SIMATIC通信网络与通信服务优化方案

1.工厂自动化通信网络

大型的工厂自动化通信网络一般采用三级网络结构。

（1）现场设备层

现场设备层的主要功能是连接现场设备，例如分布式I/O、传感器、驱动器、执行机构和开关设备等，完成现场设备控制及设备间的联锁控制。一般来说，现场设备层的传输数据量较小，要求的响应时间为10～100 ms。主站（PLC、PC或其他控制器）负责总线通信管理以及与从站的通信。总线上所有的设备生产工艺控制程序存储在主站中，并由主站执行。

西门子的SIMATIC NET网络系统（见图6-10）的现场设备层主要使用PROFIBUS-DP。并将执行器和传感器单独分为一层，使用AS-i网络。

图6-10 SIMATIC NET

以太网已经越来越多地在现场设备层的分布式I/O和驱动设备中使用。

（2）车间监控层

车间监控层又称为单元层，用来完成车间主生产设备之间的连接，实现车间级设备的监控。车间级监控包括生产设备状态的在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具有诸如生产统计、生产调度等车间级生产管理功能。车间级监控用PROFIBUS或工业以太网将PLC、PC和HMI连接到一起。这一级对数据传输速率要求不高，要求的响应时间为100ms～1s，但是应能传送大量的信息。

（3）工厂管理层

车间管理网作为工厂主网的一个子网，通过交换机、网桥或路由器等连接到厂区主干网，将车间数据集成到工厂管理层。管理层处理的是对于整个系统的运行有重要作用的高级别的任务。除了保存过程值以外，还包括优化和分析过程等功能。工厂管理层通常采用符合IEC 802.3标准的以太网，即TCP/IP通信协议标准。

2.西门子的自动化通信网络

S7-300/400有很强的通信功能，CPU模块都集成了MPI（多点接口），有的CPU模块还集成了PROFIBUS-DP、PROFINET或点对点通信接口，此外还可以使用PROFIBUS-DP、工业以太网、AS-i和点对点通信处理器（CP）模块。通过PROFINET、PROFIBUS-DP或AS-i现场总线，CPU与分布式I/O模块之间可以周期性地自动交换数据。在自动化系统之间，PLC与计算机和HMI（人机界面）之间，均可以交换数据。数据通信可以周期性地自动进行，或者基于事件驱动。

西门子的工业自动化通信网络见图6-11。PROFINET是基于工业以太网的现场总线，可以高速传送大量的数据。PROFIBUS用于少量和中等数量数据的高速传送。AS-i是底层的低成本网络。通用总线系统KNX用于楼宇自动控制。IWLAN是工业无线局域网的缩写。各个网络之间用链接器或有路由器功能的PLC连接。

此外MPI是SIMATIC产品使用的内部通信协议，用于PLC之间、PLC与HMI（人机界面）和PG/PC（编程设备/计算机）之间的通信，可以建立传送少量数据的低成本网络。PPI（点对点接口）是用于S7-200和S7-200 SMART的通信协议。点对点（PtP）通信用于特殊协议的串行通信。

图6-11 西门子的工业自动化通信网络(www.xing528.com)

3.PG/OP通信服务

PG/OP（编程设备/操作面板）通信服务是集成的通信功能，用于SIMATIC PLC与SIM-OTION（西门子运动控制系统）、编程软件（例如STEP 7）和HMI设备之间的通信。工业以太网、PROFIBUS-DP和MPI均支持PG/OP通信服务。

PG/OP通信服务支持S7 PLC与各种HMI设备或编程设备（包括编程用的PC）的通信。PG/OP通信服务提供以下功能：

1）PG/PC功能：下载、上传硬件组态和用户程序，在线监视S7站，进行测试和诊断。

2）OP功能：HMI设备和PG/PC读取或改写S7 PLC的变量，S7 PLC在通信中是被动的，不用编写通信程序。

3）S7路由属于PG/OP通信服务功能。通过S7路由功能，可以实现跨网络的编程设备通信。PG可以在某个固定点访问所有在S7项目中组态的S7站点，下载用户程序和硬件组态，或者执行测试和诊断功能。

4.其他通信服务

1）S7通信是S7 PLC优化的通信功能。它用于S7 PLC之间、S7 PLC和PC之间的通信。S7通信服务可以用于MPI、PROFIBUS-DP和工业以太网。

2）S5兼容通信包括S7 PLC之间的PROFIBUS FDL协议和工业以太网的ISO传输、ISO-on-TCP、UDP、TCP/IP通信服务。

3）标准通信使用数据通信的标准化协议PROFIBUS-FMS（现场总线报文规范）和OPC。

4）基于以太网的PROFINET IO、PROFINET CBA（基于组件的自动化）通信服务。

5）基于以太网的IT服务，包括FTP、E-Mail和SNMP服务等。

6）基于PROFIBUS和以太网的PROFIdrive、PROFIsafe通信服务。

7）基于PROFIBUS的DP、PA、FMS、FDL通信服务。

8）基于AS-i网络的AS-i接口服务和ASIsafe服务。

9）基于MPI网络的PG/OP服务、S7通信服务、全局数据通信和S7基本通信服务。