西门子工业以太网简介及其组态PPT文档资料
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《工业以太网介绍》课件
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工业以太网在工业自动化领域中占据核心地位，为设备间通信提供了稳定、高效的数据传输方式。
工业以太网能够满足工业环境中的特殊要求，如高可靠性、实时性、安全性和可扩展性。
工业以太网已成为工业4.0和智能制造的重要组成部分，助力实现工厂自动化和数字化转型。
工业以太网技术将持续创新，提升传输速率、降低成本，并增强安全性、可靠性和实时性等方面的性能。
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工业以太网简介
工业以太网简介一、 PROFINET接口S7-1200 PLC CPU本体上集成了一个PROFINET接口，支持以太网和基于TCP/IP和UDP的通信标准。
PROFINET接口支持10～100Mbit/s的RJ45口，支持电缆交叉自适应，因此一个标准或交叉的以太网线都可以用于这个接口。
使用这个接口可以实现S7-1200 PLC CPU与编程设备的通信、与HMI触摸屏的通信以及与其他CPU之间的通信。
提示：根据现在的发展趋势PROFINET应该是以后的主流，它优势很明显，传输和响应速度快、数据不丢失、方便。
二、支持的协议和连接资源数S7-1200 PLC CPU的PROFINET通信口主要支持以下通信协议及服务：PROFINET IO（V2.0开始）、S7通信（V2.0开始支持客户端）、TCP通信、ISO on TCP通信、UDP通信（V2.0开始）、Modbus TCP 通信、HMI通信、Web通信（V2.0开始）。
在“设备视图”中选中CPU，在巡视窗口中选择“属性”→“常规”→“连接资源”，显示界面如图1所示。
图1 连接资源数从图1中可以看出，S7-1200 PLC一共有68个连接资源，包括预留62个资源和6个动态资源，6个动态资源由系统自动分配给HMI 通信、S7通信、开放式用户通信(Open User Communication, OUC)，不能分配给PG通信、Web通信。
注意：开放式用户通信包含TCP通信、ISO-on-TCP通信、UDP 通信、Modbus TCP通信。
PG通信：代表和PC进行通信所占用的资源，如在线监控、下载程序。
HMI通信：代表和HMI通信所占用的资源。
S7通信：代表和通信伙伴建立S7通信连接所占用的资源。
开放式用户通信：代表和通信伙伴建立开放式用户通信连接所占用的资源。
Web通信：代表和Web浏览器通信所占用的资源。
动态资源：由系统自动分配的连接资源。
依据上面的解释，构成表1，其中最大连接资源=预留连接资源+动态资源。
工业以太网介绍
图像处理器 视频解码器
视频服 务器
磁盘阵列
接入交换机
主井井口 房变电所
通风机房 配电室
副井提 升机房
生活及办公 区变电站 主井
井下主 变电所
盘区胶带 机变电所
井上 井下
主厂房
副井
准备车间
主排水泵 房变电所
南北翼大巷胶 带机 变电所
集控室
压滤车间
普通装车站
专门针对工业自动化实时可靠性而从传统以太网变异 出的厂家私有环路冗余协议。
1、STP及RSTP
STP(Spanning Tree Protocol)，是作为一个链路层协 议(IEEE 802.1D)存在的，提供路径冗余和阻止网络循环 发生。它做法是强令备用数据路径为阻塞(blocked)状态。 如果一条路径有故障，该拓扑结构能借助激活备用路径 重新配置及链路重构。网络中断恢复时间为30-60s之间。 RSTP(快速生成树算法，IEEE 802.1w)作为STP的升级， 将网络中断恢复时间，缩短到1-2s。STP网络结构灵活， 但存在恢复速度慢的缺点。在很多的工业环境中并不适 用。
1、安装和连接 商用以太网
工业以太网
• 专用网络机柜内
• 连接标准的台式机\ 工作站\打印机等
•RJ45接口
• 现场安装（控制柜内或直 接安装于自动化设备上，环 境恶劣，某些场合甚至要求 满足IP67防护等级）
• DB9，航空插座等
2、使用寿命
商用以太网
• 几年或十几年（没 有相应标准可遵循） • 风扇散热 • 备件更换：3年 • 电源(220VAC)
5、冗余要求
商用以太网
•一般没有冗余或 仅仅有核心冗余
工业以太网 •多种冗余方式的结合
SCALANCE X工业以太网交换机--西门子
■ 全双工防止冲突 ： 由于避免了常用报文的重复，显著提高了传输通讯量。两 个网络节点间可同时传输和接收数据。因此，基于全双工 连接快速以太网的数据吞吐量提高到 200Mbit/s，千兆以太 网的数据吞吐量提高到 2Gbit/s。全双工使更大限度网络扩 展成为可能。
■ 自适应 (Autosensing) 功能使网络节点 ( 数据终端和网络 部件 ) 自动地检测信号的传输速率 (10Mbit/s、100Mbit/s 或 1Gbit/s)，并支持自动协商。
器时会导致阻塞和延时。
■ 从传感器 / 执行器层到公司管理级传送连续的信息流
这不能用于自动控制，因为循环的执行进程处理需要输入更 新的数据来对组件发出适应的控制指令。
■ 全网每个地点的信息有效性 ■ 在工厂部门之间实现数据的快速交换
此外，应用技术，通讯关系和网络结构也必须各自能够适应 ■ 简单的全厂范围过程组态和高效的诊断
X 工业以太网交换机
SCALANCE X 适合工业环境的工业以太网交换机 SCALANCE X 工业以太网交换机种类齐全，是交换式工业以太网网络的核心。既 支持 SNMP 和 WEB 诊断，也支持 PROFINET 诊断。提供了工业级设计的高可靠性、 高可用性和维护简便性。
S 安全性
SCALANCE S 保证工业安全 利用安全机制，如认证、数据加密或访问控制，SCALANCE S 可以保护工业网络 和数据系统免受病毒侵袭、操控和未经授权的访问。
工业以太网是一种符合 IEEE 802.3( 以太网 ) 和 802.11( 无线局 域网 ) 标准的高性能的局域网络。通过工业以太网，用户能建 立高性能宽范围通讯网络。PROFINET 网络是开放的、标准的 和实时的工业以太网，既可以实现实时控制，也可以实现高 精度的等时实时控制。
■ 自适应 (Autosensing) 功能使网络节点 ( 数据终端和网络 部件 ) 自动地检测信号的传输速率 (10Mbit/s、100Mbit/s 或 1Gbit/s)，并支持自动协商。
器时会导致阻塞和延时。
■ 从传感器 / 执行器层到公司管理级传送连续的信息流
这不能用于自动控制，因为循环的执行进程处理需要输入更 新的数据来对组件发出适应的控制指令。
■ 全网每个地点的信息有效性 ■ 在工厂部门之间实现数据的快速交换
此外，应用技术，通讯关系和网络结构也必须各自能够适应 ■ 简单的全厂范围过程组态和高效的诊断
X 工业以太网交换机
SCALANCE X 适合工业环境的工业以太网交换机 SCALANCE X 工业以太网交换机种类齐全，是交换式工业以太网网络的核心。既 支持 SNMP 和 WEB 诊断，也支持 PROFINET 诊断。提供了工业级设计的高可靠性、 高可用性和维护简便性。
S 安全性
SCALANCE S 保证工业安全 利用安全机制，如认证、数据加密或访问控制，SCALANCE S 可以保护工业网络 和数据系统免受病毒侵袭、操控和未经授权的访问。
工业以太网是一种符合 IEEE 802.3( 以太网 ) 和 802.11( 无线局 域网 ) 标准的高性能的局域网络。通过工业以太网，用户能建 立高性能宽范围通讯网络。PROFINET 网络是开放的、标准的 和实时的工业以太网，既可以实现实时控制，也可以实现高 精度的等时实时控制。
《工业以太网》课件
网络延迟和可靠性要求较高。
03
CATALOGUE
工业以太网的实际应用案例
智能制造领域的应用
自动化生产线监控
工业以太网用于实时监控生产线的运行状态，确保生产过程的稳 定性和效率。
设备远程控制
通过工业以太网，实现对生产设备的远程控制，提高生产管理的 灵活性和便捷性。
数据采集与分析
工业以太网连接各种传感器和数据采集设备，实时采集生产数据 并进行深度分析，优化生产流程。
工业以太网用于构建智能城市的基础设施，如智能照明、智能安 防等。
物流管理
工业以太网用于实时追踪物流信息，提高物流管理的效率和准确性 。
矿业安全监控
工业以太网用于实时监测矿山的生产设备和环境状况，保障矿业生 产的安全。
04
CATALOGUE
工业以太网的发展趋势与未来展望
工业以太网的发展趋势
随着物联网、云计算等技术的发展，工业以太 网将与这些技术深度融合，实现更高效、智能
以太网技术不断发展，从最初 的10Mbps到现在的100Gbps ，具有很高的数据传输速率。
以太网协议与标准
以太网协议规定了数据帧的格 式、寻址方式、数据封装和解 封装等方面的规范。
以太网标准包括IEEE 802.3系 列标准，其中最常用的标准是 802.3u（快速以太网）、 802.3z（千兆以太网）和 802.3ae（万兆以太网）。
工业以太网的应用范围广泛，可以应用于各种工业设备和 系统中，如智能制造、智能物流、智能仓储等，对于工业 转型升级和智能化发展具有重要意义。
工业以太网的发展前景与挑战
工业以太网的发展前景广阔，随着工业自动化 技术的不断发展和进步，工业以太网的应用场 景和市场需求将会不断增加。
03
CATALOGUE
工业以太网的实际应用案例
智能制造领域的应用
自动化生产线监控
工业以太网用于实时监控生产线的运行状态，确保生产过程的稳 定性和效率。
设备远程控制
通过工业以太网，实现对生产设备的远程控制，提高生产管理的 灵活性和便捷性。
数据采集与分析
工业以太网连接各种传感器和数据采集设备，实时采集生产数据 并进行深度分析，优化生产流程。
工业以太网用于构建智能城市的基础设施，如智能照明、智能安 防等。
物流管理
工业以太网用于实时追踪物流信息，提高物流管理的效率和准确性 。
矿业安全监控
工业以太网用于实时监测矿山的生产设备和环境状况，保障矿业生 产的安全。
04
CATALOGUE
工业以太网的发展趋势与未来展望
工业以太网的发展趋势
随着物联网、云计算等技术的发展，工业以太 网将与这些技术深度融合，实现更高效、智能
以太网技术不断发展，从最初 的10Mbps到现在的100Gbps ，具有很高的数据传输速率。
以太网协议与标准
以太网协议规定了数据帧的格 式、寻址方式、数据封装和解 封装等方面的规范。
以太网标准包括IEEE 802.3系 列标准，其中最常用的标准是 802.3u（快速以太网）、 802.3z（千兆以太网）和 802.3ae（万兆以太网）。
工业以太网的应用范围广泛，可以应用于各种工业设备和 系统中，如智能制造、智能物流、智能仓储等，对于工业 转型升级和智能化发展具有重要意义。
工业以太网的发展前景与挑战
工业以太网的发展前景广阔，随着工业自动化 技术的不断发展和进步，工业以太网的应用场 景和市场需求将会不断增加。
Industrial_Ethernet
不通过组态来改写IP地址 不通过组态来改写 地址(6/25) 地址
不通过组态来改写IP地址 不通过组态来改写 地址(6/25) 地址
Industrial Ethernet
基于以太网的数据通讯
通过ISO-on-TCP协议实现数据通讯 协议实现数据通讯 通过
创建连接（7/10）
通过ISO-on-TCP协议实现数据通讯 协议实现数据通讯 通过
以太网安装指南(2/13) 以太网安装指南
网段，最长500m
DTE DTE
分接电缆 最长50m
DTE
最短2.5m
最长40m
INT-E 中继器 DTE DTE
R
50欧姆 终端电阻
收发器 每个网段最多 100个，总共 1024个
以太网安装指南(2/14) 以太网安装指南
R
R
R
R
R
R
R
R
R
将多个字段链接到主网段(2/15) 将多个字段链接到主网段
FC AG_SEND/AG_LSEND(8/16)
将数据传送到以太网CP
A = M L 10.0 20.0
BLD 103 CALL "AG_SEND" ACT :=L20.0 ID :=1
LADDR :=W#16#100 SEND :=P#M 50.0 BYTE 240 LEN :=240 DONE :=M10.1 ERROR :=M10.2 STATUS:=MW12 NOP 0
以太网环路的两端连接到启用了RM功能的OSM/ ESM，在 无故障时这些端点保持断开，发生故障时，连接端点。
OSM/ESM向环路发出测试报文；由各自的 OSM/ESM OSM/ESM端口接收，如果在定义的时间帧内收到所 有测试报文证明无故障，如果没有表示有故障，网络 重组时间小于0.3秒。 在光纤冗余网中只有一个OSM进行冗余管理。(2/3132) 使用ESM组建网络(2/33-34)
工业以太网的构成
工业以太网的构成
西门子的工业以太网的传输速率为10Mbit/s/100Mbit/s，最多1024个网络节点，网络的最大范围为150km。
典型的工业以太网由以下4类网络器件组成：
1)网络组件：包括FC快速连接插座，SCALANCE X交换机，电气交换模块(ESM)，光纤交换模块( OSM)和光纤电气转换模块(MC TP11)，中继器，PN/PD链接器。
无线网络的接人点和IWLAN/PB链接器用于将工业以太网无线耦合到DP网络。
2)通信媒体：可以采纳一般双绞线、工业屏蔽双绞线、光纤和无线通信。
3) SIMATIC plc的工业以太网通信处理器：CP 343-1和CP 443-1分别用于S7 -300和S7 - 400，全双工，通信速率为10M或100 Mbit/s。
CP 343-1 IT和CP 443-1 IT可以实现IT通信，例如作为Web服务器和发送E-mail。
4) PG/PC的工业以太网通信处理器：用于将PG/PC连接到工业以太网。
CP 1612和CP 1613是PCI以太网卡，CP 1512是PCMCIA以太网卡，CP 1515是无线以太网卡。
1。
西门子工业以太网通讯技术
10.1.1 以太网技术 以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年。以太网的核心思想是使用共 享的公共传输信道，这个思想源于夏威夷大学。 在局域网家族中，以太网是指遵循IEEE 802.3标准，可以在光缆和双绞线上传 输的网络。以太网也是当前主要应用的一种局域网（LAN——Local Area Network，局域网）类型。目前的以太网按照传输速率大致分为以下四种： 10Base-T 以太网——传输介质是铜轴电缆，传输速率为10Mbit/s； 快速以太网——传输速率为100Mbit/s，采用光缆或双绞线作为传输介质，兼 容10Base-T 以太网； Gigabit 以太网——扩展的以太网协议，传输速率为1Gbit/s,采用光缆或双绞线 作为传输介质，基于当前的以太网标准，兼容10Mbit/s以太网和100Mbit/s以 太网的交换机和路由器设备； 10 Gigabit 以太网——2002年6月发布，是一种速度更快的以太网技术。支持智 能以太网服务，是未来广域网（WAN——Wide Area Network）和城域网 （MAN——Metropolitan Area Network）的宽带解决方案。 工业以太网技术是普通以太网技术在控制网络延伸的产物，前者源于后者但 不同与前者。以太网技术经过多年的发展，特别是它在Internet中广泛应用， 使得它的技术更为成熟，并得到了广大开发商与用户的认同。因此无论从技 术上还是产品价格上，以太网较之其他类型网络技术都具有明显的优势。另 为，随着技术的发展，控制网络与普通计算机网络、Internet的联系更为密切。 控制网络技术需要考虑与计算机网络连接的一致性，需要提高对现场设备通 信能力的要求，这些都是控制网络设备的开发者与制造商把目光转向以太网 技术的重要原因。
工业以太网通讯简介PPT课件
Count属性 Add方法 Remove方法 Item方法
28
使用VB开发OPC应用程序
OPC应用程序首先生成OPC服务器支持 的OPC对象，然后可以使用OPC对象支 持的属性和方法对其进行操作。
一个OPC程序可以和多个OPC服务器连 接。
29
OPC对象的层次结构
30
开发OPC应用程序的步骤
工业以太网数据交换简介
1
企业信息化网络架构
2
数据交换问题
工业现场不同的控制系统间数据如何进行 通讯？
3
常用的解决方案
DDE（Dynamic Data Exchange） 设备或软件提供方专有的通信接口 OPC（OLE for Process Control）
4
OPC的目的
企业信息化网络系统中，从处理设备数据 的现场总线层，到进行过程处理的监控层， 以至生产管理层，建立一个有效的数据交 换工业标准。
5
利用驱动程序的数据
6
利用OPC的数据通讯系统
7
OPC的历史
OPC标准是由提供工业制造软件的5家公司 所组成的OPC工作小组1995年开发的。
Fisher-Rosement Intellution Rockwell SoftWare Intuitive Technology Opto22
微软作为技术顾问给予支持。
8
OPC的历史
1996年9月OPC基金会在美国达拉斯举行 第一次理事会，同年10月在美国的芝加哥 举行第一次全体大会上正式宣告成立。
1996年8月完成OPC数据访问标准版本 1.0。
9
OPC的历史
目前OPC基金会的理事由如下公司组成：
Fisher-Rosement Honeywell Intellution Rockwell SoftWare National Instrument Siements（欧洲代表） 东芝（远东代表）
28
使用VB开发OPC应用程序
OPC应用程序首先生成OPC服务器支持 的OPC对象，然后可以使用OPC对象支 持的属性和方法对其进行操作。
一个OPC程序可以和多个OPC服务器连 接。
29
OPC对象的层次结构
30
开发OPC应用程序的步骤
工业以太网数据交换简介
1
企业信息化网络架构
2
数据交换问题
工业现场不同的控制系统间数据如何进行 通讯？
3
常用的解决方案
DDE（Dynamic Data Exchange） 设备或软件提供方专有的通信接口 OPC（OLE for Process Control）
4
OPC的目的
企业信息化网络系统中，从处理设备数据 的现场总线层，到进行过程处理的监控层， 以至生产管理层，建立一个有效的数据交 换工业标准。
5
利用驱动程序的数据
6
利用OPC的数据通讯系统
7
OPC的历史
OPC标准是由提供工业制造软件的5家公司 所组成的OPC工作小组1995年开发的。
Fisher-Rosement Intellution Rockwell SoftWare Intuitive Technology Opto22
微软作为技术顾问给予支持。
8
OPC的历史
1996年9月OPC基金会在美国达拉斯举行 第一次理事会，同年10月在美国的芝加哥 举行第一次全体大会上正式宣告成立。
1996年8月完成OPC数据访问标准版本 1.0。
9
OPC的历史
目前OPC基金会的理事由如下公司组成：
Fisher-Rosement Honeywell Intellution Rockwell SoftWare National Instrument Siements（欧洲代表） 东芝（远东代表）
1.西门子工业以太网课件
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2
西门子工业以太网
1.1 SIMATIC NET工业以太网基本类型和网络硬件 SIMATIC NET工业以太网有2种类型，分别为10Mbit/s工业以太网和 100Mbit/s工业以太网。它是利用带传输技术，基于IEEE802.3利用 CSMA/CD介质访问方法的单元级和控制级传输网络。在西门子工业以 太网中，通常使用的的物理传输介质是屏蔽双绞线（TP），工业屏蔽双 绞线（ITP）以及光纤。
CP243-1
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CP343-1
CP443-1
西门子工业以太网
PC网卡 标准化、高速、安全网卡，节约 时间和成本； 可在标准Windows NT和Windows 2000 操作系统中使用支持即插即拔功能；
CP 1512
New
New
数据以100 Mbit/s的速度传输。
CP 1612
New
CP 1613
CP 1515
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7
西门子工业以太网
1.3 西门子常用以太网附件介绍 1. 接头
西门子提供多种工业以太网接头，其设计用于工业环境，金属材质并且具有快速 连接技术。
RJ-45 180度出线接头 普通应用（可用屏蔽 或非屏蔽水晶头代替）
Page 8
RJ-45 90度出线接头 ET200s等
3 西门子工业以太网接头针脚定义
以太网设备分成两大类：终端设备--例如 CP243-1、CP343-1或者计算机，网络设备—例 如交换机，路由器等。RJ45的电缆针对使用的不 同类型设备，有两种连接方式：交叉连接和直通 连接。交叉连接用于同等类型设备间通信，例如 PLC与PLC之间连接或者PLC与计算机网卡连接 需要使用交叉连接电缆，直通连接是用于不同类 型设备间通信，例如PLC与交换机连接或者计算 机网卡与交换机连接。
工业以太网精品PPT课件
• 2、对环境的适应性与可靠性的问题 • 以太网是按办公环境设计的，将它用于工业控
制环境，其环境适应能力、抗干扰能力等是许 多从事自动化的专业人士所特别关心的。在产 品的设计时要特别注重材质、元器件的选择。 使产品在强度、温度、湿度、振动、干扰、辐 射等环境参数方面满足工业现场的要求。还要 考虑到在工业环境下的安装要求，例如采用 DIN导轨式安装等。像RJ45一类的连接器， 在工业上应用太易损坏，应该采用带锁紧机构 的连接件，使设备具有更好抗振动、抗疲劳能 力。工业以太网Fra bibliotek内容题要
• 概述 • 工业以太网技术 • 工业以太网协议 • 几种常见的工业以太网 • 工业以太网技术的发展趋势与前景
• 随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了各行 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。
• Ethernet实时通信服务质量支持策略 • 满足通信一致性和互可操作性的应用层、用
户层协议规范 • 网络可用性 • 网络安全性 • 本质安全与安全防爆技术
以太网用于工业领域的关键问题
• 1、通信实时性问题 • 以太网采用的CSMA/CD的介质访问控制方式，
其本质上是非实时的。平等竞争的介质访问控 制方式不能满足工业自动化领域对通信的实时 性要求。因此以太网一直被认为不适合在底层 工业网络中使用。需要有针对这一问题的切实 的解决方案。
• 4、本质安全 • 工业以太网如果要用在一些易燃易爆的危险工业场所，
就必须考虑本安防爆问题。这是在总线供电解决之后 要进一步解决的问题。 • 在工业数据通信与控制网络中，直接采用以太网作为 控制网络的通信技术只是工业以太网发展的一个方面， 现有的许多现场总线控制网络都提出了与以太网结合， 用以太网作为现场总线网络的高速网段，使控制网络 与Internet融为一体的解决方案。 • 在控制网络中采用以太网技术无疑有助于控制网络与 互联网的融合，使控制网络无需经过网关转换即可直 接连至互联网，使测控节点有条件成为互联网上的一 员。在控制器、PLC、测量变送器、执行器、I/O卡等 设备中嵌入以太网通讯接口，嵌入TCP/IP协议嵌入 Web Server便可形成支持以太网、TCP/IP协议和 Web服务器的Internet现场节点。在应用层协议尚未 统一的环境下，借助IE等通用的网络浏览器实现对生 产现场的监视与控制，进而实现远程监控，也是人们 提出且正在实现的一个有效的解决方案。
西门子工业以太网简介及其组态 PPT
SIMATIC S5或PC）在工业以太网上的通信非常容易，该 服务支持大数据量的数据传输（最大8KB）。 ISO数据接收有通信方确认，通过功能块可以看到确认信 息。
TCP： TCP即TCP/IP中传输控制协议，提供了数据流通信，但并
不将数据封装成消息块，因而用户并不接收到每一个任务 的确认信号。TCP支持面向TCP/IP的Socket。 TCP支持给予TCP/IP的发送和接收，使得设备（例如PC或 非西门子设备）在工业以太网上的通信非常容易。该协议 支持大数据量的数据传输（最大8KB），数据可以通过工 业以太网或TCP/IP网络（拨号网络或因特网）传输。 通过TCP，SIMATIC S7可以通过建立TCP连接来发送/接收 数据。
ISO-on-TCP： ISO-on-TCP提供了S5兼容通信协议，通过组态连接来传输数据和变量
长度。ISO-on-TCP符合TCP/IP，但相对于标准的TCP/IP，还附加了 RFC 1006协议，RFC 1006是一个标准协议，该协议描述了如何将ISO 映射到TCP上去。 UDP： UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）提供了S5兼容通信 协议，适用于简单的、交叉网络的数据传输，没有数据确认报文，不 检测数据传输的正确性。属于OSI参考模型第4层的协议。 UDP支持基于UDP的发送和接收，使得设备（例如PC或非西门子公司 设备）在工业以太网上的通信非常容易。该协议支持较大数据量的数 据传输（最大2KB），数据可以通过工业以太网或TCP/IP网络（拨号 网络或因特网）传输。
5.1.2 工业以太网与传统以太网络的比较
工业网络与传统办公室网络相比，有一些不同之处，如表5所示。
表5-1 工业网络与传统办公室网络的比较
工业以太网产品的设计制造必须充分考虑并满足工业网络 应用的需要。工业现场对工业以太网产品的要求包括：
TCP： TCP即TCP/IP中传输控制协议，提供了数据流通信，但并
不将数据封装成消息块，因而用户并不接收到每一个任务 的确认信号。TCP支持面向TCP/IP的Socket。 TCP支持给予TCP/IP的发送和接收，使得设备（例如PC或 非西门子设备）在工业以太网上的通信非常容易。该协议 支持大数据量的数据传输（最大8KB），数据可以通过工 业以太网或TCP/IP网络（拨号网络或因特网）传输。 通过TCP，SIMATIC S7可以通过建立TCP连接来发送/接收 数据。
ISO-on-TCP： ISO-on-TCP提供了S5兼容通信协议，通过组态连接来传输数据和变量
长度。ISO-on-TCP符合TCP/IP，但相对于标准的TCP/IP，还附加了 RFC 1006协议，RFC 1006是一个标准协议，该协议描述了如何将ISO 映射到TCP上去。 UDP： UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）提供了S5兼容通信 协议，适用于简单的、交叉网络的数据传输，没有数据确认报文，不 检测数据传输的正确性。属于OSI参考模型第4层的协议。 UDP支持基于UDP的发送和接收，使得设备（例如PC或非西门子公司 设备）在工业以太网上的通信非常容易。该协议支持较大数据量的数 据传输（最大2KB），数据可以通过工业以太网或TCP/IP网络（拨号 网络或因特网）传输。
5.1.2 工业以太网与传统以太网络的比较
工业网络与传统办公室网络相比，有一些不同之处，如表5所示。
表5-1 工业网络与传统办公室网络的比较
工业以太网产品的设计制造必须充分考虑并满足工业网络 应用的需要。工业现场对工业以太网产品的要求包括：
西门子工业通讯网络研究(3)
第4章 S7-200的以太网解决方案工业以太网是SIMATIC NET的重要组成部分，它作为控制级的应用网络，同单元级的PROFIBUS和现场级的AS Interface共同组成了西门子完整的工业网络体系。
S7-200系统在西门子自动化产品中属于低端的PLC系列，由于其功能完备且小巧灵活，具有很高的性价比，因而深受国内用户的青睐，在同档次产品中具有很高的市场占有率。
S7-200系列的PLC可以通过以太网模板CP 243-1及CP 243-1 IT接入工业以太网。
通过这些模板，S7-200系统不仅可以通过工业以太网与S7-200、S7-300或S7-400系统进行通信，还可以与PC应用程序，通过OPC进行通信。
4.1硬件连接S7-200 PLC站通过CP 243-1与其他S7 PLC站利用网络交换机等设备组成工业以太网，如图4-1所示。
图4-1 S7-200的以太网连接4.2硬件需求和软件需求硬件：（1）CP 1613/以太网卡（2）CP 243-1/CP-343-1（IT）/CP 443-1（IT）（3）PC/PPI电缆（4）TP电缆、网络交换设备软件：（1）SIMATIC NET V6.2（2）STEP 7 Micro/WIN32 V3.2.1以上版本（3）STEP 7 V5.34.3 网络组态及参数设置S7-200的以太网通信有如下几种方式：●S7-200之间的以太网通信●S7-200与S7-300/ S7-400之间的以太网通信●S7-200与OPC及WinCC的以太网通信S7-200之间的通信为Server/Client方式。
S7-200进行以太网通信时，可以作为Server或Client。
（1）S7-200 Server端的组态①打开STEP 7 Micro/WIN32，新建一个项目，点击右键选择CPU的类型。
第一次组态时，由于还没有对CP 243-1分配IP地址，因而需要通过PC/PPI电缆连接至S7-200的编程口进行设置。
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工业生产现场的振动、电磁干扰大，工业控制网络必须具 有机械环境适应性（如耐振动、耐冲击）、电磁环境适应 性或电磁兼容性（EMC——Electro Magnetic Compatibility） 等。
工业网络器件的供电，通常是采用柜内低压直流电源标准， 大多的工业环境中控制柜内所需电源为低压24V直流。
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5.1 工业以太网简介
5.1.1 以太网技术 以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年。以太网的核心思想是使用共
享的公共传输信道，这个思想源于夏威夷大学。 在局域网家族中，以太网是指遵循IEEE 802.3标准，可以在光缆和双绞线上传
输的网络。以太网也是当前主要应用的一种局域网（LAN——Local Area Network，局域网）类型。目前的以太网按照传输速率大致分为以下四种： 10Base-T 以太网——传输介质是铜轴电缆，传输速率为10Mbit/s； 快速以太网——传输速率为100Mbit/s，采用光缆或双绞线作为传输介质，兼 容10Base-T 以太网； Gigabit 以太网——扩展的以太网协议，传输速率为1Gbit/s,采用光缆或双绞线 作为传输介质，基于当前的以太网标准，兼容10Mbit/s以太网和100Mbit/s以 太网的交换机和路由器设备； 10 Gigabit 以太网——2002年6月发布，是一种速度更快的以太网技术。支持 智能以太网服务，是未来广域网（WAN——Wide Area Network）和城域网 （MAN——Metropolitan Area Network）的宽带解决方案。 工业以太网技术是普通以太网技术在控制网络延伸的产物，前者源于后者但 不同与前者。以太网技术经过多年的发展，特别是它在Internet中广泛应用， 使得它的技术更为成熟，并得到了广大开发商与用户的认同。因此无论从技 术上还是产品价格上，以太网较之其他类型网络技术都具有明显的优势。另 为，随着技术的发展，控制网络与普通计算机网络、Internet的联系更为密切。 控制网络技术需要考虑与计算机网络连接的一致性，需要提高对现场设备通 信能力的要求，这些都是控制网络设备的开发者与制造商把目光转向以太网 技术的重要原因。
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工业以太网产品的设计制造必须充分考虑并满足工业网络 应用的需要。工业现场对工业以太网产品的要求包括：
工业生产现场环境的高温、潮湿、空气污浊以及腐蚀性气 体的存在，要求工业级的产品具有气候环境适应性，并要 求耐腐蚀、防尘和防水。
工业生产现场的粉尘、易燃易爆和有毒性气体的存在，需 要采取防爆措施保证安全生产。
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5.1.2 工业以太网与传统以太网络的比较
工业网络与传统办公室网络相比，有一些不同之处，如表5所示。
办公室网络
工业网络
应用场合
普通办公场合
工业场合、工况恶劣，抗干扰性要求较高
拓扑结构
支持线形、环形、星形等结 构
支持线形、环形、星形等结构，并便于各 种结构的组合和转换，简单的安装， 最大的灵活性和模块性，高扩展能力
工业以太网通讯技术
随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了 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 的需求。工业以太网以其特有的第成本、高实效、 高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制 造业厂商。
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3、总线供电 在控制网络中，现场控制设备的位置分散性使得它们对总线有提供工
作电源的要求。现有的许多控制网络技术都可以利用网线对现场设备 供电。工业以太网目前没有对网络节点供电做出规定。一种可能的方 案是利用现有的5类双绞线中另一对空闲线对供电。一般在工业应用环 境下，要求采用直流10~36V低压供电。 4、本质安全 工业以太网如果要用在一些易燃易爆的危险工业场所，就必须考虑本 安防爆问题。这是在总线供电解决之后要进一步解决的问题。 在工业数据通信与控制网络中，直接采用以太网作为控制网络的通信 技术只是工业以太网发展的一个方面，现有的许多现场总线控制网络 都提出了与以太网结合，用以太网作为现场总线网络的高速网段，使 控制网络与Internet融为一体的解决方案。 在控制网络中采用以太网技术无疑有助于控制网络与互联网的融合， 使控制网络无需经过网关转换即可直接连至互联网，使测控节点有条 件成为互联网上的一员。在控制器、PLC、测量变送器、执行器、I/O 卡等设备中嵌入以太网通讯接口，嵌入TCP/IP协议嵌入Web Server便可 形成支持以太网、TCP/IP协议和Web服务器的Internet现场节点。在应 用层协议尚未统一的环境下，借助IE等通用的网络浏览器实现对生产 现场的监视与控制，进而实现远程监控，也是人们提出且正在实现的 一个有效的解决方案。
可用性
一般的实用性需求，允许网 络故障时间以秒或分钟 计
极高的实用性需求，允许网络故障时间＜ 300ms以避免生产停顿
网络监控和维护
网络监控必须有专人员使用 专用工具完成
网络监控成为工厂监控的一部分，网络模 块可以被HMI软件如Win CC监控，故 障模块容易更换
表5-1 工网络与传统办公室网络的比较
采用标准导轨安装，安装方便，适用于工业环境安装的要 求。工业网络器件要能方便地安装在工业现场控制柜内， 并容易更换。
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5.1.3 工业以太网应用于工业自动化中的关键问题
1、通信实时性问题 以太网采用的CSMA/CD的介质访问控制方式，其本质上
是非实时的。平等竞争的介质访问控制方式不能满足工业 自动化领域对通信的实时性要求。因此以太网一直被认为 不适合在底层工业网络中使用。需要有针对这一问题的切 实的解决方案。 2、对环境的适应性与可靠性的问题 以太网是按办公环境设计的，将它用于工业控制环境，其 环境适应能力、抗干扰能力等是许多从事自动化的专业人 士所特别关心的。在产品的设计时要特别注重材质、元器 件的选择。使产品在强度、温度、湿度、振动、干扰、辐 射等环境参数方面满足工业现场的要求。还要考虑到在工 业环境下的安装要求，例如采用DIN导轨式安装等。像 RJ45一类的连接器，在工业上应用太易损坏，应该采用带 锁紧机构的连接件，使设备具有更好抗振动、抗疲劳能力。
工业网络器件的供电，通常是采用柜内低压直流电源标准， 大多的工业环境中控制柜内所需电源为低压24V直流。
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5.1 工业以太网简介
5.1.1 以太网技术 以太网技术的思想渊源最早可以追溯到1968年。以太网的核心思想是使用共
享的公共传输信道，这个思想源于夏威夷大学。 在局域网家族中，以太网是指遵循IEEE 802.3标准，可以在光缆和双绞线上传
输的网络。以太网也是当前主要应用的一种局域网（LAN——Local Area Network，局域网）类型。目前的以太网按照传输速率大致分为以下四种： 10Base-T 以太网——传输介质是铜轴电缆，传输速率为10Mbit/s； 快速以太网——传输速率为100Mbit/s，采用光缆或双绞线作为传输介质，兼 容10Base-T 以太网； Gigabit 以太网——扩展的以太网协议，传输速率为1Gbit/s,采用光缆或双绞线 作为传输介质，基于当前的以太网标准，兼容10Mbit/s以太网和100Mbit/s以 太网的交换机和路由器设备； 10 Gigabit 以太网——2002年6月发布，是一种速度更快的以太网技术。支持 智能以太网服务，是未来广域网（WAN——Wide Area Network）和城域网 （MAN——Metropolitan Area Network）的宽带解决方案。 工业以太网技术是普通以太网技术在控制网络延伸的产物，前者源于后者但 不同与前者。以太网技术经过多年的发展，特别是它在Internet中广泛应用， 使得它的技术更为成熟，并得到了广大开发商与用户的认同。因此无论从技 术上还是产品价格上，以太网较之其他类型网络技术都具有明显的优势。另 为，随着技术的发展，控制网络与普通计算机网络、Internet的联系更为密切。 控制网络技术需要考虑与计算机网络连接的一致性，需要提高对现场设备通 信能力的要求，这些都是控制网络设备的开发者与制造商把目光转向以太网 技术的重要原因。
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工业以太网产品的设计制造必须充分考虑并满足工业网络 应用的需要。工业现场对工业以太网产品的要求包括：
工业生产现场环境的高温、潮湿、空气污浊以及腐蚀性气 体的存在，要求工业级的产品具有气候环境适应性，并要 求耐腐蚀、防尘和防水。
工业生产现场的粉尘、易燃易爆和有毒性气体的存在，需 要采取防爆措施保证安全生产。
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5.1.2 工业以太网与传统以太网络的比较
工业网络与传统办公室网络相比，有一些不同之处，如表5所示。
办公室网络
工业网络
应用场合
普通办公场合
工业场合、工况恶劣，抗干扰性要求较高
拓扑结构
支持线形、环形、星形等结 构
支持线形、环形、星形等结构，并便于各 种结构的组合和转换，简单的安装， 最大的灵活性和模块性，高扩展能力
工业以太网通讯技术
随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了 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 的需求。工业以太网以其特有的第成本、高实效、 高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制 造业厂商。
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3、总线供电 在控制网络中，现场控制设备的位置分散性使得它们对总线有提供工
作电源的要求。现有的许多控制网络技术都可以利用网线对现场设备 供电。工业以太网目前没有对网络节点供电做出规定。一种可能的方 案是利用现有的5类双绞线中另一对空闲线对供电。一般在工业应用环 境下，要求采用直流10~36V低压供电。 4、本质安全 工业以太网如果要用在一些易燃易爆的危险工业场所，就必须考虑本 安防爆问题。这是在总线供电解决之后要进一步解决的问题。 在工业数据通信与控制网络中，直接采用以太网作为控制网络的通信 技术只是工业以太网发展的一个方面，现有的许多现场总线控制网络 都提出了与以太网结合，用以太网作为现场总线网络的高速网段，使 控制网络与Internet融为一体的解决方案。 在控制网络中采用以太网技术无疑有助于控制网络与互联网的融合， 使控制网络无需经过网关转换即可直接连至互联网，使测控节点有条 件成为互联网上的一员。在控制器、PLC、测量变送器、执行器、I/O 卡等设备中嵌入以太网通讯接口，嵌入TCP/IP协议嵌入Web Server便可 形成支持以太网、TCP/IP协议和Web服务器的Internet现场节点。在应 用层协议尚未统一的环境下，借助IE等通用的网络浏览器实现对生产 现场的监视与控制，进而实现远程监控，也是人们提出且正在实现的 一个有效的解决方案。
可用性
一般的实用性需求，允许网 络故障时间以秒或分钟 计
极高的实用性需求，允许网络故障时间＜ 300ms以避免生产停顿
网络监控和维护
网络监控必须有专人员使用 专用工具完成
网络监控成为工厂监控的一部分，网络模 块可以被HMI软件如Win CC监控，故 障模块容易更换
表5-1 工网络与传统办公室网络的比较
采用标准导轨安装，安装方便，适用于工业环境安装的要 求。工业网络器件要能方便地安装在工业现场控制柜内， 并容易更换。
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5.1.3 工业以太网应用于工业自动化中的关键问题
1、通信实时性问题 以太网采用的CSMA/CD的介质访问控制方式，其本质上
是非实时的。平等竞争的介质访问控制方式不能满足工业 自动化领域对通信的实时性要求。因此以太网一直被认为 不适合在底层工业网络中使用。需要有针对这一问题的切 实的解决方案。 2、对环境的适应性与可靠性的问题 以太网是按办公环境设计的，将它用于工业控制环境，其 环境适应能力、抗干扰能力等是许多从事自动化的专业人 士所特别关心的。在产品的设计时要特别注重材质、元器 件的选择。使产品在强度、温度、湿度、振动、干扰、辐 射等环境参数方面满足工业现场的要求。还要考虑到在工 业环境下的安装要求，例如采用DIN导轨式安装等。像 RJ45一类的连接器，在工业上应用太易损坏，应该采用带 锁紧机构的连接件，使设备具有更好抗振动、抗疲劳能力。