提高工业通信效率的SIMATIC网络

1.SIMATIC NET

西门子的工业自动化通信网络SIMATIC NET的顶层为工业以太网（见图6-2），它是基于国际标准IEEE 802.3的开放式网络，可以集成到互联网。网络规模可达1024站，距离可达1.5km（电气网络）或200km（光纤网络）。S7-1200/1500的CPU都集成了PROFINET以太网接口，可以与编程计算机、人机界面和其他S7 PLC通信。

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，底层的通用总线系统KNX用于楼宇自动控制，IWLAN是工业无线局域网。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，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6-2 SIMATICNET

2.PROFIBUS

PROFIBUS是开放式的现场总线，已被纳入现场总线的国际标准IEC 61158。传输速率最高12Mbit/s，响应时间的典型值为1ms，使用屏蔽双绞线电缆（最长9.6km）或光缆（最长90km），最多可以接127个从站。

PROFIBUS提供下列的通信服务：

1）PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery，分布式外部设备）用得最多，特别适合于PLC与现场级分布式I/O（例如西门子的ET200）设备之间的通信。主站之间的通信为令牌方式，主站与从站之间为主从方式，以及这两种方式的组合。

PROFIBUS-DP最大的优点是使用简单方便，在大多数甚至绝大多数实际应用中，只需要对网络通信作简单的组态，不用编写任何通信程序，就可以实现DP网络的主从通信。DP主站读写远程I/O（即从站）的编程，与对集中式系统的编程基本上相同。上述优点是PROFIBUS-DP得到广泛应用的主要原因之一。

2）PROFIBUS-PA（Process Automation，过程自动化）是用于PLC与过程自动化的现场传感器和执行器的低速数据传输，特别适合于过程工业使用。

PROFIBUS-PA由于采用了IEC 1158-2标准，确保了本质安全和通过屏蔽双绞线电缆进行数据传输和供电，可以用于防爆区域的传感器和执行器与中央控制系统的通信。PROFIBUS-PA行规保证了不同厂商生产的现场设备的互换性和互操作性。

3）FMS（现场总线报文规范）已基本上被以太网通信取代，现在很少使用。

4）PROFIdrive用于将驱动设备（从简单的变频器到高级的动态伺服控制器）集成到自动控制系统中。

5）PROFIsafe用于PROFIBUS和PROFINET面向安全设备的故障安全通信。可以用PROFIsafe很简单地实现安全的分布式解决方案。不需要对故障安全I/O进行额外的布线，在同一条物理总线上传输标准数据和故障安全数据。

6）可以将PROFIBUS用于冗余控制系统，例如通过两个接口模块，将ET200远程I/O连接到冗余自动化系统的两个PROFIBUS子网。

3.PROFINET

PROFINET是基于工业以太网的开放的现场总线（IEC 61158的类型10），可以将分布式I/O设备直接连接到工业以太网，实现从公司管理层到现场层的直接的、透明的访问。

通过代理服务器（例如IE/PB链接器），PROFINET可以透明地集成现有的PROFIBUS设备，保护对现有系统的投资，实现现场总线系统的无缝集成。

使用PROFINETIO，现场设备可以直接连接到以太网，与PLC进行高速数据交换。PROFIBUS各种丰富的设备诊断功能同样也适用于PROFINET。

使用故障安全通信的标准行规PROFIsafe，PROFINET用一个网络就可以同时满足标准应用和故障安全方面的应用。PROFINET支持驱动器配置行规PROFIdrive，后者为电气驱动装置定义了设备特性和访问驱动器数据的方法，用来实现PROFINET上的多驱动器运动控制通信。

PROFINET使用以太网和TCP/IP/UDP协议作为通信基础，对快速性没有严格要求的数据使用TCP/IP协议，响应时间在100ms数量级，可以满足工厂控制级的应用。

PROFINET的实时（Real-Time，RT）通信功能适用于对信号传输时间有严格要求的场合，例如用于传感器和执行器的数据传输。通过PROFINET，分布式现场设备可以直接连接到工业以太网，与PLC等设备通信。其响应时间比PROFIBUS-DP等现场总线相同或更短，典型的更新循环时间为1～10ms，完全能满足现场级的要求。PROFINET的实时性可以用标准组件来实现。

PROFINET的同步实时（Isochronous Real-Time，IRT）功能用于高性能的同步运动控制。IRT提供了等时执行周期，以确保信息始终以相等的时间间隔进行传输。IRT的响应时间为0.25～1ms，波动小于1μs。IRT通信需要特殊的交换机的支持。

PROFINET能同时用一条工业以太网电缆满足三个自动化领域的需求，包括IT集成化领域、实时（RT）自动化领域和同步实时（IRT）运动控制领域，它们不会相互影响。(www.xing528.com)

使用铜质电缆最多126个节点，网络最长5km。使用光纤多于1000个节点，网络最长150km。无线网络最多8个节点，每个网段最长1000m。

4.PLC与编程设备和HMI的通信

通过S7-1200/1500集成的或通信模块的PROFINET和PROFIBUS通信接口，可以与编程设备和HMI（人机界面）通信。包括下载、上传硬件组态和用户程序，在线监视S7站，进行测试和诊断。HMI设备可以读取或改写PLC的变量。与编程设备和HMI通信的功能集成在CPU的操作系统中，不需要编程，HMI连接需要组态。

S7-1500的S7路由功能可以实现跨网络的编程设备通信。编程设备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。

5.开放式用户通信

通过CPU集成的PROFINET/工业以太网接口和TCP、ISO-on-TCP、UDP协议，或通过S7-1500带有PROFINET/工业以太网接口的CP（通信处理器），可以实现开放式用户通信。

6.其他以太网通信服务

通过PROFINET/工业以太网接口和Modbus TCP协议，不需要组态，使用指令MB_CLIENT和MB_SERVER进行数据交换。

SIMATICPC站和非SIMATIC设备可以使用FETCH/WRITE服务，访问S7 CPU中的系统存储区。

S7-1200/1500 CPU内置Web服务器，PC可以通过通用的IE浏览器，访问它们的Web服务器。通过HTTP（S）进行数据交换，例如进行故障诊断。

时间同步功能通过PROFINET/工业以太网接口和网络时间协议（NTP）同步CPU的实时时钟的时间。通过DP接口，CPU/CM（通信模块）/CP（通信处理器）作为时间主站或时间从站，也可以同步时间。

7.S7通信服务

S7通信是S7PLC的优化的通信功能。它用于S7PLC之间、S7PLC和PC之间的通信。S7通信服务可以用于PROFIBUS-DP和工业以太网。

8.S7-1500的IT通信服务

S7-1500有下述IT（Information technology，信息技术）功能。

（1）电子邮件服务

通过SMTP（简单邮件传输协议）和“发送电子邮件”指令TMAIL_C编程，不需要组态，用电子邮件发送过程报警，但是不能接收电子邮件。

（2）FTP服务

FTP服务仅适于带有PROFINET/工业以太网接口的CP，不需要组态，通过FTP（文件传输协议）和FTP_CMD指令进行文件管理和文件访问，CP既可以作FTP客户端也可以作FTP服务器。

（3）SNMP服务

SNMP（简单网络管理协议）是以太网的一种开放的标准化网络管理协议。SNMP管理器对网络节点进行监视，SNMP代理收集各网络节点中的各种网络特定信息，并以一种结构化的形式将这种信息存储在管理信息库中。网络管理系统可以使用该信息进行详细的网络诊断。

9.串行点对点连接

可以通过串行通信模块，使用Freeport（自由口）、3964（R）、USS或Modbus协议，通过点对点连接进行数据交换。

10.AS-i

AS-i是Actuator Sensor Interface（执行器-传感器接口）的缩写，S7-1200和ET 200SP通过通信模块，支持基于AS-i网络的AS-i主站协议服务和ASIsafe服务。