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基于西门子开放式工业以太网OPEN IE的数据通讯方案

2012-07-19 10:32
Hsiao Chen
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1 引言

  在当今自动化领域,网络结构已经被广泛地应用于各行各业的工业环境中,它是构成各类控制系统的基础,其性能直接影响着系统整体的综合指标,不同的网络种类形式如:串口通讯、现场总线、以太网等已在各类场合获得了验证和发展,但随着近年来it技术的迅猛发展,这种格局正在发生着巨大的变化,特别是以太网技术正由商业向工业、上层向低层、低速向高速、非实时向实时、封闭向透明、层次化向扁平化等方面全面发展和延伸,并融合了各类现场总线的技术和协议,再加上低成本的刺激和速度的提高因素,全球各自动化巨头厂商也不断推出“e网拉平到底”成功案例,传统的控制系统却不得不面对这一强劲的挑战,以太网进入工业控制领域并融入现场通讯技术已成为现实。

  对于未来自动化网络技术的主角,从现有市场应用角度看,以太网iso/osi七层模型中顶层应用层协议的标准化、通用性和开放性是决定各供货商设备彼此间是否可具备互操作性的首要条件,应用层协议的标准和开放为不同层次、不同厂商、不同种类的设备实现互联通信及实现高效的统一管理提供了良好的实现平台,纵观西门子工业以太网simatic ie的发展就顺应了这一市场的需求和趋势,simatic ie体系架构如图1所示。

  simatic ie所遵循的技术发展路线正是全面体现标准化、通用性及开放性这一战略,它兼顾了效率、实时性、确定性、灵活性等各方面综合因素,包含了标准以太网和定制以太网,simatic ie基于“tcp/ip+标准化(profinet)+通用性(s7/s5兼容、it、iso等通信)+开放性(开放式ie)”这一模式是对当前工业以太网发展模式的最好诠释,其中s7通信和s5兼容通信是simatic plc家族的标准通信协议,其应用接口的通信不依赖特定的总线系统,它包含simatic net系统范围内基于以太网的s7站、s5站和pg/pc之间的相互通信;而开放式ie是指基于s5兼容通信或开放式通信专用的功能块使用标准协议(tcp native、iso on tcp、udp)堆栈在应用层上实现开放的通讯服务,相当于直接socket访问的服务功能,通常称为开放式ie通讯,其数据交换是通过send/receive接口或t blocks接口来实现的,它是基于西门子s7 plc控制层面所集成的以太网服务功能,支持与第三方通讯伙伴用于以太网或tcp/ip的数据流通信;开放式ie通讯为用户编程提供一个“空应用顶层”的以太网服务来支持tcp/ip端口的自由通讯,适合于二进制或者ascii码与外部设备进行自由约定协议或特定专用协议的数据通信。

2 流程工艺

  某半导体有限公司作为一家专业从事微处理器mcu、ic以及功率半导体分立器件生产、销售业务的企业,其公司的ic产品的包装、贴标、称重、输送、检测分选等后道工序中所包含的检测采集设备有称重仪表、标签打印机、条码扫描仪、喷码机、分选仪等,这些第三方设备的共性表现为:设备分布范围广且布线成本高、协议繁琐且各不相同、物理层不统一组网性能差且维护复杂、实时性要求不高且通信量不均等因素,基于上述设备的联网方案当前常用的不外乎有以下几种:

  (1)模拟量输入输出模块

  (2)usb/rs232/rs485串行ptp通信

  (3)各类现场总线或设备总线

  (4)工业平板电脑/嵌入式计算机

  (5)基于pc base的tcp/ip方案

  上述方案中又以串口通信方式最为普遍,如s7-300plc通过cp340/341来扩充串口联网功能,但这存在不同物理层(rs232/422/485)和不同协议的限制,势必会造成扩展多个串口来连接这类设备,使系统成本升高、布线复杂,另外还受到传输速率低、通信距离短和维护困难等因素的限制,因此利用工厂范围内现有共享的以太网公共传输通道相比上述解决方案更具备明显的优势。

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