西门子模块6GK7343-1EX30-0XE0性能参数

随着互联网络的发展，越来越多的用户（特别是OEM的用户）希望能够通过互联网络对所售出的产品进行诊断和维护，这样可以减少维护工程师到现场的时间和费用，不仅节约大量的人力和物力的成本，同时也能为客户提供更为快捷的服务，减少客户的损失，这样，远程诊断和服务是客户迫切需要解决的问题。

这里我们提出几种适用于SIEMENS PLC远程访问的方案供大家讨论。

1 基于Modem拨号的bbbeService

该方案实际上是SIEMENS PLC远程访问的标准配置，即工程师站(ES)和远程的PLC站之间是通过Modem拨号进行连接的，这样，只要在两端各放置一个Modem，通过TS-Adapter 连接到PLC CPU的MPI口，需要时可以进行拨号连接，通过MPI进行远程访问。配置图如下（图1）：

图1 基于Modem拨号的bbbeService网络配置图

该方案需要的软／硬件包括：

硬件：两根线，两个串口Modem，一个TS-Adapter

软件：SIEMENS bbbeService 软件 (STEP 7软件在本文中是默认必须的，不再单独提及)

具体的实现方法并不复杂，操作步骤用户可以参考《西门子工业网络通信指南（上册）》一书。

这种方案的优点在于配置简单，价格便宜，无需额外的硬件卡件，如PC机上只需要有串口，PLC站则只需要CPU上的MPI（或Profibus）口即可。

但该方案的缺点在于连接速度受限，只是拨号上网的速度，而且容易出现连接中断的现象。而且拨号上网的方式目前已经逐步被宽带所取代。

2 基于互联网的bbbeService

2.1 有线连接方式

在互联网上想要访问到某一个设备就需要知道该设备的IP地址，而该设备想要被访问也需要有一个IP地址，即在整个互联网上，要想访问到某一个PLC站，就需要该站有一个在互联网上能够被访问到的IP地址。

互联网上的IP地址一般有两种，即固定（静态）IP地址和动态IP地址。

IP地址需要向当地的ISP申请得到。固定（静态）IP地址由于资源有限，因而申请和使用的费用较高，比如申请到一个端口大概5000元，而固定（静态）IP地址使用费用大概是20000元／月（非官方报价，仅供参考），为每个PLC站申请一个固定（静态）IP地址显然是不可能的。因而靠固定（静态）IP地址进行大量PLC设备的远程访问显然是不经济的。（当然，这种方式也有其应用的环境，比如实时监控）。

相比之下使用动态IP地址的互联网接入方式就显得较为实际。例如目前国内较为流行的ADSL宽带接入互联网方式，我们重点讨论的也是这种方式。

首先我们介绍一下虚拟专用网络 (VPN)

虚拟专用网络 (VPN) 是专用网络的扩展，它包括的链接跨 Internet 这样的共享或公用网络。使用 VPN，您可以用模拟点对点专用链接的方式通过共享或公用网络在两台计算机之间传送数据。既将一些相互连接的设备组成一个虚拟的专用网络来管理。这样，对于每一个PLC站，我们都可以把他们和工程师站（ES）建立一个VPN，从而使用工业以太网来对PLC站进行访问。

VPN连接的建立

VPN建立有两种形式：

1 远程用户连接：远程用户直接连接到VPN服务器，通过VPN服务器可以访问VPN服务器或VPN服务器所连接的整个网络，当然在连接的时候客户必须向服务器验证自己的身份。 见图2。

图2  连接VPN服务器

2 路由器到路由器的连接：与上面的连接方式不同，这种VPN连接是通过路由器与路由器之间建立的。当然使用路由器专用的客户端软件也可以实现客户机同路由器之间直接建立VPN连接。见图3。

图3  通过路由器建立VPN连接

对于远程用户直接连接到VPN服务器的方式比较适用于用户登陆企业内部网络的应用，企业员工无论在什么地方总可以通过互联网登陆到公司总部的服务器，访问企业内部网络，但对于远程诊断功能似乎有点兴师动众了，因为远程诊断并不需要企业建立一个大型的服务器来管理这些设备，只是在某一设备出了问题才需要建立临时的连接，之后该连接可以中断，因而相比之下，在路由器之间建立VPN连接显得更为灵活和简便，而且投资小，无需进行VPN服务器等固定资产的投入，更为经济实用。

至于以太网的接入方式，目前国内比较流行的是ADSL，用户只需向当地的电信部门申请即可，而且费用和带宽可以灵活选择，例如申请1兆带宽的ADSL，选择包月上网，费用150元/月，也可以选择20小时上网，费用为24.5元，十分的便宜。

下面我们通过一个实际的例子对该方式进行说明。

首先我们看配置图（图4）：

图4  ADSL bbbeService 配置图

从图中可以看到所需的硬件：两根线， 两个ADSL的modem ，两个宽带路由器 ， 一个工程师站（ES） ，一个PLC站（带以太网CP卡） 。

软件则除了STEP 7 以外没有任何额外的要求。

对于有线的用户申请ADSL服务后会得到自己的账户信息，即用户名和密码，ADSL的设备由一般由ISP提供。

路由器应该选择支持宽带和VPN功能的， 在本文中我们选择了bbbbsys 的一款型号为BEFSX41的路由器。该款路由器有1个Internet 口，用于连接ADSL modem ， 4 个普通交换机的接口，用于连接本地局域网设备，如ES站，PLC 站等。

路由器的配置

1 首先需要对两个路由器分别进行配置：将网线连接至路由器的局域网口，在IE浏览器中输入路由器的默认出厂设置的IP地址： ，键入用户名和密码（默认均为“admin”）即可进入路由器的配置界

面(见图5).       

                      图5  路由器的配置界面

2 在“SetupàBasic SetupàInternet”下，选择以太网连接类型：PPPoE ，用户名和密码是用户所申请的ADSL的用户名和密码，并且选择“Keep Alive”选项（图6）。这样，路由器即可自动通过ADSL的账户登陆互联网。

图6 路由器的ADSL登陆设置

3 对于本地网段的设置，可以设置其中一个路由器的（以下简称R1）IP地址为，本地局域网IP地址池为从00开始的 50 个地址，即00~49，子网均为掩码255.255.255.0 。选择使能本地的DHCP Server。设置完成后注意“Save Setting”。（图7）

图7 路由器的本地网络设置

在另外一个路由器（以下简称R2）上的设置是一样的， 只是R2的PPPoE设置为第二个ADSL的账户的用户名和密码，且可以将R2的IP地址设置为，地址池为从00开始的 50 个地址， 即00~49，子网均为掩码255.255.255.0 。同样可以选择使能R2本地的DHCP Server。设置完成后注意“Save Setting”。

4 由于通过ADSL登陆互联网后每次得到的IP地址为动态IP地址，因而需要使用DDNS （动态域名服务）来对路由器的IP地址进行解析，这可以通过在DDNS服务器上注册得到。由于bbbbsys产品可以支持“PeanutHull”域名服务器，因而选择在该服务器上申请了域名。这里我们使用slc010作为注册名称申请到两个域名：slcbj01.vicp.net 和 slcbj02.vicp.net .

打开“SetupàBasic SetupàDDNS”，将注册时域名时的用户名和密码也需要添加在DDNS参数设置中。如注册时所用的名称为：slc010 （见图8）。R2可以使用相同的用户名，但好重新申请一个不同的名字。

图8  DDNS的设定

5 接下来设置VPN的连接。

打开“SecurityàVPN”，选择使能VPN Tunnel ，设置名称为VPN ，R1的本地网地址为网段，子网掩码255.255.255.0（见图9） 。

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图9 添加VPN通道

相对于R2来讲，R1的“Remote Security Group”是指R2的网段地址，即：，子网掩码255.255.255.0 。（图10）

图10设定动态域名及数据加密

而对于“Remote Security Gateways”选项来讲，这里R1选择的是“FQDN”，而R2选择“Any”即可，这样连接VPN时，由R1作为Client端来连接R2。

 “Fully- Domain” 中的域名为 “slcbj02.vicp.net”。该域名即为申请到的DDNS的动态域名。R2的域名为“slcbj01.vicp.net”，与R1不同。

对于数据密钥的设定，R1和R2的设定必须相同。“Advanced Setting”也必须相同 （图11），且“Pre-shared Key”不能为空。

图11 数据密钥的设置

6 当“Save Setting”后，两个路由器可以自动拨号，通过各自的ADSL账号连接到互联网上，且R1自动连接R2，建立VPN通道。可以通过状态检测来观察连接的情况。

图12  检查连接状态

PLC站的组态

首先要对PLC站进行组态。如图13，设定PLC站以太网的IP地址，由于PLC 站连接在R2后面，因而它的IP地址应该设定在00~49 之间，且选择“Use router” 选项，添加路由器R2的IP地址 。

图13 PLC站的以太网参数设置

8 将参数下载保存在PLC站后，将PLC站连接在R2后。当VPN的连接建立时，连接在R1后的ES站可以通过STEP7（包括WinCC等）对远端的PLC站进行远程访问。（见图14）

图14 STEP7 / WinCC 通过ADSL访问远程PLC站的在线、运行画面

2.2  无线方式（CDMA/GPRS）建立VPN

在某些场合可能没有线，或者如果用户希望随时随地都可以对设备进行诊断，这样通过有线拨ADSL建立VPN的方式则会受到限制，此时用户可以考虑采用无线通讯的方式建立VPN。

这里的无线通讯VPN的方式需要通过支持无线通讯（如GPRS/CDMA ）的宽带路由器来完成，网络拓扑如下图（图15、16）

图15：通过无线宽带路由器建立VPN

在图15中，我们可以通过两个无线路由器来建立一个VPN的通道：此时，将支持GPRS或CDMA的SIM卡分别插在两个Router中(SIM卡开通数据业务须向当地的移动通信部门申请)， 这样，通过设置该Router就可以像有线ADSL一样在两个Router之间建立一个VPN通道，从而实现远程连接。

图16：通过无线网卡和宽带路由器建立VPN

在图16中，我们可以通过一个无线网卡和路由器来建立VPN的通道：此时，将支持GPRS或CDMA的SIM卡分别插在网卡和Router中，通过该Router制造商提供的VPN客户端软件，可以将该移动PC同无线Router之间建立VPN的连接，从而实现在没有线或工程师站是可移动的情况下对某固定设备进行远程诊断。

CDMA无线上网高速率可达153.6Kbps，稳定状态下的速率可在70K-80K左右，是普通拨号上网的3倍以上。GPRS上网的峰值速率为115.2Kbit/s，平均上网速率在20-30Kb。上述两者提供数据业务的方式不同，CDMA传输速率依赖无线环境程度不大；而GPRS的数据业务与话音业务共用同一信道，如果网络用户数量增加到一定程度，可导致每个GPRS用户使用的带宽进一步降低，因而，基于CDMA网络的无线上网业务在速度和稳定性等方面优于GPRS。

当然，这样的连接速度是无法与有线ADSL相比的，但为了满足特定环境下的特定用户的需求，不失为一种解决方案。

以上，我们讨论了对PLC站进行远程访问的几种方式，可以说各种方式都有其应用的场合，用户可以根据实际情况进行选择，也可以混合使用，比如，如果CP343－1或CP443－1出现问题而无法通讯的话，基于互联网的远程诊断功能就要受限，这时只能通过TS－Adapter直接连接CPU来进行远程诊断，总之，我们讲远程诊断的宗旨就是能够以低的成本完成对PLC设备的远程诊断和维护

1、功能强，性能价格比高

一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

3、可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的，因触点接触不良造成的故障大为减少。

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为可靠的工业控制设备之一。

4、系统的设计、安装、调试工作量少

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

5、编程方法简单

梯形图是使用得多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

梯形图语言实际上是一种面向用户的一种语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。

6、维修工作量少，维修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。

7、体积小，能耗低

对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。

PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。学得辛苦，做得舒服

PLC控制系统与电器控制系统相比，有许多相似之处，也有许多不同。不同之处主要在以下几个方面：

 1）从控制方法上看，电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而PLC采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且PLC所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，PLC系统的灵活性和可扩展性好。   2）从工作方式上看，在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而PLC的用户程序是按一定顺序循环执行，所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。  3）从控制速度上看，继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快， 程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。 4）从定时和计数控制上看，电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而PLC采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环境的影响，且PLC具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。  5）从可靠性和可维护性上看，由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

1. CPU——是PLC的核心部分。与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能：
（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；
（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；
（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；
（4）在PC进入运行状态后：
a）    执行用户程序——产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）
b）    进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务
c）    更新输出状态——输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）
 2. 存储器
      系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令
                        解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数
                        *不能由用户直接存取
      用户存储器   用户程序存储器——存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序。 
                   功能存储器（数据区）——存放用户数据
PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。
注意：系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。
 3. I/O（输入/输出部件）（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）
——CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：
输入/输出电平转换
电气隔离
串/并行转换
数据传送
A/D、D/A转换
误码校验
其他功能模块
I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。
 4. 编程器等外部设备
   编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具
    作用： 用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视
            通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数
            通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话
    分类： 简单型——只能联机编程；只能用指令清单编程
            智能型——既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程
      注意： 编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。
 其他外设： 磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。
 5. 电源： 内部——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。
          外部——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。