自動化技術

1．SIMOTION工業以太網網絡介質
西門子工業以太網網絡通常使用的物理傳輸介質為屏蔽雙絞線（FC TP）、工業屏蔽雙絞線（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快速連接到工業以太網上，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接頭標示的顏色插入連接孔中，快捷、方便地將DTE設備連接到工業以太網上。使用FC雙絞線從DTE到交換機最長通信距離為100米（DTE到DTE）。也可以使用普通RJ45接頭，為了保證數據傳輸的可靠性，在無干擾情況下最長通信距離為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）。交叉連接用于網卡之間的連接或集線器之間的連接；直通線用于網卡與集線器之間或網卡與交換機之間的連接。Siemens交換機由于采用了自適應技術，可以自動檢測線序，故通過交換機可以選擇任意一種電纜進行連接。

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 工業屏蔽雙絞線 （Industrial Twisted Pair）
屏蔽雙絞線如圖4所示，它有白/藍和白/橙兩對雙絞屏蔽線。外部包有屏蔽層和絕緣層，用于連接有ITP端口的以太網設備。通過ITP電纜連接的兩個設備的最遠距離為100米。

圖4 ITP電纜結構圖

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 接頭進行連接的網絡連接牢固，不易松動。其連線方法及9/15 接頭的轉換可以查閱西門子手冊 。同樣ITP 電纜也會有交叉連接的情況，可以直接定購 ITP XP 標準電纜 。
SIMOTION只有RJ45以太網接口，通常不使用工業雙絞線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，這就限制了傳輸數字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸的距離就比較近，一般只有幾公里。
單模光纖：中心玻璃芯較細(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，適用于遠程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求， 即譜寬要窄，穩定性要好。
光纖技術只允許點對點的連接，即一個發送裝置只對應一個接收裝置。因而兩個站點之間需要有發送和接收兩根光纖進行連接。所有SIMATIC NET 標準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點，例如：ST 連接頭安裝簡易，比較適合于現場連接，（西門子BFOC接頭就是ST 接頭）；FC 接頭有一個不固定的套環，可以提供較好的機械的隔離；SC 連接頭適合緊密連接，其推拉設計可以避免在安裝過程中的光纖平面受損，應用比較普遍。在西門子的網絡設備中，大多光纖鏈路設備使用BFOC接頭。
光纖通訊應用于工業以太網的優點：
隔離電氣的站點或網段
沒有電氣的接地問題
沒有屏蔽電流
數據傳輸不受外界電磁干擾
不受雷電的影響
不會產生電磁干擾
重量輕
根據光纖的類型不同，長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的電氣接口上，交換機之間可以通過光纖連接，增加通信距離和抗干擾性。

2．SIMOTION工業以太網網絡拓撲結構
通過西門子交換機組成的以太網有三種網絡拓撲結構：1）總線型；2）星型；3）冗余環網。圖8所示為SCALANCE 200組成的冗余環網。

圖8 冗余環網示例

3．配置SIMOTION以太網接口

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

圖9 設定通信接口

注意：
即使建立兩條以太網，兩個以太網通信接口不能設置在相同的網段中或相同的IP地址。

3.2 在線聯機設定以太網接口
將編程器連接到SIMOTION 以太網接口上，在控制面板“Setting the PG/PC Interface”接口中將訪問點指向使用的編程網卡例如“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”鍵瀏覽網絡上所有的站點，如圖10所示：

圖10 瀏覽網絡上的站點

每一個接口在硬件的前面板標有網卡的MAC地址，選擇站點，在“Edit Ethernet Nodes”界面中設置IP地址和子網掩碼，點擊“Assign IP Configuration”鍵傳送設定的命令。如圖11所示：

圖11設置站點地址

IP地址設置完成后，可以使用以太網接口編程。

4．編寫通信程序
通過以太網進行站點間的通信有兩種方式：1）UDP；2)TCP。

4.1 UDP通信方式
UDP通信協議不需要在通信前建立連接，在發送和接收的數據報文中帶有通信方的IP地址和端口號。通信函數存儲于在“Communication”->“Data transfer”目錄下，在發送方調用發送函數的示例程序如圖12所示（使用LAD編寫）：

圖12 UDP發送程序

發送函數參數解釋如下：
SourcePort
發送方的端口號，數據類型UINT，例如2001。

DestinationAddress
接收方的IP地址，數據類型為數組，ARRAY [0..3] OF USINT，在4個字節中輸入接收方的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，數據類型UINT，例如2000。

CommunicationMode
通信模式，“EnumUdpCommunicationMode”枚舉數據類型，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
發送的數據長度，數據類型UDINT，最大長度1400字節。

Data
發送數據區，數據類型為數組，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

OUT
發送函數狀態信息，數據類型DINT。
在數據接收方調用接收函數的示例程序如圖13所示：

圖13 UDP接收程序

接收函數參數解釋如下：
Port
定義本方的端口號，數據類型為UINT。定義的端口號必須與發送方參數“DestinationPort”的端口號相同。

CommunicationMode
通信模式，與發送函數通信模式相同。

NextCommand
枚舉數據類型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE”和“ABORT_CURRENT_COMMAND”。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續所要執行的命令同步執行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執行或失敗后執行后續的命令，異步執行。
“ABORT_CURRENT_COMMAND”：終止當前的任務后執行執行后續的命令。

ReceiveVariable
數據接收區，數據類型為數組，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

OUT
接收函數信息，包括接收數據的源地址和端口、狀態信息等，數據類型為結構體，接收函數信息參考表1：

表1：接收函數信息

4.2 TCP通信方式
TCP通信方式在發送接收數據前必須建立通信連接，連接需要在通信雙方編程建立。主動連接的一方作為客戶端，被動連接的一方作為服務器。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側建立通信連接
在STEP7項目下創建S7-300站點，插入以太網通信處理器CP343-1，選擇與SIMOTION在相同的網絡上。在NETPRO中點擊CPU，在下面的連接表中插入一個連接如圖14所示：

銷售西門子RS485DP接頭
圖14 建立TCP連接

連接的站點選擇“Unspecified”，連接方式選擇“TCP connection”，點擊“Apply”鍵確認進入連接屬性界面，如圖15所示：

圖14 配置TCP常規信息

在“General Information”欄中，“Block Parameters”參數顯示CP343-1的地址及連接號，這兩個參數也是PLC調用發送和接收通信功能塊賦值參數。“Active connection establishment”選項決定通信雙方哪一個是主動連（客戶端），哪一個是被動連接（數據服務器）。選擇該選項為主動連接，在SIMOTION 側需要調用函數“_tcpOpenServer”與PLC建立連接，如果沒有選擇該選項為被動連接，在SIMOTION 側需要調用函數“_tcpOpenClient” 與PLC建立連接。本例中選擇PLC為數據服務器，SIMOTION為客戶端。
點擊“Address”欄配置SIMTION的IP地址及端口號，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下載到PLC中。

4.2.2在SIMOTION側建立通信連接
與PLC在NETPRO中創建連接不同，在SIMOTION側需要調用函數建立連接，通信函數存儲于在“Communication”->“Data transfer”目錄下，函數調用的示例程序參考圖16：

圖16 SIMOTION側建立TCP連（客戶端）

函數參數解釋如下：
Port
SIMOTION 端口號，數據類型UINT，在NETPRO中定義為2001。

ServerAddress
PLC的IP地址，數據類型為數組，ARRAY [0..3] OF USINT，在4個字節中輸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，數據類型UINT，例子程序中在NETPRO定義為2000。

NextCommand
枚舉數據類型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續所要執行的命令同步執行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執行或失敗后執行后續的命令，異步執行。

OUT
調用函數返回信息，包括調用狀態和連接號。數據類型為結構體（StructRetTcpOpenClient），返回信息參考表2：

表2：TCP 客戶端連接函數返回信息

連接函數調用一次，得到連接號后停止調用。
注意：此函數調用需用上升沿信號進行使能。

4.2.3在PLC側編寫通信程序
通信連接建立后，在通信雙方需要編寫通信函數或通信功能塊。在S7-300 PLC側OB35中（間隔發送）調用發送功能塊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FC5的參數含義：

ACT ：為1觸發。
ID ：參考本地CPU連接表中的塊參數。
LADDR ：參考本地CPU連接表中的塊參數。
SEND : 發送區。最大通信數據為8192字節。與SIMOTION之間最大4096個字節。
LEN : 實際發送數據長度。
DONE ：每次發送成功，產生一個上升沿。
ERROR ：錯誤位。
STATUS：通訊狀態字。
示例程序中S7-300 PLC發送DB1中前60個字節。

在通信方CPU OB1中調用接受函數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FC6的參數含義：
ID ：參考本地CPU連接表中的塊參數。
LADDR ：參考本地CPU連接表中的塊參數。
RECV : 接收區。接收區應等于發送區。
NDR : 每次接收到新數據，產生一個上升沿。
ERROR ：錯誤位。
STATUS：通訊狀態字。
LEN : 實際接收數據長度。
示例程序中S7-300 PLC將接收的數據存儲于本地數據區DB2的前60個字節中。

4.2.4在SIMOTION側編寫通信程序
在PLC側調用發送和接收功能塊，在SIMOTION側相應調用發送和接收函數與之相匹配，通信函數存儲于在“Communication”->“Data transfer”目錄下，發送函數調用的示例程序參考圖17，發送函數與PLC的接收功能塊相匹配。

圖17 調用發送函數

發送函數參數解釋如下：

ConnectionId
參考_TcpOpenClient函數建立的連接。

NextCommand
枚舉數據類型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續所要執行的命令同步執行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執行或失敗后執行后續的命令，異步執行。

DataLength
發送數據的字節長度，數據類型為UDINT，例子中為60，發送數據區Data中前60個字節。

Data
發送數據區，數據類型為數組，ARRAY [0..4095] OF BYTE。

OUT
輸出通信狀態，數據類型為DINT。

接收函數調用的示例程序參考圖18，接收函數與PLC的發送功能塊相匹配。

圖18 調用接收函數

接收函數參數解釋如下：

ConnectionId
參考_TcpOpenClient函數建立的連接。

NextCommand
枚舉數據類型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續所要執行的命令同步執行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執行或失敗后執行后續的命令，異步執行。

ReceiveVariable
數據接收區，數據類型為數組，ARRAY [0..4095] OF BYTE，最大4096字節。

OUT
調用函數返回信息，包括調用狀態和接收的字節數量。數據類型為結構體（StructRetTcpReceive），返回信息參考表3：

表3： 接收函數返回信息

注意：
PLC的接收區和發送區必須與SIMOTION的接收區和發送區相同。

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