自动化技术

1．SIMOTION工业以太网网络介质
西门子工业以太网网络通常使用的物理传输介质为屏蔽双绞线（FC TP）、工业屏蔽双绞线（ITP）和光纤。

1.1 屏蔽双绞线（Fast Connection Twist Pair）
FC TP快速连接双绞线用于将DTE快速连接到工业以太网上，配合西门子FC TP RJ45接头使用，连接方式如图1所示：

图1： FC TP电缆与TP RJ45接头

将双绞线按照TP RJ45接头标示的颜色插入连接孔中，快捷、方便地将DTE设备连接到工业以太网上。使用FC双绞线从DTE到交换机最长通信距离为100米（DTE到DTE）。也可以使用普通RJ45接头，为了保证数据传输的可靠性，在无干扰情况下最长通信距离为5米。
RJ－45连接有两种连接方式，交叉连接（如图2所示）和直通连接（如图3所示）。交叉连接用于网卡之间的连接或集线器之间的连接；直通线用于网卡与集线器之间或网卡与交换机之间的连接。Siemens交换机由于采用了自适应技术，可以自动检测线序，故通过交换机可以选择任意一种电缆进行连接。

图2 交叉线连接

图3 直通线连接

SIMOTION 带有RJ45接头，建议使用西门子FC TP和FC TP RJ45接头。

1.2 工业屏蔽双绞线 （Industrial Twisted Pair）
屏蔽双绞线如图4所示，它有白/蓝和白/橙两对双绞屏蔽线。外部包有屏蔽层和绝缘层，用于连接有ITP端口的以太网设备。通过ITP电缆连接的两个设备的最远距离为100米。

图4 ITP电缆结构图

连接ITP电缆的连接头有两种，即 9 针或 15 针的Sub－D 接头，如图所示5、6：

     
图5 Sub－D 9针接头                                                 图6 Sub－D 15针接头

使用Sub－D 接头进行连接的网络连接牢固，不易松动。其连线方法及9/15 接头的转换可以查阅西门子手册 。同样ITP 电缆也会有交叉连接的情况，可以直接定购 ITP XP 标准电缆 。
SIMOTION只有RJ45以太网接口，通常不使用工业双绞线ITP。

1.3光纤
按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
单模光纤：中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。
光纤技术只允许点对点的连接，即一个发送装置只对应一个接收装置。因而两个站点之间需要有发送和接收两根光纤进行连接。所有SIMATIC NET 标准的光缆都是两根光纤。光纤的连接头有很多种如图7所示：

图7 光纤的连接头

其中各种连接头都有各自的优点，例如：ST 连接头安装简易，比较适合于现场连接，（西门子BFOC接头就是ST 接头）；FC 接头有一个不固定的套环，可以提供较好的机械的隔离；SC 连接头适合紧密连接，其推拉设计可以避免在安装过程中的光纤平面受损，应用比较普遍。在西门子的网络设备中，大多光纤链路设备使用BFOC接头。
光纤通讯应用于工业以太网的优点：
隔离电气的站点或网段
没有电气的接地问题
没有屏蔽电流
数据传输不受外界电磁干扰
不受雷电的影响
不会产生电磁干扰
重量轻
根据光纤的类型不同，长距离的通讯依然可以保持高的通讯波特率
带有RJ45接头的SIMOTION 可以直接连接到交换机的电气接口上，交换机之间可以通过光纤连接，增加通信距离和抗干扰性。

2．SIMOTION工业以太网网络拓扑结构
通过西门子交换机组成的以太网有三种网络拓扑结构：1）总线型；2）星型；3）冗余环网。图8所示为SCALANCE 200组成的冗余环网。

图8 冗余环网示例

3．配置SIMOTION以太网接口

3.1在硬件配置中设定以太网接口
在SCOUT界面中点击SIMOTION CPU，右键点击“Open HW configuration”进入硬件配置界面，例如D435，X120和X130为以太网接口，双击选择的通信接口，在弹出的界面中定义IP地址和子网掩码，如图9所示：

图9 设定通信接口

注意：
即使建立两条以太网，两个以太网通信接口不能设置在相同的网段中或相同的IP地址。

3.2 在线联机设定以太网接口
将编程器连接到SIMOTION 以太网接口上，在控制面板“Setting the PG/PC Interface”接口中将访问点指向使用的编程网卡例如“S7ONLINE（STEP7）->TCP/IP -> Intel(R) PRO/1000 MT ”。打开SIMATIC Manager，使用菜单命令“PLC”->“Edit Ethernet Nodes”在界面中选择“Browse”键浏览网络上所有的站点，如图10所示：

图10 浏览网络上的站点

每一个接口在硬件的前面板标有网卡的MAC地址，选择站点，在“Edit Ethernet Nodes”界面中设置IP地址和子网掩码，点击“Assign IP Configuration”键传送设定的命令。如图11所示：

图11设置站点地址

IP地址设置完成后，可以使用以太网接口编程。

4．编写通信程序
通过以太网进行站点间的通信有两种方式：1）UDP；2)TCP。

4.1 UDP通信方式
UDP通信协议不需要在通信前建立连接，在发送和接收的数据报文中带有通信方的IP地址和端口号。通信函数存储于在“Communication”->“Data transfer”目录下，在发送方调用发送函数的示例程序如图12所示（使用LAD编写）：

图12 UDP发送程序

发送函数参数解释如下：
SourcePort
发送方的端口号，数据类型UINT，例如2001。

DestinationAddress
接收方的IP地址，数据类型为数组，ARRAY [0..3] OF USINT，在4个字节中输入接收方的IP地址，例如192、168、0、122，表示IP地址为192.168.0.122。

DestinationPort
接收方的端口号，数据类型UINT，例如2000。

CommunicationMode
通信模式，“EnumUdpCommunicationMode”枚举数据类型，有两种选择:
(1)“CLOSE_ON_EXIT”，通信完成后释放通信资源；
(2) “DO_NOT_CLOSE_ON_EXIT”， 通信完成后仍占用通信资源。

DataLength
发送的数据长度，数据类型UDINT，最大长度1400字节。

Data
发送数据区，数据类型为数组，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

OUT
发送函数状态信息，数据类型DINT。
在数据接收方调用接收函数的示例程序如图13所示：

图13 UDP接收程序

接收函数参数解释如下：
Port
定义本方的端口号，数据类型为UINT。定义的端口号必须与发送方参数“DestinationPort”的端口号相同。

CommunicationMode
通信模式，与发送函数通信模式相同。

NextCommand
枚举数据类型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE”和“ABORT_CURRENT_COMMAND”。
“IMMEDIATELY”：接收命令与后续所要执行的命令同步执行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令执行或失败后执行后续的命令，异步执行。
“ABORT_CURRENT_COMMAND”：终止当前的任务后执行执行后续的命令。

ReceiveVariable
数据接收区，数据类型为数组，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

OUT
接收函数信息，包括接收数据的源地址和端口、状态信息等，数据类型为结构体，接收函数信息参考表1：

表1：接收函数信息

4.2 TCP通信方式
TCP通信方式在发送接收数据前必须建立通信连接，连接需要在通信双方编程建立。主动连接的一方作为客户端，被动连接的一方作为服务器。下面以SIMOTION D435与S7-300 CP343-1通信为例介绍TCP通信方式。

4.2.1在PLC侧建立通信连接
在STEP7项目下创建S7-300站点，插入以太网通信处理器CP343-1，选择与SIMOTION在相同的网络上。在NETPRO中点击CPU，在下面的连接表中插入一个连接如图14所示：

销售西门子RS485DP接头
图14 建立TCP连接

连接的站点选择“Unspecified”，连接方式选择“TCP connection”，点击“Apply”键确认进入连接属性界面，如图15所示：

图14 配置TCP常规信息

在“General Information”栏中，“Block Parameters”参数显示CP343-1的地址及连接号，这两个参数也是PLC调用发送和接收通信功能块赋值参数。“Active connection establishment”选项决定通信双方哪一个是主动连（客户端），哪一个是被动连接（数据服务器）。选择该选项为主动连接，在SIMOTION 侧需要调用函数“_tcpOpenServer”与PLC建立连接，如果没有选择该选项为被动连接，在SIMOTION 侧需要调用函数“_tcpOpenClient” 与PLC建立连接。本例中选择PLC为数据服务器，SIMOTION为客户端。
点击“Address”栏配置SIMTION的IP地址及端口号，如图15所示：

图15 配置通信方IP地址

配置完成后将配置选项下载到PLC中。

4.2.2在SIMOTION侧建立通信连接
与PLC在NETPRO中创建连接不同，在SIMOTION侧需要调用函数建立连接，通信函数存储于在“Communication”->“Data transfer”目录下，函数调用的示例程序参考图16：

图16 SIMOTION侧建立TCP连（客户端）

函数参数解释如下：
Port
SIMOTION 端口号，数据类型UINT，在NETPRO中定义为2001。

ServerAddress
PLC的IP地址，数据类型为数组，ARRAY [0..3] OF USINT，在4个字节中输IP地址，例如192、168、1、112，表示IP地址为192.168.1.112。

ServerPort
PLC的端口号，数据类型UINT，例子程序中在NETPRO定义为2000。

NextCommand
枚举数据类型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE。
“IMMEDIATELY”：接收命令与后续所要执行的命令同步执行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令执行或失败后执行后续的命令，异步执行。

OUT
调用函数返回信息，包括调用状态和连接号。数据类型为结构体（StructRetTcpOpenClient），返回信息参考表2：

表2：TCP 客户端连接函数返回信息

连接函数调用一次，得到连接号后停止调用。
注意：此函数调用需用上升沿信号进行使能。

4.2.3在PLC侧编写通信程序
通信连接建立后，在通信双方需要编写通信函数或通信功能块。在S7-300 PLC侧OB35中（间隔发送）调用发送功能块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

通信函数FC5的参数含义：

ACT ：为1触发。
ID ：参考本地CPU连接表中的块参数。
LADDR ：参考本地CPU连接表中的块参数。
SEND : 发送区。最大通信数据为8192字节。与SIMOTION之间最大4096个字节。
LEN : 实际发送数据长度。
DONE ：每次发送成功，产生一个上升沿。
ERROR ：错误位。
STATUS：通讯状态字。
示例程序中S7-300 PLC发送DB1中前60个字节。

在通信方CPU OB1中调用接受函数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

通信函数FC6的参数含义：
ID ：参考本地CPU连接表中的块参数。
LADDR ：参考本地CPU连接表中的块参数。
RECV : 接收区。接收区应等于发送区。
NDR : 每次接收到新数据，产生一个上升沿。
ERROR ：错误位。
STATUS：通讯状态字。
LEN : 实际接收数据长度。
示例程序中S7-300 PLC将接收的数据存储于本地数据区DB2的前60个字节中。

4.2.4在SIMOTION侧编写通信程序
在PLC侧调用发送和接收功能块，在SIMOTION侧相应调用发送和接收函数与之相匹配，通信函数存储于在“Communication”->“Data transfer”目录下，发送函数调用的示例程序参考图17，发送函数与PLC的接收功能块相匹配。

图17 调用发送函数

发送函数参数解释如下：

ConnectionId
参考_TcpOpenClient函数建立的连接。

NextCommand
枚举数据类型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE。
“IMMEDIATELY”：接收命令与后续所要执行的命令同步执行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令执行或失败后执行后续的命令，异步执行。

DataLength
发送数据的字节长度，数据类型为UDINT，例子中为60，发送数据区Data中前60个字节。

Data
发送数据区，数据类型为数组，ARRAY [0..4095] OF BYTE。

OUT
输出通信状态，数据类型为DINT。

接收函数调用的示例程序参考图18，接收函数与PLC的发送功能块相匹配。

图18 调用接收函数

接收函数参数解释如下：

ConnectionId
参考_TcpOpenClient函数建立的连接。

NextCommand
枚举数据类型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE。
“IMMEDIATELY”：接收命令与后续所要执行的命令同步执行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令执行或失败后执行后续的命令，异步执行。

ReceiveVariable
数据接收区，数据类型为数组，ARRAY [0..4095] OF BYTE，最大4096字节。

OUT
调用函数返回信息，包括调用状态和接收的字节数量。数据类型为结构体（StructRetTcpReceive），返回信息参考表3：

表3： 接收函数返回信息

注意：
PLC的接收区和发送区必须与SIMOTION的接收区和发送区相同。

UDP示例程序参考附带文件“SIMOTION_UDP”.ZIP
TCP示例程序参考附带文件“SIMOTION_TCP”.ZIP