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三凌弩谢
7 years ago
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1 Automation and Drives 以太网的 S7 通信 ( 集成 PN 接口的 CPU 和 CP) - 通信资源 - 数据交换

2 以太网接口的 CPU 和 CP 伴随 Profinet 技术的发展, 西门子对于 CPU 进行了升级,CPU 开始集成一个 Profinet 接口, 例如 CPU315-2PN/DP, CPU414-3PN/DP 等不久将推出具有双端口交换机的 Profinet 接口的 CPU, 而且尺寸保持不变伴随以太网技术的发展, 西门子以太网通讯模块对原来的 CP343-1/CP443-1 模板进行了升级, 现在目前最新的 CP343-1(343-1GX30-0XE0) 和 CP443-1(443-1GX20-0XE0), 除了集成 Profinet 接口, 还扩展了一个 1G 以太网接口, 用于连接到千兆以太网中与监控设备通讯这里主要涉及具有集成 PN 接口的 CPU 和 CP, 对于 PB 接口的设备 CPU 和 CP 的 S7 相关的通讯以及 MPI 的 S7 相关通讯, 请参考网上课堂下载中心 page 2

3 以太网接口的 CPU 和 CP 的通讯服务 page 3 CPU 的 PN 接口所支持的通讯服务包括 : PG 通讯 OP 通讯 S7 通讯 PN IO 通讯 PN CBA 通讯 Web server Open IE 路由 CP 的 PN 接口所支持的通讯服务包括 : PG 通讯 OP 通讯 S7 通讯 PN IO 通讯 PN CBA 通讯 Web server S5 兼容的通讯

4 以太网的 S7 协议 S7 协议是西门子专有协议, 广泛用于各种通讯服务, 例如 :PG 通讯,OP 通讯,S7 基本通讯,S7 通讯, 路由等 S7 协议独立于西门子各种通讯总线, 可以在 MPI,PROFIBUS, Ethernet,PROFINET 上运行 S7 协议是由多种应用层协议组成的, 或者说 S7 协议是一个由多种协议的集合协议 S7 协议在以太网上的底层协议根据应用不同使用 ISO, ISO on TCP 应用层 S7 S7 传输层网络层 RFC1006 TCP UDP ISO IP page 4 数据链路层物理层 Industrial Ethernet/Profinet

5 通信资源通信资源就是通信双方为了执行通信服务而进行的连接资源和通信任务资源的分配通信双方的数据交换需要通信资源, 由其中的连接资源和通讯任务资源两个参数决定当超过连接资源, 新加入的通讯双方无法进行通讯例如 CPU319-3PN/DP 具有 16 个 S7 连接资源, 当通过 NetPro 组态 S7 Connection 通讯连接设置为 16 个后, 就无法再加入其它的通讯 Partner 与该 CPU 进行通讯当超过通讯任务资源, 其它连接资源的通讯双方无法进行通讯例如 CPU319-3PN/DP 组态了 16 个 S7 Connection 通讯, 其中一个连接使用了 32 个通讯任务, 那么 CPU319 就无法与剩余的 15 个连接 Partner 进行通讯 page 5

6 通信资源示例 S7-300 和 S7-400 的 PLC 中定义, 凡是通讯都需要通信资源例如 CP343-1(343-1GX30-0XE0) 手册中提到 PROFINET IO 的性能参数 : 其中连接资源 :PROFINET IO RT 通讯的连接数量是 128 个而通讯任务 :PROFINET IO 设备的输入输出分别为 4096 个字节这两类参数表征了连接资源 page 6

7 连接资源集成 PN 接口的 CPU/CP 提供相应的连接资源满足其各种各样的通讯服务主要分为两类连接资源, 一类是 S7 连接资源 ; 另一类是非 S7 连接资源 S7 连接资源是 CPU/CP 使用 S7 协议下的相关的通信服务而进行的连接数量和逻辑资源的分配第一类的 S7 连接资源有着广义上的意义, 除了与 S7 协议相关的服务, 还可以给其它通讯服务, 例如 Open IE(S7-400) 提供逻辑资源 S7-300 路由连接资源固定 PG OP S7 Basic S7 Open IE* {UDP TCP ISO ontcp} PN IO PN CBA Web server Open IE PG OP S7 S7 连接资源 PN IO PN CBA Web server S5 兼容 Route 非 S7 连接资源非 S7 连接资源 S7 连接资源 PN-CPU PN-CP *S7-400PN 的 CPU 做 Open IE 会占用 S7 连接资源 page 7

8 S7 连接资源 - S7-300CPU 在 S7-300 的 CPU 属性中可以分配 S7 连接资源给相应的 S7 通信服务而 S7-300 的 CPU 中路由连接资源是独立提供的, 并不占用 CPU 所提供的其它相应 S7 的通信服务例如 : 根据 CPU319-3PN/DP 的技术数据,PN 接口的路由资源数最大为 48 其它 S7 相应的连接资源为 32 个, 这些连接资源用于 PG/OP/S7 Basic/S7 通讯服务 32 个 S7 连接资源分配给 PG/OP/S7 basic/s7 PN 接口的 Route 连接资源 : 48 page 8 S7-300 路由连接资源固定

9 S7 连接资源 - S7-400CPU 在 S7-400 的 CPU 属性中无法分配相应的 S7 连接资源相应的 S7 通讯服务共同占用 CPU 所提供的所有的 S7 连接资源只能通过 CPU 在线的方式查看 CPU 的 S7 连接资源的占用状态例如 :CPU416-3PN/DP CPU 所能提供的最大的 S7 连接资源数量 Other Communication: 包括路由资源 *,Open IE 连接资源, 等等 Open IE 会占用 CPU 的 S7 连接资源 page 9 *S7-400PLC 每一个路由会占用 2 个 S7 连接资源

10 S7 连接资源 -S7-300CP S7-300CP 卡无法按照通讯服务来分配相应的 S7 连接资源相应的 S7 通讯服务共同占用 CP 所提供的 S7 连接资源只能通过 CP 在线的方式查看 CP 的 S7 连接资源的占用状态下图为 CP343-1GX30 的在线 page 10

11 S7-300CP 多路复用 S7 连接通讯的终点不是 CP, 而是 CPU, 所以虽然在 CP 板也存在 S7 连接资源, 但是最终会占用 CPU 的连接资源, 这就是为什么必须需要相应地改变 CPU 通信设置的原因 (S7-300PLC 的 S7 连接资源数量远小于 S7-400PLC) CPU 为每个单边的 S7 连接和 WinCC 预留单独的连接资源 S7 CPU CP 单边的 S7 连接 WinCC page 11 S7 连接资源

12 S7-300CP 多路复用由于 S7-300CPU 中 S7 连接资源数的限制, 当通过 CP 板进行 S7 相关的通讯服务时可以激活多路复用功能集成 PN 接口的 CP 支持连接资源多路复用, 也就是所有组态的双边的 S7 连接只占用 CPU 中的一个连接资源, 组态后会自动激活多路复用功能只要激活连接复用, 就会预留且仅占用一个 CPU 连接资源, 即使还没有组态该连接 page 12

13 S7-300CP 多路复用连接多路复用只为完全定义的双边的 S7 连接和操作站 OP 当组态 OP 进行多路复用时, 需要指定 CP 板所在的槽号 S7 CPU CP 在 Other Communication 中显示多路复用, 仅占用一个 S7 连接双边 S7 连接 OP S7 连接资源 page 13

14 S7 连接资源 -S7-400CP S7-400CP 卡同样无法按照通讯服务来分配相应的 S7 连接资源相应的 S7 服务共同占用 CP 所提供的 S7 连接资源只能通过 CP 在线的方式查看 CP 的 S7 连接资源的占用状态 S7-400CP 不支持多路复用下图为 CP443-1GX20 的在线 CP443-1 会显示所有的相关于 S7 通讯的服务 page 14

15 S7 连接资源 -S7-400CP S7-400CP443-1GX20 支持 S5 兼容的通讯, 可以通过 NetPro 组态 TCP/UDP/ISO on TCP 的通讯服务当使用 SPEED SEND/RECV 接口模式时, 通讯使用 FC53AG_SSEND/FC63AG_SRECV 功能块当 400CPU 启动运行时, 会根据每一个 SPEED SEND/RECV 连接中的通讯任务 FC53/FC63 初始化连接资源, 也就是单纯的组态连接不会占用 S7 连接资源每一个 SPEED SEND/RECV 占用 CP443-1 的一个 S7 连接资源, 从而占用 400CPU 的 Open IE 的一个连接资源最终占用的还是 CPU 的一个 S7 连接资源 page 15

16 S7 连接资源 -S7-400CP 组态的连接状态与占用 S7 连接并无直接联系 3 个 SPEED SEND/RECV 连接占用 3 个 S7 连接,1 个是 PG 服务占用 1 个 S7 连接第一个连接使用 SEND/RECV 接口后面 3 个连接使用 SPEED SEND/RECV 接口 3 个 SPEED SEND/RECV 连接占用 3 个 OPEN IE 连接, 从而占用 3 个 S7 连接 page 16

17 S7 连接资源示例假如该 CPU 具有 32 个 S7 连接资源 CPU S7 连接资源 PG OP S7 Basic S7 Route S7-400 中路由会占用两个 S7 连接资源 PLC2 PG OP MPI PB PN 5 PLC1 MPI PB PN 1: PG 监控 CPU, CPU 占用 1 个 PG 连接资源 ; 2: PLC1 和 CPU 通过 MPI 总线进行 S7 基本通讯,CPU 占用一个 S7 Basic 连接资源 ; 3: OP 连接 CPU 进行通讯,CPU 占用一个 OP 的连接资源 ; 4: PLC2 和 CPU 通过 PROFIBUS 总线进行 S7 通讯, CPU 占用一个 S7 的连接资源 ; 5: PG 下载或监控 PLC2( 从 PROFINET 总线路由到 PROFIBUS 总线 ),CPU 占用一个路由资源最终对于 S7-300CPU 剩余 27S7 连接资源对于 S7-400CPU 剩余 26 个 S7 连接资源 page 17

18 S7 动态连接和静态连接 S7 动态连接 : 当通讯双方建立通讯关系后, 会占用 CPU 的 S7 连接资源当通讯双方断开连接,S7 连接资源会被立即释放动态连接通讯包括 PG/OP/S7 Basic/Route/Open IE(S7-400) S7-300CPU 中对动态的连接 PG/OP/S7 Basic 可以预留一定的连接资源, 默认的 1 个 PG 和 1 个 OP 连接资源, 这两个连接资源由系统默认, 无法被其它的服务所占用 S7 静态连接 : 当通讯双方建立通讯关系前, 通过组态占用 CPU 的 S7 连接资源无论通讯双方通讯与否, 当 CPU 启动后 S7 连接资源会被永远占用除非删除该组态的连接静态连接通讯仅有 S7 Connection 通讯 page 18

19 S7 连接资源示例在 NetPro 中组态 S7 连接的通讯, 组态的 S7 连接个数占用 CPU 的 S7 连接资源数量根据组态预留了 2 个 S7 连接资源成功建立连接表示正在使用其中所预留的 S7 连接资源 page 19

20 S7 通讯任务 (Communication Jobs) S7 通讯前提需要建立一个 S7 连接 ; 用户编写 S7 通讯程序进行一个单方向的通讯即是一个通讯任务根据 CPU319-3PN/DP 的技术数据, 一个 CPU 做多可以组态 16 个 S7 连接资源, 最多使用 32 个映像 DB 或通讯任务 16 个 S7 连接资源仅仅表示 CPU319-3PN/DP 可以与对方通讯设备连接的最大数量而 S7 通讯任务数量则体现在映像 DB 的数量上例如一个通讯任务通过一个 PUT 功能块建立一个映像 DB 映像 DB 或通讯任务如果超过 32, 在 S7 的程序中有错误显示 16#14 如果在一个 S7 连接中, 存在多个 S7 通讯任务 ( 例如 : 连接 ID=1 中存在 10 个 PUT 通讯任务 ), 那么其它 S7 连接的通讯任务会相应的减少 ( 例如 : 使用剩余的 22 个 PUT 或 GET 通讯任务 ) 若是一个连接中的通讯任务占满, 那么其它的连接的通讯无法建立 S7-CPU 在启动过程中会根据通讯任务进行顺序的初始化, 进行连接资源的分配和占用 page 20

21 S7 连接的建立和通讯通过集成 PN 接口的 PLC, 例如 CPU319-3PN/DP,CPU416-3PN/DP, 两者之间通过以太网连接, 通过 NetPro 方式只能建立 S7 连接可以使用 PUT/GET,USEND/URECV,BSEND/BRECV 等 FB/SFB( 在 Communication Blocks 和 System function blocks 库中 ) 来进行编程通过 PUT/GET 方式编写程序, 不必是单边方式, 即 S7-300 可以不是服务器通过集成 PN 接口的 CP, 例如 CP343-1GX30,CP443-1GX20, 两者之间通过以太网连接, 建立 S7 连接需要 NetPro 方式需要使用 PUT/GET,USEND/URECV,BSEND/BRECV 等 FB( 在 SIMATIC_NET_CP 库中 ) 来进行编程 page 21

22 S7-TSAP 一个通讯连接 (S7 或者其它类型的连接 ) 的地址由两个参数定义 : 第一个参数是本地和远程设备的网络地址, 例如 IP 地址第二个参数是在相应站内的详细地址, 例如 Port 号对于 TCP, 这个详细的地址通过端口号 Port 来实现, 对于 ISO 或者 Profibus 连接, 通过 TSAP 来实现 TSAP (Transport Service Access Point) 代表通讯处理器内的源地址 TSAP 也可以用作 S7 连接, 但有着一个不同的功能 ; 就是它描述通讯连接的终点 S7 协议的 TSAP 包括 2 部分 : 机架和槽号的地址连接资源号 page 22

23 TSAP Rack 号 :0, 槽号 4 是 CP 卡启用了多路复用 Rack 号 :0, 槽号 4 是 CPU TSAP 连接资源号连接资源对象类型用于 S7 连接意义 0x01 PG 自由连接 No 在每一个 CPU 预留 PG 功能 0x02 OP 自由连接 No 在每一个 CPU 预留 OP 功能 0x03 其它自由连接 Yes 主要用于单边连接 0x10~0xDF 动态或静态连接组态连接 Yes 用于双边的连接 page 23

24 PUT/GET 和 USEND/URECV 的通讯字节数 Own CPU Remote CPU Data block size in bytes S7-300 Any 240 (S7-300) S7-400 S7-300 / C (S7-400) S7-400 S7-400 or CPU Number of used parameters SD I, RD i, ADDR i Data block size SFB/FB (S7-300) PUT/GET/USEND PUT S7-300 via integrated interface GET USEND (S7-400) PUT GET USEND PUT page 24 GET USEND

25 PUT/GET 和 USEND/URECV 的通讯字节数以下描述假定 S7-300 例如 CPU319-3PN/DP 作为一方进行 S7 通讯 : Data block size 就是 S7 协议的数据单元, 简称 PDU PDU 表示 S7 通讯的 Data 数据块的最大尺寸, 对于 S7-300PLC 来说在以太网上传输的最大数据块 PDU 的尺寸为 240Bytes PDU 的前 28 个字节用于数据传输的起始信息, 剩余的字节例如 212bytes 是用户数据对于 PUT/GET,USEND/URECV SD_1 或 RD_1 的最大传输数据为 212Bytes 也就是在编程时最多可以编写 212bytes 用于传输当使用 SFB 编写 S7 程序时, 注意不要编写 RD_2 和 ADDR_2 或其它, 否则 RD_1 的最大的数据长度则为 160 只有重新生成 SFB15 PUT 的背景数据块才能传输最大 212Bytes 上述原因建议用户在编写 S7-300 的 S7 程序时, 使用 Communication Blocks 库中的 FB 功能块 page 25

26 BSEND/BRECV 和 USEND/URECV 的区别除了在传输字节数量上的不同, 主要是 USEND/URECV 在应用层上没有应答而 BSEND/BRECV 则在应用层具有应答从侧面上反映了两者在 S7 协议层上的应用协议不同理论上,USEND 比 BSEND 的传输速度快, 但是由于 USEND 在通讯字节上的限制, 所以两者应用对比没有太大的意义在同一连接资源下,BSEND/BRECV 通过 R_ID 对应进行通讯, 如果使用 USEND/UREV 也同样是用在同一连接资源下时, 对应的 R_ID 一定要与上述不同 page 26

Chapter #

Chapter # 第三章 TCP/IP 协议栈本章目标通过本章的学习, 您应该掌握以下内容 : 掌握 TCP/IP 分层模型掌握 IP 协议原理理解 OSI 和 TCP/IP 模型的区别和联系 TCP/IP 介绍主机主机 Internet TCP/IP 早期的协议族全球范围 TCP/IP 协议栈 7 6 5 4 3 应用层表示层会话层传输层网络层应用层主机到主机层 Internet 层 2 1 数据链路层