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用于PG/PC 的CP卡介紹

 

摘   要   本文主要對西門子常用的CP卡—CP5511、CP5512、CP5611、CP5611A2、CP5613、CP5613A2、CP5614、CP5614A2、CP1613A2、CP1623、CP5604、IE General等進行歸類總結，詳述了其相應的使用環境、功能及需要的授權、以及與SimaticNet之間的關系。

關鍵詞 SimaticNet、CP卡

Key Words  SimaticNet、CP

目 錄

 

用于PG/PC 的CP卡介紹

1、功能

      1.1 SCADA系統通訊

      1.2 冗余系統

      1.3 智能主站

2、CP卡的分類

      2.1 與PC的接口

            2.1.1 ISA接口

            2.1.2 PCI及PCI-X接口

            2.1.3 PCI/104 接口

            2.1.4 PCMCIA接口

            2.1.5  PCI Express接口

      2.2 處理器特點

            2.2.1  用于Industry Ethernet的CP卡

            2.2.2      用于PROFIBUS的CP卡

      2.3 支持協議及相應功能

            2.3.1   基于Ethernet 的通信協議

            2.3.2  基于PROFIBUS的通信協議

      2.4  總結

3、CP卡與SimaticNet軟件關系

      3.1      CP卡驅動

      3.2      CP卡授權及相應連接資源

            3.2.1  PROFIBUS提供授權

            3.2.2  工業以太網提供授權

            3.2.3  基于PROFIBUS卡的授權

            3.2.4  基于PROFIBUS卡的連接資源數

            3.2.5  基于工業以太網卡的授權

            3.2.6  基于工業以太網的卡連接資源數

      3.3      CP的兼容性問題問題

4、舊卡升級注意問題

      4.1 WinCC與相關產品兼容性

      4.2  Step7兼容性

      4.3 SimaticNet與操作系統兼容性

5、小結

 

 

1、功能

 CP卡作為PG/PC的系統接口，是TIA全集成自動化的一個重要網絡組件，根據CP卡的分類及不同的使用環境要求，需要特定的硬件、軟件及授權選擇。其主要應用在如下環境中：

（1）    在工廠SCADA（監控與數據采集）系統中通訊；

（2）    冗余系統中；

（3）    用作智能控制主站（PROFIBUS或PROFINET）；

1.1 SCADA系統通訊

在工廠SCADA系統中，需要利用CP卡，基于Industry Ethernet 、PROFIBUS等多種網絡協議，通過WinCC、WinCC Flexible、第三方監控軟件對控制器（S5、S7系列、第三方控制器）進行通信，實現生產監控及數據采集。

  

圖1：基于工業以太網的SCADA系統

 

 

圖2：基于PROFIBUS的SCADA系統

 

圖3：基于混合網絡的SCADA系統

 

1.2 冗余系統

基于工業以太網，可以實現冗余的SCADA系統（PROFIBUS中是不能夠實現的）。同時需要采用CP1613A2或CP1623，普通網卡是無法實現冗余配置的。

 

圖4：采用CP1613/CP1623的SCADA冗余系統

1.3 智能主站

采用CP卡，可以實現以PC機作為控制主站，支持PROFIBUS或PROFINET 協議的子站做從站，結合SimaticNet軟件，進行生產控制。

（1）    PROFIBUS主站：CP5611、CP5621、CP5613A2、CP5614A2、CP5603等；

（2）    PROFINET主站：CP1616、CP1604、IE General（普通網卡）等；

（3）    從站：支持PROFIBUS或PROFINET IO相關協議的從站均可；

（4）    此種情況下，要使用SimaticNet軟件進行配置，實現控制；

 

圖5：采用CP1616 作為PROFINET IO-Controller

 

圖6：采用CP5614 作為PROFIBUS Master

2、CP卡的分類

          對于PG/PC的系統接口，西門子提供了大量的PC卡，根據其功能特點，可以按照下面幾種方式進行分類：

（1）    與PC的接口；

（2）    處理器的特點；

（3）    支持協議及相應功能；

（4）    總結

2.1 與PC的接口

          CP卡在PC機（包括筆記本電腦）的使用上，主要有以下接口連接：

2.1.1 ISA接口

        ISA總線: (Industry Standard Architecture:工業標準體系結構）是IBM公司為PC/AT電腦而制定的總線標準，為16位體系結構，只能支持16位的I/O設備，數據傳輸率大約是8MB/S。ISA總線是早期的PC機提供的接口，主要是早期采集卡，像CP5412等，目前基本不再使用。

2.1.2 PCI及PCI-X接口

        在CP卡應用中，PCI有PCI及PCI-X兩種接口。

      不同于ISA總線，PCI總線的地址總線與數據總線是分時復用的。這樣做的好處是，一方面可以節省接插件的管腳數，另一方面便于實現突發數據傳輸。其中PCI為32位體系結構，PCI-X為64位體系結構，PCI-X提供更大的帶寬。

      CP5611、CP5611A2、CP5613、CP5613A2、CP5614、CP5614A2、CP1613、CP1613A2是西門子用在PCI插槽與PC機的接口卡，都是32位卡。其中CP5611、CP5613、CP5614、CP1613是基于PCI接口，CP5611A2、CP5613A2、CP5614A2、CP1613A2是在PCI及PCI-X接口上均可用，但仍舊是32位數據通信。

2.1.3 PCI/104 接口

      對于5603、1604等卡，采用PCI/104 Puls接口。

      PC/104組織提供PCI/104、PCI-104、PCI/104 Plus、PCIe/104、PCI-104 Express共五種類型接口，其中PCI/104即ISA總線接口（16位系統），PCI-104為

PCI接口（32位接口），PCI/104 Plus為PCI接口及ISA總線接口，PCIe/104為PCI express接口，PCI-104 Express 提供PCI及PCI express接口。

2.1.4 PCMCIA接口

        PCMCIA是用于筆記本電腦的一種總線接口，有16位與32位之分，即”PC Card”及”Cardbus”兩種。

      CP5511為16位”PC Card”接口，

      CP5512為32位”Cardbus”接口。

2.1.5  PCI Express接口

      采用了目前業內流行的點對點串行連接，比起PCI以及更早期的計算機總線的共享并行架構，每個設備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，而且可以把數據傳輸率提高到一個很高的頻率，達到PCI所不能提供的高帶寬。相對于傳統PCI總線在單一時間周期內只能實現單向傳輸，PCI-E的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。PCI-E的接口根據總線位寬不同而有所差異，包括X1、X4、X8以及X16幾種。

        目前CP1623、CP5621、CP5623等采用的PCI Express x1 接口，但也可以用在PCIe X4-, X8- 及 X16 Slots上面。

2.2 處理器特點

        對于CP卡，一部分是自帶微處理器，有更強、更穩定的數據處理功能。

2.2.1  用于Industry Ethernet的CP卡

 

圖7：通訊性能比較（Message/Second）

 

        CP1613、CP1613A2、CP1623是自帶微處理器的；其協議的工作都是在自己的處理器上運行，從而PC機只需要處理應用程序，通信由CP卡自己處理，這樣也保證了通訊過程數據通訊是穩定的。此外支持冗余系統及時間同步、多協議運行、多CP卡工作在一臺PC上。

        IE General（普通網卡）不帶微處理器（softbus）；協議軟件執行依靠PG/PC操作系統，從而PC/PG需要處理應用程序及通訊工作。通訊性能依賴于PC機性能及負載情況。不太穩定，不支持、多協議運行、多CP卡工作。

        目前使用為CP1613A2，CP1613已經停止供貨。CP1613A2比CP1613有更好的處理性能。同時CP1613A2兼容CP1613。

2.2.2      用于PROFIBUS的CP卡

 

圖8：通訊性能比較（Data/1ms）

上圖為具有微處理器的CP卡與SOFTNET CP的性能比較：

CP5613 A2 with DP-RAM access：直接訪問RAM區數據。

CP5613 A2 with DP-5613/Win：基于windows下程序二次訪問。

CP5611 CP5512 with SOFTNET-DP：沒有RAM區。

 

圖9：與DP從站通訊比較

          CP5613、CP5613A2、CP5614、CP5614A2、CP5603是自帶微處理器，支持多協議、多CP卡工作，多于8個站的系統，更大的數據吞吐量。如上圖9，對于自帶微處理器的PC卡，基于event/filter方式，通過DP-RAM接口對DP從站訪問時，比CPU的負載要低很多。

      CP5611、CP5611A2、CP5511、CP5512不帶微處理器（softbus），不支持多協議、多CP卡工作，最大到8個站的系統。

2.3 支持協議及相應功能

2.3.1   基于Ethernet 的通信協議

 

圖10：ISO/OSI參考模型下的以太網

     

                     表1：基于Etherne的通信協議

        對于CP1613、CP1613A2、CP1623、IE General，支持下面協議：

        PG/OP 通信：支持在工業以太網下對S5/S7 控制器的編程等工作，其中IE General只能處理S7控制器系統。

        S7通信：提供PG/PC應用（如對WinCC的訪問），提供對S7系統組件的數據及程序處理，主要提供了以下服務：

                數據服務：塊管理服務、BSEND/BRECEIVE、Server服務（DB1）、變量服務；

                管理服務：信息通知、安全、事件服務；

                容錯服務：提供對H系統的冗余（IE General 不支持，CP1613A2、CP1623支持）；

        S5兼容通信：即Send/Receive協議，基于ISO、ISO-TCP、TCP三種方式下，可以處理S5、S7、CP系統簡單數據通信。

        OPEN IE通信：基于TCP/IP及UDP的通信。

        SNMP：簡單網絡管理協議，基于UDP，對CP卡的信息管理。

2.3.2  基于PROFIBUS的通信協議

 

圖11：ISO/OSI參考模型下的PROFIBUS網

          對于CP5611、CP5611A2、CP5621、CP5511、CP5512、CP5613、CP5613A2、CP5614、CP5614A2，支持的協議如下：

          PG/OP 通信：支持對S5/S7 控制器的編程等工作。

          S5兼容通信：FDL通訊，即Send/Receive協議。S7通信：同上。

          DPC1、DPC2通信：上述卡均可作為1類及2類主站。同時對于CP5613、CP5614系列，提供DP-base包，可以對Ram-access區直接基于API編程。

          DP Slave：從站服務，早期CP5613是不支持作為從站的，對于CP5613 （SW V7.1.2），使用simatic 2008，也支持作為從站模式。

          FMS通信：第七層的一個應用服務，可用于不同生產商間PROFIBUS系統通信，目前已經較少使用，CP5613及CP5614系列支持，但CP5611、CP5512系列不支持。

2.4  總結

CP卡	PC插槽	協議	是否自帶微處理器
CP5511	“PC-Card” 16bit	DPC1、DPC2、DP Slave, S7 協議 PG/OP FDL	沒有微處理器
CP5512	“Cardbus”32bit
CP5611	PCI 32bit
CP5611A2	PCI+PCI X 32bit
CP5621	PCI/104 Plus
CP5613	PCI 32bit	DPC1、DPC2, S7 協議 PG/OP FDL FMS	內置的微處理器
CP5613A2（<SWv7.1.1）	PCI+PCI X 32bit
CP5613A2（SWv7.1.1）	PCI+PCI X 32bit	DPC1、DPC2,DP Slave S7 協議 PG/OP FDL FMS
CP5614	PCI 32bit
CP5614A2	PCI+PCI X 32bit
CP1613	PCI 32bit	PG/OP S7協議 S5兼容（ISO、ISO-tcp、tcp） OPEN IE (TCP,UDP) SNMP S7 H冗余協議（基于ISO的S7協議）
CP1613 A2	PCI+PCI X 32bit
CP1623	PCI/104 Plus

表2：CP卡分類

 

3、CP卡與SimaticNet軟件關系

（1）    CP卡的驅動；

（2）    CP卡授權及相應的連接資源；

（3）    CP兼容性；

3.1   CP卡驅動

在PC機中安裝CP后，需要相應的驅動程序安裝。

CP卡	Step7	SimaticNet	Step7 Micro win	NCM
CP5512	>=V5.2	>=V6.1	>=V3.2 sp4	>=V5.2
CP5611/CP5611A2	>=V3.2	>=V3.2	>=V2.1	包含
CP5613A2/CP5614A2		>=V6.2
CP5621	>=V5.4 Sp4	>=V7.0	包含	對應Net
CP1613 A2		>=V6.2
CP1623		>=V7.0

表3：CP卡驅動對應表

       根據表3及下面的表，可以得出各種CP卡與SimaticNet 的對應關系。

3.2   CP卡授權及相應連接資源

3.2.1  PROFIBUS提供授權

CP卡根據支持的協議，在做不同工作時需要不同的授權（下面是V7.1的授權）。

DP-5613	6GK1 713-5DB71-3AA0
S7-5613	6GK1 713-5CB71-3AA0
FMS-5613	6GK1 713-5FB71-3AA0
DK-5613	http://www.siemens.com/simatic-net/dk5613
SOFNET-DP	6GK1 704-5DW71-3AA0
SOFTNET-DP Slave	6GK1 704-5SW71-3AA0
SOFTNET-S7	6GK1 704-5CW71-3AA0

表4：SimaticNet中包含PROFIBUS相關授權包

   

3.2.2  工業以太網提供授權

表5：SimaticNet中包工業以太網及SNMP相關授權包

補充1：

需要注意的是，上述授權都是完整授權，對于單個授權還有一些升級授權，例如對于S7-1613授權，有下面4種授權訂貨號：

      6GK1 716-1CB71-3AA0：完整授權；

      6GK1 716-1CB00-3AL0：訂貨1年內升級授權；

      6GK1 716-1CB00-3AE0：從V6.4到simaticNet  2007升級授權；

      6GK1 716-1CB00-3AE1：從<V6.4到simaticNet 2007升級授權；

      其余的可以參考IKPI。

補充2：

      SNMP 的相關授權，是SimaticNet作為OPC SNMP Server的授權，不同授權可帶的SNMP代理客戶端的數量不一樣。

補充3：

      DK-5613是一個免費軟件，不需要購買的。

補充4：

對于S7-REDCONNECT 編程要求：STEP 7 V5.0以上

3.2.3  基于PROFIBUS卡的授權

     對于購買不同的授權，可以支持不同的協議，做不同的通訊。

表6：PROFIBUS相關授權關系

補充：對于購買WinCC的用戶（從V6.0 SP3），授權中包含了SOFTNET S7的授權，所以對于CP5611A2、CP5621、CP5512通訊是不需要再購買授權的。第三方監控軟件還是需要的。

3.2.4  基于PROFIBUS卡的連接資源數

       對于不同PC卡，可支持相應連接數及數量不同。

 

	CP5611A2 CP5621	CP5512	CP5613A2	CP5614A2
DP Master	60 Input : 244byte Outpt : 244byte Max : 14.64KB	60 Input : 244byte Outpt : 244byte Max : 7.808KB	124 Input : 244byte Outpt : 244byte Max : 30.256KB	124 Input : 244byte Outpt : 244byte Max : 30.256KB
DP Slave	Input :122byte Outpt :122byte	Input :122byte Outpt :122byte	V7.1.2版本支持	Input :244byte Outpt :244byte
S7和PG/PC	連接數 :8	連接數 :8	連接數 :50	連接數 :50
FDL連接	連接數 :50 任務數 :100	連接數 :50 任務數 :100	連接數 :80 任務數 :120	連接數 :80 任務數 :120
FMS			40	40
多協議（1卡）	連接數 :50	連接數 :50	連接數 :50	連接數 :50
多協議（多卡）	連接數 :50	連接數 :50	連接數 :207	連接數 :207

表7：PROFIBUS不同協議支持連接數及數據量

補充：

      4 x CP5613/5614 (FO/A2) 和 1 x  CP5611 (PG 模式)

      2 x FMS-5613

      1 x FMS-5613 和 1 x CP5611 (PG 模式)

      2 x CP5611 (1 x 組態模式，1 x PG 模式)

3.2.5  基于工業以太網卡的授權

對于工業以太網下，主要有CP1613A2、CP1623、IE General（普通網卡），結合PROFIBUS卡，在PC Station 上有以下限制：

      4x CP1613 和 1 x IE General (組態模式)

      4 x CP5613 (FO/A2) 和 1 x CP1612

      4 x CP1613 (A2) 和 1 x CP5611

 

表8：工業以太網相關授權關系

3.2.6  基于工業以太網的卡連接資源數

	CP1613A2	CP1623	IE General SOFTNET S7	IE General SOFTNET S7 Lean
S5兼容通信	120	120	64	8
S7和PG/PC	120	120	64	8
S7冗余-2Part	60	60	不支持	不支持
S7冗余-4Part	30	30	不支持	不支持
多協議（1卡）	120	120	64	8
多協議（多卡）	207	207	64	8

表9：工業以太網下不同協議支持連接數及數據量

      補充：

      對于購買WinCC的用戶（從V6.0 SP3），授權中包含了SOFTNET S7 Lean的授權；

     

3.3   CP的兼容性問題問題

根據前面表3，可以根據下面幾個表比較出相應的兼容性

表10：SimaticNet 與版本對應關系

 

表11：SimaticNet 2008 與操作系統對應關系

 

 

表12：SimaticNet 2007 與操作系統對應關系

 

表13：SimaticNet 2006 與操作系統對應關系

  

表14：SimaticNet 2005與操作系統對應關系

4、舊卡升級注意問題

        舊卡在升級時，需要注意相關軟件的兼容性問題。例如對于CP5613升級到CP5613A2情況下，幾個問題：

（1）    CP5613A2需要的SimaticNet的版本號；

           參考表3：CP卡驅動對應表，可以看到SimaticNet版本、>=V6.2。

（2）    替換相應SImaticNet后，需要相應授權，可購買新授權或升級授權；

參考表4：SimaticNet中包含PROFIBUS相關授權包（不同用途不同授權）；

對于特定授權，例如S7連接，有新授權和升級授權：

              6GK1 713-5CB70-3AA0：完整授權；

              6GK1 713-5CB00-3AL0：訂貨1年內升級授權；

              6GK1 713-5CB00-3AE0：從V6.4到simaticNet  2007升級授權；

              6GK1 713-5CB00-3AE1：從<V6.4到simaticNet 2007升級授權；

（3）    如果與HMI系統用在一起，要考慮其與SimaticNet軟件的兼容性，例如與WinCC的兼容性；如果使用Step7中驅動程序，則要考慮Step7的兼容性；

可參閱下面的兼容性列表。

 （4）   在卡的安裝上，換要考慮其接口，例如CP5623與CP5613A2接口就一樣，可 以參考表2：CP卡分類。

（5）  同時要考慮新驅動與操作系統的兼容性。

 

4.1 WinCC與相關產品兼容性

       http://support.automation.siemens.com/CN/view/zh/21928032

       包含了WinCC V5、WinCC V6、WinCCV7與其它產品的兼容性。

4.2  Step7兼容性

http://support.automation.siemens.com/CN/view/zh/18734363

 

表15：Step7與操作系統對應關系

4.3 SimaticNet與操作系統兼容性

      表11：SimaticNet 2008 與操作系統對應關系

      表12：SimaticNet 2007 與操作系統對應關系

      表13：SimaticNet 2006 與操作系統對應關系

      表14：SimaticNet 2005 與操作系統對應關系

參考http://support.automation.siemens.com/CN/view/zh/18734363

5、小結

在TIA自動化系統中，通過CP卡建立連接，利用SimaticNet提供的OPCServer，可以通過VB、.net、VC等開發語言，與現場控制器進行數據通信，數據分析，相關數據采集可以參考如下連接：

http://www.ad.siemens.com.cn/download/searchResult.aspx?PageIndex=3

http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?query=cp5611+dp+slave&func= cslib.cssearch&content=skm%2Fmain.asp&lang=en&siteid=csius&objaction=cssearch&searchinprim=0&nodeid0=10805590&x=13&y=3

http://www.ad.siemens.com.cn/download/searchResult.aspx?PageIndex=3

http://www2.ad.siemens.com.cn/Download/Upload/AS/application/A0036.pdf

http://www2.ad.siemens.com.cn/download/Upload/AS/application/A0315.pdf

http://www2.ad.siemens.com.cn/download/Upload/AS/application/A0326.pdf