SIMOTION 工业以太网通信入门
西门子工业网络通信课件精选
第1章绪论❖ 1.1 PLC控制网络的基本特点和通信功能❖ 1.2 数据通信❖ 1.3 工业局域网概述❖ 1.4 S7-300/400 PLC的通信网络概述1.1 PLC控制网络的基本特点和通信功能❖ 1.PLC控制网络的基本特点1）传输介质和链接组件标准化2）传输高可靠性3）良好的系统扩展性4）良好的覆盖面积5）较高的数据传输速率❖ 2.PLC的通信功能1）远程控制2）PLC局域网络系统3）PLC与上位机进行点对点通信1.2 数据通信❖具有一定的编码、格式和位长要求的数字信号成为数据信息。
❖数据通信是将数据信息通过适当的传送线路从一台机器传送到另一台机器。
❖数据通信系统的任务是把地理位置不同的计算机和PLC及其他数字设备连接起来，高效率地完成数据的传送、信息交换和通信处理三项任务。
❖数据通信系统组成传送设备传送控制设备传送协议通信软件1.2.1 数据传输方式的分类❖ 1.串行传输与并行传输1）串行传输数据在一个信道上按位顺序传输的方式。
特点：一或两根传输线远距离传输成本低速度慢2）并行传输数据在多个信道同时传输的方式。
特点：传输速度快传输线多，成本高2.频带传输与基带传输1）频带传输把信号调制到某一频带上的传输方式。
三种调制方式：调幅调频调相2）基带传输数据传输系统对信号不做任何调制，直接传输数据的传输方式。
PLC网络大多采用基带传输。
基带传输方式使整个频带范围都用来传输某一数字信号，常用于半双工通信。
频带传输时，在同一传输线路上可用频带分割的方法将频带划分为几个信道，同时传输多路信号，常用于全双工通信。
3.异步传输和同步传输1）异步传输异步传输也称为起止式传输，它是利用起止法来达到收发同步的。
在异步传输中，被传输的数据编码为一串脉冲，每一个传输的字符都有一个附加的起始位和多个停止位。
字节传输由起始位“0”开始，然后是被编码的字节。
通常低位在前，高位在后，接下来是校验位（可省略），最后是停止位“1”（可以是1位、1.5位或2位，用以表示字符的结束）。
工业以太网入门教程
工业以太网入门教程[第1讲]——工业以太网联网设备基本知识提供:美国科动控制系统公司作者:科动浏览次数：4716今天的控制系统和工厂自动化系统，以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。
但现场工程师们对以太网的了解，大多来自他们对传统商业以太网的认识。
很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。
但是，IT工程师们对于以太网的了解，往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验，可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。
那么选择正确的工业以太网要考虑哪些因素？简单的来说，要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。
这些都是最基本需要了解的产品选择因素。
如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。
不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。
控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。
由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太网的冗余功能应运而生。
从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM)，都有各自不同的优势和特点，控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。
为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点，让我们首先回顾以下以太网设备的发展过程。
集线器(Hub)相信绝大多数人都熟悉集线器。
很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备，如个人计算机，可编程控制器等。
工业以太网基础及应用一(现场总线技术基础)
工业以太网基础及应用模块一现场总线技术基础任务一现场总线技术认知【学习目标】1、认知现场总线技术。
2、了解现场总线技术的发展历史、优点与发展趋势。
【相关知识】一、简介现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。
它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。
它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。
这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
国际上许多有实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。
现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。
由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。
一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。
人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。
现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。
可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
二、发展历史1984年美国Intel公司提出一种计算机分布式控制系统-位总线（BITBUS），它主要是将低速的面向过程的输入输出通道与高速的计算机多总线（MULTIBUS）分离，形成了现场总线的最初概念。
西门子以太网通讯简易教程
以太网介绍
可能的通信方式
路由器（Router）连接两个网段，因而 具有两个IP地址。
Send/Receive 通信
142.20.10.2 Router 192.20.30.7
LAN
通过路由表，路由器检测如何将一个数 据包发送到指定的地址设备。
192.20.30.12 Router 134.218.30.7
以太网介绍
可能的通信方式
Send/Receive 通信
55Session Layer 会话层 Session Layer 44Transport Layer 传输层 Transport Layer
S7-通信
33Network-Layer 网络层 Network-Layer 22Link Layer 数据链路层 Link Layer 11Physical Layer 物理层 Physical Layer
以太网通信
A&D CS2 FA
Automation and Drives 2
以太网介绍
Service & Support
历史
1968: Hawaii大学进行了无线电载波试验。诞生了被称为“ALOHANET”的无线电网络。 多路访问（ multiple access ）的方法逐步出现，成为Ethernet的基本原理。 1972: 第一界国际计算机通讯大会上， ARPANET 首次面世。同时创立了InterNetwork Working Group (INWG) ，该组织从事公共传输协议的开发工作，TCP/IP协议逐渐诞 生并完备。
Service & Support
TCP/IP 基础
TCP/IP是20世纪70年代中期，美国国防部为ARPANET开发的网络体系。 目的为了将大学和研究所连接起来。 由于卫星，无线电等的出现，需要新体系网络结构来解决无缝连接。
第4章 工业以太网网络通信
完备的网络协议栈、广泛硬件平台支持、占用空间小。
3、μC/linux在S3C44BOX目标板上的移植 （1）处理器体系级移植
处理器体系级移植是当待移植处理器的结构不同于任 何已经支持的处理器结构或其分支处理器结构时，根据 μC/linux的标准构造新的处理器结构文件目录和编写源文件。 处理器体系的源文件在arch目录下。处理器结构文件目录主 要包括：kernel内核源代码，mm-内存管理源代码，lib处理 器特定的内部库函数，boot包含压缩内核的代码，也是内核 文件最后编译生成的地方，tools包含自动产生文件的脚本。
图4-8 CS8900A的结构图
4、CP220x
由Silicon Laboratories推出CP220x，是业界体积最 小和性能最高的单芯片以太网络控制器可以提供目前应用最 广泛的局域网络技术。
图4-9 CP2200的结构图
4.2.2 嵌入式以太网通信硬件实现 1、微处理器+以太网控制器+变压器+RJ45
（2）DA和SA分别指目的地址和源地址，也就是通常 所称的MAC（Medium Access Control）地址，6个字 节共48位，它被烧录在网卡里，也叫硬件地址， 0-23 位叫做组织唯一标志符（organizationally unique）， 是识别LAN（局域网）节点的标识。24-47位是由厂家 自己分配。其中第40位是组播地址标志位。
2、程序设计
（1）复位RTL8019AS
（2）初始化RTL8019AS
初始化页0与页1的相关寄存器，页2的寄存器是只读的，不 可以设置，页3的寄存器不是NE2000兼容的，不用设置。 先介绍一个子函数：void page(uchar pagenumber)。
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。
西门子工业以太网简介及其组态 PPT
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：
SIMOTION 和 S7-1500 的以太网TCP 通信
目录1概述 (3)2配置步骤 (3)1概述在开放的、不同种类的西门子通讯系统内，工业以太网是用于管理和单元级的网络。
从物理结构上说，工业以太网是一个使用双绞线的电气网络，或者是一个使用光纤电缆的光学网络。
在工厂或者设备间可以使用TCP通信进行非实时的数据交换，本文以S7-1500和SIMOTION为例进行TCP通信的介绍和配置的步骤说明。
2配置步骤软件安装过程如表1所示表1.序号说明通信说明如下：SIMOTION S7-1500说明192.168.214.1192.168.214.10各自的IP地址，在同一网段并且不冲突20002200端口号客户机服务器TCP通信时，需要设置一个为客户机一个为服务器10bytes收发10bytes收发数据长度2.首先建立一个SIMOTION的项目：3.插入一个SIMOTION D435:弹出硬件组态界面后保存编译并关闭。
4.导入通信使用的LCOM库（/WW/view/cn/48955385），如下图所示，在LIBRARIES上点击右键，选择Import folders/objects：5.浏览并且导入LCOM库：6.点击右键并且选择接受并且编译7.编写如下程序：INTERFACE//------------- import ---------------------------------------------------------USELIB LCom;//------------- global device variables ----------------------------------------VAR_GLOBALgab8SendBuffer: ARRAY[0..LCOM_SEND_DATA_LENGTH-1] OF BYTE;gab8ReceiveBuffer : ARRAY[0..LCOM_RECEIVED_DATA_LENGTH-1] OF BYTE;FBCom: fbLComMachineCom; //instance of FBEND_VAR//------------- export ---------------------------------------------------------PROGRAM pComBackground;//------------------------------------------------------------------------------END_INTERFACEIMPLEMENTATION//------------------------------------------------------------------------------PROGRAM pComBackgroundVARsComParameter: sLComParameterType; //parameter for FBboFirstCycle: BOOL := TRUE;boEnable: BOOL := TRUE; //run directboCommunicate: BOOL := TRUE; //run directu16SendDataLength : UINT := 10;boConnected: BOOL;boError: BOOL;b32ErrorId: DWORD;boDataReceived: BOOL;boSenderActive: BOOL;boReceiverActive : BOOL;u16ReceivedLength : UINT;END_VARIF boFirstCycle THEN //Initialization in first cycle//connection configurationsComParameter.sCfgConnection.boWithLComProtocol := FALSE;sComParameter.sCfgConnection.boAcceptUnknownPartner := TRUE;sComParameter.sCfgConnection.u16ComService:= 1; //1 = TCPsComParameter.sCfgConnection.boIsTcpClient:= TRUE; //is clientsComParameter.sCfgConnection.u16LocalPort:= 2000;sComParameter.sCfgConnection.au8RemoteAddress[0] := 192;sComParameter.sCfgConnection.au8RemoteAddress[1] := 168;sComParameter.sCfgConnection.au8RemoteAddress[2] := 214;sComParameter.sCfgConnection.au8RemoteAddress[3] := 10 ;sComParameter.sCfgConnection.u16RemotePort:= 2200;sComParameter.sCfgConnection.u16LifeSignCycle:= 300; //ms//sender parametersComParameter.sCfgSender.u8ComMode:= 1; //2: Mode on_changesComParameter.sCfgSender.u16CycleTime:= 1000; //mssComParameter.sCfgSender.u16AckTimeout := 500; //mssComParameter.sCfgSender.u8SlidingWindow := 1;//receiver parametersComParameter.sCfgReceiver.u8ComMode:= 1;sComParameter.sCfgReceiver.u16CycleTime := 1000;sComParameter.sCfgReceiver.u16AckTimeout := 500;sComParameter.sCfgReceiver.u8SlidingWindow := 1;//time synchronization parametersComParameter.sCfgTimeSync.boUseReceivedTimeStamps := FALSE;sComParameter.sCfgTimeSync.u8SendModeTimeSync:= 0;sComParameter.sCfgTimeSync.u16TimeSyncCycleTime := 0;sComParameter.sCfgTimeSync.todTimeSyncAtTime:= TOD#00:00:00.0;//reset after first cycleboFirstCycle := FALSE;ELSE//call communication function blockFBCom(enable:= boEnable,communicate:= boCommunicate,sendDataLength:= u16SendDataLength,sendData:= gab8SendBuffer,receivedData:= gab8ReceiveBuffer,parameter:= sComParameter,connected=> boConnected,dataReceived=> boDataReceived,error=> boError,errorId=> b32ErrorId,senderActive=> boSenderActive,receiverActive=> boReceiverActive,receivedDataLength => u16ReceivedLength);END_IF;END_PROGRAMEND_IMPLEMENTATION8.分配程序到执行组，并且下载程序，运行SIMOTION：9.打开博途软件，创建一个新项目：10.插入一个PLC ，本例使用1516CPU：11.设置IP地址并且创建网络连接如下图所示：12.创建TCP通信连接，选择”Connections”，并且选择TCP connection，需要注意，在建立连接的时候首先鼠标左键点击端口，显示出一条虚线后，再点击回此端口，即可建立连接：创建好的连接如下图所示：13.点击此连接的属性，并且填写连接的信息，如下图所示：14.编写程序如下图所示：使用如下指令:在OB1中编写如下程序：15.关于ID参数的说明，此参数可以在连接的Local ID属性中获取：16.从SIMOTION发送到PLC：PLC的watch table：17.从PLC到SIMOTION：SIMOTION观察到的接收数据：。
工业以太网入门教程第1讲』——工业以太网联网设备基本知
CTRLink工业以太网产品家族包括几个系列的产品，分别归类为集线器、交换机、接口转换器、路由器和视频产品。
现代的工业以太网网络都是以星型方式用双绞线或光纤连接的。
如果网络需要连接两个以上的设备，则需要使用集线器或交换机。
集线器是物理层的设备，提供简单的网络扩展，只要遵循冲突检测和在半双工的共享以太网网络中的增强继承的规则即可。
只要不超过冲突域的距离局限或线缆的局限，我们一次可以使用四个集线器。
集线器在10Mbps速率下工作。
科动有EI系列和EIM 迷你型系列的集线器。
交换机实际被归类为“网桥”，是链路层的产品。
网桥使两个分开的以太网网络连接起来，但却将各自网络的冲突域分隔开来。
使用交换机的好处是扩展的规则非常简单，可以级联，理论上没有数量上的限制。
交换机也可以设置为全双工通讯，排除了半双工共享以太网中所具有的冲突域。
科动的交换机有以下几个系列：EIS 互联型、EISK蝎王型、EIBA BAS 型、EISM 迷你型、EISC 可配置型、EISＸ、EICP 紧固型管理和非管理交换机。
EISB蓝锻精密型也有管理和非管理的分类。
将一个光纤网络连接到双绞线网络可以用集线器或交换机，也可以用接口转换器来连接。
接口转换器是归类于物理层的设备。
科动的接口转换器有：EIMC迷你型接口转换器，宽温型号可选。
通讯协议在ISO公开系统互联参考(OSI)模型里，以太网是定义在物理层和链路层的协议。
在数据链路层上有许多协议，以TCP/IP最为突出，甚至在TCP/IP之上，还有几个专门针对应用层的协议Ethernet/IP，PROFInet，HSE，MODBUS/TCP，iDA，BACnet，以及一些私有的协议。
由于科动的产品是基于以太网的技术，我们的产品和这些协议包括TCP/IP都可以兼容。
我们的CTRLink集线器、交换机或接口转换器在这些协议下都可以正常的工作。
电源从安全和方便的角度考虑，科动的CTRLink产品可以在低压直流或交流的电源下工作。
如何实现WinCC和 SIMOTION的工业以太网通信
如何实现WinCC和SIMOTION的工业以太网通信1 简介在WinCC V7.0 SP2及以前版本中，未提供专用的驱动程序和SIMOTION通信，可以通过SIMATIC NET建立SIMOTION的OPC服务器，WinCC作为OPC客户机和SIMOTION通信，具体实现方法可以参考下载中心文档《SIMOTION与OPC的通讯》。
从WinCC V7.0 SP3开始，提供了专用的SIMOTION驱动程序，可以通过工业以太网（TCP/IP协议）和SIMOTION通信。
SIMOTION驱动程序包含在WinCC基本系统当中，无需单独购买。
WinCC和SIMOTION SCOUT无需集成，即部署WinCC的操作员站和组态SIMOTION的PG/PC无关。
本例中所使用的硬件和软件环境如下：(A) SIMOTIONSIMOTION D410_PN (6AV1 410-0AB00-0AA0, Firmware V4.2)(B) SIMOTION组态PG/PCIPC 547C (6AG4 104-1DR21-3CC5), CP1623 (6GK1 162-3AA0)STEP7 Professional 2010 SR2 (STEP7 V5.5 SP2), SIMOTION SCOUT V4.2 SP1(C) WinCC操作员站DELL OPTIPLEX GX620，Broadcom NetXtreme 57xx Gigabit ControllerWinCC V7.0 SP3 Asia2 组态SIMOTION通过以太网将SIMOTION D410_PN 连接到组态PC。
2.1 创建SIMOTION项目(A) 打开SIMOTION创建新项目，在Accessible nodes中在线浏览设备，以确定设备的型号和版本，如图1所示。
图1(B) 在项目中插入相应的设备，本例中为SIMOTION D410_PN V4.2，如图2所示。
SIEMENS 工业以太网交换机 说明书
SCALANCE — 性能可延展西门子全集成自动化理念已在全球各地成功演绎了无数次;通过共享工具和标准化机制，可实现集成解决方案。
最重要的基础工作之一就是致力于SIMATIC NET 工业通讯的发展。
SCALANCE 即是里程碑式成果，一种全新的有源网络部件，用于构建集成网络。
2SCALANCE XXWS安全性工业无线局域网工业以太网交换机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 可以保护网络和数据不受侵袭活动，操控和未经授权访问。
SOFTNET 安全客户机用于SCALANCE 保护下设备的安全访问。
SCALANCE W用于工业无线局域网的可靠无线电技术基于工业无线电局域网，SCALANCE W 将集成通讯拓展到一个过去很难甚至不可能进入的领域。
SCALANCE W 是通过专用的数据传输速率或监控无线连接做到这点。
SCALANCE W 采用了IEEE 802.11a / b / g / h / e / i无线局域网国际标准。
SCALANCE X从入门级到高性能网络工业以太网交换机SCALANCE X 提供一系列的不同功能的工业以太网交换机，例如：通过PROFINET 、SNMP 或是Internet诊断，以满足对网络结构、数据传输速率和端口数的不同需要。
这些有源网络部件可完美相互协同，旨在严酷的工业环境下能够集成、灵活、安全、高性能的构建网络。
工业环境下的通讯工业通讯与办公环境下的通讯有着根本上的不同。
在办公环境下，很多用户连接一台服务器；客户之间并没有交叉连接。
而这种数据传输在建立通讯连接时，多个用户同时连接服务器时会导致阻塞和延时。
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。
此外，应用技术，通讯关系和网络结构也必须各自能够适应严酷的工业环境。
工业网络必须能够反应灵活并在短时间内满足市场需求，重组必须快速而高效。
工业以太网第三讲
工业以太网入门教程[第3讲]——光纤及光纤传输系统介绍提供:美国科动控制系统公司作者:科动浏览次数：2142一、光及其特性：1. 光是一种电磁波。
可见光部分波长范围是：390-760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光，小于390nm 部分是紫外光。
光纤中应用的是：850nm，1300nm，1550nm三种。
2.光的折射，反射和全反射。
因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。
而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。
当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。
不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。
光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
二.光纤结构及种类：1.光纤结构：光纤裸纤一般分为三层：中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。
2.数值孔径：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度就称为光纤的数值孔径。
光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&TCORNING)。
3.光纤的种类：A. 按光在光纤中的传输模式可分为：单摸光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。
但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。
例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。
因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。
因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。
SIMOTION_PROFIBUS-DP通信入门
A&D Service & Support
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图 7：S7-300 作为从站的通信接口设置界面 设置通信接口分别为 16 个字节输入和 16 个字节输出。
设置主站 打开 SCOUT 软件插入 D435，点击 D435 使用右键进入硬件配置界面，点击 X126 选 择与从站相同的 PROFIBUS 网络，设置 SIMOTION 的站地址，本例中作为主站的 SIMOTION 站地址为 4。在硬件选择窗口 PROFIBUS-DP->Configured Stations 中选择 S7300 从站并拖曳到主站网络上如图 8 所示：
A&D Service & Support
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1．PROFIBUS 网络介绍
现场总线 PROFIBUS 可以连接远程 I/O 站、仪表、主站（PLC 站）等设备，通信服务
分为 DP、FDL、S7、FMS、PA（将服务类型进行转换），通信方式分为主－主、主－从通
PROFIBUS 总线的传输输率从 9.6Kbit/s ～12Mbit/s，总线长度与传输输率相关，总
的规律是传输输率越高总线长度越短，越容易受到电磁干扰，基于传输输率的最大段长度参
考表 3：
表 3 PROFIBUS 网络传输速率与距离的关系
波特率（K Bit/s）
9.6~187.5
500
1500
3000~12000
信。PROFIBUS 网络分层参考表 1：
表 1 PROFIBUS 网络层 DP 设备行规
基本功能 扩展功能
FMS 设备行规
PA 设备行规
基本功能 扩展功能
DP 用户接口 直 接数据链路映象程
如何实现WinCC和 SIMOTION的工业以太网通信
如何实现WinCC和SIMOTION的工业以太网通信1 简介在WinCC V7.0 SP2及以前版本中, 未提供专用的驱动程序和SIMOTION通信, 可以通过SIMATIC NET建立SIMOTION的OPC服务器, WinCC作为OPC客户机和SIMOTION通信, 具体实现方法可以参考下载中心文档《SIMOTION与OPC的通讯》。
从WinCC V7.0 SP3开始, 提供了专用的SIMOTION驱动程序, 可以通过工业以太网（TCP/IP协议）和SIMOTION通信。
SIMOTION驱动程序包含在WinCC基本系统当中, 无需单独购买。
WinCC和SIMOTION SCOUT无需集成, 即部署WinCC的操作员站和组态SIMOTION的PG/PC无关。
本例中所使用的硬件和软件环境如下:(A) SIMOTIONSIMOTION D410_PN (6AV1 410-0AB00-0AA0, Firmware V4.2)(B) SIMOTION组态PG/PCIPC 547C (6AG4 104-1DR21-3CC5), CP1623 (6GK1 162-3AA0)STEP7 Professional 2010 SR2 (STEP7 V5.5 SP2), SIMOTION SCOUT V4.2 SP1(C) WinCC操作员站DELL OPTIPLEX GX620, Broadcom NetXtreme 57xx Gigabit ControllerWinCC V7.0 SP3 Asia2 组态SIMOTION通过以太网将SIMOTION D410_PN 连接到组态PC。
2.1 创建SIMOTION项目(A) 打开SIMOTION创建新项目, 在Accessible nodes中在线浏览设备, 以确定设备的型号和版本, 如图1所示。
图1(B) 在项目中插入相应的设备, 本例中为SIMOTION D410_PN V4.2, 如图2所示。
simotiond系统组态及调试入门simotiondsystem
SIMOTION D系统组态及调试入门 SIMOTION D System Configuration And Commissioning Getting Start摘要：本文介绍了SIMOTION D 运动控制系统项目的建立、系统调试及运动控制程序的编写。
关键词：SIMOTION D 运动控制系统、项目建立、调试、编程Key words:SIMOTION D Motion Control System、Create Project、Program目录第一章 Simotion运动控制系统概述 (4)第二章 Simotion运动控制系统硬件概述 (5)1.SIMOTION D介绍: (5)2. SIMOTION D435硬件结构图 (7)第三章工具软件SCOUT 4.0.2 (7)1. SCOUT软件介绍 (7)2. 系统要求 (9)3. 软件安装注意事项 (9)第四章创建新项目 (10)第五章 Simotion D 轴（Axis）配置 (16)第六章使用“Control panel”调试轴 (24)第七章 Simotion D运动控制程序 (27)第一章 Simotion运动控制系统概述在许多机械制造领域中都遵循着一个相同的原则，特别是那些依赖于运动控制的机器。
机械运动越来越复杂，对速度及精度的要求也越来越高。
以往这些运动任务是由机械元件以及若干电子装置来完成的(例如：输出凸轮控制器、位控及多轴模块)。
这时，即使是一个很小的功能变化或是有额外的功能需求都将意味着更换元件、采用新的结构、配置、参数设置及编程。
同时用于元件更换的库存量也将增加。
唯一能够取代这些独立元件的方法是使用一种功能全面的自动化系统，它必须能够提供针对不同控制任务的解决方案，这就是：SIMOTION 运动控制系统：•由一个系统来完成所有的运动控制任务•适用于具有许多运动部件的机器SIMOTION 提供了最佳的运动控制解决方案。
应用领域•从简单的速度轴控制到复杂的多轴电子凸轮插补•从几个轴的同步运行到上百根轴的高精度的角同步关注的领域：•纺织•印刷•橡胶塑料•包装•金属压机•Converting•其他第二章 Simotion运动控制系统硬件概述作为运动控制系统，SIMOTION 将逻辑控制、运动控制（定位、同步等）以及工艺控制（压力、温度控制等）集成在同一个系统中。
工业以太网基础知识 V.1.0.0
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以太网的特性
• 开放的标准
• 广泛的使用在office/IT领域
• 多样化的实用技术
以太网的好处
• 大众化
– Low total cost of ownership
• 整合性
– Web-based, Internet, ERP, CIM
• 应用性
– Switch/Full-duplex / Fiber/ Wireless/ Network Redundant
Comm. lines Relay Power supply lines Relay Power supply lines Comm. lines Rely
+/- 2 KV
+/- 1 KV +/- 1 KV +/- 2 KV, 12Ω, CM +/- 1KV, 2Ω, DM +/- 1 KV, 42Ω, CM +/- 1KV, 42Ω, DM
工业以太网的需求
协助安装或替换故障设备的功能
-
Line-swap fast recovery断线快速恢复 DHCP Server (Set Device IP) Ping diagnosis Link-fault pass through
工业以太网的需求
宽温需求 - 工作温度 - 儲存温度
符合国际标准的产品质量承诺
安规说明
The degree of protection provided by an enclosure is indicated by the NEMA code in the following way:
NEMA, UL, & CSA type rating Approximate IEC/IP classification
美国科动控制系统公司-工业以太网入门
工业以太网入门教程[第1讲]——工业以太网联网设备基本知识提供:美国科动控制系统公司作者:科动浏览次数：1834今天的控制系统和工厂自动化系统，以太网的应用几乎已经和PLC一样普及。
但现场工程师们对以太网的了解，大多来自他们对传统商业以太网的认识。
很多控制系统工程的实施甚至是直接让IT部门的技术人员来实施。
但是，IT工程师们对于以太网的了解，往往局限于办公自动化商业以太网的实施经验，可能导致工业以太网在工业控制系统中实施的简单化和商业化，不能真正理解工业以太网在工业现场的意义，也无法真正利用工业以太网内在的特殊功能，常常造成工业以太网现场实施的不彻底，给整个控制系统留下不稳定因素。
那么选择正确的工业以太网要考虑哪些因素？简单的来说，要从以太网通讯协议、电源、通信速率、工业环境认证考虑、安装方式、外壳对散热的影响、简单通信功能和通信管理功能、电口或光口的考虑。
这些都是最基本需要了解的产品选择因素。
如果对工业以太网的网络管理有更高要求，则需要考虑所选择产品的高级功能如：信号强弱、端口设置、出错报警、串口使用、主干(TrunkingTM)冗余、环网冗余、服务质量(QoS)、虚拟局域网(VLAN)、简单网络管理协议(SNMP)、端口镜像等等其他工业以太网管理交换机中可以提供的功能。
不同的控制系统对网络的管理功能要求不同，自然对管理型交换机的使用也有不同要求。
控制工程师们应该根据其系统的设计要求，挑选适合自己系统的工业以太网产品。
由于工业环境对工业控制网络可靠性能的超高要求，工业以太网的冗余功能应运而生。
从快速生成树冗余(RSTP)、环网冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM)，都有各自不同的优势和特点，控制工程师们可以根据自己的要求进行选择。
为了更好地帮助大家了解和学习工业以太网冗余技术的特点，让我们首先回顾以下以太网设备的发展过程。
集线器(Hub)相信绝大多数人都熟悉集线器。
很多人使用这种简易设备去连接各种基于以太网的设备，如个人计算机，可编程控制器等。
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1．S I M O T I O N工业以太网网络介质西门子工业以太网网络通常使用的物理传输介质为屏蔽双绞线（FCTP）、工业屏蔽双绞线（ITP）和光纤。
1.1屏蔽双绞线（FastConnectionTwistPair）FCTP快速连接双绞线用于将DTE快速连接到工业以太网上，配合西门子FCTPRJ45接头使用，连接方式如图1所示：图1：FCTP电缆与TPRJ45接头将双绞线按照TPRJ45接头标示的颜色插入连接孔中，快捷、方便地将DTE设备连接到工业以太网上。
使用FC双绞线从DTE到交换机最长通信距离为100米（DTE到DTE）。
也可以使用普通RJ45接头，为了保证数据传输的可靠性，在无干扰情况下最长通信距离为5米。
RJ－45连接有两种连接方式，交叉连接（如图2所示）和直通连接（如图3所示）。
交叉连接用于网卡之间的连接或集线器之间的连接；直通线用于网卡与集线器之间或网卡与交换机之间的连接。
Siemens交换机由于采用了自适应技术，可以自动检测线序，故通过交换机可以选择任意一种电缆进行连接。
图2交叉线连接图3直通线连接SIMOTION带有RJ45接头，建议使用西门子FCTP和FCTPRJ45接头。
1.2工业屏蔽双绞线（IndustrialTwistedPair）屏蔽双绞线如图4所示，它有白/蓝和白/橙两对双绞屏蔽线。
外部包有屏蔽层和绝缘层，用于连接有ITP 端口的以太网设备。
通过ITP电缆连接的两个设备的最远距离为100米。
图4ITP电缆结构图连接ITP电缆的连接头有两种，即9针或15针的Sub－D接头，如图所示5、6：图5Sub－D9针接头图6Sub－D15针接头使用Sub－D接头进行连接的网络连接牢固，不易松动。
其连线方法及9/15接头的转换可以查阅西门子手册。
同样ITP电缆也会有交叉连接的情况，可以直接定购ITPXP标准电缆。
SIMOTION只有RJ45以太网接口，通常不使用工业双绞线ITP。
1.3光纤按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。
但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。
例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。
因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
单模光纤：中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。
因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。
光纤技术只允许点对点的连接，即一个发送装置只对应一个接收装置。
因而两个站点之间需要有发送和接收两根光纤进行连接。
所有SIMATICNET标准的光缆都是两根光纤。
光纤的连接头有很多种如图7所示：图7光纤的连接头其中各种连接头都有各自的优点，例如：ST连接头安装简易，比较适合于现场连接，（西门子BFOC接头就是ST接头）；FC接头有一个不固定的套环，可以提供较好的机械的隔离；SC连接头适合紧密连接，其推拉设计可以避免在安装过程中的光纤平面受损，应用比较普遍。
在西门子的网络设备中，大多光纤链路设备使用BFOC接头。
光纤通讯应用于工业以太网的优点：隔离电气的站点或网段没有电气的接地问题没有屏蔽电流数据传输不受外界电磁干扰不受雷电的影响不会产生电磁干扰重量轻根据光纤的类型不同，长距离的通讯依然可以保持高的通讯波特率带有RJ45接头的SIMOTION可以直接连接到交换机的电气接口上，交换机之间可以通过光纤连接，增加通信距离和抗干扰性。
2．SIMOTION工业以太网网络拓扑结构通过西门子交换机组成的以太网有三种网络拓扑结构：1）总线型；2）星型；3）冗余环网。
图8所示为SCALANCE200组成的冗余环网。
图8冗余环网示例3．配置SIMOTION以太网接口3.1在硬件配置中设定以太网接口在SCOUT界面中点击SIMOTIONCPU，右键点击“OpenHWconfiguration”进入硬件配置界面，例如D435，X120和X130为以太网接口，双击选择的通信接口，在弹出的界面中定义IP地址和子网掩码，如图9所示：图9设定通信接口注意：即使建立两条以太网，两个以太网通信接口不能设置在相同的网段中或相同的IP地址。
3.2在线联机设定以太网接口将编程器连接到SIMOTION以太网接口上，在控制面板“SettingthePG/PCInterface”接口中将访问点指向使用的编程网卡例如“S7ONLINE（STEP7）->TCP/IP->Intel(R)PRO/1000MT”。
打开SIMATICManager，使用菜单命令“PLC”->“EditEthernetNodes”在界面中选择“Browse”键浏览网络上所有的站点，如图10所示：图10浏览网络上的站点每一个接口在硬件的前面板标有网卡的MAC地址，选择站点，在“EditEthernetNodes”界面中设置IP地址和子网掩码，点击“AssignIPConfiguration”键传送设定的命令。
如图11所示：图11设置站点地址IP地址设置完成后，可以使用以太网接口编程。
4．编写通信程序通过以太网进行站点间的通信有两种方式：1）UDP；2)TCP。
4.1UDP通信方式UDP通信协议不需要在通信前建立连接，在发送和接收的数据报文中带有通信方的IP地址和端口号。
通信函数存储于在“Communication”->“Datatransfer”目录下，在发送方调用发送函数的示例程序如图12所示（使用LAD编写）：图12UDP发送程序发送函数参数解释如下：SourcePort发送方的端口号，数据类型UINT，例如2001。
DestinationAddress接收方的IP地址，数据类型为数组，ARRAY[0..3]OFDestinationPort接收方的端口号，数据类型UINT，例如2000。
CommunicationMode通信模式，“EnumUdpCommunicationMode”枚举数据类型，有两种选择:(1)“CLOSE_ON_EXIT”，通信完成后释放通信资源；(2)“DO_NOT_CLOSE_ON_EXIT”，通信完成后仍占用通信资源。
DataLength发送的数据长度，数据类型UDINT，最大长度1400字节。
Data发送数据区，数据类型为数组，ARRAY[0..1399]OFBYTE。
OUT发送函数状态信息，数据类型DINT。
在数据接收方调用接收函数的示例程序如图13所示：图13UDP接收程序接收函数参数解释如下：Port定义本方的端口号，数据类型为UINT。
定义的端口号必须与发送方参数“DestinationPort”指定的端口号相同。
CommunicationMode通信模式，与发送函数通信模式相同。
NextCommand枚举数据类型，元素中包括“IMMEDIATELY”、“WHEN_COMMAND_DONE”和“ABORT_CURRENT_COMMAND”。
“IMMEDIATELY”：接收命令与后续所要执行的命令同步执行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令执行或失败后执行后续的命令，异步执行。
“ABORT_CURRENT_COMMAND”：终止当前的任务后执行执行后续的命令。
4.2TCP通信方式TCP通信方式在发送接收数据前必须建立通信连接，连接需要在通信双方编程建立。
主动连接的一方作为客户端，被动连接的一方作为服务器。
下面以SIMOTIOND435与S7-300CP343-1通信为例介绍TCP通信方式。
在STEP7项目下创建S7-300站点，插入以太网通信处理器CP343-1，选择与SIMOTION在相同的网络上。
在NETPRO中点击CPU，在下面的连接表中插入一个连接如图14所示：图14建立TCP连接连接的站点选择“Unspecified”，连接方式选择“TCPconnection”，点击“Apply”键确认进入连接属性界面，如图15所示：图14配置TCP常规信息在“GeneralInformation”栏中，“BlockParameters”参数显示CP343-1的地址及连接号，这两个参数也是PLC 调用发送和接收通信功能块赋值参数。
“Activeconnectionestablishment”选项决定通信双方哪一个是主动连接（客户端），哪一个是被动连接（数据服务器）。
选择该选项为主动连接，在SIMOTION侧需要调用函数“_tcpOpenServer”与PLC建立连接，如果没有选择该选项为被动连接，在SIMOTION侧需要调用函数“_tcpOpenClient”与PLC建立连接。
本例中选择PLC为数据服务器，SIMOTION为客户端。
点击“Address”栏配置SIMTION的IP地址及端口号，如图15所示：图15配置通信方IP地址配置完成后将配置选项下载到PLC中。
与PLC在NETPRO中创建连接不同，在SIMOTION侧需要调用函数建立连接，通信函数存储于在“Communication”->“Datatransfer”目录下，函数调用的示例程序参考图16：图16SIMOTION侧建立TCP连接（客户端）函数参数解释如下：PortSIMOTION端口号，数据类型UINT，在NETPRO中定义为2001。
连接函数调用一次，得到连接号后停止调用。
注意：此函数调用需用上升沿信号进行使能。
通信连接建立后，在通信双方需要编写通信函数或通信功能块。
在S7-300PLC侧OB35中（间隔发送）调用发送功能块FC5AG_SEND(“Libraries”->“StandardLibrary”->“SIMATIC_NET_CP”->“CP300”，示例程序如下：CALL"AG_SEND"ACT:=TRUEID:=1LADDR:=W#16#100SEND:=P#DB1.DBX0.0BYTE60LEN:=60DONE:=M1.2ERROR:=M1.3STATUS:=MW2通信函数FC5的参数含义：ACT：为1触发。
ID：参考本地CPU连接表中的块参数。
LADDR：参考本地CPU连接表中的块参数。
SEND:发送区。
最大通信数据为8192字节。
与SIMOTION之间最大4096个字节。
LEN:实际发送数据长度。
DONE：每次发送成功，产生一个上升沿。
ERROR：错误位。
STATUS：通讯状态字。
示例程序中S7-300PLC发送DB1中前60个字节。
在通信方CPUOB1中调用接受函数FC6AG_RECV(“Libraries”->“StandardLibrary”->“SIMATIC_NET_CP”->“CP300”，示例程序如下：CALL"AG_RECV"ID:=1LADDR:=W#16#100RECV:=P#DB2.DBX0.0BYTE60NDR:=M10.1ERROR:=M10.2STATUS:=MW12LEN:=MW14通信函数FC6的参数含义：ID：参考本地CPU连接表中的块参数。