西门子PLCST30

6ES7288-1ST30-0AA0SIMATIC S7-200 SMART，CPU ST30， 标准 CPU，DC/DC/DC， 机载 I/O： 18 个 24V DC 数字输入；12 DO 24V DC； 电源：直流 20.4-28.8V DC， 程序存储器/数据存储器 30 KB

1 PROFINET IRT High Flexibility介绍

1.1 RT与IRT High flexibility比较
下表给出RT和IRT High flexibility最重要的区别：

1.2 IRT High flexibility简介
具备IRT功能的PROFINET是预留时间间隔内同步的通讯。 IRT允许您控制时间性很强
的应用，例如通过PROFINET的动态运动控制。 通过IRT还可获得如下更多优势：
即使标准通讯中存在相当大的网络负载，仍具有高度的确定性。

• ? 对于现有公司网络，可以进行实时应用，可实现简单而灵活的 PROFINET 设备集成

• ? 预留传输带宽，可为数据传输到实时控制提供足够空闲的资源

• ? 通过相同的传输介质可实现与实时通讯并行的安全标准通讯

• ? 可以继续在同步域之外的PROFINET IO系统中使用标准部件

• ? 线性总线拓扑中使用IRT通讯的大量PROFINET设备，例如，道路运输应用

• ? 固定的预留带宽，不需要由于延长线路问题而导致 STEP 7 计算刷新时间的增加。

IRT High flexibility用于PROFINET设备之间IRT数据循环交换的同步传输过程。 发送时钟内的预留带宽可供IRT IO数据使用。 预留带宽可确保以预留的同步间隔传输IRT数据，同时还可保持不受其它更高网络负载（例如TCP/IP通讯或附加的实时通讯）的影响，当设备或网络故障同步功能无法完成时，IRT High flexibility的实时等级将降为RT通讯。“高度灵活性”可实现系统的简单规划和扩展而无需进行网络拓扑组态。
IRT通讯的同步域内要求以太网控制器、交换机、分布式IO都需要ERTEC ASIC（增强的实时以太网控制器）芯片支持，的更新时间为 250μs ，且发送时钟的抖动小于1μs。借助特殊的以太网控制器（例如ERTEC），可在硬件技术中实现预留传输带宽，在这种情况下，对于每个发送时钟，为IRT通讯确立固定的时间段，剩余的时间段用于RT和TCP/IP通讯。

2 PROFINET IRT High Flexibility组态

2.1 组态
使用一个例子来描述PROFINET IRT High flexibility，如图 1 PROFINET IO系统网络组态。

图 1 PROFINET IO系统网络组态

IO控制器使用CPU319-3PN/DP v2.8，连接SCALANCE X204IRT v4交换机，交换机的两个端口分别连接ET200S IM151-3PN(6ES7 151-3BA23-0AB0)和 ET200EcoPN(6ES7 142-6BF00-0AB0)，其中一台ET200S连接另外一台ET200S，其中在同步域内，所有设备必须支持IRT，即集成ERTEC芯片。同步域内的设备采用IRT High flexibility的通讯方式，同步域外的设备采用RT通讯方式。
在Step7中对其进行硬件组态，参考图 2 硬件组态。

图 2 硬件组态

点击总线”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”总线，右键弹出菜单选择“PROFINET IO Domain Management…”，弹出同步域管理对话框，双击“SIMATIC 300(1)/PN-IO”，即IO控制器CPU319-3PN/DP，弹出设备属性对话框，在同步角色中选择“Sync master”，设置为同步时钟主站。参考图 3 设置时钟同步主站。

图 3 设置时钟同步主站

同样给ET200S和ET200EcoPN以及SCALANCE X204IRT交换机设置同步时钟从站，参考图 4 设置IM151-3为时钟同步从站。

图 4 设置IM151-3为时钟同步从站西门子PLCST30

设置完毕后的同步域管理对话框如下图 6 同步域管理对话框。

图 5 同步域管理对话框

点击对话框中的“Details…”按钮，弹出同步域详细信息，其中黄色部分为IRT带宽预留部分，IRT数据仅在这部分时间段内进行通讯，空白部分是不使用的带宽，任何数据都不会出现在该时间段，亮绿色和绿色为RT数据和非RT数据（例如TCP/IP）共享带宽部分。这里保持默认状态。点击OK结束设置。参考图 6 同步域详细信息。

图 6 同步域详细信息

双击总线”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”总线，弹出PROFINET IO系统属性对话框，在Update Time页，更新时间为默认状态。如下图 7 PROFINET IO系统属性。

图 7 PROFINET IO系统属性

1. 组播
组播技术是IP网络数据传输三种方式之一，在介绍IP组播技术之前，先对IP网络数据传输的单播、组播和广播方式做一个简单的介绍，见图1：
单播（Unicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份的相同数据包。如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时，将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。
组播（Multicast）传输：在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需复制一份的相同数据包。它提高了数据传送效率。减少了骨干网络出现拥塞的可能性。
广播（Broadcast）传输：是指在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。广播意味着网络向子网每一个主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。所以广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，通过路由器和交换机网络设备控制广播传输。

图1

2. 组播IP地址西门子PLCST30组播IP地址用于标识一个IP组播组。IANA（internet assigned number authority）把D类地址空间分配给IP组播，其范围是从224.0.0.0到239.255.255.255。如下所示(二进制表示)，IP组播地址前四位均为1110。
八位组（1） 八位组（2） 八位组（3） 八位组（4）
1110XXXX XXXXXXXX XXXXXXXX XXXXXXXX
组播组可以是的也可以是临时的。组播组地址中，有一部分由分配的，称为组播组。组播组保持不变的是它的IP地址，组中的成员构成可以发生变化。组播组中成员的数量都可以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留下来供组播组使用的IP播地址，可以被临时组播组利用。
224.0.0.0～224.0.0.255为预留的组播地址（组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用； 224.0.1.0～238.255.255.255为用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效；239.0.0.0～239.255.255.255为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效。常用的预留组播地址如下：
224.0.0.0 基准地址（保留） 224.0.0.1 所有主机的地址 224.0.0.2 所有组播路由器的地址。

3. 网络二层组播相关协议
不支持组播的交换机，数据在里面是泛洪传播的，数据也是可以进行传送的。解决第二层组播数据洪泛的问题，引入IGMP Snooping及GMRP等概念。
网络二层组播相关协议包括IGMP Snooping ,IGMP Proxy和CGMP协议。
IGMP协议运行于主机和与主机直接相连的组播路由器之间，主机通过此协议告诉本地路由器希望加入并接受某个特定组播组的信息，同时路由器通过此协议周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态（即该网段是否仍有属于某个组播组的成员），实现所连网络组成员关系的收集与维护。
IGMP Snooping的实现机理是：交换机通过侦听主机发向路由器的IGMP成员消息的方式，形成组成员和交换机接口的对应关系；交换机根据该对应关系将收到组播数据包只转给具有组成员的接口。通过上述机制，在组播路由器里建立起一张表，其中包含路由器的各个端口以及在端口所对应的子网上都有哪些组的成员。当路由器接收到某个组G的数据报文后，只向那些有G的成员的端口上转发数据报文。

4. STEP7中的组态
不同的S7300/400 以太网通讯模块支持的组播连接的个数不同，通过链接中文档可以查询模块支持的协议及连接资源数： 16767769

SIMATIC S7-300 系列工业以太网 CP 模块之间有哪些区别？

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SIMATIC S7-400系列工业以太网 CP模块之间有哪些区别？

本文中以S7-300 CP343-1模块为例，具体组态步骤如下：
a) 在STEP7项目插入两个CPU，分别组态两个CP343-1，分配IP地址，分别为192.168.0.10和192.168.0.11。
b) 打开NetPro，在两个CPU下分别插入新的连接，连接类型选择“UDP Connection”链接对象选择“All multicast stations”，如图2。
c) 如图3，在弹出的属性窗口显示出连接“ID”和“LADDR”参数，之后编程会用到。
d) 在“Address”界面下，“Local”自定义本地的端口号；“Multicast Group”定义所要加入的组播组地址和通讯对方的端口号，可用的组播地址从224.0.1.0到239.255.255.255，可用的端口号从1025到65535，如图4、图5。

图2

图3

图4

图5

e) 编译无误后，分别到两个CPU。
f) 编程，在程序中调用FC5 “AG_SEND” 、FC6 “AG_RECV”。“ID”和“LADDR”填写连接中的参数；“SEND”“LEN”定义发送的数据区和发送的长度；如图6，定义了发送接收都是20字节。完成后到CPU。

图6

g) 使用TCP/UDP测试工具添加一个组播成员到组播组，如图7。

图7

h) 测试结果，在IP:192.168.0.10侧触发“AG_SEND”，则数据会发给所有属于IP组：224.0.1.0 端口号为2002的成员，如图8、图9。

图8

图9

5. 交换机的设置
交换机如果不做任何设置，或者不支持组播，数据也是可以进行传送的，但是是泛洪传播的。为了提高效率，应该在交换机中激活IGMP Snooping，如图10，本例中使用西门子SCALANCE X312。通过IGMP Snooping，这样交换机就能够形成端口和组播组成员的对应关系，交换机根据该对应关系将收到的组播数据包只传给属于改组的端口，如图11。图12显示了组播IP地址到二层MAC地址的映射关系。

图10

图11

图12

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