自动化技术

1．SIMOTION工业以太网网络介质
西门子工业以太网网络通常使用的物理传输介质为屏蔽双绞线（FC TP）、工业屏蔽双绞线（ITP）和光纤。

1.1 屏蔽双绞线（Fast Connection Twist Pair）
FC TP快速连接双绞线用于将DTE快速连接到工业以太网上，配合西门子FC TP RJ45接头使用，连接方式如图1所示：

图1： FC TP电缆与TP RJ45接头

将双绞线按照TPRJ45接头标示的颜色插入连接孔中，快捷、方便地将DTE设备连接到工业以太网上。使用FC双绞线从DTE到交换机长通信距离为100米（DTE到DTE）。也可以使用普通RJ45接头，为了保证数据传输的可靠性，在无干扰情况下长通信距离为5米。
RJ－45连接有两种连接方式，交叉连接（如图2所示）和直通连接（如图3所示）。交叉连接用于网卡之间的连接或集线器之间的连接；直通线用于网卡与集线器之间或网卡与交换机之间的连接。Siemens交换机由于采用了自适应技术，可以自动检测线序，故通过交换机可以选择任意一种电缆进行连接。

图2 交叉线连接

图3 直通线连接

SIMOTION 带有RJ45接头，建议使用西门子FC TP和FC TP RJ45接头。

1.2 工业屏蔽双绞线 （Industrial Twisted Pair）
屏蔽双绞线如图4所示，它有白/蓝和白/橙两对双绞屏蔽线。外部包有屏蔽层和绝缘层，用于连接有ITP端口的以太网设备。通过ITP电缆连接的两个设备的远距离为100米。

图4 ITP电缆结构图

连接ITP电缆的连接头有两种，即 9 针或 15 针的Sub－D 接头，如图所示5、6：

     
图5 Sub－D9针接头                                                图6 Sub－D 15针接头

使用Sub－D 接头进行连接的网络连接牢固，不易松动。其连线方法及9/15 接头的转换可以查阅西门子手册 。同样ITP电缆也会有交叉连接的情况，可以直接定购 ITP XP 标准电缆 。
SIMOTION只有RJ45以太网接口，通常不使用工业双绞线ITP。

1.3光纤
按光在光纤中的传输模式不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
单模光纤：中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。
光纤技术只允许点对点的连接，即一个发送装置只对应一个接收装置。两个站点之间需要有发送和接收两根光纤进行连接。所有SIMATICNET 标准的光缆都是两根光纤。光纤的连接头有很多种如图7所示：

图7 光纤的连接头

其中各种连接头都有各自的优点，例如：ST 连接头安装简易，比较适合于现场连接，（西门子BFOC接头就是ST 接头）；FC接头有一个不固定的套环，可以提供较好的机械的隔离；SC连接头适合紧密连接，其推拉设计可以避免在安装过程中的光纤平面受损，应用比较普遍。在西门子的网络设备中，大多光纤链路设备使用BFOC接头。
光纤通讯应用于工业以太网的优点：
隔离电气的站点或网段
没有电气的接地问题
没有屏蔽电流
数据传输不受外界电磁干扰
不受雷电的影响
不会产生电磁干扰
重量轻
根据光纤的类型不同，长距离的通讯依然可以保持高的通讯波特率
带有RJ45接头的SIMOTION 可以直接连接到交换机的电气接口上，交换机之间可以通过光纤连接，增加通信距离和抗干扰性

   网络结构配置与建立网络的目的、网络结构以及通信方式有关，但任何网络，其结构配置都包括硬件和软件两个方面。

   1．硬件配置

    硬件配置主要考虑两个问题：一是通信介质，以此构成信道。常用的通信介质有多股屏蔽电缆、双绞线、同轴电缆及光缆。还可以通过电磁波实现无线通信。二是通信接口，包括RS-232C、RS-422A和RS-485三种。

   1)RS-232C

   RS-232C是美国EIC(电子工业联合会)在1969年公布的通信协议，至今仍在计算机和可编程序控制器中广泛使用。

   RS-232C采用负逻辑，用-5～-15 V表示逻辑状态“1”，用+5～+15 V表示逻辑状态“0”。RS-232C的大通信距离为15 m，高传输速率为20 kb/s，只能进行一对一的通信。RS-232C可使用9针或25针的D型连接器，可编程序控制器一般使用9针的连接器，距离较近时只需要3根线（见图1，GND为信号地）。RS-232C使用单端驱动、单端接收的电路(见图2)，容易受到公共地线上的电位差和外部引入的干扰信号的影响。

    图1   RS-232C的信号线连接

    图2   单端驱动单端接收

   2)RS-422A

    美国的EIC于1977年制定了串行通信标准RS-499，对RS-232C的电气特性作了改进，RS-422A是RS-499的子集。RS-422A采用平衡驱动、差分接收电路(见图3)，从根本上取消了信号地线。平衡驱动器相当于两个单端驱动器，其输入信号相同，两个输出信号互为反相信号，图中的小圆圈表示反相。外部输入的干扰信号是以共模方式出现的，两根传输线上的共模干扰信号相同，因接收器是差分输入，共模信号可以互相抵消。只要接收器有足够的抗共模干扰能力，就能从干扰信号中识别出驱动器输出的有用信号，从而克服外部干扰的影响。RS-422A在大传输速率(10Mb/s)时，允许的大通信距离为12m，传输速率为100kb/s时，大通信距离为1200m。一台驱动器可以连接10台接收器。RS-422接口属于全双工通信方式，在工业计算机上配备得较多。

    图3   平衡驱动差分接收

   3)RS-485

   RS-485是RS-422A的变形。RS-422A是全双工，两对平衡差分信号线分别用于发送和接收。RS-485为半双工，只有一对平衡差分信号线，不能发送和接收。

    使用RS-485通信接口和双绞线可组成串行通信网络(见图4)，构成分布式系统，系统中多可有32个站，新的接口件已允许连接128个站。RS-485接口多用双绞线实现连接。个人计算机一般不配RS-485接口，但工业计算机配备RS-485接口较多。plc的不少通信模块也配用RS-485接口。如西门子公司的S7系列CPU均配置了RS-485接口。

    图4    RS-485网络

   2．软件配置

    要实现PLC的联网控制，就必须遵循一些网络协议。不同公司的机型，通信软件各不相同。软件一般分为两类：一类是系统编程软件，用以实现计算机编程，并把程序下载到PLC，且监控PLC的工作状态，如西门子公司的STEP7-Micro/Win软件；另一类为应用软件，即各用户根据不同的开发环境和具体要求，用不同的编程语言编写的通信程序。