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[摘 要]装备自动化项目，电控采用组装西门子。作为海工平事业部电气调试一员，有幸参与电气设备安装调试，在调试过程中，不断学习总结硕果累累。对于调试初期通讯的建立，可谓是重中之重，没用建立通讯，根本就无法开展接下去的调试工作。那么基于自己的理解和认识，简单的介绍下西门子Profinet通讯。
[关键词]重型装备，自动化管理
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）07-0039-01
1 引言
Profinet的由来是基于工业以太网，然而profinet通讯的传输速度更快，原因在于它采用的实时通道。Profinet提供两种等级的实时通道，实时（RT）通过划分通讯合作伙伴通讯堆栈的优先级并优化传输对时间要求严格的过程数据，以允许使用标准网络组件的高性能数据传输，典型的更新循环时间为1ms至10ms，同步实时（IRT）提供同步执行循环，以确保通过始终等距的时间间隔传输信息。IRT实现同步数据传输，更新循环非常短（从500微秒到1毫秒），抖动非常小。由于通道分为标准通讯和RT通讯的标准通道以及IRT通讯的IRT通道，所以，过程数据不会受到网络上其他流量的影响。
2 连接方式与特性
它的连接方式可分为三种拓扑结构：星型拓扑，树形拓扑，线型拓扑和环。在我们的机器上面主要采用线型，星型和树型的结合，环基本不用。
线型拓扑：全部通信节点彼此串联连接，类似于一条总线。如果某个链路器单元（例如，交换机）出现故障，则该故障链路器下游的通信将无法进行。对于布局范围较广的工厂，优先使用线型拓扑。例如，用于连接各个生产单元。
星型拓扑：采用交换机构建网络时，会自动地创建星型拓扑。这种网络拓扑与其他结构不同的是，单个Profinet设备故障时，不会自动导致整个网络出现故障。仅交换机出现故障，才会导致部分通信网络出现故障。自出现伊始，带有交换机的星型拓扑就一直可以实现通信网络的高可用性。如果需要进一步提高可用性，则可以对中央交换机进行冗余设计。当交换机故障时，冗余交换机可以自动接管发生故障的交换机的工作。星型结构的可应用于设备密度高、距离短的区域。例如，小型生产车间或者单条生产线。
树型拓扑：树型结构由多个站相互互连而成。将复杂的工厂细分成多个子系统时，可以使用这种结构。
环：若需要提高可用性，则应该采用环型拓扑。将某个网络的两个开放端连接至同一个交换机，则构成一个环形拓扑。此时，交换机可作为冗余管理器使用。网络内部出现断路时，该冗余管理器保证将数据重新转正至正常的网络连接。
Profinet对于西门子设备和设备之间的通讯非常方便，这也是基于工业以太网的S7通讯，当然也有开放式以太网通訊。
S7通讯表示通过通信功能块在SIMATIC S7站和PG/PC之间建立的简单且高效的连接。CP用作“S7通信中继”，即在工业以太网上传递通信数据块。每次作业能够传递的最大用户数据量为64KB。以太网CP作为“S7通信中继”在工业以太网上传递S7功能。根据以太网CP组态，在ISO传输或ISO-on-TCP协议上建立传输（TCP/IP带RFC 1006扩展）。
S7连接的特性包括：
·所有S7/M7设备中都可组态连接类型
·兼容在所有类型的子网上的使用（MPI、PROFIBUS、工业以太网）
·使用BSEND/BRCV SFB时：在SIMATIC S7/M7-400站之间可以进行安全的数据传输，例如数据块内容交换（多达64KB）
·使用USEND/URCV SFB时：快速但非安全的数据传输，与通信伙伴的时域处理无关；例如，对于状态和维护消息
·从通信伙伴到ISO参考模型第7层的数据传输确认
S7连接，容错型
·与S7连接特性相同；仅限于S7-H CPU和SIMATIC PC站上的OPC服务器，而且不在MPI子网上。
·根据网络拓扑结构，容错型的S7连接至少支持连接终端之间的两个连接路径
3 基于CP的开放式以太网通讯
·TCP连接
传输控制协议，简称TCP，是TCP/IP协议族的一员。
每个TCP/IP数据连接都有一个发送站和一个接收站。这条使用原则称为面向连接的数据传输。在TCP/IP协议族中作为面向连接的协议，TCP负责数据安全和数据流控制，并且在数据丢失时采取措施。
TCP的工作原理是将数据流从应用程序中分离出来，为其添加报头并传输至因特网协议（Internet Protocol，IP）。当从IP收到数据时，TCP数据被排序和重组为数据流。TCP检查是否有数据包丢失，一旦丢失将重新请求。
发送站和接收站在传输层保持连续接触。虽然连接是虚拟的，但数据传输过程中会持续交换控制信息。
每个TCP数据包中包含一个定义端口的数字。每个端口被分配给一个应用程序或者服务，该程序或服务侦听此端口并从TCP接受数据。端口号1到1024是固定分配给某程序的。大于1024的所有端口号可以由其他程序自由使用。STEP 7连接组态可以使用大于2000的端口号。
端口结构允许在网络上同事与几个通信伙伴建立连接。使用TCP连接上的SEND/RECEIVE接口，以太网CP支持套接字（如Winsock.dll），可与几乎所有系统（PC或者第三方系统）上都有的TCP/IP交互。
·ISO-on-TCP连接
ISO-on-TCP旨在实现安全的跨网络的数据传输。
按照ISO参考模型第四层中的定义，ISO-on-TCP连接符合TCP/IP（传输控制协议/因特网协议）标准，以及RFC 1006标准。 RFC 1006对TCP协议做出扩展，添加了对数据块（报文）传输的支持。
由于自动重传机制和额外的块效验机制，传输可靠性非常高。在SEND/RECEIVE接口上，通信伙伴发送数据收到的确认信号，发送站会收到返回值。
·UDP连接
除了面向连接的TCP，还有无法连接的、非安全的UDP。UDP（用户数据报协议）在ISO 7层参考模型的第四层传输上运行。UDP与TCP的任务相同。但是，UDP不能够确定接收站是否收到了数据包。并且，数据包没有编号，UDP不能按正确的顺序重组数据流。UDP数据包直接传递给应用程序，由应用程序来负责实现安全的数据传输。UDP与TCP唯一的共同点就是端口结构。它们唯一区别是，UDP端口结构不控制连接，而仅仅接受数据包并在收到以后直接传递给应用程序。
4 基于CPU PN接口的开放式以太网通讯
·TCP native
数据传输时，既不发送报文帧的长度信息也不发送报文帧的起始和结束信息。从发送的角度来看，并不是问题，因为发送方知道自己想要传输多少数据字节。不过接收方却没有办法知道在数据流中报文帧的结束位置以及下一帧的起始位置。因此建议将FB64“TRCV”的LEN参数设为与通信伙伴上FB63“TSEND”的LEN参数值一样
如果设置的数据接收长度值（FB 64“TRCV”的LEN参数）比数据发送长度大，FB 64“TRCV”会等到达到设置的长度再将数据复制到特定的预留接收区中。因此只有接收到后续作业的数据时才会这样操作。请注意，这种情况下会将两个不同发送作业中的数据放置在一个相同的接收区中。如果不知道第一個报文帧的确切长度，仍然可以确定第一个报文帧的结束位置或下一个报文帧的起始位置。
5 结论
本文是总结项目实际调试体会，工业以太网可持续发展是今后重点趋势。振华重工的重型设备都具备远程监控通讯速度高，安全稳定可靠，成本低廉。自动化的发展解决了安全，人力及设备成本的投入。借鉴德国工业4.0计划，推动我国制造“2025”的既定方略。上海振华重工产品自动化已在国内多个码头成功投入使用，通过学习总结在今后的工作中进一步完善，完美。
参考文献
[1] 《西门子以太网通讯》.姚辉.上海振华重工（集团）股份有限公司，2016.3
[2] 《港机电气设备调试流程》.朱国兵.上海振华重工（集团）股份有限公司，2016.
[关键词]重型装备，自动化管理
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）07-0039-01
1 引言
Profinet的由来是基于工业以太网，然而profinet通讯的传输速度更快，原因在于它采用的实时通道。Profinet提供两种等级的实时通道，实时（RT）通过划分通讯合作伙伴通讯堆栈的优先级并优化传输对时间要求严格的过程数据，以允许使用标准网络组件的高性能数据传输，典型的更新循环时间为1ms至10ms，同步实时（IRT）提供同步执行循环，以确保通过始终等距的时间间隔传输信息。IRT实现同步数据传输，更新循环非常短（从500微秒到1毫秒），抖动非常小。由于通道分为标准通讯和RT通讯的标准通道以及IRT通讯的IRT通道，所以，过程数据不会受到网络上其他流量的影响。
2 连接方式与特性
它的连接方式可分为三种拓扑结构：星型拓扑，树形拓扑，线型拓扑和环。在我们的机器上面主要采用线型，星型和树型的结合，环基本不用。
线型拓扑：全部通信节点彼此串联连接，类似于一条总线。如果某个链路器单元（例如，交换机）出现故障，则该故障链路器下游的通信将无法进行。对于布局范围较广的工厂，优先使用线型拓扑。例如，用于连接各个生产单元。
星型拓扑：采用交换机构建网络时，会自动地创建星型拓扑。这种网络拓扑与其他结构不同的是，单个Profinet设备故障时，不会自动导致整个网络出现故障。仅交换机出现故障，才会导致部分通信网络出现故障。自出现伊始，带有交换机的星型拓扑就一直可以实现通信网络的高可用性。如果需要进一步提高可用性，则可以对中央交换机进行冗余设计。当交换机故障时，冗余交换机可以自动接管发生故障的交换机的工作。星型结构的可应用于设备密度高、距离短的区域。例如，小型生产车间或者单条生产线。
树型拓扑：树型结构由多个站相互互连而成。将复杂的工厂细分成多个子系统时，可以使用这种结构。
环：若需要提高可用性，则应该采用环型拓扑。将某个网络的两个开放端连接至同一个交换机，则构成一个环形拓扑。此时，交换机可作为冗余管理器使用。网络内部出现断路时，该冗余管理器保证将数据重新转正至正常的网络连接。
Profinet对于西门子设备和设备之间的通讯非常方便，这也是基于工业以太网的S7通讯，当然也有开放式以太网通訊。
S7通讯表示通过通信功能块在SIMATIC S7站和PG/PC之间建立的简单且高效的连接。CP用作“S7通信中继”，即在工业以太网上传递通信数据块。每次作业能够传递的最大用户数据量为64KB。以太网CP作为“S7通信中继”在工业以太网上传递S7功能。根据以太网CP组态，在ISO传输或ISO-on-TCP协议上建立传输（TCP/IP带RFC 1006扩展）。
S7连接的特性包括：
·所有S7/M7设备中都可组态连接类型
·兼容在所有类型的子网上的使用（MPI、PROFIBUS、工业以太网）
·使用BSEND/BRCV SFB时：在SIMATIC S7/M7-400站之间可以进行安全的数据传输，例如数据块内容交换（多达64KB）
·使用USEND/URCV SFB时：快速但非安全的数据传输，与通信伙伴的时域处理无关；例如，对于状态和维护消息
·从通信伙伴到ISO参考模型第7层的数据传输确认
S7连接，容错型
·与S7连接特性相同；仅限于S7-H CPU和SIMATIC PC站上的OPC服务器，而且不在MPI子网上。
·根据网络拓扑结构，容错型的S7连接至少支持连接终端之间的两个连接路径
3 基于CP的开放式以太网通讯
·TCP连接
传输控制协议，简称TCP，是TCP/IP协议族的一员。
每个TCP/IP数据连接都有一个发送站和一个接收站。这条使用原则称为面向连接的数据传输。在TCP/IP协议族中作为面向连接的协议，TCP负责数据安全和数据流控制，并且在数据丢失时采取措施。
TCP的工作原理是将数据流从应用程序中分离出来，为其添加报头并传输至因特网协议（Internet Protocol，IP）。当从IP收到数据时，TCP数据被排序和重组为数据流。TCP检查是否有数据包丢失，一旦丢失将重新请求。
发送站和接收站在传输层保持连续接触。虽然连接是虚拟的，但数据传输过程中会持续交换控制信息。
每个TCP数据包中包含一个定义端口的数字。每个端口被分配给一个应用程序或者服务，该程序或服务侦听此端口并从TCP接受数据。端口号1到1024是固定分配给某程序的。大于1024的所有端口号可以由其他程序自由使用。STEP 7连接组态可以使用大于2000的端口号。
端口结构允许在网络上同事与几个通信伙伴建立连接。使用TCP连接上的SEND/RECEIVE接口，以太网CP支持套接字（如Winsock.dll），可与几乎所有系统（PC或者第三方系统）上都有的TCP/IP交互。
·ISO-on-TCP连接
ISO-on-TCP旨在实现安全的跨网络的数据传输。
按照ISO参考模型第四层中的定义，ISO-on-TCP连接符合TCP/IP（传输控制协议/因特网协议）标准，以及RFC 1006标准。 RFC 1006对TCP协议做出扩展，添加了对数据块（报文）传输的支持。
由于自动重传机制和额外的块效验机制，传输可靠性非常高。在SEND/RECEIVE接口上，通信伙伴发送数据收到的确认信号，发送站会收到返回值。
·UDP连接
除了面向连接的TCP，还有无法连接的、非安全的UDP。UDP（用户数据报协议）在ISO 7层参考模型的第四层传输上运行。UDP与TCP的任务相同。但是，UDP不能够确定接收站是否收到了数据包。并且，数据包没有编号，UDP不能按正确的顺序重组数据流。UDP数据包直接传递给应用程序，由应用程序来负责实现安全的数据传输。UDP与TCP唯一的共同点就是端口结构。它们唯一区别是，UDP端口结构不控制连接，而仅仅接受数据包并在收到以后直接传递给应用程序。
4 基于CPU PN接口的开放式以太网通讯
·TCP native
数据传输时，既不发送报文帧的长度信息也不发送报文帧的起始和结束信息。从发送的角度来看，并不是问题，因为发送方知道自己想要传输多少数据字节。不过接收方却没有办法知道在数据流中报文帧的结束位置以及下一帧的起始位置。因此建议将FB64“TRCV”的LEN参数设为与通信伙伴上FB63“TSEND”的LEN参数值一样
如果设置的数据接收长度值（FB 64“TRCV”的LEN参数）比数据发送长度大，FB 64“TRCV”会等到达到设置的长度再将数据复制到特定的预留接收区中。因此只有接收到后续作业的数据时才会这样操作。请注意，这种情况下会将两个不同发送作业中的数据放置在一个相同的接收区中。如果不知道第一個报文帧的确切长度，仍然可以确定第一个报文帧的结束位置或下一个报文帧的起始位置。
5 结论
本文是总结项目实际调试体会，工业以太网可持续发展是今后重点趋势。振华重工的重型设备都具备远程监控通讯速度高，安全稳定可靠，成本低廉。自动化的发展解决了安全，人力及设备成本的投入。借鉴德国工业4.0计划，推动我国制造“2025”的既定方略。上海振华重工产品自动化已在国内多个码头成功投入使用，通过学习总结在今后的工作中进一步完善，完美。
参考文献
[1] 《西门子以太网通讯》.姚辉.上海振华重工（集团）股份有限公司，2016.3
[2] 《港机电气设备调试流程》.朱国兵.上海振华重工（集团）股份有限公司，2016.