作 者：上海汽车工业（集团）总公司培训中心 华闰祺



1  序言
工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足了用户和生产厂商的需求。工业以太网以其特有的低成本、高实效、高扩展性及高智能的魅力，吸引着越来越多的制造业厂商。

2  工业以太网的特点

工业以太网是专为工业应用专门设计的，它遵循国际标准ieee802.3（ethernet）的开。放形式，多供应商的高性能的区域和网络单元。工业以太网一般用于对时间要求不太严格、需要传送大量数据的通信场合。将以太网高速传送技术引入到工业控制领域，使得企业内部互联网、外部互联网和国际互联网提供的技术和广泛的应用已经进入生产和过程  自动化中。这种应用推动了自动化技术和互联网技术的结合。

以太网的市场占有率已经超过80%，在当今局域网中首屈一指。以太网有如下特点：
◆可以采用冗余的网络拓扑结构，可靠性高；

◆通过交换技术可以提供实际上没有限制的通信性能；

◆灵活性好，现有设备可以不收影响地扩张；

◆在不但发展过程中有良好的向下兼容性；

◆易于实现管理信息系统和工业控制网络的联网，即管理控制网络的一体化。

以太网支持的广域开放型网络模型，可以采用多种传输媒体。西门子公司在工业以太网领域有着非常丰富的经验和领先的解决方案。其中simatic net工业以太网基于经过现场验证的技术，符合ieee802.3标准并提供10mbit/s以及100mbit/s快速以太网技术。经过多年的实践，simatic net工业以太网的应用已多于400000个节点，偏布世界各地，用于严酷的工业环境，并包括有高强度电磁干扰的地区。

3  工业以太网的发展趋势

工业以太网技术的研究还只是近几年才引起国内外工控专家的关注。而现场总线经过十几年的发展，在技术上日渐成熟，在市场上也开始了全面推广，并且形成了一定的市场。就目前而言，全面代替现场总线还存在一些问题，需要进一步深入研究基于工业以太网的全新控制系统体系结构，开发出基于工业以太网的系列产品。因此，近一段时间内，工业以太网技术的发展将与现场总线相结合，具体表现在：

◆     物理介质采用标准以太网连线，如双绞线、光纤等；

◆使用标准以太网连接设备（如交换机等），在工业现场使用工业以太网交换机；

◆采用ieee 802.3物理层和数据链路层标准、tcp/ip协议组；

◆应用层（甚至是用户层）采用现场总线的应用层、用户层协议；

◆兼容现有成熟的传统控制系统，如dcs、plc等 。

随着以太网通信速率的提高、全双工通信、交换技术的发展，为以太网的通信确定性的解决提供了技术基础，从而消除了以太网直接应用于工业现场设备间通信的主要障碍，为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。将有越来越多的工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信。

4  网络仿真软件plcsim
s7-plcsim是自动嵌套在step7中的一个非常试用的仿真plc软件。无需连接任何s7硬件，就可以在pg/pc上仿真一个完整的s7-cpu，包括地址和i/o。s7-plcsim使用户能够在pg/pc上离线测试程序，可以使用所有的step7编程语言。
最新版本的s7-plcsim-v54 sp3支持网络仿真功能，但仅支持支持s7链接之间的通讯，不支持诸如sfc14，sfc15这种与第三方的通讯。s7-plcsim-v54 sp3支持的功能块有：sfb8“usend”、sfb9“urcv”、sfb12“bsend”、sfb13“brcv”、sfb15“put”和sfb14“get”。

5  工业以太网网络通讯仿真的实现在simatic manager中新建两个带pn口的cpu（cpu315 pn/dp和cpu317 pn/dp和），分别设置ip地址和子网掩码，对网络进行配置，使两个plc同时连接入同一个局域网。配置如图1和图2所示。

 

 图1 ip地址和子网掩码设置

 

图2 以太网网络配置

网络配置netpro界面中，右击任意一个cpu，点击“插入新连接”，选中对应的cpu，建立主动连接（见图3和图4）。

  

  图3 插入新连接



 图4 连接属性设置

本文主要利用sfb8和sfb9实现以太网数据通讯仿真。其中sfb8“usend”向类型为“urcv”的远程伙伴发送数据。执行发送过程而不需要和远程伙伴进行协调。也就是说，在进行数据传送时不需要伙伴进行确认。sfb9“urcv”从类型为“usend”的远程伙伴sfb/fb中异步接收数据，并把接收到的数据复制到组态的接收区域内。sfb8和sfb9的输入输出参数具体见附表所示。

 

 附表 sfb8/9主要参数信息

主程序中，通过调用sfb8和sfb9对远程cpu进行读写操作。两个cpu中通过调用sfb8和sfb9系统功能块将cpu315的db1.dbb0～dbb9发送至cpu317的db1.dbb0～dbb9。相应地将cpu317的db1.dbb10～dbb19发送到cpu315的db1.dbb10～dbb19。plc程序如图5所示。
 
如图6所示，打开plcsim仿真器，将两个cpu的程序和硬件配置分别下载至仿真器。打开用wincc flexbile制作的上位机图形仿真界面（见图7），点击“发送”按钮，可以发现cpu315和cpu317的数据互相传递。



图5 数据发送程序



 图6  plcsim软件仿真



  图7 wincc flexbile仿真界面
6  小结

利用plcsim v5.4 sp3仿真软件，可以模拟仿真西门子s7 300/400的plc以太网通讯，为今后程序调试带来诸多便利之处。
作者简介

华闰祺（1984-）硕士，培训师，现就职于上海汽车工业（集团）总公司培训中心，主要研究方向为电气自动化及过程控制、电气设计、数据采集与监测系统等。精通西门子s7-300/400，三菱fx，ab controllogix等多款plc，并熟悉多款上位机软件，主要开发的项目有：上海通用北厂fi020生产线硬件设计、上海通用南厂alarm数据采集与监控系统、无锡城区排水系统采集监控系统及上海理工大学rockwell实验室建设。

参考文献
[1]宋德玉.可编程控制器原理及应用系统设计 .北京:冶金工业出版社,1999.
[2]simatic step7 用户手册[z].北京：西门子(中国)有限公司，1999.
[3]simatic s7-300、s7-400语句表编程参考手册[z].北京：西门子(中国)有限公司，2004 .
[4]simatic s7-300、s7-400梯形图编程参考手册[z].北京：西门子(中国)有限公司，2004.
[5]廖常初.s7-30/400 plc应用技术[m].北京机械工业出版社，2005.
[6]陈忠华.编程控制器与工业自动化系统[m].北京：机械工业出版社，2006.
[7]许立梓，程良伦.工业控制机及其网络控制系统[m].北京：机械工业出版社，2005.
[8]冯太合，陈宇驹.西门子s7-300系列plc及应用软件step7[m].广州：华南理工大学出版社，2004