工业现场网络通信技术应用及实践 课件 傅仁轩 项目5 工业以太网控制系统构建

1项目5工业以太网

控制系统构建与运行任务5.1-工业以太网技术认知任务5.2-profinet网络的远程IO通信系统构建任务5.3-profinet网络的PLC之间的通信系统构建任务5.4-profinet的运动控制系统构建任务5.5-ModbusTCP网络的控制系统构建2任务5.1-工业以太网技术认知工业以太网简介5.1工业以太网概述5.2工业以太网的现状与发展前景项目5工业以太网

控制系统构建与运行5.1工业以太网概述CSMA/CD是有线信道的一种带有冲突检测的信道竞争机制，能有效地避免冲突。采用CSMA/CD协议。1.以太网采用什么协议？其核心思想是使用共享的公共传输信道，即遵循IEEE802.3标准可以在光缆和双绞线上传输的网络。2、以太网应用于工业现场的关键问题1）通信的实时性

以太网采用CSMA/CD的总线访问机制，遇到碰撞时无法保证信息及时发送出去，这种平等竞争的介质访问控制方式不能满足工业自动化领域对通信的实时性要求，因此需要有针对这一问题的切实可行的解决方案。2）对环境的适应性与可靠性

以太网是按办公环境设计的，将它用于工业控制环境，其环境适应能力、抗干扰能力等是许多从事自动化的专业人士所关注的问题。2、以太网应用于工业现场的关键问题：3）总线供电

在控制网络中，现场控制设备的位置分散性使得它们对总线有提供工作电源的要求。现有的许多控制网络技术都可以利用网线对现场设备供电。工业以太网目前没有对网络节点供电做出规定。4）本质安全

工业以太网如果要用在一些易燃易爆的危险工业场所，就必须考虑本安防爆问题，这是在总线供电解决之后要进一步解决的问题。3、实时以太网：

为了满足工业控制实时性能的要求，各大公司和标准组织纷纷提出各种提升工业以太网实时性的技术解决方案，这些方案建立在IEEE802.3标准的基础上，通过对其相关标准的实时扩展，提高实时性，并且做到与标准以太网的无缝连接，这就是实时以太网（RealTimeEthernet，简称RTE）。5.2工业以太网的现状及发展前景：所谓工业以太网，在技术上与商用以太网相兼容，在产品设计上，通过对材质、强度、标准协议等的考虑，以满足工业现场适用性、实时性、稳定性、安全性、可操作性等方面的需求的工业通信网络。1、工业以太网的现状5.2工业以太网的现状及发展前景：当前，随着工业自动化、智能化发展趋势的日渐显露，以PLC、工业软件、工业机器人等为代表的工业设备产业市场获得了迅速壮大，为了将这些设备构成一个完整的自动化、智能化解决方案，急需一个网络来对各组成部分进行联网。因此，在工厂设备、系统集成，以及工业物联网的需求驱动下，工业以太网迎来了发展和增长。1、工业以太网的现状

随着工业自动化、智能化需求的提出，工业以太网迎来了发展，从商业应用到工业自动化，以太网经历了技术的发展和突破，未来只要解决行业发展中的一些缺陷，就能为工业控制领域带来更多活力。5.2工业以太网的现状及发展前景：1、工业以太网的现状几种主要的工业以太网(2)PROFInetPROFInet是我国国家标准PROFINET由PROFIBUS国际组织推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。PROFINET囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并作为跨供应商的技术完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。5.2工业以太网的现状及发展前景：1、工业以太网的现状几种主要的工业以太网(3)EtherCATEtherCAT最初由德国倍福自动化有限公司研发。EtherCAT为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准，同时，它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括高精度设备同步，可选线缆冗余，和功能性安全协议(SIL3)。5.2工业以太网的现状及发展前景：1、工业以太网的现状几种主要的工业以太网(4)Ethernet/IPEthernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议，是主推ControlNet现场总线的罗克韦尔自动化公司为以太网进入自动化领域所研究创造的以太网工业协议。它建立在标准UDP/IP与TCP/IP协议之上，利用固定的以太网硬件和软件，为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议。Ethernet/IP协议由IEEE802.3物理层、数据链路层标准协议和控制与信息协议CIP等3个部分组成。5.2工业以太网的现状及发展前景：1、工业以太网的现状几种主要的工业以太网（5)EthernetPowerlink奥地利贝加莱（B&R）公司开发的EthernetPowerlink（EPL）标准是一种可满足最苛刻实时要求（4级）、并已投入实际应用的工业以太网。EthernetPowerlink是一项在标准以太网介质上解决工业控制及数据采集领域数据传输实时性的技术。EthernetPowerlink拥有Ethernet的高速、开放性接口，以及CANopen在工业领域良好的SDO和PDO数据定义，在某种意义上说POWERLINK就是Ethernet上的CANopen，物理层、数据链路层使用了Ethernet介质，而应用层则保留了原有的SDO和PDO对象字典的结构。5.2工业以太网的现状及发展前景：2、工业以太网的发展趋势与前景如今，凭借着应用广泛、价格低廉、通信速度快、软硬件产品丰富、支持技术较为成熟等优点，以太网已经在工业自动化系统中的资源管理层和执行制造层取得了广泛应用，且不断呈现出向工业控制现场延伸的趋势。在此趋势的实现过程中，一段时间内工业以太网将与现场总线相结合，通过两者的结合应用为工业控制现场提供安全、稳定、的网络，待到技术和市场更加成熟后，终将完全取代现场总线。5.2工业以太网的现状及发展前景：2、工业以太网的发展趋势与前景工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大势所趋，国际电工委员会等组织已经起草了相关以太网标准，意在推动以太网技术在工业控制领域的全面应用，而我国各大院校科研机构也已经取得了相应的技术突破，为以太网在工业现场设备间的通信应用扫除了主要障碍。未来，随着以太网技术的发展成熟，工业以太网的实时性、安全性、不确定性也将得到更多改善，高性能低成本的工业以太网将会渗透到越来越多工业控制领域之中，持续为工业通信行业注入力量。同时，随着工业以太网从管理层、制造层向控制现场不断发展，也将如人们赋予它的称号“一网到底”一样，对工业管理、生产、监控实现真正的全面掌控。

德国西门子公司1998年发布工业Ethernet白皮书，并于2001年发布其工业Ethernet的规范，称为Profinet。Profinet基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准，是一种实时以太网技术，同时它无缝地集成现有的现场总线系统，从而实现现有的现场总线技术与工业以太网的有机融合。5.3、

Profinet技术及应用

5.3.1、Profinet技术概述

12001500

12001500

25任务5.3-1200与1500的profinet通信系统构建项目5工业以太网

控制系统构建与运行26任务5.3-1200与1500的profinet通信系统构建

主站：1215

从站：1511主要任务：PLC1中看到PLC2发送的数据，PLC2中看到PLC1发送的数据，硬件连线：2个网线连接项目5工业以太网

控制系统构建与运行

一、ProfinetIO网络系统的组态1.切换到网络视图，从右边“硬件目录”中添加PLC_11215。

双击1215界面，添加新子网PN/IE_1，设置IP:192.168.1.120，定义设备名称

一、ProfinetIO网络系统的组态2.进入操作模式，勾选IO控制器

一、ProfinetIO网络系统的组态3. 新建项目，添加PLC_2

1511。选中“以太网地址”，添加新子网PN/IE_1，设置IP:192.168.1.151

一、ProfinetIO网络系统的组态4.PLC_2CPU，选中“操作模式”，勾选“IO设备”，在“已分配的IO控制器”中选择“PLC1.profinet接口_1”，如图

一、ProfinetIO网络系统的组态5.PLC_2CPU，选择“智能设备通信”，创建传输区

一、ProfinetIO网络系统的组态6.切换到网络视图

一、ProfinetIO网络系统的组态7.在“网络视图”中，从右边“硬件目录”中添加控制器1214，

2.将程序分别下载到PLC1、PLC2中，分别建立监控表，输入地址测试通信正常

二、ProfinetIO网络系统通信监测35任务5.4-profinet的运动控制系统构建项目5工业以太网

控制系统构建与运行36任务5.4-profinet的运动控制系统构建

主站：1215

从站：Maxsine_EP3E_PN（单轴滑台的伺服驱动器）硬件连线：2个网线连接项目5工业以太网

控制系统构建与运行37任务5.4-profinet的运动控制系统构建

主要任务：PLC控制单轴滑台：回零点

点动

绝对运动

相对运动项目5工业以太网

控制系统构建与运行38

PLC工艺对象“轴”组态“轴”工艺对象是用户程序与驱动的接口。工艺对象从用户程序中收到控制命令，在运行时执行并监视执行状态。“驱动”表示伺服电机加电源部分或者伺服驱动器加脉冲接口转换器的机电单元。驱动是由PLC产生脉冲来控制“轴”工艺对象的。运动控制指令块必须在轴对象组态完成后才能使用。

39工艺对象的组态步骤如下：工艺对象的参数组态主要定义：轴的工程单位（如脉冲数/秒，转/分钟），软硬件限位，启动/停止速度，参考点定义等。进行参数组态前，需要添加工艺对象，具体操作为：40选择项目树——>工艺对象——>插入新对象选项，如图所示，双击该选项弹出插入新对象对话框，单击T0_PositioningAxis选项，在名称文本框中输入对象名称，选择轴对象数据块编号，单击“确认”按钮确认。

单击完成后可以在项目树中看到添加好的工艺对象，双击Configuration（组态）选项进行参数组态，如图所示，进入工艺对象组态目录树，如下图所示：41在博途软件查看426、

PLC运动控制指令436、

PLC运动控制指令（1）使能输入

轴在运动之前必须先被使能。MC_Power块的Enable端变为高电平后，CPU按照轴中组态好的方式使能外部伺服驱动；当Enable端变为低电平后，轴将按照StopMode中定义的模式停车。当StopMode端值为0时，将按照组态好的方式急停。当Stop