西门子软化6AV21010AA030AA5

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西门子通信网络与通信服务

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10~100ms。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6-10)的现场设备层主要使用PROFIBUS-DP。并将执行器和传感器单分为一层，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。

  (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IEC802.3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模块都集成有MPI(多点接口)，有的CPU模块还集成有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)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。

  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KONNEX(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的通信协议。点对点(PIP)通信用于特殊协议的串行通信。

  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SIMATICPLC与SIM-OTION(西门子运动控制系统)、编程软件(例如STEP7)、HMI设备之间的通信。工业以太网、PROFIBUS和MPI均支持PG/OP通信服务。

  PG/OP通信服务支持S7PLC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 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SIMATIC S7/C7的优化的通信功能。它用于S7PLC之间、S7 PLC和PC之间的通信。在每个任务中，多可以传送64KB数据。S7通信服务可以用于MPI、PROFI-BUS和工业以太网。

  2)S5兼容通信包括S7PLC之间的PROFIBUSFDL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PROFINETIO、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FIP、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。

PLC控制系统软件系统设计的步骤

   在了解了程序结构和编程方法的基础上，就要实际地编写 PLC 程序了。编写 PLC 程序和编写其他计算机程序一样，都需要经历如下过程。

1)  对系统任务分块

分块的目的就是把一个复杂的工程，分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的大问题化为多个简单的小问题。这样可便于编制程序。

2)  编制控制系统的逻辑关系图

从逻辑关系图上，可以反应出某一逻辑关系的结果是什么，这一结果又英国导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准，也可能是以整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动，也反应了输入与输出的关系。

3)  绘制各种电路图

绘制各种电路的目的，是把系统的输入输出所设计的地址和名称联系起来。这是很关键的一步。在绘制 PLC 的输入电路时，不仅要考虑到信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到输入端的电压和电流是否合适，也要考虑到在特殊条件下运行的可靠性与稳定条件等问题。特别要考虑到能否把高压引导到 PLC 的输入端，把高压引入 PLC 输入端，会对 PLC 造成比较大的伤害。在绘制 PLC 的输出电路时，不仅要考虑到输出信号的连接点是否与命名一致，还要考虑到 PLC 输出模块的带负载能力和耐电压能力。此外，还要考虑到电源的输出功率和极性问题。在整个电路的绘制中，还要考虑设计的原则努力提高其稳定性和可靠性。虽然用 PLC 进行控制方便、灵活。但是在电路的设计上仍然需要谨慎、全面。因此，在绘制电路图时要考虑周全，何处该装按钮，何处该装开关，都要一丝不苟。

4)  编制 PLC 程序并进行模拟调试

在绘制完电路图之后，就可以着手编制 PLC 程序了。当然可以用上述方法编程。在编程时，除了要注意程序要正确、可靠之外，还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改。编好一个程序块要进行模拟实验，这样便于查找问题，便于及时修改，好不要整个程序完成后一起算总帐。

5)  制作控制台与控制柜

在绘制完电器、编完程序之后，就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候，这项工作也可以和编制程序并列进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量，规格满足要求。设备的安装注意安全、可靠。比如说屏蔽问题、接地问题、高压隔离等问题妥善处理。

6)  现场调试

现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用的。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处；只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序发生矛盾之处；只有进行现场调试才能后实地测试和后调整控制电路和控制程序，以适应控制系统的要求。

7)  编写技术文件并现场试运行

经过现场调试以后，控制电路和控制程序基本被确定了，整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要全面整流技术文件，包括整理电路图、 PLC 程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束