自動(dòng)化技術(shù)

1．SIMOTION工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)
西門子工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通常使用的物理傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線（FC TP）、工業(yè)屏蔽雙絞線（ITP）和光纖。

1.1 屏蔽雙絞線（Fast Connection Twist Pair）
FC TP快速連接雙絞線用于將DTE快速連接到工業(yè)以太網(wǎng)上，配合西門子FC TP RJ45接頭使用，連接方式如圖1所示：

圖1： FC TP電纜與TP RJ45接頭

將雙絞線按照TP RJ45接頭標(biāo)示的顏色插入連接孔中，快捷、方便地將DTE設(shè)備連接到工業(yè)以太網(wǎng)上。使用FC雙絞線從DTE到交換機(jī)最長(zhǎng)通信距離為100米（DTE到DTE）。也可以使用普通RJ45接頭，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕跓o干擾情況下最長(zhǎng)通信距離為5米。
RJ－45連接有兩種連接方式，交叉連接（如圖2所示）和直通連接（如圖3所示）。交叉連接用于網(wǎng)卡之間的連接或集線器之間的連接；直通線用于網(wǎng)卡與集線器之間或網(wǎng)卡與交換機(jī)之間的連接。Siemens交換機(jī)由于采用了自適應(yīng)技術(shù)，可以自動(dòng)檢測(cè)線序，故通過交換機(jī)可以選擇任意一種電纜進(jìn)行連接。

圖2 交叉線連接

圖3 直通線連接

SIMOTION 帶有RJ45接頭，建議使用西門子FC TP和FC TP RJ45接頭。

1.2 工業(yè)屏蔽雙絞線 （Industrial Twisted Pair）
屏蔽雙絞線如圖4所示，它有白/藍(lán)和白/橙兩對(duì)雙絞屏蔽線。外部包有屏蔽層和絕緣層，用于連接有ITP端口的以太網(wǎng)設(shè)備。通過ITP電纜連接的兩個(gè)設(shè)備的最遠(yuǎn)距離為100米。

圖4 ITP電纜結(jié)構(gòu)圖

連接ITP電纜的連接頭有兩種，即 9 針或 15 針的Sub－D 接頭，如圖所示5、6：

     
圖5 Sub－D 9針接頭                                                 圖6 Sub－D 15針接頭

使用Sub－D 接頭進(jìn)行連接的網(wǎng)絡(luò)連接牢固，不易松動(dòng)。其連線方法及9/15 接頭的轉(zhuǎn)換可以查閱西門子手冊(cè) 。同樣ITP 電纜也會(huì)有交叉連接的情況，可以直接定購(gòu) ITP XP 標(biāo)準(zhǔn)電纜 。
SIMOTION只有RJ45以太網(wǎng)接口，通常不使用工業(yè)雙絞線ITP。

1.3光纖
按光在光纖中的傳輸模式不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。
多模光纖：中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。
單模光纖：中心玻璃芯較細(xì)(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對(duì)光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求， 即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。
光纖技術(shù)只允許點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，即一個(gè)發(fā)送裝置只對(duì)應(yīng)一個(gè)接收裝置。因而兩個(gè)站點(diǎn)之間需要有發(fā)送和接收兩根光纖進(jìn)行連接。所有SIMATIC NET 標(biāo)準(zhǔn)的光纜都是兩根光纖。光纖的連接頭有很多種如圖7所示：

圖7 光纖的連接頭

其中各種連接頭都有各自的優(yōu)點(diǎn)，例如：ST 連接頭安裝簡(jiǎn)易，比較適合于現(xiàn)場(chǎng)連接，（西門子BFOC接頭就是ST 接頭）；FC 接頭有一個(gè)不固定的套環(huán)，可以提供較好的機(jī)械的隔離；SC 連接頭適合緊密連接，其推拉設(shè)計(jì)可以避免在安裝過程中的光纖平面受損，應(yīng)用比較普遍。在西門子的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，大多光纖鏈路設(shè)備使用BFOC接頭。
光纖通訊應(yīng)用于工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：
隔離電氣的站點(diǎn)或網(wǎng)段
沒有電氣的接地問題
沒有屏蔽電流
數(shù)據(jù)傳輸不受外界電磁干擾
不受雷電的影響
不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾
重量輕
根據(jù)光纖的類型不同，長(zhǎng)距離的通訊依然可以保持高的通訊波特率
帶有RJ45接頭的SIMOTION 可以直接連接到交換機(jī)的電氣接口上，交換機(jī)之間可以通過光纖連接，增加通信距離和抗干擾性。

2．SIMOTION工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
通過西門子交換機(jī)組成的以太網(wǎng)有三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：1）總線型；2）星型；3）冗余環(huán)網(wǎng)。圖8所示為SCALANCE 200組成的冗余環(huán)網(wǎng)。

圖8 冗余環(huán)網(wǎng)示例

3．配置SIMOTION以太網(wǎng)接口

3.1在硬件配置中設(shè)定以太網(wǎng)接口
在SCOUT界面中點(diǎn)擊SIMOTION CPU，右鍵點(diǎn)擊“Open HW configuration”進(jìn)入硬件配置界面，例如D435，X120和X130為以太網(wǎng)接口，雙擊選擇的通信接口，在彈出的界面中定義IP地址和子網(wǎng)掩碼，如圖9所示：

圖9 設(shè)定通信接口

注意：
即使建立兩條以太網(wǎng)，兩個(gè)以太網(wǎng)通信接口不能設(shè)置在相同的網(wǎng)段中或相同的IP地址。

3.2 在線聯(lián)機(jī)設(shè)定以太網(wǎng)接口
將編程器連接到SIMOTION 以太網(wǎng)接口上，在控制面板“Setting the PG/PC Interface”接口中將訪問點(diǎn)指向使用的編程網(wǎng)卡例如“S7ONLINE（STEP7）->TCP/IP -> Intel(R) PRO/1000 MT ”。打開SIMATIC Manager，使用菜單命令“PLC”->“Edit Ethernet Nodes”在界面中選擇“Browse”鍵瀏覽網(wǎng)絡(luò)上所有的站點(diǎn)，如圖10所示：

圖10 瀏覽網(wǎng)絡(luò)上的站點(diǎn)

每一個(gè)接口在硬件的前面板標(biāo)有網(wǎng)卡的MAC地址，選擇站點(diǎn)，在“Edit Ethernet Nodes”界面中設(shè)置IP地址和子網(wǎng)掩碼，點(diǎn)擊“Assign IP Configuration”鍵傳送設(shè)定的命令。如圖11所示：

圖11設(shè)置站點(diǎn)地址

IP地址設(shè)置完成后，可以使用以太網(wǎng)接口編程。

4．編寫通信程序
通過以太網(wǎng)進(jìn)行站點(diǎn)間的通信有兩種方式：1）UDP；2)TCP。

4.1 UDP通信方式
UDP通信協(xié)議不需要在通信前建立連接，在發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)報(bào)文中帶有通信方的IP地址和端口號(hào)。通信函數(shù)存儲(chǔ)于在“Communication”->“Data transfer”目錄下，在發(fā)送方調(diào)用發(fā)送函數(shù)的示例程序如圖12所示（使用LAD編寫）：

圖12 UDP發(fā)送程序

發(fā)送函數(shù)參數(shù)解釋如下：
SourcePort
發(fā)送方的端口號(hào)，數(shù)據(jù)類型UINT，例如2001。

DestinationAddress
接收方的IP地址，數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，ARRAY [0..3] OF USINT，在4個(gè)字節(jié)中輸入接收方的IP地址，例如192、168、0、122，表示IP地址為192.168.0.122。

DestinationPort
接收方的端口號(hào)，數(shù)據(jù)類型UINT，例如2000。

CommunicationMode
通信模式，“EnumUdpCommunicationMode”枚舉數(shù)據(jù)類型，有兩種選擇:
(1)“CLOSE_ON_EXIT”，通信完成后釋放通信資源；
(2) “DO_NOT_CLOSE_ON_EXIT”， 通信完成后仍占用通信資源。

DataLength
發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)類型UDINT，最大長(zhǎng)度1400字節(jié)。

Data
發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

OUT
發(fā)送函數(shù)狀態(tài)信息，數(shù)據(jù)類型DINT。
在數(shù)據(jù)接收方調(diào)用接收函數(shù)的示例程序如圖13所示：

圖13 UDP接收程序

接收函數(shù)參數(shù)解釋如下：
Port
定義本方的端口號(hào)，數(shù)據(jù)類型為UINT。定義的端口號(hào)必須與發(fā)送方參數(shù)“DestinationPort”的端口號(hào)相同。

CommunicationMode
通信模式，與發(fā)送函數(shù)通信模式相同。

NextCommand
枚舉數(shù)據(jù)類型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE”和“ABORT_CURRENT_COMMAND”。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續(xù)所要執(zhí)行的命令同步執(zhí)行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執(zhí)行或失敗后執(zhí)行后續(xù)的命令，異步執(zhí)行。
“ABORT_CURRENT_COMMAND”：終止當(dāng)前的任務(wù)后執(zhí)行執(zhí)行后續(xù)的命令。

ReceiveVariable
數(shù)據(jù)接收區(qū)，數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

OUT
接收函數(shù)信息，包括接收數(shù)據(jù)的源地址和端口、狀態(tài)信息等，數(shù)據(jù)類型為結(jié)構(gòu)體，接收函數(shù)信息參考表1：

表1：接收函數(shù)信息

4.2 TCP通信方式
TCP通信方式在發(fā)送接收數(shù)據(jù)前必須建立通信連接，連接需要在通信雙方編程建立。主動(dòng)連接的一方作為客戶端，被動(dòng)連接的一方作為服務(wù)器。下面以SIMOTION D435與S7-300 CP343-1通信為例介紹TCP通信方式。

4.2.1在PLC側(cè)建立通信連接
在STEP7項(xiàng)目下創(chuàng)建S7-300站點(diǎn)，插入以太網(wǎng)通信處理器CP343-1，選擇與SIMOTION在相同的網(wǎng)絡(luò)上。在NETPRO中點(diǎn)擊CPU，在下面的連接表中插入一個(gè)連接如圖14所示：

銷售西門子RS485DP接頭
圖14 建立TCP連接

連接的站點(diǎn)選擇“Unspecified”，連接方式選擇“TCP connection”，點(diǎn)擊“Apply”鍵確認(rèn)進(jìn)入連接屬性界面，如圖15所示：

圖14 配置TCP常規(guī)信息

在“General Information”欄中，“Block Parameters”參數(shù)顯示CP343-1的地址及連接號(hào)，這兩個(gè)參數(shù)也是PLC調(diào)用發(fā)送和接收通信功能塊賦值參數(shù)。“Active connection establishment”選項(xiàng)決定通信雙方哪一個(gè)是主動(dòng)連（客戶端），哪一個(gè)是被動(dòng)連接（數(shù)據(jù)服務(wù)器）。選擇該選項(xiàng)為主動(dòng)連接，在SIMOTION 側(cè)需要調(diào)用函數(shù)“_tcpOpenServer”與PLC建立連接，如果沒有選擇該選項(xiàng)為被動(dòng)連接，在SIMOTION 側(cè)需要調(diào)用函數(shù)“_tcpOpenClient” 與PLC建立連接。本例中選擇PLC為數(shù)據(jù)服務(wù)器，SIMOTION為客戶端。
點(diǎn)擊“Address”欄配置SIMTION的IP地址及端口號(hào)，如圖15所示：

圖15 配置通信方IP地址

配置完成后將配置選項(xiàng)下載到PLC中。

4.2.2在SIMOTION側(cè)建立通信連接
與PLC在NETPRO中創(chuàng)建連接不同，在SIMOTION側(cè)需要調(diào)用函數(shù)建立連接，通信函數(shù)存儲(chǔ)于在“Communication”->“Data transfer”目錄下，函數(shù)調(diào)用的示例程序參考圖16：

圖16 SIMOTION側(cè)建立TCP連（客戶端）

函數(shù)參數(shù)解釋如下：
Port
SIMOTION 端口號(hào)，數(shù)據(jù)類型UINT，在NETPRO中定義為2001。

ServerAddress
PLC的IP地址，數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，ARRAY [0..3] OF USINT，在4個(gè)字節(jié)中輸IP地址，例如192、168、1、112，表示IP地址為192.168.1.112。

ServerPort
PLC的端口號(hào)，數(shù)據(jù)類型UINT，例子程序中在NETPRO定義為2000。

NextCommand
枚舉數(shù)據(jù)類型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續(xù)所要執(zhí)行的命令同步執(zhí)行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執(zhí)行或失敗后執(zhí)行后續(xù)的命令，異步執(zhí)行。

OUT
調(diào)用函數(shù)返回信息，包括調(diào)用狀態(tài)和連接號(hào)。數(shù)據(jù)類型為結(jié)構(gòu)體（StructRetTcpOpenClient），返回信息參考表2：

表2：TCP 客戶端連接函數(shù)返回信息

連接函數(shù)調(diào)用一次，得到連接號(hào)后停止調(diào)用。
注意：此函數(shù)調(diào)用需用上升沿信號(hào)進(jìn)行使能。

4.2.3在PLC側(cè)編寫通信程序
通信連接建立后，在通信雙方需要編寫通信函數(shù)或通信功能塊。在S7-300 PLC側(cè)OB35中（間隔發(fā)送）調(diào)用發(fā)送功能塊FC5 AG_SEND(“Libraries”->“Standard Library”->“SIMATIC_NET_CP”->“CP300”，示例程序如下：

CALL "AG_SEND"
ACT :=TRUE
ID :=1
LADDR :=W#16#100
SEND :=P#DB1.DBX 0.0 BYTE 60
LEN :=60
DONE :=M1.2
ERROR :=M1.3
STATUS:=MW2

通信函數(shù)FC5的參數(shù)含義：

ACT ：為1觸發(fā)。
ID ：參考本地CPU連接表中的塊參數(shù)。
LADDR ：參考本地CPU連接表中的塊參數(shù)。
SEND : 發(fā)送區(qū)。最大通信數(shù)據(jù)為8192字節(jié)。與SIMOTION之間最大4096個(gè)字節(jié)。
LEN : 實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。
DONE ：每次發(fā)送成功，產(chǎn)生一個(gè)上升沿。
ERROR ：錯(cuò)誤位。
STATUS：通訊狀態(tài)字。
示例程序中S7-300 PLC發(fā)送DB1中前60個(gè)字節(jié)。

在通信方CPU OB1中調(diào)用接受函數(shù)FC6 AG_RECV(“Libraries”->“Standard Library”->“SIMATIC_NET_CP”->“CP300”，示例程序如下：

CALL "AG_RECV"
ID :=1
LADDR :=W#16#100
RECV :=P#DB2.DBX 0.0 BYTE 60
NDR :=M10.1
ERROR :=M10.2
STATUS:=MW12
LEN :=MW14

通信函數(shù)FC6的參數(shù)含義：
ID ：參考本地CPU連接表中的塊參數(shù)。
LADDR ：參考本地CPU連接表中的塊參數(shù)。
RECV : 接收區(qū)。接收區(qū)應(yīng)等于發(fā)送區(qū)。
NDR : 每次接收到新數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個(gè)上升沿。
ERROR ：錯(cuò)誤位。
STATUS：通訊狀態(tài)字。
LEN : 實(shí)際接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。
示例程序中S7-300 PLC將接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于本地?cái)?shù)據(jù)區(qū)DB2的前60個(gè)字節(jié)中。

4.2.4在SIMOTION側(cè)編寫通信程序
在PLC側(cè)調(diào)用發(fā)送和接收功能塊，在SIMOTION側(cè)相應(yīng)調(diào)用發(fā)送和接收函數(shù)與之相匹配，通信函數(shù)存儲(chǔ)于在“Communication”->“Data transfer”目錄下，發(fā)送函數(shù)調(diào)用的示例程序參考圖17，發(fā)送函數(shù)與PLC的接收功能塊相匹配。

圖17 調(diào)用發(fā)送函數(shù)

發(fā)送函數(shù)參數(shù)解釋如下：

ConnectionId
參考_TcpOpenClient函數(shù)建立的連接。

NextCommand
枚舉數(shù)據(jù)類型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續(xù)所要執(zhí)行的命令同步執(zhí)行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執(zhí)行或失敗后執(zhí)行后續(xù)的命令，異步執(zhí)行。

DataLength
發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)類型為UDINT，例子中為60，發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)Data中前60個(gè)字節(jié)。

Data
發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，ARRAY [0..4095] OF BYTE。

OUT
輸出通信狀態(tài)，數(shù)據(jù)類型為DINT。

接收函數(shù)調(diào)用的示例程序參考圖18，接收函數(shù)與PLC的發(fā)送功能塊相匹配。

圖18 調(diào)用接收函數(shù)

接收函數(shù)參數(shù)解釋如下：

ConnectionId
參考_TcpOpenClient函數(shù)建立的連接。

NextCommand
枚舉數(shù)據(jù)類型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續(xù)所要執(zhí)行的命令同步執(zhí)行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執(zhí)行或失敗后執(zhí)行后續(xù)的命令，異步執(zhí)行。

ReceiveVariable
數(shù)據(jù)接收區(qū)，數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，ARRAY [0..4095] OF BYTE，最大4096字節(jié)。

OUT
調(diào)用函數(shù)返回信息，包括調(diào)用狀態(tài)和接收的字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)類型為結(jié)構(gòu)體（StructRetTcpReceive），返回信息參考表3：

表3： 接收函數(shù)返回信息

注意：
PLC的接收區(qū)和發(fā)送區(qū)必須與SIMOTION的接收區(qū)和發(fā)送區(qū)相同。

UDP示例程序參考附帶文件“SIMOTION_UDP”.ZIP
TCP示例程序參考附帶文件“SIMOTION_TCP”.ZIP