基于以太网的S7-300 PLC S7单边编程通信的实现
肖晓刚
(四川英杰电气股份有限公司，四川德阳618000)
摘要：本文介绍了在STEP7编程软件中组态西门子S7-300 PLC硬件和通信网络，通过集成PN口实现S7协议单边编程以太网通信的步骤。S7-300系列PLC之间基于以太网的单边编程通信是西门子工控数据通信方案中的一种典型模式，已被广泛地应用于各类自动化工程中。
关键词：西门子S7-300 系列PLC；集成PN口；S7协议；单边编程数据通信；工业以太网；系统功能块
中图分类号：文献标识码：B
Implementation of S7 Unilateral Programming Communication between S7-300 PLC S Based on Ethernet
XIAO Xiao-gang
(Sichuan Injet Electric Co., Ltd, Deyang Sichuan 618000)
Abstract：This paper introduces that the Siemens S7-300 PLC hardware and the communication networks are configured in STEP7 programming software and the procedures of using unilateral programming in S7 protocol to realize Ethernet communication via an integrated PN port. The Ethernet based communication between S7-300 series PLCs by unilateral programming via PN port is a kind of typical modes in Siemens data communication schemes for industrial control, it has already been widely applied to various automation projects.
Keywords：Siemens S7-300 series PLC; Integrated PN interface; S7 protocol; Data communication by unilateral programming; Industrial Ethernet; System function block
1引言
S7协议是西门子S7系列PLC基于MPI、Profibus、Ethernet网络的一种优化通信协议，其优点是通信双方无论是在同一MPI总线上，同一Profibus总线上或同一工业以太网中，都可通过S7协议建立通信连接，使用相同的编程方式进行数据交换而与采用任何总线或者网络的类型无关。S7通信主要用于S7-300 PLC相互之间，或者S7-300 PLC与S7-400 PLC 之间，或者S7-400PLC相互之间的数据通信。
S7协议是西门子S7系列产品之间通讯使用的标准协议，它广泛应用于各种通讯服务。例如：PG通讯、OP通讯、S7基本通讯、S7通讯，路由等。S7协议是由多种应用层协议组成的，或者说S7协议是一个由多种协议组成的集合协议。
2 单边编程通信
SIMATIC S7-PN CPU包含一个集成的Profinet接口，该接口除了具有Profinet I/O 功能外，还可以实现基于以太网的S7通信。
S7通信按组态方式可分为双边编程通信和单边编程通信两种，单边编程通信适用于以下几种情况：
（1）通信伙伴无法组态S7连接；
（2）通信伙伴无法停机；
（3）不希望在通信伙伴侧增加通讯组态和程序。
3 通信网络的构成
以下是曾经完成的一个工程项目，该项目的网络结构如图1所示。
图1 S7-300 PLC间通过集成PN口的以太网通信
该网络中，PLC柜内和1~4#控制柜的S7-300 PLC都是6ES7 315-2EH14-0AB0，自带两个以太网口（即PN口）。每个控制柜内的PLC通过Profibus-DP通讯读取对应装置的负载数据。PLC柜和1~4#控制柜的S7-300PLC之间的数据通信采用的是基于工业以太网的S7
单边通信。工控机采用Wincc组态软件通过功能画面和数据库实现集中显示和监控。
4 工作原理简介
PLC柜的PLC控制启动过程（包括1~4#负载），控制柜的PLC控制运行过程。PLC
柜内PLC通过S7单边通信读取控制柜的负载的电源、运行及故障状态，当控制柜的负载电源投入并且控制柜无故障时，PLC柜才能启动对应的负载。PLC柜启动过程完毕后，交给对应的控制柜运行。若控制柜的负载电源未投入或者控制柜有故障时，PLC柜就不能启动对应的负载。
5 PLC硬件与数据通信组态
下面，对该项目单边编程数据通信的组态进行介绍。
5.1 对PLC柜内S7-300 PLC的硬件组态
(1) 打开STEP7编程软件，创建新项目并在项目中插入S7-300站点；打开硬件组态，组态S7-300站点；在硬件目录中，添加S7-300的机架。如图2所示。
图2 建新项目并建立S7-300站点
(2) 在硬件目录中，在机架的插槽1添加S7-300的电源模块。选择使用的CPU，并拖拽到机架的插槽2上。如图3所示。
图3 添加S7-300电源模块和CPU
(3) 设置“MPI/DP”接口：接口类型设为“Profibus”，地址设为2，Profibus网络的波特率设为1.5Mbps。设置“PN-IO”接口：IP地址为2。
(4) 添加I/O模块到机架上；添加装置到Profibus网络上。如图4所示。
图4 添加I/O模块到机架上；添加装置到Profibus网络上
(5) 从菜单栏的“选项”下的“组态网络”进入网络组态界面。如图5所示。
图5 进入网络组态界面
(6) 右键单击SIMATIC 300(1)，在弹出对话框中选择“插入新连接”命令，插入一个新连接。如图6所示。
图6 插入一个新连接SIMATIC 300(1)
(7) 如图7所示：
a）选择“未指定”连接伙伴；
b）连接类型选择“S7连接”，单击“确定”，弹出S7连接属性对话框。
图7 选择“S7连接”，以弹出S7连接属性对话框
(8) 如图8“属性-S7连接”所示，对话框设置如下：
a）选中建立主动连接。
b）本地ID设为1。
c）接口选择CPU315-2 PN/DP，PN-IO（RO/S2）。
d）设置伙伴的IP地址。注意：伙伴的IP地址必须与(3)步中设置“PN-IO”接口时的IP地址设在同一网段，只是IP地址的最后一位数不能相同，因为每个IP地址
都代表一个S7-300 PLC。
e）点击“地址详细信息”按钮。
图8 S7连接属性设置
(9) 地址详细信息对话框设置，如图9所示。
a）设置安装CPU的机架号为0。
b）设置安装CPU的槽号为2，对于S7-300，CPU只能安装在2号槽。
c）设置连接资源号为3，对于S7单边编程连接，连接资源号只能是3。
图9 地址详细信息设置
(10) 重复步骤（6）、（7）、（8）、（9），继续完成与1~4#控制柜内的PLC的S7连接设置。只需要将本地ID依次设为2、3、4，伙伴的IP地址依次设为、、。如图10所示。
图10 继续完成与1~4#控制柜内的PLC的S7连接设置
5.2 对控制柜内S7-300 PLC的硬件组态
该硬件组态的配置方法与PLC柜内的一样，只是不需要在组态网络中进行S7连接组态。另外1~4#控制柜的S7-300 PLC的程序下载时，IP地址需要分别设为：、192.168.0.4、、。
6 通信编程
由于配置的是S7单边编程通信，只需要在配置S7网络连接一方（即PLC柜侧）进行通信编程，需要调用系统功能块FB14、FB15。若配置S7网络连接方为S7-400 PLC，则需要调用系统功能块SFB14、SFB15。注意！调用系统功能块通信方式不能和全局数据通信方式混合使用。
其中，FB14用于读取伙伴CPU的数据，FB15用于写入伙伴CPU的数据。注意：FB14、FB15系统功能块的最大传输字节数为212Bytes。
读取数据编程如图11所示。
(1)M1.0上升沿启动一次读取作业。
(2)本地ID，在硬件组态5.1 (8)中设置。
(3)指向伙伴CPU中要被读取的区域，此处为DB5.DBX0.0开始的连续10个字节。
(4)指向本地CPU中要用于存放读取数据的区域，此处为DB6.DBX0.0开始的连续
10个字节。
图11 调用FB14读取伙伴CPU数据的通信编程写入数据编程如图12所示。
（1）M1.1上升沿启动一次写入作业。
（2）本地ID，在硬件组态5.1 (8)中设置。
（3）指向伙伴CPU中要用于写入的数据区域，此处为DB15.DBX0.0开始的连续10个字节。
（4）指向本地CPU中要用于发送的数据区域，此处为DB16.DBX0.0开始的连续10个字节。
图12 调用FB15写入伙伴CPU数据的通信编程
7 结束语
该项目投产以来，数据通信一直都很稳定，深受用户的青睐。采用基于以太网的S7单边通信，其编程方便，通信速度快，稳定性好，维护方便。S7单边编程通信是一种优化的通信，已被广泛地应用于自动化控制系统中。
参考文献
[1]SIEMENS.SIMATIC STEP V5.1编程手册，V5.1.
[2] SIMATIC 用于S7-300_400系统和标准功能的系统软件参考手册. 2004，1.
[3] 崔坚，李佳，杨光. 西门子工业网络通讯指南(下册). 2005，12.
作者简介
肖晓刚男，1979年出生，工程师，长期从事电气自动化工程设计。
CP243-1以太网通讯模块配置说明 必备条件： ?装有STEP 7Micro/WIN32软件的电脑。?PC/PPI 电缆。 首次、配置时必须要用到PC/PPI 电缆，将PC/PPI 电缆一头连接电脑的串口，另一头连接CPU 上的串口； 1、打开STEP 7Micro/WIN32软件，在查看栏选择“设置PC/PG 接口”； 2、为使用的借口分配参数选择：“PC/PPI cable（PPI）”； 3、点击“确定”按钮； 4、 在查看栏选择“通信”； 14 2 3
1、“点击刷新” 2、出现CP243-1后双击选择； 3、点击“确定”按钮； 1、在菜单栏中选择“工具”--＞“以太网向导”； 1 3 1
1、点击“下一步”进入指定模块位置； 1、在此处选择模块在PLC中的位置，本次PLC中选择“6”； 2、也可以用“读取模块”按钮搜寻在线的CP243-1模块。 3、搜索到后选中； 4、点击“下一步”按钮。 （在本系统中，CP243-1模块是在6的位置，前方硬件有，CPU226、DO、DI、DI、DI、AI、AI 模块。） 1 1 2 3 4
1 2 34 1、在此处填写IP地址,PLC1为“192.168.147.11”，PLC2为“192.168.147.12”； 2、在此处填写子网掩码，PLC1、PLC2均为“255.255.255.0”； 3、选择模块的通讯类型，选择“自动检测通信”； 4、点击“下一步”按钮。 1 2 3 1、在此处填写模块占用的输出地址，使用“读取模块”功能会出现一个缺省值，建议使用缺省值。 2、配置允许连接CP243-1模块的电脑数量。 3、点击“下一步”按钮。
实验指导说明书 （一）实验目的 通过实验了解、熟悉设备网（DeviceNet）和工业以太网(EtherNet/IP)的设计、组态及操作，掌握数据通讯、OPC技术等概念。 （二）实验内容 ●安装连接设备网。 ●组态EtherNet/IP。 ●添加I/O模块及设备网扫描模块。 ●离线/在线组态设备网。 ●通过以太网、设备网分别实现控制程序的上传下载，实现互锁控制。 ●通过DDE/OPC方式实现控制器与应用程序（如Excel）的数据交互。（三）实验设备 硬件： ●设备网（DeviceNet）网线、网络连接器 ●设备网扫描模块1769-SDN、设备网接口模块1761-NET-DNI、1203-GK5 ●变频器1336PlusⅡ ●开关电源（24V） ●16口交换机 ●以太网EtherNet/IP网线 ●MicroLogix1500、pactLogix L32E及若干数字、模拟I/O模块 软件： ●RSLogix5000 ●RSLogix500 ●RSNetWorx for DeviceNet ●RSLinx ●BOOTP-DHCP Server ●Microsoft Excel （四）网络系统结构示意图
MAC ID=62 MAC ID=02 MAC ID=06 MAC ID=07 MAC ID=11 （五）实验步骤 一硬件平台搭建 二串口通信组态 1 说明 RSLinx软件是在Microsoft操作系统下建立工厂所有通信方案的工具。它为A-B应用软件，如RSLogix5/500、RSView32、RSBatch、PLC-5A.I.系列、Ladder Logistics以及Panel Builder等软件之间建立起通信联系。RSLinx的Advance DDE 接口支持处理器与MMI（Man-Machine Interface）和组件软件间进行通信，也可与DDE兼容软件，如Microsoft Excel 、Access 及其它用户定制的DDE引用通信。它的C应用程序编程接口（API）支持用户使用RSLinx C SDK开发的应用软件。作为开发出的真32位应用程序，RSLinx充分利用了Windows操作系统的多处理性能。通过各种通信接口，RSLinx可以同时进行应用程序组合运行服务。 RSLinx有五种版本，本次实验我们所用的是RSLinx Gateway，它扩展了基于RSLinx的企业内部通信。RSLinx和WINtelligent LINX客户程序能通过TCP/IP 网络直接接入RSLinx Gateway驱动程序。这些客户程序能直接对连接到RSLinx Gateway 可访问的网络上的Allen-Bradley PLC、SLC以及MicroLogix处理器进行在线访问。这允许现场动态数据进入应用软件进行显示、登录以及趋势图操作。
CP1W-CIF41欧姆龙以太网通信-FINS ——陆 一：连接设置 节点号要正确要不CP1W-CIF41的ERROR灯闪（如CP1W-CIF41 IP为192.168.250.1，节点号即为1，与最后一段相同）。使用插槽1时4开关要置ON，使用插槽2时5开关要置ON，否则ERROR灯常亮。 PLC的串行选件端口插以太网模块时设置要改成115200 7,2,E HOST LINK 若是不知道模块的IP，可以从PLC内存查看： 新建一个USB连接PLC的工程——在线工作——查看存IP地址的数据寄存器 例如放在选件板2的位置，则IP地址在D32300+155=D32455，D32456两个地址查看；注意地址D后面不要带M。
（右键点击空白栏，编辑即可输入并查看） 连接方法1：知道模块IP后。设置电脑IP与模块处于同一个网段即可。FINS节点号即为模块IP的最后一个。 连接方法2：登陆http://192.168.250.1(模块的IP)/c00.htm 注意：有时候模块要与电脑处于同一个网段才能连上（如模块192.168.250.1，电脑要为192.168.250.2）密码：ETHERNET
修改完成以后点击传送，然后点击重启即可。 二：FINS指令: 学习利用网络调试助手发送FINS命令对PLC进行操作，首先要学习FINS的通讯格式； 1、FINS指令格式 手册中的格式如下：
举例说明： 利用FINS/TCP的方式读取PLC的DM1通道的数据，格式解析如下： MR、SR参见FINS命令第5章； 前面的ICF、RSV等为指定一些目标地址和源地址的网络号、节点号、单元号及其他固定的格式，后面关于Command code以及TEXT的内容，需要根据上位机实现什么的操作，填写不同的操作数据，就读取DM1通道的数据； DM区的Memory area code为82； 读取存储区的Command code为0101；
动力环境监控系统以太网通信协议 一、报文说明 此命令格式只限于客户端程序同服务器程序之间进行数据传输采用的命令，任何同服务器程序之间进行的通信的程序均被服务器视做客户端程序。 报文说明基本格式如下： 功能码：？？ 简短描述：[简短描述语] 描述：[命令的详细介绍] 数据区：[数据区的数据介绍] 服务器同工作站画面通信： 工作站画面 服务器 服务器同前置通信处理机通信： 前置通信处理机 服务器 附加说明： [附加说明列表或说明文字] 二、功能号码索引 命令功能号码分配表速查
三、报文结构定义 3．1 报文结构： 3．2 报文字段结构C 3．2．1 报文头部 C语言结构定义 typedef struct { WORD wFunctionID; WORD wControl; WORD wReason; WORD wDataLen; } MESSAGEHEAD; 结构成员说明： wFunctionID 命令功能号码，此部分唯一的标示出了报文的功能。具体的命令含义及其相应的附加数据请参考2.2.2部分<命令功能号码定义>一节的详细介绍。 wControl 报文控制域。 D0=1表示该报文为请求服务报文，D0=0表示该报文为应答服务报文； （注：请求、应答均相对于服务器而言） D1=1表示该报文需要对方的确认，D1=0表示该报文不需要对方的确认； wReason 报文传送原因。D0-D7被采用，具体定义可以讨论修改： 参数部分的数据长度 3．2．2命令功能号码定义 此部分列出了详细的服务功能码及其对应的数据域部分的组织含义。 四、命令分配详解
功能码：0 描述：保留 功能码： 1 简短描述：系统登录 描述：客户机登录系统时所使用的命令。客户机使用此命令向服务器声明自己的身份及用户信息，供服务器判断自己的合法性。服务器在接收到了此命令后对用户的身份进行确 认，并返回登录结果。 数据区：申请报文包括用户身份证号码、用户名字、用户密码三部分；前置通信机登录时，用户名字字段前15个字节采用以0结尾的字符串”前置通信处理机”填充，密码部分采 用本前置通信处理机的编号（4字节）。 服务器同工作站画面通信： 工作站画面 服务器 服务器同前置通信处理机通信： 前置通信处理机
工业以太网与现场总线的优缺点1引言用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控 制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intran et/l nternet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟，导致自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网 传输速率快。2以太网与工业以太网2.1什么是以太网与工业以太网以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10?100Mbps的速率传 送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps 的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2以太网具有的优点（1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽；（2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT （信息技术）世界；（3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；（4）在整个网络中，运用了交互式和开放的数据存取技术； （5）沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，成为事实上的统一标准；（6）允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。2.3工业以太网的优点（1）基于TCP/IP的以太网采用国际主流标准，协议开放、完善不同厂商设备，容易互连具有互操作性；（2）可实现远程访问， 远程诊断；（3）不同的传输介质可以灵活组合，如同轴电缆、双绞线、光纤等； （4）网络速度快，可达千兆甚至更快；（5）支持冗余连接配置，数据可达性 强，数据有多条通路抵达目的地；（6 ）系统容易几乎无限制，不会因系统增大而出现不可预料的故障，有成熟可靠 的系统安全体系；（7）可降低投资成本。3主流应用层协议-工业以太网协议由于商用计算机普遍采用的应用层协议不能适应工业过程控制领域现场设备之间的实时通信，所以必须在以太网和TCP/IP协议的基础上，建立完整有效的通信服务模型，制定有效的实时通信服务机制，协调好工业现场控制系统中实时与非实时信息的传输，形成被广泛接受的应用层协议，也就是所谓的工业以太网协议。目前已经制定的工业以太网协议有MODBUS/TCP,HSE, EtherNet/IP, ProfiNet等。MODBUS/TCP协议是法国施耐德公司1999年公布的协议，以一种非常简单的方
以太网的技术 1以太网的发展 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年代早期。Ethernet(以太网）是一种传输速率为10Mbps的常用局域网（LAN）标准。在以太网中，所有计算机被连接一条同轴电缆上，采用具有冲突检测的载波感应多处访问（CSMA/CD）方法，采用竞争机制和总线拓朴结构。基本上，以太网由共享传输媒体，如双绞线电缆或同轴电缆和多端口集线器、网桥或交换机构成。在星型或总线型配置结构中，集线器/交换机/网桥通过电缆使得计算机、打印机和工作站彼此之间相互连接。由于其简单、成本低、可扩展性强、与IP网能够很好地结合等特点，以太网技术的应用正从企业内部网络向公用电信网领域迈进。以太网接入是指将以太网技术与综合布线相结合，作为公用电信网的接入网，直接向用户提供基于IP的多种业务的传送通道。以太网技术的实质是一种二层的媒质访问控制技术，可以在五类线上传送，也可以与其它接入媒质相结合，形成多种宽带接入技术。以太网与电话铜缆上的VDSL相结合，形成EoVDSL技术；与无源光网络相结合，产生EPON 技术；在无线环境中，发展为WLAN技术。 以太网技术作为数据链路层的一种简单、高效的技术，以其为核心，与其它物理层技术相结合，形成以太网技术接入体系。EoVDSL方式结合了以太网技术和VDSL技术的特点，与ADSL和（五类线上的）以太网技术相比，具有一定的潜在优势。WLAN技术的应用不断推广，EPON技术的研究开发正取得积极进展。随着上述“可运营、可管理”相关关键技术问题的逐步解决，以太网技术接入体系将在宽带接入领域得到更加广泛的应用。 同时，以太网技术的应用正在向城域网领域扩展。IEEE802．17RPR技术在保持以太网原有优点的基础上，引入或增强了自愈保护、优先级和公平算法、OAM等功能，是以太网技术的重要创新。对以太网传送的支持，成为新一代SDH设备（MSTP）的主要特征。10G以太网技术的迅速发展，推动了以太网技术在城域网范围内的广泛应用，WAN接口（10Gbase－W）的引入为其向骨干网领域扩展提供了可能。 随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mbps光缆的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。与此同时，IEEE802工程组亦对100Mbps以太网的各种标准，如100BASE－TX、100BASE－T4、MⅡ、中继器、全双工等标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASE－T快速以太网标准（Fast Ethernet），就这样开始了快速以太网的时代。 快速以太网与原来在100Mbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点，最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双
工业以太网的构成及重要性能介绍 西门子就逐步地把以太网的概念引入到工业控制领域，到今天，西门子SCALANCE系列工业以太网交换机产品，已经在冶金、烟草、汽车、煤矿、造船、地铁、电力、风电、交通、石化、水处理等多个行业的多个项目中得到了成功的应用，产品线也日臻完善。 工业以太网简介 工业以太网是基于IEEE 802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATIC NET提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。 企业内部互联网(Intranet)，外部互联网(Extranet)，以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域，而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后，具有交换功能，全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。 为用户带来的利益 市场占有率高达80%，以太网毫无疑问是当今LAN(局域网)领域中首屈一指的网络。以太网优越的性能，为您的应用带来巨大的利益：通过简单的连接方式快速装配。 通过不断的开发提供了持续的兼容性，因而保证了投资的安全。 通过交换技术提供实际上没有限制的通讯性能。
各种各样联网应用，例如办公室环境和生产应用环境的联网。 通过接入WAN(广域网)可实现公司之间的通讯，例如，ISDN 或Internet 的接入。 SIMATIC NET基于经过现场应用验证的技术,SIMATIC NET已供应多于400,000个节点，遍布世界各地，用于严酷的工业环境，包括有高强度电磁干扰的区域。 工业以太网络的构成 一个典型的工业以太网络环境，有以下三类网络器件： 网络部件 连接部件： FC快速连接插座 ELS(工业以太网电气交换机) ESM(工业以太网电气交换机) SM(工业以太网光纤交换机) MC TP11(工业以太网光纤电气转换模块) 通信介质：普通双绞线，工业屏蔽双绞线和光纤 SIMATIC PLC控制器上的工业以太网通讯外理器。用于将SIMATIC PLC连接到工业以太网。 PG/PC上的工业以太网通讯外理器。用于将PG/PC连接到工业以太网。 工业以太网重要性能 为了应用于严酷的工业环境，确保工业应用的安全可靠，SIMATIC
以太网数据监听工具使用说明2015-7-24 现在基于以太网通信越来越多，其中用网关（通信管理机BK-TX3001）来解析其他厂家综保等设备以太网规约较为常用，迫切需要对通信状况（报文）进行检测，而网口之间通讯数据较难捕捉，比如通讯管理机与保护装置之间进行网络通讯的时候，电脑作为第三方无法通过普通交换机捕捉到通讯管理机与保护装置之间通讯数据，因而需要调试通讯管理机与保护装置之间的通讯规约时比较困难。为解决此问题需采用如下方法。 1）具有端口镜像功能的交换机如TP-LINK 型号：TL-SF2005 ，为便宜设备，电脑通过镜像端口可监听3个端口的数据交换，一般交换机没有此功能； 2）使用工具软件如IPTOOL网络抓包工具，通过IP地址简单配置，可监听改IP地址的报文交换。 这样就可通过第三方（比如电脑）监听另外两台设备之间的网络通讯数据，方便现场调试。 TL-SF2005交换机说明：该交换机为不可配置网管型交换机，其中包含三个普通交换接口，一个监控口，一个上联口，端口功能固定不可配置。 交换机接线说明：将需要抓包的通讯装置经网线连接至交换机1-3普通交换接口上面，需要抓包的电脑连接至监控口即可。如需要监视通讯管理机与保护装置之间的网络数据，将通讯管理机与保护装置连接至交换机普通接口，将电脑连接至交换机监控口。 网络抓包软件使用说明：注可参见文件夹中的使用说明文档。 注：使用软件前先将监控电脑IP地址设置为与被监控IP地址在同一网段。 1、打开软件IPAnalyse.exe。如下所示： 2、点击操作->捕包过滤，进行设置 （1）、选择网卡，设置为当前要使用进行抓包的网卡。
1.1以太网通讯方式 1.PLC300/400-PLC300/400之间的通讯 1.1.两个PLC程序在一个文件中，清楚地知道两个PLC的型号，组态，建立以太网通讯1.1.1硬件组态 打开SIMATIC Manager，根据我们系统的硬件组成，进行系统的硬件组态，如图1-1：插入2个S7300的站，进行硬件组态，如图1-2和图1-3： 图1-1 分别组态2个系统的硬件模块：
图1-2 图1-3 设置CP343-1、CP343-IT模块的参数，建立一个以太网，其MPI、IP地址的设置步骤如下：●双击CP343-1一栏，显示如下界面： 图1-4 ●单击Properties（属性），选择SetMAC address(同时复选IP地址)
图1-5 ●CP343-IT的属性设置步骤与上面CP343-1的设置方式完全相同。 ●组态完2套系统的硬件模块后，分别进行下载，然后点击Network Configration按钮， 打开系统的网络组态窗口NetPro，选中CPU314，如下图： 图1-6 ●5、在窗口的左下部分点击鼠标右键，插入一个新的网络链接，并设定链接类型为 ISO-on-TCP connection 或TCP connection或UDP connection 或ISO Transport connection，如下图：
图1-7 ●6、点击OK后，弹出链接属性窗口，使用该窗口的默认值，并根据该对话框右侧信息 进行后面程序的块参数设定： ●7、再单击Properties（属性），设置TCP连接。
图1-9 ●当2套系统之间的链接建立完成后，用鼠标选中图标中的CPU，分别进行下载，如图示： 图1-10 到此为止，系统的硬件组态和网络配置已经完成。 1.1.2软件编码 ●在第一个PLC的程序中，调用通讯模块，如图所示，在左边“libraries->SIMATIC->CP300”中，双击选择“FC5”，用于发送数据，如图所示：
1．SIMOTION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（FC TP）、工业屏蔽双绞线（ITP）和光纤。 1.1 屏蔽双绞线（Fast Connection Twist Pair） FC TP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FC TP RJ45接头使用，连接方式如图1所示： 图1：FC TP电缆与TP RJ45接头 将双绞线按照TP RJ45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FC TP和FC TP RJ45接头。 1.2 工业屏蔽双绞线（Industrial Twisted Pair） 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4 ITP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：
一：TCP 协议通讯 （一）S7 200 SMART之间的TCP通讯 TCP是一个因特网核心协议。在通过以太网通信的主机上运行的应用程序之间，TCP 提供了可靠、有序并能够进行错误校验的消息发送功能。TCP 能保证接收和发送的所有字节内容和顺序完全相同。TCP 协议在主动设备（发起连接的设备）和被动设备（接受连接的设备）之间创建连接。一旦连接建立，任一方均可发起数据传送。 TCP协议是一种"流"协议。这意味着消息中不存在结束标志。所有接收到的消息均被认为是数据流的一部分。 S7 200 SMART与之间的TCP通讯可以通过两边调用OUC(开放式用户通讯)指令库中的TCP_CONNECT、TCP_SEND、TCP_RECV、DISCONNECT指令来实现。 图1.开放式用户通讯库 开放式用户通信库需要使用50 个字节的V 存储器。 开放式的用户通讯连接资源包括8个主动连接和8个被动连接。 只可从主程序或中断例程中调用库函数，但不可同时从这两个程序中调用。 所需条件： 1、软件版本：STEP 7-Micro/WIN SMART 2、SMART CPU固件版本: 3、通讯硬件：TP电缆（以太网电缆） 所完成的通讯任务： 将作为客户端的PLC（IP地址为）中VB0-VB3的数据传送到作为服务器端的PLC(IP 地址为）的VB2000-VB2003中。
S7-200 SMART 客户端编程 1、设置本机IP地址 在客户端设置IP地址为 图2.设置IP地址 2、建立TCP连接 调用TCP_CONNECT指令建立TCP连接。设置连接伙伴地址为，远端端口为2001，本地端口为5000，连接标识ID为1。利用使能Active，设置为主动连接。 图3.调用TCP_CONNECT指令 指令的参数
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：
S7-1200基本以太网通信使用指南 目录 1．概述 (3) 2．两种协议的特点 (3) 2.1传输控制协议: TCP (3) 2.2基于TCP的ISO传输服务的协议: ISO-on-TCP (3) 3．传输数据长度与协议的应用 (4) 3.1对于TCP协议 (4) 3.2对于ISO on TCP协议 (4) 4.通信连接的参数 (5) 4.1连接描述数据块 (5) 4.2 IP地址 (8) 4.3端口号的分配 (9) 4.4 TSAP结构 (9) 5．回读连接描述参数功能 (11) 5.1更改连接描述中的参数值 (11) 5.2回读各个连接参数的功能 (12) ６．开放式用户通信的指令 (12) 6.1连接建立 (13) 6.2连接参数分配 (13) 6.3启动连接参数分配 (15) 6.4创建和分配连接参数 (16) 6.5删除连接 (17) 6.6 TSEND_C (18) 6.7 TRCV_C (19) 6.8 TCON (20) 6.9 TDISCON (21) 6.10 TSEND (21) 6.11 TRCV (22) 7．S7-1200以太网通信连接数 (22)
1．概述 S7-1200 CPU具有一个集成的以太网接口，支持面向连接的以太网传输层通信协议。协议会在数据传输开始之前建立到通信伙伴的逻辑连接。数据传输完成后，这些协议会在必要时终止连接。面向连接的协议尤其适用于注重可靠性的数据传输。一条物理线路上可以存在多个逻辑连接（８个）。 开放式用户通信支持以下连接类型： ·TCP ·ISO-on-TCP 对于不支持 ISO-on-TCP连接的通信伙伴，应使用 TCP连接。对于诸如第三方设备或PC这些类型的通信伙伴，请在分配连接参数时，为伙伴端点输入“未指定”。 2．两种协议的特点 2.1传输控制协议: TCP TCP是由 RFC 793描述的一种标准协议：传输控制协议。TCP的主要用途是在过程之间提供可靠、安全的连接服务。该协议有以下特点： ·由于它与硬件紧密相关，因此它是一种高效的通信协议; ·它适合用于中等大小或较大的数据量（最多 8K字节）; ·它为应用带来了更多的便利，比如错误恢复，流控制，可靠性，这些是由传输的报文头进行确定的; ·一种面向连接的协议; ·非常灵活地用于只支持 TCP的第三方系统; ·有路由功能; ·应用固定长度数据的传输; ·发送的数据报文会被确认; ·使用端口号对应用程序寻址； ·大多数用户应用协议（例如 TELNET和 FTP）都使用 TCP。 2.2基于TCP的ISO传输服务的协议: ISO-on-TCP ISO on TCP是一种能够将 ISO应用移植到 TCP/IP网络的机制。该协议有以下特点：·与硬件关系紧密的高效通信协议； ·适合用于中等大小或较大的数据量（最多 8K字节）； ·与 TCP相比，它的消息提供了数据结束标识符并且它是面向消息的；
几种典型工业以太网技术比较
1 工业以太网总览 表1给出了常见的几种工业以太网及其管理组织。 表1-1 常见工业以太网及其管理组织列表 上述各种工业以太网管理组织的标识如图1所示。 图1-1 工业以太网管理组织标识 根据从站设备的实现方式，可将工业以太网分为三种类型： （1）类型A ——通用硬件、标准TCP/IP协议 Modbus/TCP、Ethernet/IP、PROFInet/CbA（版本1）采用这种方式。使用标准TCP /IP协议和通用以太网控制器，结构如图1-2所示。这种方式下，所有的实时数据（如过程数据）和非实时数据（如参数配置数据）均通过TCP/IP 协议传输。其优点是成本低廉，实现方便，完全兼容通用以太网。在具体实现中，某些产品可能更改/优化了TCP/IP协议以获得更好的性能，但其实时性始终受到底层结构的限制。
通用以太网控制器IP TCP/UDP IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-2 工业以太网类型A 结构 （2）类型B —— 通用硬件、自定义实时数据传输协议 Ethernet Powerlink 、PROFInet/RT （版本2）采用这种方式。采用通用以太网控制器，但不使用TCP/IP 协议来传输实时数据，而是定义了一种专用的包含实时层的实时数据传输协议，用来传输对实时性要求很高的数据，结构如图1-3所示。TCP/IP 协议栈可能依然存在，用来传输非实时数据，但是其对以太网的读取受到实时层（Timing-Layer ）的限制，以提高实时性能。这种结构的优点是实时性较强，硬件与通用以太网兼容。 通用以太网控制器 IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-3 工业以太网类型B 结构 （3）类型C —— 专用硬件、自定义实时数据传输协议 EtherCAT 、SERCOS-III 、PROFInet/IRT （版本3）采用这种方式。这种方式在类型B 的基础上底层使用专有以太网控制器（至少在从站侧），以进一步
用网线把控制器连接到路由器上。 通过window自带命令窗口，使用IPCONFIG命令可以查看本机电脑ip地址配置，如下图所示： 根据电脑主机的ip地址，例如IP为192.168.2.54。为控制器分配同一个网段内且没有被使用的IP地址192.168.2.2。 在电脑上通过命令窗口的ping命令检测网络是否连通，如下图所示:
问题，系统是否上电。 网络正常后，可以打开通讯软件，设置IP地址，如下图所示：
下图所示： 选择Com串口传输下载, 选择Net网口传输下载。 [SearchDeviceID]此软件将从设置的设备搜索范围1 to 5(注：此范围可认为修改),搜索到 的CNC设备将以设备号ID在软件坐标列表中列出1 2 …n号设备，选择对应的设备号双击 手标将CNC设备下位机的目录文件以列表方式显示在中间的列表框。通过鼠标操作可直接对 目录文件进行类似Windows系统资源管理器的进入目录文件读取删除等操作。 [ReadNCDeviceDir]:列出当前选定的设备ID号CNC系统的文件目录列表操作。 [ReturnNCDeviceDir]:返回当前选定的设备ID号CNC系统的文件目录上级目录操作。 [SendFileToCNC]:发送本机的NC或其他文件至当前选定的设备ID号CNC系统当前目录中。
[NCDeviceID]:当前选定的设备ID号 [NCDeviceIP]:当前选定设备ID号绑定的IP地址(注:当采用网络通信传输时) [COM]:当前选定设备ID号选择的串口通信端口号(注:当采用串口通信传输时) [BaudRate]: 当前选定设备ID号选择的串口通信波特率 Save As NC File:将读取到右边编辑框的下位机NC设备的文件另存到本地电脑。 [SetIPaddr]:当采用网络通信时，不同CNC设备ID号必需绑定对应的IP地址，否侧无法通信传输，对于无使用的设备ID号其对应的绑定IP地址均设为0,否则通信传输会出错。
APS Automatic Protection Switching BDI Backward Defect Indication BEI Backward Error Indication BIAE Backward Incoming Alignment Error BIP-8 Bit Interleaved Parity-8 DAPI Destination Access Point Identi?er EXP Experimental FAS Frame Alignment Signal FEC Forward Error Correction FTFL Fault Type and Fault Location GCC General Communication Channel GMP Generic Mapping Procedure IAE Incoming Alignment Error JC Justi?cation Control JOH Justi?cation Overhead LLM Logical Lane Marker MFAS Multi-Frame Alignment Signal ODTU Optical channel Data Tributary Unit ODTUG Optical channel Data Tributary Unit Group ODU Optical channel Data Unit OH Overhead OMFI OPU Multi Frame Identi?er OPSM Optical Physical Section Multilane OPU Optical channel Payload Unit OTL Optical channel Transport Lane OTLCG Optical Transport Lane Carrier Group OTN Optical Transport Network OTU Optical channel Transport Unit PCC Protection Communication Channel PM Path Monitoring PMA Physical Media Attachment PMOH Performance Monitoring Overhead PSI Payload Structure Identi?er PT Payload Type RES Reserved SAPI Source Access Point Identi?er SM Section Monitoring SNC SubNetwork Connection SNC/I SNC protection with Inherent monitoring SNC/N SNC protection with Non-intrusive monit. SNC/S SNC protection with Sublayer monitoring STAT Status TC Tandem Connection TCM Tandem Connection Monitoging TCM ACT TCM Activation TCMOH Tandem Connection Monitoring Overhead TS Tributary Slot TTI Trail Trace Identi?er
S7-300PLC之间的工业以太网通信 在生产现场，用户还会遇到S7-300的PLC组成小型的局域网实现互相通信的情况。为了解决这个问题，我们先采用2台CPU 315-2PN/DP通过建立S7连接来说明两台S7-300PLC 的工业以太网的组网技术。 1.西门子工业以太网通信方式简介 工业以太网的通信主要利用第二层(ISO)和第四层(TCP)的协议。以下是西门子以太网的几种通信方式。 (1)ISOTransport (ISO传输协议) ISO传输协议支持基于ISO的发送和接收，使得设备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。用于SIMA TIC S5和SIMATIC S7的工业以太网连接。 (2)ISO-on-TCP ISO-on-TCP支持第四层TCP/IP协议的开放数据通信。用于支持SIMA TIC S7和PC以及非西门子支持的TCP/IP以太网系统。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。 (3)UDP UDP(User Datagram Protocol, 用户数据报协议)，属于第四层协议，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。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上或TCP/IP网络(拨号网络或因特网)传输。通过UDP，SIMATIC S7 通过建立UDP连接，提供了发送/接收通信功能，与TCP不同，UDP实际上并没有在通信双方建立一个固定的连接。 (4)TCP/IP TCP/IP 中传输控制协议，支持第四层TCP/IP协议的开放数据通信。提供了数据流通信号，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支持给与TCP/IP的发送和接收，使得设备(例如PC和非西门子设备)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。 2.S7 通信 S7通信(S7 Communication) 集成在每一个SIMA TIC S7/M7和C7的系统中，属于OSI 参考模型第7层应用层的协议，它独立于各个网络，可以应用于多种网络(MPI 、PROFIBUS、工业以太网)。S7通信通过不断地重复接收数据来保证网络报文的正确。在SIMA TIC S7中，通过组态建立S7连接来实现S7通信，在PC上，S7通信需要通过SAPI-S7接口函数或OPC （过程控制用对象链接与嵌入）来实现。 3.网络组建 本例由于采用两台S7-300PLC的，且由于CPU是CPU 315-2PN/DP，可以直接用双绞线连接，也可以用SIMA TIC NET Industrial Ethernet Switch进行连接。 3.1软硬件配置
六种工业以太网比较 摘要：当前，工业以太网技术是控制领域中的研究热点。所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。随着互联网技术的发展与普及推广，Ethernet技术也得到了迅速的发展，Ethernet传输速率的提高和Ethernet交换技术的发展，给解决Ethernet通信的非确定性问题带来了希望，并使Ethernet全面应用于工业控制领域成为可能。目前，几种典型的工业以太网有HSE、PROFInet、Modbus/TCP、EtherNet/IP、Powerlink、EPA六种。本文通过对这六种工业以太网比较，以便更好的应用于系统集成。 关键词：工业以太网、HSE、PROFInet、Modbus、EtherNet、Powerlink、EPA 与传统控制网络相比，工业以太网具有应用广泛、为所有的编程语言所持、软硬件资源丰富、易于与Internet连接、可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接等诸多优点。由于这些优点，特别是与信息传输技术的无缝集成以及传统技术无法比拟的传输宽带，以太网得到了工业界的认可。 1．HSE(高速以太网) HSE(High Speed Ethernet Fieldbus)由现场总线基金会组织(FF)制定，是对FF-H1的高速网段的解决方案，它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。 FF HSE的1-4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义，HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE提供接口。用户层规定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理（SM）。HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要适当增加了一些功能，但这些增