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   ：邵澤春
 

1.3光纖

按光在光纖中的傳輸模式不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。
多模光纖：中心玻璃芯較粗(50或62.5μm)，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。
單模光纖：中心玻璃芯較細(xì)(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對(duì)光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求， 即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。
光纖技術(shù)只允許點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，即一個(gè)發(fā)送裝置只對(duì)應(yīng)一個(gè)接收裝置。因而兩個(gè)站點(diǎn)之間需要有發(fā)送和接收兩根光纖進(jìn)行連接。所有SIMATIC NET 標(biāo)準(zhǔn)的光纜都是兩根光纖。光纖的連接頭有很多種如圖7所示：

圖7 光纖的連接頭

其中各種連接頭都有各自的優(yōu)點(diǎn)，例如：ST 連接頭安裝簡(jiǎn)易，比較適合于現(xiàn)場(chǎng)連接，（西門(mén)子BFOC接頭就是ST 接頭）；FC 接頭有一個(gè)不固定的套環(huán)，可以提供較好的機(jī)械的隔離；SC 連接頭適合緊密連接，其推拉設(shè)計(jì)可以避免在安裝過(guò)程中的光纖平面受損，應(yīng)用比較普遍。在西門(mén)子的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，大多光纖鏈路設(shè)備使用BFOC接頭。
光纖通訊應(yīng)用于工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：
隔離電氣的站點(diǎn)或網(wǎng)段
沒(méi)有電氣的接地問(wèn)題
沒(méi)有屏蔽電流
數(shù)據(jù)傳輸不受外界電磁干擾
不受雷電的影響
不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾
重量輕
根據(jù)光纖的類(lèi)型不同，長(zhǎng)距離的通訊依然可以保持高的通訊波特率
帶有RJ45接頭的SIMOTION 可以直接連接到交換機(jī)的電氣接口上，交換機(jī)之間可以通過(guò)光纖連接，增加通信距離和抗干擾性。

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2．SIMOTION工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
通過(guò)西門(mén)子交換機(jī)組成的以太網(wǎng)有三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：1）總線(xiàn)型；2）星型；3）冗余環(huán)網(wǎng)。圖8所示為SCALANCE 200組成的冗余環(huán)網(wǎng)。 

圖8 冗余環(huán)網(wǎng)示例

4．編寫(xiě)通信程序
通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行站點(diǎn)間的通信有兩種方式：1）UDP；2)TCP。

4.1 UDP通信方式

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UDP通信協(xié)議不需要在通信前建立連接，在發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)報(bào)文中帶有通信方的IP地址和端口號(hào)。通信函數(shù)存儲(chǔ)于在“Communication”->“Data transfer”目錄下，在發(fā)送方調(diào)用發(fā)送函數(shù)的示例程序如圖12所示（使用LAD編寫(xiě)）：

圖12 UDP發(fā)送程序

發(fā)送函數(shù)參數(shù)解釋如下：
SourcePort
發(fā)送方的端口號(hào)，數(shù)據(jù)類(lèi)型UINT，例如2001。

DestinationAddress
接收方的IP地址，數(shù)據(jù)類(lèi)型為數(shù)組，ARRAY [0..3] OF USINT，在4個(gè)字節(jié)中輸入接收方的IP地址，例如192、168、0、122，表示IP地址為192.168.0.122。

DestinationPort
接收方的端口號(hào)，數(shù)據(jù)類(lèi)型UINT，例如2000。

CommunicationMode
通信模式，“EnumUdpCommunicationMode”枚舉數(shù)據(jù)類(lèi)型，有兩種選擇:
(1)“CLOSE_ON_EXIT”，通信完成后釋放通信資源；
(2) “DO_NOT_CLOSE_ON_EXIT”， 通信完成后仍占用通信資源。

DataLength
發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)類(lèi)型UDINT，大長(zhǎng)度1400字節(jié)。

Data
發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)類(lèi)型為數(shù)組，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

OUT

發(fā)送函數(shù)狀態(tài)信息，數(shù)據(jù)類(lèi)型DINT。
在數(shù)據(jù)接收方調(diào)用接收函數(shù)的示例程序如圖13所示：

圖13 UDP接收程序

接收函數(shù)參數(shù)解釋如下：
Port
定義本方的端口號(hào)，數(shù)據(jù)類(lèi)型為UINT。定義的端口號(hào)必須與發(fā)送方參數(shù)“DestinationPort”的端口號(hào)相同。

CommunicationMode
通信模式，與發(fā)送函數(shù)通信模式相同。

NextCommand
枚舉數(shù)據(jù)類(lèi)型，元素中包括“IMMEDIATELY ”、“WHEN_COMMAND_DONE”和“ABORT_CURRENT_COMMAND”。
“IMMEDIATELY”：接收命令與后續(xù)所要執(zhí)行的命令同步執(zhí)行。
“WHEN_COMMAND_DONE”：接收命令執(zhí)行或失敗后執(zhí)行后續(xù)的命令，異步執(zhí)行。
“ABORT_CURRENT_COMMAND”：終止當(dāng)前的任務(wù)后執(zhí)行執(zhí)行后續(xù)的命令。

ReceiveVariable  數(shù)據(jù)接收區(qū)，數(shù)據(jù)類(lèi)型為數(shù)組，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

接收函數(shù)信息，包括接收數(shù)據(jù)的源地址和端口、狀態(tài)信息等，數(shù)據(jù)類(lèi)型為結(jié)構(gòu)體，接收函數(shù)信息參考表1：

表1：接收函數(shù)信息

用于編程器/PC 的系統(tǒng)連接

帶內(nèi)置微處理器的 PC

建議設(shè)置：

• 基于 PC 的控制系統(tǒng)
  軟件控制，PLC，數(shù)控，機(jī)械手控制

• 過(guò)程控制系統(tǒng)

• 操作員控制和監(jiān)視系統(tǒng) (HMI)

• PROFIBUS DP 從站連接 (CP 5614 A3, CP 5624)

• PROFIBUS 設(shè)備，具有大量框架（8 個(gè)以上的站）

• 多協(xié)議運(yùn)行

• 在一個(gè)系統(tǒng)中使用幾個(gè)通訊處理器

不帶內(nèi)置微處理器的 PC

建議設(shè)置：

網(wǎng)卡的用處：

• 組態(tài)工具（例如 STEP 7）

• PROFIBUS DP 診斷站 (例如，作為 DP 主站，Class 2)

• PROFIBUS-DP 從站連接

• PROFIBUS 系統(tǒng)，帶有 8 個(gè)站

• 單協(xié)議模式

以下通訊處理器可用于將編程器或 PC 連接。

• 帶內(nèi)置微處理器的 CP： 
  CP 5613 A3 (PCI), CP 5614 A3 (PCI), CP 5623 (PCIe), CP 5624 (PCIe), CP 5603 (PCI-104)

• 不帶內(nèi)置微處理器的 CP： 
  CP 5612 (PCI), CP 5622 (PCIe), CP 5711 (USB)

PROFIBUS CP 性能

		6ES7326-1BK02-0AB0 SIMATIC S7，數(shù)字輸入 SM 326，F(xiàn)-DI 24xDC 24V， 故障安全型數(shù)字輸入 針對(duì) SIMATIC S7 F 系統(tǒng) 帶診斷報(bào)警， 至 4 類(lèi)線(xiàn)(EN 954-1)/ SIL3(IEC61508)/PLE（ISO13849）， 1個(gè) 40針	顯示價(jià)格
		6ES7326-1RF01-0AB0 SIMATIC S7，數(shù)字輸入 SM 326，8 數(shù)字輸入；24V DC，NAMUR， 故障安全型 NAMUR 輸入 針對(duì) SIMATIC S7 F 系統(tǒng)， 至 4 類(lèi)線(xiàn)(EN 954-1)/ SIL3(IEC61508)/PLE（ISO13849）， 1個(gè) 40針	顯示價(jià)格

性能表示 1ms 內(nèi) PROFIBUS-CP 應(yīng)用程序（不考慮總線(xiàn)物理特性）能讀出或?qū)懭攵嗌佥斎?輸出的數(shù)據(jù)。

• • • •  

        • 
          雖然帶有 STEP 7 的編程器/PC 或 OP 是總線(xiàn)上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通過(guò) PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。

          通過(guò) PROFINET IO 進(jìn)行過(guò)程通信

          SIMATIC S7-300 通過(guò)通信處理器或通過(guò)配備集成 PROFINET 接口的 CPU 連接到 PROFINET IO 總線(xiàn)系統(tǒng)。通過(guò)帶有 PROFIBUS 接口的 CPU,可構(gòu)建一個(gè)高速的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)，并且使得操作大大簡(jiǎn)化。

          從用戶(hù)的角度來(lái)看，PROFINET IO 上的分布式I/O處理與集中式I/O處理沒(méi)有區(qū)別（相同的組態(tài)，編址及編程）。

          可將下列設(shè)備作為 IO 控制器進(jìn)行連接：

        • • 故障安全的自動(dòng)化系統(tǒng)，可滿(mǎn)足高度安全要求
          • 符合安全要求，可達(dá) SIL 3（IEC 61508 標(biāo)準(zhǔn)）、AK6（DIN V 19250 標(biāo)準(zhǔn)） 以及4 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（EN 954-1 標(biāo)準(zhǔn)）
          • 如果需要，也可通過(guò)冗余設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)
          • 故障安全 I/O 不增加接線(xiàn)：
            通過(guò)采用 PROFIsafe 行規(guī)的 PROFIBUS DP 進(jìn)行安全通訊
          • 基于帶有故障安全模塊的 S7-400H 和 ET 200M
          • 標(biāo)準(zhǔn)模塊可應(yīng)用在自動(dòng)化系統(tǒng)的非故障安全型應(yīng)用場(chǎng)合
          • 隔離模板，用于在一個(gè) ET 200M 的安全模式中故障安全和標(biāo)準(zhǔn)模塊的組合使用。

          

          

          應(yīng)用

          SIMATIC S7-400F/FH 故障安全型自動(dòng)化系統(tǒng)可使用在對(duì)安全要求很高設(shè)備中。 它控制著各種過(guò)程，如果直接停機(jī)，這些過(guò)程也不會(huì)對(duì)人員或環(huán)境構(gòu)成威脅。 S7–400 F/FH 有兩種基本型號(hào)：

          • S7-400F: 
            故障安全型自動(dòng)化系統(tǒng)。 如果在控制系統(tǒng)中發(fā)生出錯(cuò)，生產(chǎn)過(guò)程就轉(zhuǎn)移到安全狀態(tài)，并中斷。
          • S7-400FH: 
            故障安全型和故障容錯(cuò)型自動(dòng)化系統(tǒng)。 如果在某個(gè)控制系統(tǒng)中發(fā)生出錯(cuò)，則冗余控制機(jī)構(gòu)被激活，使得生產(chǎn)過(guò)程繼續(xù)下去。

          使用其它的標(biāo)準(zhǔn)模塊，可是使其建立一個(gè)對(duì)故障安全和非故障安全都能進(jìn)行控制的全集成控制系統(tǒng)。 使用相同的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)和編程。

          

          

          設(shè)計(jì)

          S7-400F/FH 故障安全自動(dòng)化系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行不同的組態(tài)：

          S7-400F的單通道單側(cè)I/O

          此系統(tǒng)需要一個(gè)故障安全的 PLC。 但是不一定是容錯(cuò)的。 需要下列部件：

          • 1 個(gè) CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運(yùn)行*
          • 1 條 PROFIBUS-DP 線(xiàn)路
          • ET 200M ，帶 IM 153-2
          • 無(wú)冗余設(shè)計(jì)的故障安全信號(hào)模塊

          當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以訪(fǎng)問(wèn) I/O。 故障安全信號(hào)模塊鈍化。

          單通道，S7-400FH 有可切換的 I/O

          此系統(tǒng)需要一個(gè)故障安全的 PLC。 對(duì)于 CPU 需要容錯(cuò)。 需要下列部件：

          • 2 個(gè) CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運(yùn)行*
          • 2 條 PROFIBUS-DP 線(xiàn)路
          • 1 個(gè) ET 200M ，帶 2 個(gè) IM 153-2 (冗余)。
          • 無(wú)冗余設(shè)計(jì)的故障安全信號(hào)模塊

          當(dāng)一個(gè) CPU、IM 153-2 或 PROFIBUS-DP 發(fā)生故障時(shí)，PLC 可繼續(xù)工作。 當(dāng)故障安全信號(hào)模塊或者 ET 200M 發(fā)生故障時(shí)，I/O 不再使用。 故障安全信號(hào)模塊鈍化。

          S7-400FH 有冗余切換的 I/O

          此系統(tǒng)需要一個(gè)故障安全的 PLC。 CPU 和 I/O 需要是容錯(cuò)的。需要下列部件：

          • 2 個(gè) CPU 414-4H/417-4H，帶 F 運(yùn)行*
          • 2 條 PROFIBUS-DP 線(xiàn)路
          • 2 個(gè) ET 200M ，帶 2 個(gè) IM 153-2 (冗余)。
          • 冗余設(shè)計(jì)的故障安全信號(hào)模塊

          如果CPU、IM 153-2、PROFIBUS-DP、故障安全信號(hào)模塊或 ET 200M 發(fā)生故障，此 PLC 繼續(xù)可用。

          在S7-400F/FH自動(dòng)化系統(tǒng)中也可以使用標(biāo)準(zhǔn)模板。 但是不能與ET 200M一起使用。

          通訊

          *控制器和ET200M之間通過(guò)PROFIBUS DP進(jìn)行故障安全通訊和標(biāo)準(zhǔn)通訊。 經(jīng)過(guò)特殊開(kāi)發(fā)，PROFISafe PROFIBUS 可以在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)報(bào)文楨中進(jìn)行安全功能的數(shù)據(jù)通訊。 需要諸如特殊安全總線(xiàn)的其它硬件組件。 所需的軟件既可以作為操作系統(tǒng)的一個(gè)擴(kuò)展軟件集成在硬件組件中，也可以作為一個(gè)認(rèn)證的軟件塊裝載到CPU中。

          帶隔離模板的安全等級(jí)

          在ET200M中使用隔離模板具有以下優(yōu)勢(shì)：

          • PROFIBUS DP組態(tài)使用銅總線(xiàn)電纜。 不需要光纖電纜。
          • 可使用任何 IM 153-X
          • 在安全模式中故障安全信號(hào)模塊的混合運(yùn)行，以及在一個(gè)ET 200M中S7-300標(biāo)準(zhǔn)模塊的混合運(yùn)行

          如果達(dá)到SIL2安全等級(jí)，則不需要隔離模塊。

          

          

          功能

          S7-400F/FH 滿(mǎn)足下列安全要求：

          • 等級(jí)需求：AK 1 to AK 6 to DIN V 19250/DIN V VDE 0801
          • 安全要求等級(jí)：SIL 1 to SIL 3 to IEC 61508
          • 等級(jí) 1 to 4 to EN 954-1

          運(yùn)行模式

          CPU的F程序和故障安全信號(hào)模板中包含有S7-400F/FH的安全功能。

          使用差異分析和測(cè)試信號(hào)，信號(hào)模板可以監(jiān)視輸出和輸入信號(hào)。

          CPU通過(guò)常規(guī)的自檢、監(jiān)測(cè)和邏輯命令以及程序定時(shí)檢測(cè)，檢查運(yùn)行的正確性。 此外，通過(guò)申請(qǐng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

          當(dāng)系統(tǒng)診斷出一個(gè)故障時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)入安全狀態(tài)。

          F 運(yùn)行版*

          CPU 417-4H必須裝在F運(yùn)行*才能運(yùn)行S7-400F/FH。每個(gè) S7-400F/FH 系統(tǒng)需要 1 個(gè)*。

          編程

          S7-400F/FH 的編程方法同其他 SIMATIC S7 編程方法相同。 通過(guò)諸如STEP 7編程工具編寫(xiě)非故障安全用戶(hù)程序。

          S7 F 系統(tǒng)選件包

          "S7 F Systems" 軟件包用來(lái)編寫(xiě)故障安全程序。 軟件包包含生成F程序所需的所有功能和部件。 S7 F系統(tǒng)運(yùn)行必須將下列軟件包裝載到PG或PC：

          • STEP 7 V5.1 以上
          • CFC V5.23 或新版本
          • S7-SCL V5.1 SP 1 或新版本
          • S7 H Systems Version 5.1 (S7-400FH的選件)

          特殊功能塊通過(guò)CFC從F庫(kù)中進(jìn)行調(diào)用，并為包含安全功能的F程序互連。