第五章 工业以太网及其应用.ppt

1、高 校 教 材 网,第5章 工业以太网及其应用,51 工业以太网概述,20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术使得工业企业的管理控制一体化成为可能。由于以太网的广泛应用，许多工业厂商开始将传统的现场总线架构在以太网上。基于IEEE802.3标准，工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输以太网标准。将以太网高速传输技术引入到工业控制领域，使企业内部互联网（Intranet）、外部互联网（Extranet）和国际互联网（Internet）提供的技术和广泛应用已经进入生产和过程自动化。这种应用推动了自动化技术与互联网技术的结合，是未来制造业电子商务的网络技术雏形，也是自动化技术的发展趋势。,

2、第5章 工业以太网及其应用,（1）自动化技术从单机控制发展到工厂自动化FA，发展 到系统自动化,（2）工厂底层设备状态及生产信息集成、车间底层数字 通信网络是信息集成系统的基础,（3）以太网在自动化领域应用现状,以太网+TCP/IP作为办公网、商务网在IT行业中独霸天下，其技术特点主要适合信息管理、信息处理系统。但为什么近年来会逐步向自动化行业发展，形成与现场总线技术竞争的局面。回顾近年来自动化技术的发展, 可以了解到其中的原委。,第5章 工业以太网及其应用,52 S7-300的以太网应用,在西门子的网络体系中，S7系列PLC可以通过CP343-1/CP343-1IT（用于S7-300）、CP

3、443-1/CP443-1IT（用于S7-400）来实现工业以太网的连接；工业计算机可以通过专用通信卡CP1613实现工业以太网的连接，在本节当中，我们以S7-300之间的工业以太网连接实例来进行说明。,我们首先搭建一套测试设备，设备的结构如图7-1所示：2套S7-300系统由PS307电源、CPU314C-2DP、CPU314C-2PTP、CP343-1、CP343-1 IT、PC、CP5611、STEP7组成，PLC系统概貌如下图：,第5章 工业以太网及其应用,图5-1 网络组成,第5章 工业以太网及其应用,第一步：打开SIMATIC Manager，根据我们系统的硬件组成，进行系统的硬件

4、组态，如图5-2： 插入2个S7-300的站，进行硬件组态：,图5-2 插入PLC站,第5章 工业以太网及其应用,图5-3 1号站的硬件组态,第5章 工业以太网及其应用,图5-4 2号站的硬件组态,第5章 工业以太网及其应用,图5-5 建立新的以太网,第5章 工业以太网及其应用,图5-6 设置 1号站的IP地址,第5章 工业以太网及其应用,图5-7 为2号站选择刚才建立的以太网,第5章 工业以太网及其应用,图5-8 设置 2号站的IP地址,第5章 工业以太网及其应用,图5-9 在NetPro中选中 1号站,第5章 工业以太网及其应用,图5-10 建立适当的以太网连接,第5章 工业以太网及其应用

5、,图5-11 编程时会用到的相关参数,第5章 工业以太网及其应用,图5-12 设置TSAP参数,第5章 工业以太网及其应用,图5-13 下载硬件组态,第5章 工业以太网及其应用,图5-14 通信程序,第5章 工业以太网及其应用,图5-15 数据缓冲区,第5章 工业以太网及其应用,图5-16 切换到数据监视状态,第5章 工业以太网及其应用,图5-17 发送的数据,第5章 工业以太网及其应用,图5-18 接收到的数据,第5章 工业以太网及其应用,53 PROFINET IO与CBA,1、新一代的自动化总线标准PROFINET,1）目前现场总线存在的问题,实时性的问题,PROFINET是由PROFI

6、BUS国际组织推出的新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一套完整的网络解决方案，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。同时，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线技术，保护现有投资。,第5章 工业以太网及其应用,3）PROFINET的实时性,为了保证通信的实时性，根据响应时间不同， PROFINET支持以下的通信方式：,（1）TCP/IP标准通信,（2）实时（RT）通信,（3）等时同步实时（IRT）通信,第5章 工业以太网及其应用,图5-19 PRO

7、FINET数据访问OSI/ISO模型,第5章 工业以太网及其应用,4）PROFINET的主要应用,PROFINET主要有两种应用方式： （1）PROFINET IO 适合模块化分布式的应用，与PROFIBUS-DP方式相似，在PROFIBUS-DP应用中分为主站和从站，在PROFINET IO应用中有IO控制器和IO设备。 （2）PROFINET CBA 适合分布式智能站点之间通信的应用CBA（Component based Automation，基于组件的自动化）。把大的控制系统分成不同功能、分布式、智能的小控制系统，使用组件自动化（COM/COM+）技术生成功能组件，利用IMAP工具软件，

8、连接各个组件之间组成通信。,第5章 工业以太网及其应用,2、基于PROFINET IO的自动化解决方案,表5-1 PROFINET与PROFIBUS-DP的比较,第5章 工业以太网及其应用,图5-20 基于CPU315-2DP/PN的PROFINET IO系统组态,第5章 工业以太网及其应用,图5-21 基于CPU317-2DP/PN的PROFINET IO系统组态,第5章 工业以太网及其应用,3、基于PROFINET CBA的自动化解决方案,1）PROFINET组件的设备类型 基于PROFINET组件的设备可以分为两种： （1）PROFINET设备，具有PN网络接口直接连接到PROFINET

9、上的组件。 （2）PROFIBUS设备，有POFIBUS-DP从站生成的组件，该组件利用PROFINET网关连接到PROFINET上。PROFINET设备和PROFIBUS设备可参见图5-22。,第5章 工业以太网及其应用,图5-22 PROFINET设备与PROFIBUS设备,第5章 工业以太网及其应用,2）PROFINET设备,所有的PROFINET设备都有一个共同之处：都具有PROFINET以太网接口，有的PROFINET设备还可以通过代理服务器作为PROFIBUS-DP主站，将PROFIBUS和PROFINET互联。,目前可以作为PROFINET设备的SIMATIC设备有：,（1）Wi

10、nAC PN,（2）CPU31x-2PN/DP，,（3）S7-300CPU+CP343-1PN,（4）IE/PB Link CBA，PROFIBUS和PROFINET的网关,第5章 工业以太网及其应用,3）PROFIBUS设备 PROFIBUS设备可以有两种： （1）具有编程功能的智能PROFIBUS-DP从站如ET 200S CPU、ET200X CPU、S7-300 CPU等带有集成DP接口生成的PROFIBUS设备组件。 （2）具有固定功能的从站如ET200M、ET200S、MM440变频器等不带有编程功能的从站,第5章 工业以太网及其应用,54 PROFINET IO 的应用实例,1、

11、PROFINET IO 概述 PROFINET 是一种用于工业自动化领域的创新、开放式以太网标准（IEC61158）。使用PROFINET，设备可以从现场级连接到管理级。 通过PROFINET，分布式现场设备（如现场IO 设备，例如信号模板）可直接连接到工业以太网，与PLC 等设备通讯。并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间，其典型的响应时间在10ms 的数量级，完全满足现场级的使用。,第5章 工业以太网及其应用,图5-23 PROFINET IO结构,第5章 工业以太网及其应用,2、PROFINET IO 现场设备简介, IM151-3 PN 作为IO设备直接连接ET200S的接口模块

12、。 CPU317-2DP/PN或CPU315-2DP/PN 作为IO控制器的CPU模块，用于处理过程信号和直接将现场设备连接到工业以太网。 IE/PB LINK PN IO 将现有的PROFIBUS 设备透明的连接到PROFINET 的代理设备。 IWLAN/PB LINK PN IO 将PROFIBUS 设备通过无线的方式透明的连接到PROFINET 的代理设备。,第5章 工业以太网及其应用, CP343-1 用于连接S7-300 到PROFINET，连接现场设备的通讯处理器。 CP443-1 Advanced 用于连接S7-400 到PROFINET，连接现场设备并带有集成的WEB 服务器

13、和集成的交换机的通讯处理器。 CP1616 可作为IO 设备。用于连接PC 到PROFINET，连接现场设备并带有集成交换机的通讯处理器。 SOFT PN IO 作为IO 控制器，用于运行编程器或PC 的通讯软件。 STEP7 用于已有的PROFIBUS 进行传统方式组态PROFINET。,第5章 工业以太网及其应用,图5-24 PN IO的组态过程,第5章 工业以太网及其应用,图5-25 PN IO系统构成图,第5章 工业以太网及其应用,4、PN IO 的组态步骤,图5-26 创建新项目,第5章 工业以太网及其应用,图5-27 新建立的项目,第5章 工业以太网及其应用,图5-28 插入SIM

14、ATIC 300 Station,第5章 工业以太网及其应用,图5-29 进行硬件组态,第5章 工业以太网及其应用,图5-30 硬件组态界面,第5章 工业以太网及其应用,图5-31 添加机架,第5章 工业以太网及其应用,图5-32 添加CPU,第5章 工业以太网及其应用,图5-33 新建子网,第5章 工业以太网及其应用,图5-33 新建子网,第5章 工业以太网及其应用,图5-34 建立好的子网,第5章 工业以太网及其应用,图5-35 PN IO设备,第5章 工业以太网及其应用,图5-36 在子网中添加PN IO设备,第5章 工业以太网及其应用,图5-37 设置设备名称,第5章 工业以太网及其应

15、用,图5-38 IO设备列表,第5章 工业以太网及其应用,图5-39 添加其他的IO设备,第5章 工业以太网及其应用,图5-40 添加其他的IO设备,第5章 工业以太网及其应用,图5-41 添加其他的IO设备,第5章 工业以太网及其应用,图5-42 最终的硬件组态,第5章 工业以太网及其应用,图5-43 在OB1中编程,第5章 工业以太网及其应用,图5-44 编写好的数据交换程序,第5章 工业以太网及其应用,图5-45 为设备命名,第5章 工业以太网及其应用,图5-45 为设备命名,第5章 工业以太网及其应用,图5-46 为ET200S1命名,第5章 工业以太网及其应用,图5-48 为ET20

16、0S2命名,第5章 工业以太网及其应用,图5-50 检查设备名是否正确,第5章 工业以太网及其应用,图5-50 检查设备名是否正确,第5章 工业以太网及其应用,图5-51 选择设置接口,第5章 工业以太网及其应用,图5-52 选择以太网卡,第5章 工业以太网及其应用,图5-53 SIMATIC Manager界面,第5章 工业以太网及其应用,图5-54 网段的设置,第5章 工业以太网及其应用,图5-55 选择下载目标,第5章 工业以太网及其应用,图5-56 目标IP地址,第5章 工业以太网及其应用,图5-57 目标MAC地址,第5章 工业以太网及其应用,图5-58 选择S7-300PLC,第5

17、章 工业以太网及其应用,本 章 小 节 20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术使得工业企业的管理控制一体化成为可能。由于以太网的广泛应用，许多工业厂商开始将传统的现场总线架构在以太网上。基于IEEE802.3标准，工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输以太网标准。将以太网高速传输技术引入到工业控制领域，使企业内部互联网（Intranet）、外部互联网（Extranet）和国际互联网（Internet）提供的技术和广泛应用已经进入生产和过程自动化。这种应用推动了自动化技术与互联网技术的结合，是未来制造业电子商务的网络技术雏形，也是自动化技术的发展趋势。,第5章 工业以太网及其应用,目

18、前，以太网工业在自动化领域已有不少成功应用实例，主要集中在以下几个方面： 车间级生产信息集成：主要由专用生产设备、专用测试设备、条码器、PC机及以太网络设备组成；主要功能是完成车间级生产信息及产品质量信息的管理。管理层信息网络：即支撑工厂管理层MIS系统的计算机网络。主要完成如ERP的信息系统。SCADA系统：特别是一些区域广泛、含有计算机广域网技术、无线通信技术的SCADA系统，如城市供水或污水管网的SCADA系统、水利水文信息监测SCADA系统等。个别的控制系统网络：个别要求高可靠性和一定实时性的分布式控制系统也有采用以太网+TCP/IP技术，并获得很好的效果；如水电厂的计算机监控系统。,第5章 工业以太网及其应用,工业以太网可用的传输介质有TP（Twisted Pair，屏蔽双绞线）、ITP（Industrial Twisted Pair，工业屏蔽双绞线）、同轴电缆和光纤等。标准RJ-45和Sub-