(附录五)PLC和PC基于工业以太网通信研究与实现.docVIP

附录五 PLC和PC基于工业以太网通信研究与实现1引言全集成自动化是当前新型的完成自动化任务的方案，通过单一全集成自动化系统能解决几乎所有的自动化任务，仅在一个平台上即可提供全部功能。通讯网络是全集成自动化系统中的关键部分，在工业企业中得到广泛的应用。SIEMENS S7工业通讯网络能满足宽范围的不同性能和应用要求，能在工厂的不同部门，不同自动化站以及通过不同的级进行数据交换。因此，国内愈来愈多的行业如冶金。电力。轻纺。啤酒。烟草等行业均采用其产品。西门子工控产品在我国有着很高的市场占有率，它的通信及网络产品有着引导世界工控技术潮流的作用，研究西门子工控产品及通讯技术的实际应用问题有着广泛普遍的重要意义。以太网是当前最为广泛的计算机网络技术。首先，它有广泛的技术支持，已经成为网络通讯领域事实上的标准，因此我们对以太网技术很熟悉，可以降低系统开发。培训及其维护费用；再者，以太网可以达到很高的通讯速率，所以利用以太网的这些优点，结合PLC控制器，就可以构筑全分散。全开放的工业控制系统，当前很多厂家提供把PLC和以太网相结合的产品，如西门子公司的PLC产品系列[1]。西门子提供的强大的工业以太网解决方案就是针对大数据量交换以及实时性要求比较高的网络环境的一种高级网络应用，IT技术的应用体现了以太网发展的新趋势，同时也为工业以太网的发展提供了更为广阔的空间。2工业以太网2．1工业以太网简介所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网(即IEEE802.3标准)兼容，但在产品设计时，在材质的选用。产品的强度。适用性以及实时性。可互操作性。可靠性。抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场要求。2．2阻碍以太网在工业环境中应用的技术问题逐步得到解决以太网是为信息网络而设计的，并没有考虑适用于工业环境的要求，特别是采用CSMA/CD对共享媒体进行访问控制信息传送时间存在不确定性，并且没有优先级，无法满足工业控制的实时性要求。然而近年来以太网标准的进步使得阻碍以太网在工业环境中应用的难题逐步得到解决[2]。具体表现在：1)以太网的通讯速率一再提高，为以太网进入控制领域奠定了基矗对于同样的通信量通讯速率的提高意味着网络负荷的减轻，时间确定性的提高。10Mbps的以太网传送1518字节需要时间不大于1.2毫秒，而1000Mbps的以太网只要12微妙，在以太网上传输多媒体信息要求时延不大于20－30毫秒。随着百兆网(100Mbps)和千兆网(1Gbps)的普遍使用，现在万兆网(10Gbps)业已问世，万兆网的标准IEEE802.3ae已于2003年6月18日正式颁布。IEEE关于以太网实时能力的标准IEEE802.1D/P以及关于交换式以太网技术的标准IEEE802.1Q早再1998年底就得到验证。2)由于终端设备和交换机端口间可采用全双工通信线路，以及交换机内部多对端口之间的并行交换，因此全双工交换式以太网彻底摆脱了CSMA/CD的限制，克服了因CSMA/CD导致的确定性和实时性差的缺点，消除了以太网用于工控领域的最大障碍。交换式以太网具有传输带宽高，网络容量大，组网方便，低交换延时等优点，可满足一般实时控制的需要。同时交换式网络可支持虚拟局域网，从而降低组网成本，并提高网络灵活性。3)以太网电缆由早期的粗同轴电缆。细同轴电缆发展到现在的双绞线电缆。光缆，大大提高了网络的传输距离和抗干扰能力。3 SIMATIC NET工业控制网络3．1 SIMATIC NET简介SIEMENS公司1998年推出的SIMATIC NET是按照IEEE802.3.IEEE802.3u以太网标准设计，支持10Mbps.100Mbps传输速率的一种工业控制网络。SIMATIC NET能以最高100Mbps的传输速率实现PLC之间以及PLC和智能设备(PC.处理器)之间的数据通信。并通过TCP/IP协议，特别是SMTP(简单邮件传输协议)用于E-Mail和HTTP(超文本传输协议)用于访问Web浏览器，实现工业控制与信息网络系统的集成[3]。SIMATIC NET是全集成自动化系统的一个重要组成部分，为完整的工业通信提供网络和部件。它主要由工业以太网。PROFIBUS.AS-I.MPI多点接口和点对点接口构成。SIMATIC NET提供三个层次的网络通信，即IT通信。数据通信。过程或现场通信。IT通信通过工业以太网将SIMATIC集成到现场的办公自动化环境内；数据通信实现自动化设备之间或自动化设备和智能设备(PC.处理器)之间的数据交换；过程和现场通信用来将执行器和传感器连接到自动化系统。SIMATIC NET提供同轴网络。双绞线网络。光纤网络三种网络，并为每种网络形式提供了完备的网络部件。3．2 SIMATIC NET工业以太网SIMAT