联系人 郑鑫 135八五七五四八零三

　　上海西邑电气技术有限公司

　　PROFINET循环的实时通信报文基于IEEE802.3，具有4个字节的VLAN标签（IEEE802.1p），该标签其中的3个位可以表示PROFINET实时数据的优先级，参考图1 PROFINET实时报文。

　　图1 PROFINET实时报文

　　PROFINET循环的实时数据报文具有优先级，且用户优先级为6。VLAN标示符VID=0表示报文仅包含优先级信息，而不是一个有效地VLAN标识。

　　报文具有“用户优先级”符合IEEE802.1p标准，IEEE802.1p具有如下特点:

　　支持IEEE802.1p的交换机会优先转发高优先级的数据，IEEE802.1p标准

　　通过在OSI 2层给数据加入优先级以及交换机中的不同队列分配，实现加速报文转发。

　　TCI中包含表示服务种类(Class of Service)的3个位，这样CoS服务就有8个优先级，其中0为最低优先级，而7为最高优先级。

　　不同的应用按照不同的方式进行处理

　　赋予实时应用更高的优先级

　　赋予普通的应用较低的优先级

　　这样在IEEE802.1p的支持下，用户终端主机能请求所提交流量的优先等级，网络设备则在帧头上设置相应的标记予以实施。802.1p可以将以太网中的流量分为8个优先等级，将时间敏感的视频/音频以较高的优先级在交换式以太网中传送，以支持以太网上各类业务的QoS。参考表1 。

　　表1

　　目前，许多以太网交换机都能够支持多优先级业务的分类处理，即支持IEEE802.1p，根据数据帧中的“用户优先级”字段内容的不同进行缓存、数据转发等操作。理想情况下，以太网交换机能支持的优先级与802.1p规定的优先级相同，但实际情况有时并非如此。

　　西门子的SCALANCE X以太网交换机产品中，X-00系列具有两个优先级堆栈，高的优先级堆栈处理具有用户优先级4，5，6，7的数据，低的优先级堆栈处理具有用户优先级3，0，1的数据。对于SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列所支持的优先级与IEEE802.1p所规定的优先级相同。具有4个优先级堆栈，每个堆栈处理不同用户优先等级的数据，参考图2 SCALANCE X交换机优先级堆栈。SCALANCE X以太网交换机会根据数据的用户优先级的不同由内部不同的优先级堆栈来处理。这也表明SCALANCE X100系列到SCALANCE X400系列的产品可以细分用户优先级的数据，对于用户优先级6，7由最高优先级堆栈处理优先转发。

　　图2 SCALANCE X交换机优先级堆栈

　　SCALANCE X以太网交换机会优先对高优先级的堆栈中的高优先级数据进行转发。参考图3 IEEE802.1p报文优先转发原则。帧1正在被发送，表明不会中断正在发起的数据传输。帧2的优先级低于帧3，所以优先转发帧3。最终端口1的数据帧发送顺序为帧1，帧3，帧2。

　　图3 IEEE802.1p报文优先转发原则

　　除此以外，X200系列以上的SCALANCE X交换机不但可以在Step7中作为IO设备进行组态，也可以在Step7中实现集成诊断。参考图4 交换机组态。

　　图4 交换机组态

　　在使用SCALANCE X300和SCALANCE X400系列的交换机应用在PROFINET实时应用中，由于这两种系列的交换机不但支持IEEE802.1p还支持IEEE802.1Q，即VLAN。那么这两类以太网交换机则认为VLAN ID=0的帧不带有VLAN标签。这意味着PROFINET实时报文（VID=0）在这两类交换机之中转发不具有优先级，与普通的数据一样，不会被交换机优先转发。所以在使用这两类交换机时，需要特别注意，这种情况下，可以使用2种方式来改善:

　　第一种情况，就是使用SCALANCE X200系列以下的交换机，这样由于这些系列的交换机不支持IEEE802.1Q，仅支持IEEE802.1p，所以会优先转发PROFINET实时数据。

　　第二种情况，如果使用SCALANCE X300/400时，且PROFINET实时数据与普通数据在一个通道上进行传输，需要给PROFINET的数据传输通道设置VLAN。例如图5 组态举例。PROFINET IO控制器和IO设备的PROFINET实时通信与PC1和PC2的普通通讯，例如TCP/IP，共同占用2台SCALANCE X400之间的通道。由于SCALANCE X400支持IEEE802.1Q，交换机会认为PROFINET 实时数据与普通的TCP/IP数据的优先级一样，这样不会优先转发PROFINET实时数据。

　　图5 组态举例

　　其中，PC1和PC2分别连接在各自SCALANCE X400交换机端口P10.1，PROFINET设备则分别连接在各自SCALANCE X400交换机端口P9.1，交换机之间的连接通过各自的P11.1进行连接。那么设置PROFINET设备和PC设备都属于VLAN2，两台交换机的设置如下图6 交换机Web组态。关于VLAN的详细设置，请参考西门子网站网上课堂《西门子交换机SCALANCE X VLAN组态》，链接如下:82454083

　　图6 交换机Web组态

　　通过设置VLAN后，PROFINET的实时数据的优先级会被SCALANCX300/400交换机所识别，这样PROFINET的实时数据被优先转发，达到实时的目的。

　　．SIMOTION工业以太网网络介质

　　西门子工业以太网网络通常使用的物理传输介质为屏蔽双绞线（FC TP）、工业屏蔽双绞线（ITP）和光纤。

　　1.1 屏蔽双绞线（Fast Connection Twist Pair）

　　FC TP快速连接双绞线用于将DTE快速连接到工业以太网上，配合西门子FC TP RJ45接头使用，连接方式如图1所示:

　　图1: FC TP电缆与TP RJ45接头

　　将双绞线按照TP RJ45接头标示的颜色插入连接孔中，快捷、方便地将DTE设备连接到工业以太网上。使用FC双绞线从DTE到交换机最长通信距离为100米（DTE到DTE）。也可以使用普通RJ45接头，为了保证数据传输的可靠性，在无干扰情况下最长通信距离为5米。

　　RJ－45连接有两种连接方式，交叉连接（如图2所示）和直通连接（如图3所示）。交叉连接用于网卡之间的连接或集线器之间的连接；直通线用于网卡与集线器之间或网卡与交换机之间的连接。Siemens交换机由于采用了自适应技术，可以自动检测线序，故通过交换机可以选择任意一种电缆进行连接。

　　图2 交叉线连接

　　图3 直通线连接

　　SIMOTION 带有RJ45接头，建议使用西门子FC TP和FC TP RJ45接头。

　　1.2 工业屏蔽双绞线 （Industrial Twisted Pair）

　　屏蔽双绞线如图4所示，它有白/蓝和白/橙两对双绞屏蔽线。外部包有屏蔽层和绝缘层，用于连接有ITP端口的以太网设备。通过ITP电缆连接的两个设备的最远距离为100米。

　　图4 ITP电缆结构图

　　连接ITP电缆的连接头有两种，即 9 针或 15 针的Sub－D 接头，如图所示5、6:

　　图5 Sub－D 9针接头 图6 Sub－D 15针接头

　　使用Sub－D 接头进行连接的网络连接牢固，不易松动。其连线方法及9/15 接头的转换可以查阅西门子手册 。同样ITP 电缆也会有交叉连接的情况，可以直接定购 ITP XP 标准电缆 。

　　SIMOTION只有RJ45以太网接口，通常不使用工业双绞线ITP。

　　1.3光纤

　　按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。

　　多模光纤:中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如:600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。

　　单模光纤:中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。

　　光纤技术只允许点对点的连接，即一个发送装置只对应一个接收装置。因而两个站点之间需要有发送和接收两根光纤进行连接。所有SIMATIC NET 标准的光缆都是两根光纤。光纤的连接头有很多种如图7所示:

　　图7 光纤的连接头

　　其中各种连接头都有各自的优点，例如:ST 连接头安装简易，比较适合于现场连接，（西门子BFOC接头就是ST 接头）；FC 接头有一个不固定的套环，可以提供较好的机械的隔离；SC 连接头适合紧密连接，其推拉设计可以避免在安装过程中的光纤平面受损，应用比较普遍。在西门子的网络设备中，大多光纤链路设备使用BFOC接头。

　　光纤通讯应用于工业以太网的优点:

　　隔离电气的站点或网段

　　没有电气的接地问题

　　没有屏蔽电流

　　数据传输不受外界电磁干扰

　　不受雷电的影响

　　不会产生电磁干扰

　　重量轻

　　根据光纤的类型不同，长距离的通讯依然可以保持高的通讯波特率

　　带有RJ45接头的SIMOTION 可以直接连接到交换机的电气接口上，交换机之间可以通过光纤连接，增加通信距离和抗干扰性。

　　2．SIMOTION工业以太网网络拓扑结构

　　通过西门子交换机组成的以太网有三种网络拓扑结构:1）总线型；2）星型；3）冗余环网。图8所示为SCALANCE 200组成的冗余环网。

　　图8 冗余环网示例

　　3．配置SIMOTION以太网接口

　　3.1在硬件配置中设定以太网接口

　　在SCOUT界面中点击SIMOTION CPU，右键点击“Open HW configuration”进入硬件配置界面，例如D435，X120和X130为以太网接口，双击选择的通信接口，在弹出的界面中定义IP地址和子网掩码，如图9所示:

　　图9 设定通信接口

　　注意:

　　即使建立两条以太网，两个以太网通信接口不能设置在相同的网段中或相同的IP地址。

　　3.2 在线联机设定以太网接口

　　将编程器连接到SIMOTION 以太网接口上，在控制面板“Setting the PG/PC Interface”接口中将访问点指向使用的编程网卡例如“S7ONLINE（STEP7）->TCP/IP -> Intel(R) PRO/1000 MT ”。打开SIMATIC Manager，使用菜单命令“PLC”->“Edit Ethernet Nodes”在界面中选择“Browse”键浏览网络上所有的站点，如图10所示:

　　图10 浏览网络上的站点

　　每一个接口在硬件的前面板标有网卡的MAC地址，选择站点，在“Edit Ethernet Nodes”界面中设置IP地址和子网掩码，点击“Assign IP Configuration”键传送设定的命令。如图11所示:

　　图11设置站点地址

　　IP地址设置完成后，可以使用以太网接口编程。

　　4．编写通信程序

　　通过以太网进行站点间的通信有两种方式:1）UDP；2)TCP。

　　4.1 UDP通信方式

　　UDP通信协议不需要在通信前建立连接，在发送和接收的数据报文中带有通信方的IP地址和端口号。通信函数存储于在“Communication”->“Data transfer”目录下，在发送方调用发送函数的示例程序如图12所示（使用LAD编写）:

　　图12 UDP发送程序

　　发送函数参数解释如下:

　　SourcePort

　　发送方的端口号，数据类型UINT，例如2001。

　　DestinationAddress

　　接收方的IP地址，数据类型为数组，ARRAY [0..3] OF USINT，在4个字节中输入接收方的IP地址，例如192、168、0、122，表示IP地址为192.168.0.122。

　　DestinationPort

　　接收方的端口号，数据类型UINT，例如2000。

　　CommunicationMode

　　通信模式，“EnumUdpCommunicationMode”枚举数据类型，有两种选择:

　　(1)“CLOSE_ON_EXIT”，通信完成后释放通信资源；

　　(2) “DO_NOT_CLOSE_ON_EXIT”， 通信完成后仍占用通信资源。

　　DataLength

　　发送的数据长度，数据类型UDINT，最大长度1400字节。

　　Data

　　发送数据区，数据类型为数组，ARRAY [0..1399] OF BYTE。

　　OUT

　　发送函数状态信息，数据类型DINT。

　　在数据接收方调用接收函数的示例程序如图13所示:

　　图13 UDP接收程序

　　接收函数参数解释如下:

　　Port