上海西门子代理6ES7221-3AD30-0XB0
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PROFINET 协议模型
PROFINET 协议的物理层采用表基于双绞线的百兆以太网(100BASE-TX)和基于光纤的百兆以太网(100BASE-FX)。数据号链路层采用的是 IEEE 802.3 标准，但增加了一些实时性的措施。网络层采用的是 IP 协议。 传输层有 UDP 协议和 TCP 协议两种，PROFINET IO 采用无连接的 UDP 协议，PROFINET CBA 采用面向连接的 TCP 协议。OSI 的会话层和表示层没有使用。在应用层上，PROFINET IO 是无连接的协议，PROFINET CBA是面向连接的协议。 PROFINET 协议模型和 ISO/OSI 协义模块的对比见表 4-36。
表4-36 PROFD NET 协议模型和 ISO/OSI 协议模块的对比
PROFINET 技术主要包括 PROFINET IO 和 PROFINET CBA 两大部分。PROFINE IO 用来完成工业现场分布式系统的IO 控制;PROFINETCBA是基于组件的自动化，它通过TCP/IP 协议和实时通信，满足工业现场智能设备之间的数据交换。它与 PROFINET IO的区别在于:PROFINET IO 只是分布式系统的 IO 点进行简单的数据交换;而 PROFINE CBA 是智能系统之间的接口，是相对较复杂的数据交换。本书讨论的是 PROFINET IO 技术。在PROFINET IO 技术中，包括三种角色:PROFINET IO 控制器;PROFINETIO 设备 PROFINET IO 监视器。PLC 的 CPU 是典型的 PROFINET IO 控制器，它负责查找已经态的 PROFINET IO 设备并保持通信。PROFINET IO 设备是分布于现场的各种分散设备或子系统。PROFINET IO 设备必须有确定的设备名，在初始上电时PROFINET 控制器必须过设备名来查找 PROFINET IO 设备，一个 PROFINET 网络中至少要有一台 PROFINET IO设备。PROFINETIO 监视器可以是编程电脑(PG/PC)或者人机界面(HMI)，一般情况下它是为了调试或者监控而临时连接到 PROFINET 网络中的(例如:为 PROFINET IO 设备分配设备名)。
2019 年3 月，西门子推出了 S7-200 SMART V2.4 固件版本，开启了 PROFINET 通信的新纪元。2020年1月，V2.5 固件版本发布，标准型CPU开始支持作为智能设备(I-Device)使用。
OPC UA产品和 OPC Classic 产品之间的集成可以通过 COM/Proxy Wrappers 轻松实现。
②平台独立性 OPC统一架构(OPCUA)是跨平台的，不依赖于硬件或者软件操作系统，可以运行在 PC、PLC、云服务器、微控制器等不同的硬件下，支持 Windows、Linux、 Apple OSX、Android 等操作系统。
③ 安全性 OPC UA 支持会话加密、信息签名等安全技术，每个UA的客户端和服务器都要通过 OpenSSL 证书标识，具有用户身份验证、审计跟踪等安全功能。
④可扩展性 OPCUA的多层架构提供了一个“面向未来”的框架。诸如新的传输协议、安全算法、编码标准或应用服务等创新技术和方法可以并入 OPC UA，同时保持现有产品的兼容性。
⑤ 综合信息建模 OPC UA 信息建模框架可以将数 据转换为信息。通过完全的面向对象技术，即使非常复杂 多层次结构也可以被建模和扩展。
由于 OPC UA技术的发展，OPC已经变成“开开发平台通信(Open Platform Communications)”的经宿写。
经典 OPC 是OPC技术的早期阶段，名称中的“OPC”为“过程控制的 OLE”，“OLE”为“对象连接与嵌人”。OLE 技术是基于微软公司的 COM/DCOM 技术，因此经典 OPC质上也是基于 COM/DCOM 的过程控制技术。
经典 OPC 提供了一整套过程控制中数据交换的软件标准和接口，包括:
① OPC 数据访问接口(OPC DA);
② OPC 报警与事件接口(OPCAE);
③ OPC历史数据访问接口(OPCHDA)
OPC 数据访问接口定义了数据交换的规范，包括过程值、更新时间、数据品质等信息。 OPC报警与事件接口定义了报警、事件消息、变量的状态及如何管理。OPC历史数据访问接口定义了访问及分析历史数据的方法。
根据在过程控制中扮演角色的不同，经典 OPC 软件可以分为 OPC 服务器软件和 OPO客户端软件两大类。OPC 服务器软件是整个系统的核心，它一方面与现场设备、PLC进行通信，将各种不同的现场总线、通信协议转换成统一的 OPC协议;另一方面与OPC客户端软件通过标准 OPC 协议进行通信，为 OPC客户端提供数据或者将 OPC 客户端的指令发送给 PLC 与现场设备。OPC 客户端软件只需要通过标准 OPC 协议与 OPC 服务器进行通信，就能将指令与数据发送给 PLC 或者现场设备。图 4-156 是经典OPC软件工作的示意图。
从图 4-156 中可以看出，OPC 服务器软件在整个系统中处于中介地位，它一方面联系现场设备与PLC，另一方面与OPC客户端软件保持联系。这样做的好处在于:设备厂商只需要提供一个自己设备的 OPC 服务器软件，其他任何设备或软件只需要编写一个OPC客户端软件就能其通信。由于OPC的接口都是统一的，这大大减少了编程开发的工作量，日后的维护效率也成倍提高。经典 OPC 在过程控制中有着*的表现。但是随着技术的发展及一些外部因素的变化，导致经典 OPC 已经不能完全满足人们的需求，主要表现在如下几个方面。
图4-156 经典 OPC 软件工作示意图
① 经典 OPC 依赖微软的 COM/DCOM 技术。但是随着IT技术的发展，微软已经弱化了这种技术，而转向了跨平台的 SOA 技术。
② OPC 供应商希望提供一种数据模型将 OPC DA、OPC AE、OPC HDA 统一起来。
③ 为了增强竞争能力，OPC 供应商希望将 OPC 技术应用到非 Windows 平台。
④ 终端用户希望能在设备硬件的固件程序中直接访问 OPC 服务器软件。
⑤ 一些合作组织希望提供高效的、安全的、用于高水平数据传输的数据结构。
在这种情况下，OPC 技术的推广和管理组织--OPC 基金会在 2008 年推出了新的 OPC技术:OPCUA(OPC统一架构)。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围
可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为
广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括
各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压
机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系
统。
