自动化控制系统的网络结构和网络通讯

1.自动化控制系统的网络结构
　　从现场级到生产控制级，再到公司管理层网络结构可采用多种不同类型的网络来设计，目前用到最多的就是工业以太网现场级大多采用西门子的Profibus网络，不过西门子的Profinet网络(是把以太网和Profibus结合于一体)是新开发的一种现场级网络．在将来会逐步代替Profibus网络，而现场级以上的三层控制系统大都采用以太网。
　　以太网在自动化控制系统中扮演着很重要的角色。基础自动化系统中的现场级网络采用Profibus(使用最为广泛)或Profinet是目前最流行和实用的两种网络。但是Profinet网络比Profibus网络优越很多，因为Profinet就是基于以太网的，因此，Profinet是后来追上。
　　现场级以上的控制系统采用工业以太网，每一级的工业以太网都可以是采用不同的结构如：环形结构，树形结构等。所有以太网接口的设备都可以通过交换饥、集线器和路由器等连接到以太网网络之中。为了保证网络畅通和系统的稳定性和可靠性，建议所有的控制系统采用环形网络或者做冗余系统。
　　2.自动化系统的以太网网络通讯
　　2.1plc与PLC之间的以太网通讯
　　这里以西门子S7-3001400系列的PLC为例。PLC之间可采用S7通讯、S5—兼容通讯(包括ISO协议、TCP议、ISO—on-TCP协议等)，下面介绍几种常用的通讯方法。
　　所需硬件：2套S7-300系统(包括电源模块PS307、S7-300PLC、以太网通讯模块CP343—1)、PC机、以太网通讯网卡CP1613以及连接电缆。所需软件：STEP7。
　　①S7通讯
　　使用STEP7软件进行硬件组态和网络组态(建立S7连接)以及编写通讯程序。如果选择双边通讯要在PLC双方都编写通讯程序。S7-300PLC调用函数FB12、FB13进行通讯。S7-400调用函数SFB12、SFB13来进行通讯；如果选择单边通讯只在主动方编写通讯程序，S7-300PLC调用FB14、FB15进行通讯。S7-400调用函数SFB14、SFB15来进行通讯。
　　②TCP通讯
　　使用STEP7软件进行硬件组态和网络组态(建立TCP连接)以及编写通讯程序。PLC双方都编写通讯程序。S7-300PLC调用函数FC5、FC6进行通讯，S7-400调用函数FCSO、FC60来进行通讯。
　　③ISO通讯
　　使用STEP7软件进行硬件组态和网络组态(建立ISO连接)以及编写通讯程序。PLC双方都编写通讯程序，S7-300PLC调用函数FC5、FC6进行通讯，S7-40o调用函数FC50、FC60来进行通讯。
　　以上三种通讯方式的操作方法基本一致，只有在建立连接时选择各自的协议即可。
　　2.2PLC与hmi之间的以太网通讯
　　由于上位机监控软件种类繁多，PLC与HMI之间的通讯也就种类繁多。不同的上位机监控产品可能与PLC的通讯协议不相同。但大多监控软件都有一个共同的标准接口：opc接口，因此PLC与HMI之间的以太网通讯大多都可采用OPC进行通讯。除此之外，用户还可以使用VC、VB等编程软件开发一些简单的监控界面与西门子plc直接进行TCP通讯。
　　①OPC通讯
　　所需硬件：1套S7-3o0系统(包括电源模块Ps307、S7-300PLC、以太网通讯模块CP343—1)，PC机，以太网通讯网卡CP1613以及连接电缆。所需软件：STEP7、SIMATICNET6.3f提供虚拟Pc机和对Pc站的参数设置)、组态王以太网通讯实现：使用STEP7软件进行硬件组态和网络组态以及使用HIMATICNET进行虚拟PC机组态。在SIMATICNET软件提供的OPCSCOUT中建立所需变量并添加到列表中查看其质量戳，如果为good，说明配置成功；如果为bad，说明配置失败。在上位机监控软件中建立OPC通讯接口，并建立外部变量。在变量的连接设备中选择建立的OPC接口，在变量的寄存器中选择在OPCSCOUT处所建立的变量，这样就通过OPC接口实现了PLC与上位机监控软件HMI之间的通讯。如果在不使用上位监控软件时还可以通过使用VC、VB编写的应用程序读写OPCSCOUT里建立的变量来实现。
　　②通过VB编写的应用程序与西门子PLC的TCP/IP通讯中，所需硬件：1套S7-300系统(包括电源模块PS307、S7-300PLC、以太网通讯模块CP343—1)，PC机、普通计算机以太网通讯网卡以及连接电缆。所需软件：STEP7、VB。
　　以太网通讯实现：使用STEP7软件进行硬件组态和网络组态(建立TCP连接)以及使用SIMATICNET进行虚拟PC机组态。(建立TCP连接)编写通讯程序，在PLC一方编写通讯程序，S7—300PLC调用函数FC5、FC6进行通讯，S7-400调用函数FC50、FC60来进行通讯，在HMI一方用VB编写通讯程序，采用Winsock控件来实现。
　　工业以太网中的网络结构和网络通讯是自动化控制系统中的核心部分，因此对予每一个自动化控制系统来说网络结构和网络通讯的设计是否理想，直接决定该系统性能的好坏。由于工业以太网技术展示出来“一网到底”的工业控制信息化美景，即它可以一直延伸到企业现场设备控制层，所以被人们普遍认为是未来控制网络的最佳解决方案，工业以太网已成为现场总线中的主流前沿技术。