西门子工业通信网络组态编程与故障诊断简介

大型的工厂自动化网络系统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连锁控制。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10～100ms。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1-2）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，主要使用AS-i（执行器-传感器接口）网络。AS-i的主站与连接到其子网的执行器和传感器进行通信，其特点是对少量数据的毫秒级快速响应。

图1-2 SIMATICNET

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。

4.西门子的自动化通信网络

S7-300/400有很强的通信功能，CPU模块都集成有MPI（多点接口），有的CPU模块还集成有PROFIBUS-DP、PROFINET和点对点通信接口，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）站之间，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。

图1-3是西门子的工业自动化通信网络的示意图。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。MPI是SIMATIC产品使用的内部通信协议，用于PLC之间、PLC与HMI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。点对点通信用于特殊协议的串行通信。AS-i是底层的低成本网络。

图1-3 西门子的工业自动化通信网络

通用总线系统KONNEX（KNX）目前在欧洲常用于楼宇自动控制。PPI（点对点接口）是主要用于S7-200的通信协议。

图1-4中的IWLAN是工业无线局域网的缩写，西门子对应的产品为SCALANCEW。

图1-4 西门子的工业自动化通信网络

各个网络之间用链接器或有路由器功能的PLC连接。

5.通信服务

工业以太网、PROFIBUS和MPI都可以提供PG/OP（编程设备/操作面板）和S7通信服务，S7基本通信和全局数据通信只能用于MPI。

（1）PG/OP通信服务

PG/OP通信服务是集成的通信功能，用于SIMATIC PLC与SIMOTION（西门子运动控制系统）、编程软件（例如STEP 7）、HMI设备之间的通信，下载程序和组态数据，执行测试和诊断功能，并通过OP实现操作员监控。工业以太网、PROFIBUS和MPI均支持PG/OP通信服务。

由于S7通信功能内置在SIMATIC PLC的操作系统中，可以用HMI设备和PG/PC访问PLC内的数据。也可以用SFB（系统功能块）和SFC（系统功能）来产生用于HMI设备的报警信息。(www.xing528.com)

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、上载硬件组态和用户程序，在线监视S7站，以进行测试和诊断。

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

（2）S7路由

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。

网关是一个跨接在两个子网上，用来实现两个子网的数据交换的设备。某些型号的S7CPU、通信处理器（CP）和HMI可以作网关。

（3）S7通信

S7通信是用于SIMATIC S7/C7的优化的通信功能。它用于S7 PLC之间、S7 PLC和PC之间的通信。在每个任务中，最多可以传送64KB数据。S7通信服务可以用于MPI、PROFIBUS和工业以太网。

（4）S5兼容通信

S5兼容通信用于S7 PLC之间的PROFIBUSFDL协议和工业以太网的通信。

（5）标准通信

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。前者已很少使用。

6.工业以太网的通信服务

1）PROFINETIO、PROFINETCBA（基于组件的自动化）通信服务；

2）S5兼容通信服务，包括ISO传输、ISO-on-TCP、UDP、TCP/IP服务；

3）IT服务，包括FTP、E-Mail和SNMP服务。

4）OPC、PG/OP、S7、PROFIdrive、PROFIsafe通信服务。

7.PROFIBUS网络的通信服务

1）PROFIBUS-DP、PA、FMS、FDL、PROFIdrive、PROFIsafe通信服务；

2）PG/OP和S7通信服务。

8.其他网络的通信服务

1）AS-i网络的通信服务包括接口服务和ASIsave服务。

2）MPI网络的通信服务包括PG/OP通信服务、S7通信服务、全局数据通信和S7基本通信服务。