PLC 技術(shù)始于上世紀(jì)60年代，經(jīng)過將近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，PLC 技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的變化，尤其是在進(jìn)入新世紀(jì)后，隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，越來越多的新技術(shù)涌入到了 PLC 領(lǐng)域。

SIMATIC PLC S7-1200/1500 的應(yīng)用技術(shù)隨著硬件和 TIA 博途軟件的升級也在不斷地進(jìn)化，很多新的技術(shù)、應(yīng)用出現(xiàn)在我們的視野內(nèi)，這些新的技術(shù)正逐漸覆我們對傳統(tǒng) PLC 的認(rèn)知。

作為一個(gè)自動化工程師，也許我們很熟悉 PLC 的傳統(tǒng)應(yīng)用，但是對于很多新的、甚至是跨界的應(yīng)用技術(shù)，我們真的熟悉嗎？今天就帶大家來一起認(rèn)識一下SIMATIC PLC 不為人熟知的 “黑科技"。

二

SIMATIC PLC 的新技術(shù) 

路          由

路由，是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的名詞，通常情況是指網(wǎng)絡(luò)中一個(gè) IP 子網(wǎng)段對另一個(gè)子網(wǎng)段訪問的技術(shù)。SIMATIC PLC 的路由功能主要是指從一個(gè)物理網(wǎng)卡對另外一個(gè)物理網(wǎng)卡的訪問，這種訪問可以是從 PLC X1 以太網(wǎng)接口訪問 X2 以太網(wǎng)接口上的設(shè)備；也可以是不同物理網(wǎng)卡間的訪問，例如從 PLC 的以太網(wǎng)接口訪問 DP 接口上的設(shè)備。

在 SIMATIC PLC 中提到路由，有兩種，一種是和 IT 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的路由功能相同的，我們叫做 IP 轉(zhuǎn)發(fā)。

另一種路由指的是 S7 路由，可以從一種 S7 子網(wǎng)對另外一個(gè) S7 子網(wǎng)中的設(shè)備進(jìn)行訪問。這兩個(gè)子網(wǎng)可以是 PLC 以太網(wǎng)接口 X1 的網(wǎng)絡(luò)到以太網(wǎng)接口 X2 ，也可以是不同種類的 S7 子網(wǎng)，例如從 PLC 的以太網(wǎng)接口訪問 DP 接口上的設(shè)備。

IP 轉(zhuǎn)發(fā)，是一種在 CPU 兩個(gè)已連接的 IP 子網(wǎng)之間轉(zhuǎn)發(fā) IP 數(shù)據(jù)包的功能。這種技術(shù)其實(shí)等效于我們常說的三層路由的功能，路由器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)不同 IP 子網(wǎng)間的通信數(shù)據(jù)。

如果啟用 IP 轉(zhuǎn)發(fā)，則 S7-1500 CPU 會在 X1/X2 兩個(gè)網(wǎng)卡子網(wǎng)之間充當(dāng)路由器的角色。

如下圖所示，編程設(shè)備需要訪問 HMI ，編程設(shè)備和 HMI 設(shè)備位于不同的 IP 子網(wǎng)中，并且分別連接到了CPU 的 X1 和 X2 兩個(gè)接口。編程設(shè)備和 HMI 設(shè)備中，我們需要設(shè)置網(wǎng)關(guān)地址，各自的網(wǎng)關(guān)地址就是 CPU X1 和 X2 的接口 IP 地址。

完成設(shè)置之后，編程設(shè)備和 HMI 設(shè)備之間跨網(wǎng)段的數(shù)據(jù)傳輸，就會通過CPU 進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，CPU 就變成了連接兩個(gè)網(wǎng)段的路由器！

在很多的應(yīng)用現(xiàn)場，我們存在不同網(wǎng)段之間輕量級通信的需求。傳統(tǒng)的解決方案，我們需要布置路由器、三層交換機(jī)、或者增加CP卡，不僅會增加硬件成本，而且提高了網(wǎng)絡(luò)配置的難度。通過 IP 轉(zhuǎn)發(fā)，CPU 就會化身為路由器，簡單的配置方法大大簡化了自動化工程師的工作！

我們在現(xiàn)場調(diào)試中經(jīng)常遇到這樣的場景，一些設(shè)備的 IP 地址和我們的 PC 不是同一網(wǎng)段，也沒有多余的接口允許我們的電腦直接連接；又或者通訊對象無法和我們的 PC 直接連接；我們要想下載操作，需要背著電腦在工廠跋山涉水感到通訊對象的機(jī)柜才行；雖然當(dāng)前主流的 PLC 都可以通過以太網(wǎng)下載，但是對于一些老系統(tǒng)，沒有以太網(wǎng)接口，我們還需要額外攜帶笨重的485編程電纜。有沒有辦法，可以基于現(xiàn)有的 PLC 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)訪問的一網(wǎng)到底呢？ 答案是，S7 路由。

S7 路由，是西門子設(shè)備間的訪問技術(shù)，配合西門子的編程軟件和硬件，可以實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)端設(shè)備跨網(wǎng)絡(luò)的下載、通信的功能。這樣通過支持 S7 路由的硬件設(shè)備，可以從一個(gè)網(wǎng)卡路由到另一個(gè)網(wǎng)卡；也可以從以太網(wǎng)路由到 PROFIBUS/MPI 接口的設(shè)備。

在很多的應(yīng)用現(xiàn)場，我們的終端設(shè)備可能無法直接連在最終的通信對象上，比如我們的 PLC/HMI/編程器上面沒有能夠直接連接終端設(shè)備的物理接口。這時(shí)候就可以用到 S7 路由功能。 

S7 路由的功能，根據(jù)通信的類型，有以下幾種劃分：

這種功能，在經(jīng)典 STEP7 和 TIA 博途都可以實(shí)現(xiàn)，通過編程器 PG/PC，可訪問直連的 S7 子網(wǎng)以外的設(shè)備，執(zhí)行下載、組態(tài)、編程調(diào)試的任務(wù)。如下圖所示。

尤其是針對一些老的系統(tǒng)，PLC 只有 MPI/PFORIBUS 的接口，通過 S7 路由，工程師無需再攜帶額外的編程電纜，大大方便了工程師的操作。

可通過不同的子網(wǎng)（PROFIBUS、PROFINET 或工業(yè)以太網(wǎng)）在 HMI 與 CPU 間建立 S7 連接。在下圖中，HMI 可以基于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)硬件，連接PROFIBUS 接口的 PLC4/PLC6。

所以，在 HMI 選型上，我們只需要選擇支持 S7 路由的屏，就不需要為了連接 PROFIBUS 接口設(shè)備選擇額外的 RS485 接口。

可通過不同的子網(wǎng)（PROFIBUS、PROFINET 或工業(yè)以太網(wǎng)），在 S7-1200/S7-1500 CPU 間建立 S7 雙邊連接。在下圖中，PLC_3 和 PLC_6 之間可以直接組態(tài) S7 連接，PLC_3 不需要增加額外的 PROFIBUS CP 卡，減少了額外的硬件部署的工作！

基 于  IP 的 應(yīng) 用 程 序 的 虛 擬 接 口

SIMATIC PLC CP 卡可以為 PLC 擴(kuò)展一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)卡，提供很多的通信服務(wù)。但是如果用戶需要通過 CP 直接訪問 CPU 的特殊應(yīng)用，例如：OPC UA。在以往的功能中是實(shí)現(xiàn)不了的。如何即通過 CP 卡隔離 CPU 的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，又可以訪問到 CPU 的 OPC UA 服務(wù)呢？

S7-1500 CPU 從固件版本 2.8 起，可以選擇通過同一站中通信處理器的接口訪問 CPU 基于本身集成接口的 IP 的應(yīng)用（例如 OPC UA）。如下圖，激活該功能后，CPU 和虛擬接口（虛擬接口稱為 W1 ）通過內(nèi)部總線連接到 CP 卡的網(wǎng)絡(luò)中。

CPU 激活該功能后，可以為虛擬接口 W1 設(shè)置一個(gè)和 CP 卡同一網(wǎng)段的 IP 地址，連接在 CP。從而可通過訪問虛擬接口 IP，來訪問 CPU 基于 IP 的應(yīng)用。

虛擬接口 W1 等于將 CPU 映射到了 CP 卡網(wǎng)絡(luò)的一個(gè) IP 地址，這種技術(shù)很類似于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的 1：1 NAT。連接在 CP 卡網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備通過訪問虛擬 IP 地址，就可以訪問 CPU包括編程、開放式數(shù)據(jù)通信、S7通信、OPC UA 等等基于IP 的應(yīng)用。

web server 功 能

web server 功能，并不是 SIMATIC PLC 的新功能，早在 S7-300/400 系列就已經(jīng)開始支持。通過 web server，我們的終端設(shè)備即使沒有安裝西門子的工程軟件，只需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)頁瀏覽器就可以獲得 CPU 的信息，這意味著我們即使沒有編程設(shè)備，通過手機(jī)、平板，就可以快速的訪問 PLC 的信息，方便我們快速的做出診斷。而且，這種訪問不僅可以在局域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還可以在 Internet 上實(shí)現(xiàn)，無論設(shè)備賣到地球的任何地方，都可以快速的遠(yuǎn)程接入。

SIMATIC PLC 已經(jīng)提供了集成的 web server 頁面，可以提供包括診斷緩沖區(qū)在內(nèi)的很多 PLC 信息，隨著 SIMATIC PLC 技術(shù)的發(fā)展，尤其是 SIMATIC S7-1200/1500 隨著固件的不斷升級，集成的 web server 頁面將會增加更多的功能。

S7-1500 CPU 在診斷頁面提供了運(yùn)行系統(tǒng)信息的頁面，我們可以看到 CPU 的循環(huán)時(shí)間和通信負(fù)荷，尤其是在通信任務(wù)比較大的應(yīng)用環(huán)境下，工程師可以很方便地獲得這些信息，掌握 CPU 的運(yùn)行情況。

監(jiān)視表并不是新功能，但是卻非常有用。對于工程的重要數(shù)據(jù)，我們可以很方便地進(jìn)行監(jiān)控，尤其是在緊急的情況或者距離 HMI 設(shè)備比較遠(yuǎn)的環(huán)境下，我們的手機(jī)和平板都能獲得數(shù)據(jù)，也方便我們觀察現(xiàn)場的運(yùn)行情況，對工程師調(diào)試非常的便利。即使維護(hù)工程師處在異地，也可以隨時(shí)觀察數(shù)據(jù)的變化。

自定義頁面，絕對是 SIMATIC PLC web 功能的一個(gè)亮點(diǎn)，通過自創(chuàng)建簡單的 web 頁面，我們不僅可以根據(jù)工程需要?jiǎng)?chuàng)建個(gè)性化的頁面顯示，而且輕量級的頁面內(nèi)容也大大減輕了 CPU 的負(fù)荷。簡單的 AWP 語法，幫助用戶無需復(fù)雜的編程知識就可以在頁面中訪問 CPU 的數(shù)據(jù)，S7-1200/1500 新固件下，可以支持JAVA Script 和 JSON 對頁面的訪問，頁面的訪問更加靈活！

SNMP

通過簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議 SNMP ，用戶可以獲得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的重要信息，例如網(wǎng)口的負(fù)荷、錯(cuò)誤率等等，掌握這些信息對于維護(hù)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。SIMATIC PLC 也支持 SNMP ，方便網(wǎng)管軟件、其他 SNMP 管理器獲得 PLC 網(wǎng)絡(luò)的狀況。例如，通過了解 CPU 以太網(wǎng)接口的錯(cuò)誤、流量、帶寬等信息，為我們了解網(wǎng)絡(luò)狀況提供了重要的依據(jù)！

但是在以往 CPU 固件中，只能通過程序塊禁用 SNMP，并且用于安全認(rèn)證的共同體的字符都是默認(rèn)的，不可修改。這就對SNMP 應(yīng)用的靈活性和安全性造成了影響。

在新的 S7-1500 V3.0 固件和 TIA 博途 V18 環(huán)境下，CPU 的 SNMP 可以選擇是否激活，并且支持自定義修改的共同體字符，大大增強(qiáng)了新 CPU 的SNMP 應(yīng)用可行性。

數(shù) 據(jù) 安 全

隨著工廠網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)數(shù)據(jù)的安全越來越重要，如何在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中確保安全、保證數(shù)據(jù)不會被窺探和篡改呢？

我們想想一個(gè)場景，如果客或者其他不明動機(jī)的人員，通過抓包竊取了 PLC 的控制數(shù)據(jù)，因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸都是銘文，那我們的控制工藝、重要參數(shù)就會很容易的密甚至被篡改，對于工業(yè)設(shè)備的安全運(yùn)行造成了很大的隱患！因此，在數(shù)據(jù)傳輸過程中進(jìn)行加密處理，非常必要！

在以往 CPU 和 PG/HMI 的通信，都是采用明文通信，缺乏安全性。S7-1500 V2.9 以上固件配合博途 V17及以上版本，可以選擇對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，通信的數(shù)據(jù)將會通過 TLS 進(jìn)行加密處理，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>