第章SPLC的通信及應(yīng)用西門子通信網(wǎng)絡(luò)基

第8章S7-1200PLC的通信及應(yīng)用8.1西門子通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)8.2S7-1200PLC的以太網(wǎng)通信8.3S7-1200PLC的S7通信8.4S7-1200PLC與HMI的通信

8.1西門子通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)8.1.1OSI參考模型PLC的通信包括PLC與PLC之間的通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間的通信以及和其他聯(lián)智能設(shè)備之間的通信。PLC與PLC之間通信的實(shí)質(zhì)就是計(jì)算機(jī)的通信，使得眾多外獨(dú)立的控制任務(wù)構(gòu)成一個(gè)控制工程整體，形成模塊控制體系。PLC與計(jì)算機(jī)連接組成網(wǎng)絡(luò)，將PLC用于控制工業(yè)現(xiàn)場，計(jì)算機(jī)用于編程、顯示和管理等任務(wù)，構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系（DCS）。通信網(wǎng)絡(luò)的核心是OSI（OpenSystemInterconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián)）參考模型。1984年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)，提出了開放式系統(tǒng)互聯(lián)的7層模型，即OSI的模型。該模型自下而上分為:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。OSI的上3層通常稱為應(yīng)用層，用來處理用戶接口、數(shù)據(jù)格式和應(yīng)用程序的訪問。下4層負(fù)責(zé)定義數(shù)據(jù)的物理傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。（1）物理層(PhysicalLayer):定義了傳輸介質(zhì)、連接器和信號(hào)發(fā)生器的類型，規(guī)定了物理連接的電氣、機(jī)械功能特性，如電壓、傳輸速率和傳輸距離等特性。建立、維護(hù)和斷開物理連接。典型的物理層設(shè)備有集線器(HUB)和中繼器等。（2）數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer):確定傳輸站點(diǎn)物理地址以及將消息傳送到協(xié)議棧，提供順序控制和數(shù)據(jù)流向控制。建立邏輯連接、進(jìn)行硬件地址尋址和差錯(cuò)校驗(yàn)等功能（由底層網(wǎng)絡(luò)定義協(xié)議)。典型的數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備有交換機(jī)和網(wǎng)橋等。（3）網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer):進(jìn)行邏輯地址尋址，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的路徑選擇。協(xié)議有：ICMP，IGMPIP(IPv4.IPv6)、ARP和RARP。典型的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備是路由器。（4）傳輸層(TransportLayer):定義傳輸數(shù)據(jù)的協(xié)議端口號(hào)，以及流控和差錯(cuò)校驗(yàn)。協(xié)議有：TCP、UDP。網(wǎng)關(guān)是互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中最復(fù)雜的，它是傳輸層及以上層的設(shè)備。（5）會(huì)話層(SessionLayer):建立、管理和終止會(huì)話。（6）表示層(PresentationLayer):數(shù)據(jù)的表示、安全和壓縮。（7）應(yīng)用層(Application):網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與最終用戶的一個(gè)接口。協(xié)議有:HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP和DNS等。8.1.2S7-1200PLC的以太網(wǎng)通信技術(shù)（1）S7-1200PLC系統(tǒng)以太網(wǎng)接口S7-1200PLC的CPU僅集成一個(gè)X1接口，S7-1200PLC以太網(wǎng)接口支持的通信方式按照實(shí)時(shí)性和非實(shí)時(shí)性進(jìn)行劃分，支持的通信服務(wù)如下表所示。接口類型實(shí)時(shí)通信非實(shí)時(shí)通信PROFINETIOI-DeviceOUC通信S7通信Web服務(wù)器CPU集成接口X1有有有有有（2）西門子工業(yè)以太網(wǎng)通信方式工業(yè)以太網(wǎng)通信主要利用第2層（ISO）和第4層（TCP）的協(xié)議。S7-1200PLC系統(tǒng)以太網(wǎng)接口支持的非實(shí)時(shí)性分為兩種OpenUserCommunication（OUC）通信和S7通信，而實(shí)時(shí)性通信只有PROFINETIO通信。OUC（開放式用戶通信）適用于SIMATICS7-1200/1500/300/400PLC之間的通信、S7PLC與S5PLC之間的通信、PLC與個(gè)人計(jì)算機(jī)或第三方設(shè)備之間的通信，OUC通信包含以下通信連接。①ISOTransport（ISO傳輸協(xié)議支持）ISO傳輸協(xié)議支持基于ISO的發(fā)送和接收，使得設(shè)備(例如SIMATICS5或PC)在以大網(wǎng)上的通信非常容易，該服務(wù)支持大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸(最大64KB)。ISO數(shù)據(jù)接收由通信方確認(rèn)。通過功能塊可以看到確認(rèn)信息。用于SIMATICS5和SIMATICS7的工業(yè)以太網(wǎng)連接。

②ISO-on-TCPISO-on-TCP支持第4層TCP/IP協(xié)議的開放數(shù)據(jù)通信。用于支持SIMATICsS7和PC以及非西門子支持的TCP/IP以太網(wǎng)系統(tǒng)。ISO-on-TCP符合TCP/IP.但相對于標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP.還附加了RFC1006協(xié)議，RFC1006是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，該協(xié)議描述了如何將IS0映射到TCP上去。③UDPUDP(UserDatagramProtocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)，屬于第4層協(xié)議，提供了S5兼容通信協(xié)議，適用于簡單的交叉網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，沒有數(shù)據(jù)確認(rèn)報(bào)文，不檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。UDP支持基于UDP的發(fā)送和接收，使得設(shè)備(例如PC或非西門子公司設(shè)備)在工業(yè)以太網(wǎng)上的通信非常容易。該協(xié)議支持較大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸(最大1472字節(jié))，數(shù)據(jù)可以通過工業(yè)以太網(wǎng)或TCP/IP網(wǎng)絡(luò)(撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng))傳輸。SIMATICS7通過建立UDP連接，提供了發(fā)送/接收通信功能，與TCP不同，UDP實(shí)際上并沒有在通信雙方建立一個(gè)固定的連接。④TCP/IPTCP/IP中傳輸控制協(xié)議，支持第4層TCP/IP協(xié)議的開放數(shù)據(jù)通信。提供了數(shù)據(jù)流通信，但并不將數(shù)據(jù)封裝成消息塊，因而用戶并不接收到每一個(gè)任務(wù)的確認(rèn)信號(hào)，TCP支持面向TCP/IP的Socket。S7-1200PLC系統(tǒng)以太網(wǎng)接口支持的通信連接類型如下表所示。接口類型連接類型ISOISO-on-TCPTCP/IPUDPS7-1200CPU集成接口X1無有有有8.1.3S7-1200PLC的S7通信技術(shù)S7通信（S7Communication）集成在每一個(gè)SIMATICS