，則需要通過硬件組態在 CP 模塊的硬件屬性中設置數據長度大于個字節(最大 8KB),如圖 10-20 所示。如果數據長度小于 240個字節，不要激活此選項以減少網絡

21、負載。2、ISO_on_TCPISO_on_TCP 是在 TCP 上加上了 ISO 的校驗機制，故本例中所使用的 CP 模240塊需要支持 TCP。(1)新建項目在 STEP7 中創建一個新項目，取名為“ISO_on_TCPofIEJ 再彈出的菜單中選擇“InsertNewObject”一“SIMATIC300StatiqnJf入一個 300 站，取名為“313C2DP。用同樣的方法在項目“TCPofIE”下插另一個 300 站，取名為“3152DP。如圖 10-21 所示。(2)硬件組態首先對“313C2DP站進行硬件組態，雙擊“Hardware 進入“HWConfig界面。在機架上加入 C

22、PU313C-2DP、SM323 和 CP343-1IT,如圖 10-22 所示。同樣把 CPU 的 MPI 地址設為“4；CP 模塊的 MPI 地址設為“5；當把 CP343-1IT插入機架時，仍然會彈出一個“CP34311T 的屬性對話框新建以太網Ethernet1)”，因為要使用 ISO_on_TCP,故只需設置 CP 模塊的 IP 地址，如圖10-23 所示。本例中 CP343-1IT 的 IP 地址為：10.10.3.28,子網掩碼：255.255.255.192。建立“3152DP站的硬件組態方法與上面例子一樣，這里不再詳細講述。(3)網絡參數配置與上面例子相同，打開“NetPro

23、 設置網絡參數。在連接類型中，選擇“ISO_on_TCPconnection連接，如圖 10-24 所示。然后點擊“OK,設置連接屬性，見圖 10-25。“Genera 屬性中 ID=1,是通信的連接號；LADDR=W#16#0110,是 CP 模塊的地址，這兩個參數在后面的編程時會用到。通信雙方其中一個站(本例中為 CPU315-2DP)必須激活Activeconnectionestablishment 選項；以便在通信連接初始化中起到主動連接的作用。“Address 屬性中可以看到通信雙方的 IP 地址，TSAP 可以自定義，也可以使用默認值，如“TCP1”，如圖 10-26 所示。參數設

24、置好后編譯保存，再下載到 PLC 中，這樣網絡參數設置就完成了。(4)通信程序的編寫與 TCP 連接相同，這里不再重復。3、UDPUDP 的組態和編程方法同 TCP 基本相同，只需在網絡參數設置里選擇“UDPconnection 連接即可，這里不再詳述。4、IOS 傳輸協議本例中需要支持 ISO 傳輸協議的 CP 模塊，在選擇硬件時應當注意。(1)新建項目在 STEP7 中創建一個新項目，取名為“IE_IOS”點擊右鍵，再彈出的菜單中選擇“InsertNewObject”-“SIMATIC300Station，”插入一個 300 站。用同樣的方法在項目“IE_IOS 下插另一個 300 站，如

25、圖 10-27 所示。(2)硬件組態單擊“SIMATIC300(1)”，雙擊“Hardware 進入“HWConfig 界面。在機架中插入所需的 CPU 和 CP 模塊，見圖 10-28。當插入 CP 模塊后，會自動彈出一個“CP3431IT 的屬性對話框新建以太網Ethernet1)”，因為要使用 ISO 傳輸協議，故選擇“SetMACaddress/useISOprotocol 本例中設置該 CP 模塊的 MAC 地址為08.00.06.71.6D.D0,IP 地址為：10.10.3.28,子網掩碼：255.255.255.192,如圖10-29 所示。每個 CP 模塊的 MAC 地址都不

26、一樣，MAC 地址一般標注在 CP模塊的外殼上，使用時注意查找。用同樣的方法，建立另一個 S7-300 站，CP 模塊為 CP343-1,設置 CP 模塊的 MAC 地址，連接到同一個網絡“Ethernets)”上。(3)網絡參數配置與前面的例子同樣的方法打開“NetPro 設置網絡參數，選中一CPU,點擊鼠標右鍵，選擇“InsertNewConnection 建立新的連接，如圖 10-30所示。在連接類型中，選擇“ISOtransportconnection連接，如圖 10-31 所示。然后點擊“OK,設置連接屬性，見圖 10-32。“Genera 屬性中 ID=1,是通信的連接號；LADD

27、R=W#16#0100,是 CP 模塊的地址，這兩個參數在后面的編程時會用到通信雙方的其中一個站(本例中為 CPU314C-2DP)為 Client 端，激活“Activeconnectionestablishment選項； 另一個站(本例中為CPU314C-2PtP)為 Server 端，在相應屬性中不激活。“Addresses性中可以看到通信雙方的 MAC 地址，TSAP 可以自定義，也可以使用默認值，如“ISO1”。如圖 10-33 所示。然后保存編譯，下載到 PLC 中。(4)通信程序的編寫與 TCP 連接相同，這里不再重復。2.5S7-300PLC 利用 S7 通信協議進行工業以太網

28、通信1、新建項目在 STEP7 中創建一個項目，取名為“IE_S7，點擊右鍵，再彈出的菜單中選擇“InsertNewObject”-“SIMATIC300StationJ 截人一個 300 站。用同樣的方法在項目“IE_S7 下插另一個 300 站，如圖 10-34 所示。2、硬件組態單擊“SIMATIC300(1)”，雙擊“Hardware 進入“HWConfig 界面。在機架中插入所需的 CPU 和 CP 模塊，見圖 10-35。與 ISO 傳輸協議一樣，當插入 CP 模塊后，會自動彈出一個“CP343-1IT 的屬性對話框新建以太網Ethernets)”，因為要使用 ISO 傳輸協議，

29、故選擇“SetMACaddress/useISOprotocol 本澗，中設置該 CP 模塊的 MAC 地址為 08.00.06.71.6D.D0,IP 地址為：192.168.1.10,子網掩碼：255.255.255.0。用同樣的方法，建立另一個 S7-300 站，CP 模塊為 CP343-1,設置 CP 模塊的 MAC 地址，連接到同一個網絡“Ethernets）”上。3、網絡參數設置打開“NetPro 設置網絡參數，選中一 CPU,點擊鼠標右鍵，選擇“InsertNewConnection 建立新的連接，在連接類型中，選擇“S7connection連接，如圖 10-36 所示。點擊“OK,設置連接屬性，見圖 10-37。“Genera 屬性中塊參數ID=1,這個參數在