作 者：上海汽車工業(yè)（集團）總公司培訓中心 華閏祺
1 序言
工業(yè)以太網(wǎng)提供了針對制造業(yè)控制網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)標準。該技術(shù)基于工業(yè)標準，利用了交換以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有很高的網(wǎng)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(chǎn)廠商的需求。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的低成本、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(yè)廠商。
2 工業(yè)以太網(wǎng)的特點
工業(yè)以太網(wǎng)是專為工業(yè)應用專門設計的，它遵循國際標準ieee802.3（ethernet）的開。放形式，多供應商的高性能的區(qū)域和網(wǎng)絡單元。工業(yè)以太網(wǎng)一般用于對時間要求不太嚴格、需要傳送大量數(shù)據(jù)的通信場合。將以太網(wǎng)高速傳送技術(shù)引入到工業(yè)控制領域，使得企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)、外部互聯(lián)網(wǎng)和國際互聯(lián)網(wǎng)提供的技術(shù)和廣泛的應用已經(jīng)進入生產(chǎn)和過程 自動化中。這種應用推動了自動化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合。
以太網(wǎng)的市場占有率已經(jīng)超過80%，在當今局域網(wǎng)中首屈一指。以太網(wǎng)有如下特點：
◆可以采用冗余的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，可靠性高；
◆通過交換技術(shù)可以提供實際上沒有限制的通信性能；
◆靈活性好，現(xiàn)有設備可以不收影響地擴張；
◆在不但發(fā)展過程中有良好的向下兼容性；
◆易于實現(xiàn)管理信息系統(tǒng)和工業(yè)控制網(wǎng)絡的聯(lián)網(wǎng)，即管理控制網(wǎng)絡的一體化。
以太網(wǎng)支持的廣域開放型網(wǎng)絡模型，可以采用多種傳輸媒體。西門子公司在工業(yè)以太網(wǎng)領域有著非常豐富的經(jīng)驗和領先的解決方案。其中simatic net工業(yè)以太網(wǎng)基于經(jīng)過現(xiàn)場驗證的技術(shù)，符合ieee802.3標準并提供10mbit/s以及100mbit/s快速以太網(wǎng)技術(shù)。經(jīng)過多年的實踐，simatic net工業(yè)以太網(wǎng)的應用已多于400000個節(jié)點，偏布世界各地，用于嚴酷的工業(yè)環(huán)境，并包括有高強度電磁干擾的地區(qū)。
3 工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢
工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的研究還只是近幾年才引起國內(nèi)外工控專家的關(guān)注。而現(xiàn)場總線經(jīng)過十幾年的發(fā)展，在技術(shù)上日漸成熟，在市場上也開始了全面推廣，并且形成了一定的市場。就目前而言，全面代替現(xiàn)場總線還存在一些問題，需要進一步深入研究基于工業(yè)以太網(wǎng)的全新控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)出基于工業(yè)以太網(wǎng)的系列產(chǎn)品。因此，近一段時間內(nèi)，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將與現(xiàn)場總線相結(jié)合，具體表現(xiàn)在：
◆ 物理介質(zhì)采用標準以太網(wǎng)連線，如雙絞線、光纖等；
◆使用標準以太網(wǎng)連接設備（如交換機等），在工業(yè)現(xiàn)場使用工業(yè)以太網(wǎng)交換機；
◆采用ieee 802.3物理層和數(shù)據(jù)鏈路層標準、tcp/ip協(xié)議組；
◆應用層（甚至是用戶層）采用現(xiàn)場總線的應用層、用戶層協(xié)議；
◆兼容現(xiàn)有成熟的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，如dcs、plc等 。
隨著以太網(wǎng)通信速率的提高、全雙工通信、交換技術(shù)的發(fā)展，為以太網(wǎng)的通信確定性的解決提供了技術(shù)基礎，從而消除了以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信的主要障礙，為以太網(wǎng)直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間通信提供了技術(shù)可能。將有越來越多的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)直接應用于工業(yè)現(xiàn)場設備間的通信。
4 網(wǎng)絡仿真軟件plcsim
s7-plcsim是自動嵌套在step7中的一個非常試用的仿真plc軟件。無需連接任何s7硬件，就可以在pg/pc上仿真一個完整的s7-cpu，包括地址和i/o。s7-plcsim使用戶能夠在pg/pc上離線測試程序，可以使用所有的step7編程語言。
最新版本的s7-plcsim-v54 sp3支持網(wǎng)絡仿真功能，但僅支持支持s7鏈接之間的通訊，不支持諸如sfc14，sfc15這種與第三方的通訊。s7-plcsim-v54 sp3支持的功能塊有：sfb8“usend”、sfb9“urcv”、sfb12“bsend”、sfb13“brcv”、sfb15“put”和sfb14“get”。
5 工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡通訊仿真的實現(xiàn)在simatic manager中新建兩個帶pn口的cpu（cpu315 pn/dp和cpu317 pn/dp和），分別設置ip地址和子網(wǎng)掩碼，對網(wǎng)絡進行配置，使兩個plc同時連接入同一個局域網(wǎng)。配置如圖1和圖2所示。
圖1 ip地址和子網(wǎng)掩碼設置
圖2 以太網(wǎng)網(wǎng)絡配置
網(wǎng)絡配置netpro界面中，右擊任意一個cpu，點擊“插入新連接”，選中對應的cpu，建立主動連接（見圖3和圖4）。
圖3 插入新連接
圖4 連接屬性設置
本文主要利用sfb8和sfb9實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊仿真。其中sfb8“usend”向類型為“urcv”的遠程伙伴發(fā)送數(shù)據(jù)。執(zhí)行發(fā)送過程而不需要和遠程伙伴進行協(xié)調(diào)。也就是說，在進行數(shù)據(jù)傳送時不需要伙伴進行確認。sfb9“urcv”從類型為“usend”的遠程伙伴sfb/fb中異步接收數(shù)據(jù)，并把接收到的數(shù)據(jù)復制到組態(tài)的接收區(qū)域內(nèi)。sfb8和sfb9的輸入輸出參數(shù)具體見附表所示。
附表 sfb8/9主要參數(shù)信息
主程序中，通過調(diào)用sfb8和sfb9對遠程cpu進行讀寫操作。兩個cpu中通過調(diào)用sfb8和sfb9系統(tǒng)功能塊將cpu315的db1.dbb0～dbb9發(fā)送至cpu317的db1.dbb0～dbb9。相應地將cpu317的db1.dbb10～dbb19發(fā)送到cpu315的db1.dbb10～dbb19。plc程序如圖5所示。
如圖6所示，打開plcsim仿真器，將兩個cpu的程序和硬件配置分別下載至仿真器。打開用wincc flexbile制作的上位機圖形仿真界面（見圖7），點擊“發(fā)送”按鈕，可以發(fā)現(xiàn)cpu315和cpu317的數(shù)據(jù)互相傳遞。
圖5 數(shù)據(jù)發(fā)送程序
圖6 plcsim軟件仿真
圖7 wincc flexbile仿真界面
6 小結(jié)
利用plcsim v5.4 sp3仿真軟件，可以模擬仿真西門子s7 300/400的plc以太網(wǎng)通訊，為今后程序調(diào)試帶來諸多便利之處。
作者簡介
華閏祺（1984-）碩士，培訓師，現(xiàn)就職于上海汽車工業(yè)（集團）總公司培訓中心，主要研究方向為電氣自動化及過程控制、電氣設計、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)等。精通西門子s7-300/400，三菱fx，ab controllogix等多款plc，并熟悉多款上位機軟件，主要開發(fā)的項目有：上海通用北廠fi020生產(chǎn)線硬件設計、上海通用南廠alarm數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、無錫城區(qū)排水系統(tǒng)采集監(jiān)控系統(tǒng)及上海理工大學rockwell實驗室建設。
參考文獻
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