工业以太网基础及应用二(工业以太网基础)

工业以太网基础及应用模块二工业以太网基础任务一 SIMATIC中的通讯架构【学习目标】1、了解工厂通讯架构的层级。

2、了解SIMATIC自动化中各种通讯方式的特点与功能。

【相关知识】一、工厂通讯架构管理级（HMI）：管理级处理与整体运行相关的上层任务（管理功能）。

这些任务包括：过程值存储、优化与分析功能的执行及其报表输出。

收集并处理整个站点所需要的数据。

从管理级也可访问其它站点。

设备数量可以超过 1000。

控制级（PLC）：控制级自主地完成所有的自动化任务和优化任务。

在控制级中，可编程控制器、PC 和用于操作控制与监控的设备彼此互联在一起。

现场级（分布式IO）：现场级是机械系统和可编程控制器之间的桥梁。

现场设备完成测量、信号发送并将单元级的命令转发给机械系统。

大多数情况下只发送少量数据。

通常采用层次化通信方式，即，多个现场设备与一个主站进行通信。

执行器-传感器级：在这个层级，主站与连接至其子网的执行器和传感器进行通信。

这一级的特点：通常只传输少量位数据以保证快速响应。

二、SIMATIC 中的子网工业以太网(IEEE 802.3)：一种区域网络国际标准。

该区域网络是局域网环境中份额高达90% 、排名第一的网络。

采用工业以太网，可以在广泛的区域建立强大的通信网络。

基于全球无线标准（例如，IEEE 802.11a/b/g/n、GSM、GPRS、UMTS (3G)），可以构建适用于工业环境的、可靠的无线网络。

PROFINET (IEC 61158/61784)：该国际标准利用了工业以太网。

该标准用于与现场级进行实时通信。

PROFINET 充分利用了现有的IT标准，使得基于工业以太网的高端运动控制应用、高效的跨制造商工程组态，以及，机器和设备的高可用性成为可能。

得益于其灵活性，即使利用无线连接，PROFINET 也可以提供全新的系统设计选项（例如，可以使用各种拓扑结构和故障安全型应用）。

PROFIBUS (IEC 61158/61784)：用于现场级的国际标准。

在现场总线系统中，该标准是全球市场中的领先标准。

只有现场总线才能即可用于加工制造应用中的通信，也可用于面向过程的应用中的通信。

AS-Interface (IEC62026/EN50295)：一种国际标准。

该标准采用双芯电缆经济实用地替代电缆束来连接传感器和执行器。

IO-Link：该标准用于将现场级的传感器、RFID系统和执行器智能地连接至管理级。

网关：利用控制器或链路实现。

可以从系统中的任意某个位置进行组态和诊断。

三、MPI通信MPI，多点接口MPI 支持多种波特率，从而确保可以准确地传输数据。

MPI 子网可以连接任意组合的SIMATIC 设备：●S7控制器（例如S7-300、S7-400 或C7）●HMI 设备（例如操作面板或触摸面板）●编程设备(PG) 或编程站(PC)几乎全部SIMATIC CPU 都支持MPI 协议。

（S7-200 只能是MPI从站）无需CP 模块（通信处理器）即可将S7 设备连接至MPI 网络。

四、PROFIBUSPROFIBUS：是单元网络中用于过程和现场通信的一种总线系统；适用于节点数量少、带现场设备的单元网络；其数据通信符合标准IEC61 158/EN50170 的要求。

它具备开放性，可以用来连接其它制造商符合相关标准的组件。

PROFIBUS DP: 用于与现场设备进行快速、循环的数据交换。

PROFIBUS PA: 适用于过程自动化应用和本安型应用。

PROFIBUS S7：用于在S7的可编程控制器之间进行数据通信。

PROFIBUS FDL: 用于在SIMATIC的可编程控制器之间进行数据通信。

PROFIBUS FMS: 用于在不同制造商的可编程控制器之间进行数据通信。

电气型RS 485 网络简单、经济的RS 485 双线传输技术，尤其适用于具备高数据传输率的总线型/树型网络。

这种网络的整体规模小于光纤网络；但是，通过分段和信号再生（最多9 个中继器），其传输距离最远可达1 km（12 Mbps 时）或者10 km（187.5 kbps 时）。

可以采用诊断中继器替代标准中继器。

诊断中继器不仅可以完成信号再生任务，还可以在线监控所连接的总线段。

每个总线段最多支持32 个设备（主站/从站）；整个网络最多可有126 个设备。

各个段的头部和尾部都必须安装电缆端接器。

端接器可能集成在设备（例如，中继器）内部，也可能是单独提供的RS 485 有源端接元件。

光纤环网光纤总线电缆的价格高于RS485 电气型网络，但是，它们可以抵抗电磁干扰；对于玻璃光纤电缆，数据传输率为12 Mbps 时，传输距离可超过15 km。

除了单纯的光纤网络外，也可以混合使用电气网络和光纤网络（已经通过实际使用获得证明）。

这种混合型网络将这两种传输技术的优点组合在一起。

容错型光纤环网可以防止电缆损坏或断裂（任意位置）而导致无法通信。

电气总线段可采用光纤链接模块(OLM) 集成到光纤环网中。

单个光纤环网最多可以集成122 个OLM；此时，两个OLM 间的最大距离不得超过15 km。

一个OLM 最多可支持32 个电气总线节点。

该组态示例描述了可以分配给各个总线节点的节点地址。

尽管OLM 被视作各自网段中的电气设备，但是，它们在PROFIBUS 上没有节点地址。

五、工业以太网与PROFINET IO工业以太网：工业以太网所基于的标准为IEEE 802.3 和IEEE 802.11。

采用工业以太网，可将自动化系统连接到办公网络。

工业以太网提供可用来访问和处理生产数据的信息技术(IT) 服务。

PROFINET I0：利用PROFINET 可将分布式现场设备（例如信号模块等的IO设备）直接集成在工业以太网中。

使用STEP7 工程组态软件，可将这些现场设备分配给某个中央控制器（所谓的IO控制器）。

PROFINET 接口或链路仍然可以继续使用这些现场设备或模块。

据此，可以保护PROFIBUS 和AS-Interface 用户的现有投资。

标准模块和故障安全模块也可组态在同一个工作站中。

利用层级诊断掩码（概览和详细诊断），IO管理站可用于HMI 和诊断目的。

用户数据采用实时通信进行传输。

组态和诊断数据的传输遵循TCP/IP 或IT 标准。

PROFINET 采用成熟、简单的PROFIBUS 工程组态方法。

从采用STEP 进行编程的角度看，通过PROFIBUS 访问I/O 设备和通过PROFINET 访问I/O 设备不存在什么不同。

六、IWLAN，工业无线通信工业无线远程控制无线远程控制(IWT) 为用户带来了难以计数的好处。

例如，用于实现水/废水处理业彼此远离的工厂区段之间的连续通信、在地球另一侧高速地远程访问需要维护的机器和设备。

通过集成在远程控制系统或HMI/SCADA 系统中，可以通过蜂窝基站随时访问传输过来的过程数据。

工业无线局域网在工业通信领域中，无线通信开创了全新的应用远景（涵盖工厂部分现代化改造直至复杂物流或生产过程的优化设计等）。

基于工业无线远程控制、工业无线局域网和WirelessHART，西门子利用工业无线通信技术推出了具备优异可靠性的自动化解决方案。

无线解决方案日益成为机器和设备中理所当然的组成部分。

在对数据通信具备高要求的场合，工业无线LAN (IWLAN) 信赖于例如确定性无线技术和工业以太网标准PROFINET 等创新技术。

得益于使用了PROFIsafe via IWLAN，PROFINET 开创了全新应用远景–其应用范围涵盖高效工程组态、实时解决方案直至与安全相关的任务。

此外，IWLAN 基础设施也可用于例如视频监控等的其它应用。

WirelessHART是一种开放工业标准。

该标准旨于解决过程工业领域现场设备对无线通信的特殊要求。

该标准可以满足可靠性、安全性、成本经济性和用户操作友好性等方面的全部要求。

七、采用 SIMATIC TeleService 进行远程服务（诊断与维护）对于现代自动化技术来说，生产设备的远程诊断和远程维护已经成为其不可或缺的组成部分。

与维修人员现场检查相比，远程诊断和远程维护的工作效率更高，成本更低。

据此，可以更快地检测和排除故障。

减少机器停机时间，提高机器可用性。

越来越多的机器和设备的运行所在地远与其制造所在地相距甚远。

尽管如此，设备制造商必须确保可在机器出现故障时提供维修服务。

质保期间，这类服务尤其可能产生很高的成本。

在TeleService 的帮助下，这类风险显著下降。

TeleService 支持大量的各种丰富应用。

在全球任一个位置通过电话线都可以进行设备诊断、值设置和数据传输等操作。

利用TeleService，还可通过SMS 发送文本消息、通过SIMATIC 控制器发送电子邮件；因此，TeleService 可以减小现场维修数量，极大地减少差旅和人员成本。

就TeleService 远程连接来说，远程维护和远程连接是不同的。

Remote维护：远程维护允许通过WinCC 访问带STEP 7 的CPU 或者HMI 设备。

进行远程维护时，技术员可以利用电话拔号接入某个远程工厂。

STEP7 可以用来远程地读入状态信息，或者，远程地修正用户程序。

远程连接：远程连接指用于数据传输的连接。

远程连接通过电话网络传输数据。

TeleService 可以支持在程序控制下创建的、PG（或PC）与自动化系统之间的连接。

也可以对多个自动化系统之间的过程数据交换进行协同处理。

八、执行器-传感器接口，AS-i 总线AS-Interface：AS-interface 是一种开放的国际标准；该标准基于EN50295 和IEC62026-2，用于过程和现场通信。

全球执行器和传感器的领先制造商都支持AS-Interface 标准。

AS-Interface 是一种单主站系统。

对于西门子的自动化系统，通信处理器（CP）和网关（链路）作为主站控制过程和现场通信；传感器和执行器被当作AS-Interface 从站进行寻址。

九、IO-LinkIO-Linkis 是一种智能的标准化链路方案，用于将开关装置和传感器通过经济的点至点连接连接到控制级。

新的IO-Link 通信标准位于现场级下。

利用该通信，可以集中地完成向下直至执行器/传感器级的错误诊断和定位；可以从应用程序直接、动态地更改参数数据，从而可以更加方便地完成进行调试和维护。

现场设备智能功能的增强和整个自动化系统的集成，使得下至最底层的现场级数据访问成为可能。

结果：可用性更好、工程组态工作量更少。

作为一种开放式接口，IO-Link 可以集成至各种常见现场总线和自动化系统中。

一致的互操作性确保了最大程度的投资保护。

现有机器系统采用该接口还可使用没有IO-Link 接口的传感器。