摘要：本文重點介紹工業以太網的組成和類型等內容，并以西門子SIMATICS7系列PLC的網絡通信為例，來介紹工業以太網在PLC中的基本網絡通信及編程調試的應用。

　　關鍵詞：工業以太網；PLC；網絡通信；E-mail

　　中圖分類號：TM921文獻標識碼：A

　　XUWeiFeng

　　(ZhejiangQiLongcranesco.,Ltd,Shaoxing,ZhejiangProvince,China)

　　Abstract:ThisarticleintroducedwithemphasisindustrycontentsandsoonEthernet'scompositionandtype,andwestoffamilyhouseholdSIMATICS7theseriesPLCnetworkserviceisanexample,introducestheindustryEthernet'sinPLCbasicnetworkcorrespondenceandtheprogrammingdebuggingapplication.

　　Keywords:IndustryEthernet;PLC;Networkservice;E-mail

　　一、引言

　　隨著信息技術的發展，信息交換技術的覆蓋了各行各業。在自動化領域，越來越多的企業需要建立包含從工廠現場設備層到控制層、管理層等各個層次的綜合自動化網絡管控平臺，建立以工業控制網絡技術為基礎的企業信息化系統。工業以太網提供了針對制造業控制網絡的數據傳輸的以太網標準。該技術基于工業標準，利用了交換以太網結構，有很高的網絡安全性、可操作性和實效性，最大限度地滿足了用戶和生產廠商地需求。工業以太網以其特有地低成本、高實效、高擴展性及高智能的魅力，吸引著越來越多的制造業廠家。

　　在工業以太網領域中，西門子公司的SIMATICNET工業以太網基于經過現場驗證的技術，符合IEEE802.3標準并提供10Mbit/S以及100Mbit/S快速以太網技術，能用于嚴酷的工業環境，并包括有高強度電磁干擾的地區。其中SIMATICNET包括有以下內容：組成通信網絡的媒介、媒介附件和傳輸組件以及相應的傳輸技術，數據傳輸的協議和服務，用于連接PLC(ProgrammableLogicController)或PC(PersonalComputer)的通信模板。

　　二、SIMATICNET工業以太網

　　2.1、基本類型

　　2.1.1、10Mbit/s工業以太網應用基帶傳輸技術，基于IEEE802.3,利用CSMA/CD介質訪問方法的單元級、控制級傳輸網絡。傳輸速率為10Mbit/s，傳輸介質為同軸電纜、屏蔽雙絞線或光纖。

　　2.1.2、100Mbit/s快速以太網基于以太網技術，傳輸速率為100Mbit/s，傳輸介質為屏蔽雙絞線或光纖。

　　2.2、網絡硬件

　　2.2.1、傳輸介質網絡的物理傳輸介質主要根據網絡連接距離、數據安全以及傳輸速率來選擇。通常在西門子網絡中使用的傳輸介質包括：2芯無雙絞、無屏蔽電纜(如AS-interfacebus)；2芯雙絞線、無屏蔽電纜；2芯屏蔽雙絞線(如PROFIBUS)；同軸電纜(如IndustrialEthernet)；光纖(如PROFIBUS/IndustrialEthernet)；無線通信(如紅外線和無線電通信)。在PLC工業以太網中，通常使用的物理傳輸介質是屏蔽雙絞線（TP－Twistedpair）、工業屏蔽雙絞線（ITP－IndustrialTwistedpair）以及光纖。

　　2.2.2、網絡部件

　　a、工業以太網鏈路模塊OLM、ELM和OMC

　　OLM（光鏈路模塊）有3個ITP接口和2個BFOC接口。ITP接口可以連接3個終端設備或網段，BEOC接口可以連接兩個光路設備（如OLM等），速度為10Mbit/s。OMC（OpticalMediaConverter）模塊用于通過光纖與電纜的轉換來擴展網絡距離，同時也可做為備用連線來連接冗余的環網。ELM（電氣鏈路模塊）有3個ITP接口和1個AUI接口。通過AUI接口，可以將網絡設備連接至LAN上，速度為10Mbit/s。

　　b、工業以太網交換機OSM、ESM和ELS

　　OSM/ESM（Optical/ElectricalSwitchModule）的基本功能：提高網絡性能；簡化網絡配置和網絡擴展；限制錯誤幀的影響；地址學習；地址刪除；設置傳輸波特率及自適應；數據包的VLAN優先權標簽等。同時，OSM/ESM工業以太網交換機可以連接更多的站點，將以太網擴展到更大的范圍。如OSMITP62-LD，其中ITP表示OSM上有ITP電纜接口，“6”代表電氣接口數量，“2”代表光纖接口數量，“LD”代表長距離。ELS（ElectricalLeanSwitch,簡單電器交換機）也是一種交換機設備，只有TP接口，功能比OSM/ESM簡單。

　　三、PLC的網絡通信

　　網絡通信需要遵循一定的協議，在工業以太網上可以運行的服務有：標準通信、S5兼容通信、S7通信和PG/OP通信，服務獨立于網絡，可以在不同網絡中運行，在服務中包含不同的網絡協議，以適應不同的網絡。標準通信是運行于OSI參考模型應用層的協議，包括子網(Subnets)為IndustrialEthernet的MMS－MAP3.0協議和子網為PROFIBUS的FMS協議。MAP(ManufacturingAutomationProtocol,制造業自動化協議)提供MMS服務，主要用于傳輸結構化的數據。MMS是一個符合ISO/IEC9506-4的工業以太網通信標準，MAP3.0的版本提供了開放統一的通信標準，可以連接各個廠商的產品，現在很少應用。S7通信集成在每一個SIMATICS7/M7和C7的系統中，屬于OSI參考模型中應用層的協議，它獨立于各個網絡，可以應用于多種網絡(MPI、PROFIBUS、工業以太網)。S7通信通過不斷地重復接受數據來保證網絡報文的正確。在SIMATICS7中，通過組態建立S7連接來實現S7通信。在PC上，S7通信需要通過SAPI-S7接口函數或OPC（過程控制用對象鏈接與嵌入）來實現。在STEP7中，S7通信需要調用功能塊SFB或FB，最大的通信數據可達64KB。S5兼容通信中，當子網為IndustrialEthernet時，所用的協議有：ISOtransport協議、ISO-on-TCP協議、UDP協議和TCP/IP協議；而當子網為PROFIBUS時有FDL協議。

　　下面以西門子SIMATICS7系列PLC的網絡通信為例，來介紹工業以太網在PLC中的基本網絡通信及編程調試。

　　3.1、PLC的基本網絡通信

　　SIMATICS7系列可以通過帶有IT功能的CP模板提供工業以太網通信，實現E-mail的發送、通過Web方式監控設備和處理數據、FTP（FileTransferProtocol）功能。由于實現E-mail通信功能與實現FTP功能及Web功能類似，下面重點介紹E-mail通信功能的實現。

　　3.1.1、E-mail通信的網絡連接

　　首先對郵件系統用到的主要協議做一下簡單的介紹：SMTP為簡單郵件傳輸協議，是以太網上一種標準的host-to-host的郵件發送協議，默認專用第25號端口。POP3（PostOfficeProtocolV3）為郵件接收協議，用于當授權用戶從E-mailserver上下載完自己的新郵件后將該郵件刪除，但通常可以通過一些操作來將這些郵件做進一步的保存，因而POP也可以被認為是存儲－轉發（store-and-forward）服務。

　　IT-CP可以用作E-mailclient端，它支持SMTP（SimpleMailTransferProtocol）,可以發送郵件但不能接收郵件。通過E-mail功能，PLC可以按照特定觸發事件或按照特定時刻發送運行信息，其網絡連接。

　　3.1.2、E-mail通信的硬件需求和軟件需求

　　硬件：CP343-1IT或CP443-1IT、PC機（帶以太網卡）。

　　軟件：STEP7V5.3、E-mailserver端軟件、E-mailclient端軟件。

　　3.1.3、配置E-mailserver和E-mailclient

　　由于IT-CP只能做E-mailclient端，支持SMTP協議，所以需要一個E-mailserver來接收和轉發來自IT-CP的郵件，本例中利用軟件將PC作為E-mailserver。在PC上安裝cMailServer服務器軟件，進行系統設置和帳號建立。

　　a、系統設置：設置作為局域網郵件的服務器，實現在企業內網中接收控制站發送的郵件；設置郵箱域名。

　　b、建立帳號：帳號與密碼為郵件客戶端帳號信息。

　　同樣，配置E-mailclient時，可通過在E-mailclient安裝的客戶端軟件（如：Outlook）建立E-mail通信方的賬戶，用于收信。郵箱服務器指定服務器計算機IP地址，如本機作為服務器時，設定IP地址為192.168.0.1。

　　3.1.4、E-mail通信的PLC系統組態

　　a、新建項目在STEP7軟件中創建一個新項目，點擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“新建項目”并命名，在下一步中選擇PLC的CPU模塊，如本例選擇了S7-300系列的CPU315-2DP模塊。同時，在硬件組態“HWConfig”中，插入“CP343-1IT”模塊（本例為CP343-1Advanced-IT模塊）。

　　b、設置CP343-1IT在CP343-1IT的屬性中，新建以太網“Ethernet(1)”，分配IP地址。本例的IP地址為192.168.0.9（子網掩碼為255.255.255.0）。

　　打開“NetPro”設置網絡參數，選擇CPU，在連接列表中建立新的連接。連接類型選擇“電子郵件連接”。在“電子郵件連接”的屬性中標簽中塊參數ID=1，LADDR=W＃16＃0100，這兩個參數在后面編程時會用到。“地址”標簽中，設置本地PLC（SMTPClient）IP地址為192.168.0.9，連接E-mailServer(SMTPServer)IP192.168.0.1，端口號為25，本例中設置發送方的信箱名為

　　CPU123@192.168.0.9，如圖1所示。

圖1

　　3.1.5、E-Mail通信編程

　　首先，創建數據塊DB50。

　　在初始值的設定中：

　　'TO:'字符串格式表示E-mail的接收地址，這里設定為PC的E-mail地址：

　　computer@192.168.0.1。

　　'CC:'字符串格式表示E-mail的抄送地址。

　　'FROM:'字符串格式表示E-mail的接收地址，這里設定為IT_CP的E-mail地址：CPU123@192.168.0.9。

　　'SUB:'字符串格式表示文件名(即郵箱主題)，如“StatusStation7”。

　　'TXT:'字符串格式表示郵件內容，如“FaultinplantSector2”。

　　'BNY：'字符串格式表示文件附件。

　　在STEP軟件的指令庫中調用FC5AG_SEND功能塊，發送E-mail。

　　程序代碼：

　　CALL"AG_SEND"(FC5AG_SEND)//調用FC5AG_SEND功能塊

　　ACT:=M10.0

　　//觸發信號，上升沿發送

　　ID:=1

　　//連接號，可參考連接裱

　　LADDR:=W#16#100

　　//CP的地址

　　SEND:=P#DB50.DBX0.0BYTE224//發送區DB

　　LEN:=224//發送區長度

　　DONE:=M10.1//執行代碼

　　ERROR:=M20.1//故障代碼

　　STATUS:=MW12//狀態代碼

　　程序編寫完后將整個項目下載到PLC中，通過觸發M10.1來發送E-mail。當M10.1為“1”時，觸發該任務，將DB50中的數據發送出去。在PC側，Outlook客服端可以訪問E-mailServer，接收到該E-mail如圖2所示。

圖2

　　4、結束語

　　通過上面的內容我們深入了解到工業以太網在PLC中的應用，可實現PLC與PC之間以及與其他PLC間的數據交換；同時，PLC與現成執行器/傳感器的也可建立連接及信號傳送，傳輸數據短，PLC站在特定的情況下，就可以通過CP343-1IT模塊來發送E-mail等相關信息給管理人員，以保證工廠運行的情況能夠被及時監控。