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淺析自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構和網(wǎng)絡通訊
1.自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構
從現(xiàn)場級到生產(chǎn)控制級，再到公司管理層網(wǎng)絡結構可采用多種不同類型的網(wǎng)絡來設計，目前用到最多的就是工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場級大多采用西門子的Profibus網(wǎng)絡，不過西門子的Profinet網(wǎng)絡(是把以太網(wǎng)和Profibus結合于一體)是新開發(fā)的一種現(xiàn)場級網(wǎng)絡．在將來會逐步代替Profibus網(wǎng)絡，而現(xiàn)場級以上的三層控制系統(tǒng)大都采用以太網(wǎng)。
以太網(wǎng)在自動化控制系統(tǒng)中扮演著很重要的角色�；A自動化系統(tǒng)中的現(xiàn)場級網(wǎng)絡采用Profibus(使用最為廣泛)或Profinet是目前最流行和實用的兩種網(wǎng)絡。但是Profinet網(wǎng)絡比Profibus網(wǎng)絡優(yōu)越很多，因為Profinet就是基于以太網(wǎng)的，因此，Profinet是后來追上。
現(xiàn)場級以上的控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，每一級的工業(yè)以太網(wǎng)都可以是采用不同的結構如：環(huán)形結構，樹形結構等。所有以太網(wǎng)接口的設備都可以通過交換饑、集線器和路由器等連接到以太網(wǎng)網(wǎng)絡之中。為了保證網(wǎng)絡暢通和系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，建議所有的控制系統(tǒng)采用環(huán)形網(wǎng)絡或者做冗余系統(tǒng)。
2.自動化系統(tǒng)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡通訊
2.1plc與PLC之間的以太網(wǎng)通訊
這里以西門子S7-3001400系列的PLC為例。PLC之間可采用S7通訊、S5—兼容通訊(包括ISO協(xié)議、TCP議、ISO—on-TCP協(xié)議等)，下面介紹幾種常用的通訊方法。
所需硬件：2套S7-300系統(tǒng)(包括電源模塊PS307、S7-300PLC、以太網(wǎng)通訊模塊CP343—1)、PC機、以太網(wǎng)通訊網(wǎng)卡CP1613以及連接電纜。所需軟件：STEP7。
�、賁7通訊
使用STEP7軟件進行硬件組態(tài)和網(wǎng)絡組態(tài)(建立S7連接)以及編寫通訊程序。如果選擇雙邊通訊要在PLC雙方都編寫通訊程序。S7-300PLC調(diào)用函數(shù)FB12、FB13進行通訊。S7-400調(diào)用函數(shù)SFB12、SFB13來進行通訊；如果選擇單邊通訊只在主動方編寫通訊程序，S7-300PLC調(diào)用FB14、FB15進行通訊。S7-400調(diào)用函數(shù)SFB14、SFB15來進行通訊。
�、赥CP通訊
使用STEP7軟件進行硬件組態(tài)和網(wǎng)絡組態(tài)(建立TCP連接)以及編寫通訊程序。PLC雙方都編寫通訊程序。S7-300PLC調(diào)用函數(shù)FC5、FC6進行通訊，S7-400調(diào)用函數(shù)FCSO、FC60來進行通訊。
�、跧SO通訊
使用STEP7軟件進行硬件組態(tài)和網(wǎng)絡組態(tài)(建立ISO連接)以及編寫通訊程序。PLC雙方都編寫通訊程序，S7-300PLC調(diào)用函數(shù)FC5、FC6進行通訊，S7-40o調(diào)用函數(shù)FC50、FC60來進行通訊。
以上三種通訊方式的操作方法基本一致，只有在建立連接時選擇各自的協(xié)議即可。
2.2PLC與hmi之間的以太網(wǎng)通訊
由于上位機監(jiān)控軟件種類繁多，PLC與HMI之間的通訊也就種類繁多。不同的上位機監(jiān)控產(chǎn)品可能與PLC的通訊協(xié)議不相同。但大多監(jiān)控軟件都有一個共同的標準接口：OPC接口，因此PLC與HMI之間的以太網(wǎng)通訊大多都可采用OPC進行通訊。除此之外，用戶還可以使用VC、VB等編程軟件開發(fā)一些簡單的監(jiān)控界面與西門子plc直接進行TCP通訊。
�、貽PC通訊
所需硬件：1套S7-3o0系統(tǒng)(包括電源模塊Ps307、S7-300PLC、以太網(wǎng)通訊模塊CP343—1)，PC機，以太網(wǎng)通訊網(wǎng)卡CP1613以及連接電纜。所需軟件：STEP7、SIMATICNET6.3f提供虛擬Pc機和對Pc站的參數(shù)設置)、組態(tài)王以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)：使用STEP7軟件進行硬件組態(tài)和網(wǎng)絡組態(tài)以及使用HIMATICNET進行虛擬PC機組態(tài)。在SIMATICNET軟件提供的OPCSCOUT中建立所需變量并添加到列表中查看其質(zhì)量戳，如果為good，說明配置成功；如果為bad，說明配置失敗。在上位機監(jiān)控軟件中建立OPC通訊接口，并建立外部變量。在變量的連接設備中選擇建立的OPC接口，在變量的寄存器中選擇在OPCSCOUT處所建立的變量，這樣就通過OPC接口實現(xiàn)了PLC與上位機監(jiān)控軟件HMI之間的通訊。如果在不使用上位監(jiān)控軟件時還可以通過使用VC、VB編寫的應用程序讀寫OPCSCOUT里建立的變量來實現(xiàn)。
�、谕ㄟ^VB編寫的應用程序與西門子PLC的TCP/IP通訊中，所需硬件：1套S7-300系統(tǒng)(包括電源模塊PS307、S7-300PLC、以太網(wǎng)通訊模塊CP343—1)，PC機、普通計算機以太網(wǎng)通訊網(wǎng)卡以及連接電纜。所需軟件：STEP7、VB。
以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)：使用STEP7軟件進行硬件組態(tài)和網(wǎng)絡組態(tài)(建立TCP連接)以及使用SIMATICNET進行虛擬PC機組態(tài)。(建立TCP連接)編寫通訊程序，在PLC一方編寫通訊程序，S7—300PLC調(diào)用函數(shù)FC5、FC6進行通訊，S7-400調(diào)用函數(shù)FC50、FC60來進行通訊，在HMI一方用VB編寫通訊程序，采用Winsock控件來實現(xiàn)。
工業(yè)以太網(wǎng)中的網(wǎng)絡結構和網(wǎng)絡通訊是自動化控制系統(tǒng)中的核心部分，因此對予每一個自動化控制系統(tǒng)來說網(wǎng)絡結構和網(wǎng)絡通訊的設計是否理想，直接決定該系統(tǒng)性能的好壞。由于工業(yè)以太網(wǎng)技術展示出來“一網(wǎng)到底”的工業(yè)控制信息化美景，即它可以一直延伸到企業(yè)現(xiàn)場設備控制層，所以被人們普遍認為是未來控制網(wǎng)絡的最佳解決方案，工業(yè)以太網(wǎng)已成為現(xiàn)場總線中的主流前沿技術。
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