1.西门子工业以太网课件

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表5-4 S5兼容通信
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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（例如
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。
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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。
表5-1 工业网络与传统办公室网络的比较
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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。
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。

以太网利用了CSMA/CD（带冲突检测的载波监听多路访问） 技术。
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以太网通讯
2、以太网的主要缺陷
❖ 不确定性 ❖ 非实时性 ❖ 低可靠性 改进措施：改善交换技术、提高以太网速度、采
用IEEE1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ88对时机制。
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以太网通讯
SIMATIC NET工业以太网
德国西门子公司研发的SIMATIC NET工业以太网。它提 供了开放的、适用于工业环境下各种控制级别的通信系 统，这些通信系统均基于国家和国际标准，符合 ISO/OSI网络参考模型。SIMATIC NET工业以太网主要 体系结构是由网络硬件、网络部件、拓扑结构、通行处 理器和SIMATIC NET软件等部分组成。
PLC-PLC之间的MPI通讯
二、无组态连接通讯
1、双边编程
2、单边编程
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MPI通讯
PLC-PLC之间的MPI通讯
三、有组态连接通讯
在MPI网络中，对于这种通讯方式只适合于S7-300/400以及S7400/400之间的通讯。S7-300只能做服务器，S7-400作为客户机对 S7-300的数据进行读写。最大支持160字节
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MPI通讯
PLC-PLC之间的MPI通讯
二、无组态连接通讯
无组态的MPI通讯需要调用系统功能块SFC65-SFC69来实现，这 种通讯方式适合于S7-300、S7-400和S7-200之间的通讯。通过调 用SFC来实现的MPI通讯又分为两种方式：双边编程通讯方式和单 边编程通讯方式。
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MPI通讯
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PROFIBUS通讯
4、PROFIBUS-DP接口连接远程站ET200M

➢ OPC-DX定义了不同厂商的设备和不同类型控制系统之间没有严格时间要求的用户 数据的高层交换，例如PROFINET和Ethernet/IP之间的数据交换。
➢ OPC-DX特别适合用于需要集成不同制造商的设备、控制系统和软件的场合。通过
OLE for process control， object linking and
PROFINET CBA
➢ PROFINET CBA，Component Based Automation，基于组件的自动化，经由TCP/IP， 以组件为基础的、模块化的分布式通信网络。
➢ 把大的控制系统分成不同功能、分布式、智能的小控制系统，把典型的控制环节做成标 准组件，使用COM/COM++组件自动化技术生成功能组件，利用IMAP工具软件连接各 个组件组成通信，来进行设备参数赋值、读取诊断数据、建立组态和交换用户数据等。
基于组件的集成
用户可以通过定义一个总线专用的组件接口（用于该总线的数据传输）映像， 来集成多种现场总线系统。这种方法方便了原有各种现场总线与PROFINET 的连接，能够较好地保护用户对现有现场总线系统的投资。
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PROFINET工业以太网及应用
1. PROFINET概述 2. PROFINET通信
➢ 在整个工厂内实现统一的网络构架，实现“E网到底”。
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6.1.2 PROFINET的技术特点
➢ 设备的功能是通过对组件进行特定的编程来完成的，同类设备具有相同 的内置组件，对外提供相同的COM接口，为不同家的设备之间提供了良 好的互换性和互操作性。
➢ 采用标准以太网和TCP/IP协议族，再加上应用层的DCOM来完成节点之 间的通信和网络寻址。
OPC-DX，对多制造商设备组成的系统，使用相同的数据访问方式。

网络延迟和可靠性要求较高。
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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。
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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。

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。

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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

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数据以100 Mbit/s的速度传输。
CP 1612
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CP 1613
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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）
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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。

PLC的分类
➢一体化紧凑型PLC ：电源、CPU中央处理系统、 I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系 列。
CPU（基本单元） +
扩展模块
➢标准模块式结构化PLC ：各种模块相互独立，并安 装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC 应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。
PS 407的输入电压为交流电压。 3.后背电池：BATT INDIC为开关监视电池。“BAT”位置为 单宽度电源模块（只占一个槽位），“1BAT”位置用于双宽 度或三宽度电源模块和一个电池， ），“2BAT”位置用于 双宽度或三宽度电源模块和两个电池。 4.用FMR确认按钮取消错误信息。
§2.5 接口模块 （IM）
§1.1 PLC的定义和分类
PLC的定义
经历：可编程逻辑控制器（PLC）→可编程控制器（PC） 通用叫法：可编程序控制器（Programmable Controller，
PC），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它 具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。 但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混 淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。
第2章 S7-400系统特性及硬件介绍
§2.1 SIMATIC S7-400系统结构 §2.2 S7-400 CPU模块 §2.3 信号模块 （SM） §2.4 电源模块 （PS） §2.5 接口模块（IM） §2.6 通信模块（CP） §2.7 SIMATIC S7-400的硬件组态（实际操作）
PLC的功能
➢ 通信、联网功能
PROFIBUS DP
PROFIBUS PA (Ex)
PROFIBUS PA

§1.2 PLC的定义和分类
PLC的定义 经历：可编程逻辑控制器（PLC）→可编程控制器（PC） 通用叫法：可编程序控制器（Programmable Controller，PC），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。
CPU（基本单元） + 扩展模块
标准模块式结构化PLC ：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。
PS (电源模块)
CPU
IM (接口模块)
SM: DI
国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。”
PLC的分类 一体化紧凑型PLC ：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列。
3.革新型CPU(1/2) CPU 312（新型）：是一款全集成自动化（TIA）的CPU，比较适用于对处理速度中等要求的小规模应用。CPU运行时需 要微存储卡MMC。 CPU 314（新型）：对二进制和浮点数运算具有较高的处理性能，比较适用于对程序量中等要求的应用。CPU运行时需 要微存储卡MMC。 CPU 315-2DP（新型）：具有中、大规模的程序存储容量和数据结构，如果需要可以使用SIMATIC功能工具；对二进制和浮点数运算具有较高的处理性能；具有PROFIBUS DP主/从 接口。可用于大规模的I/O配置或建立分布 式I/O结构。CPU运行时需要微存储卡MMC。

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-TCPISO-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)UDPUDP(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/IPTCP/IP 中传输控制协议，支持第四层TCP/IP协议的开放数据通信。

SIMATIC NETS7-1500 - Industrial Ethernet CP 1543-1操作说明07/2021C79000-G8952-C289-08 前言应用和功能 1 安装、连接、调试、操作 2 组态，程序块 3 诊断和保养 4 技术规范 5 认证 6 附加信息 ASiemens AGDigital Industries Postfach 48 48 90026 NÜRNBERG 德国C79000-G8952-C289-08Ⓟ 07/2021 本公司保留更改的权利Copyright © Siemens AG 2013 - 2021. 保留所有权利法律资讯 警告提示系统为了您的人身安全以及避免财产损失，必须注意本手册中的提示。

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警告提示根据危险等级由高到低如下表示。

危险表示如果不采取相应的小心措施，将会导致死亡或者严重的人身伤害。

警告表示如果不采取相应的小心措施，可能导致死亡或者严重的人身伤害。

小心表示如果不采取相应的小心措施，可能导致轻微的人身伤害。

注意表示如果不采取相应的小心措施，可能导致财产损失。

当出现多个危险等级的情况下，每次总是使用最高等级的警告提示。

如果在某个警告提示中带有警告可能导致人身伤害的警告三角，则可能在该警告提示中另外还附带有可能导致财产损失的警告。

合格的专业人员本文件所属的产品/系统只允许由符合各项工作要求的合格人员进行操作。

其操作必须遵照各自附带的文件说明，特别是其中的安全及警告提示。

由于具备相关培训及经验，合格人员可以察觉本产品/系统的风险，并避免可能的危险。

按规定使用 Siemens 产品请注意下列说明：警告 Siemens产品只允许用于目录和相关技术文件中规定的使用情况。

如果要使用其他公司的产品和组件，必须得到 Siemens推荐和允许。

正确的运输、储存、组装、装配、安装、调试、操作和维护是产品安全、正常运行的前提。

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）。