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一、概 述
SIMATIC PLC 以太网处理器,简称以太网 CP 模块,是西门子 PLC 家族的重要组成部分,以太网 CP 可以为 CPU 扩展出一个新的网络,来连接不同网络的设备,同时对于 CPU 的连接资源和通信协议会做出扩展,大大丰富了SIMATIC PLC 的通信能力。
西门子全系列的 PLC,从 S7-300/400 到 S7-1200/1500,都提供了多种类的 CP 模块,面对种类繁多的 CP 模块,该如何选择呢?
![图片](http://img.11467.com/2024/05-29/3090628335.jpg)
接下来,我们就带大家一起来探秘 SIMATIC PLC 以太网 CP 。
二、SIMATIC PLC 以太网 CP
SIMATIC PLC 以太网 CP 是对 CPU 通信能力的一个补充,扩展一个以太网 CP,就是给 CPU 增加了一个网卡,也增加了 CPU 的通信能力。总体来说,增加 CP 卡的功能主要有以下几方面:
- 扩展网络:连接其他网段设备,隔离 CPU 生产网
- 扩展通信资源:常用工业领域通信连接资源的扩展,例如:PROFINET、S7、PG/OP、TCP/UDP等
- 扩展通信协议:扩展了很多 IT 的协议和安全功能,例如:FTP、SMTP、HTTP
- 扩展特殊通信服务:用于特殊的应用场合,例如:RNA、OPC UA、VPN、防火墙以及远程通信等
S7-300 CP 卡
S7-300 系列的 CPU 很多型号本体并没有集成以太网接口,即使有些型号的 CPU 本身有以太网接口,但是这些接口的通信资源和通信能力也比较弱,因此以太网 CP 的应用非常普遍。
![图片](http://img2.11467.com/2023/12-01/1043036115.jpg)
S7-300 的 CP 卡有三种型号,下面的表格列出了三种模块支持的通信协议和连接资源数量。
![图片](http://img.11467.com/2023/12-01/1043195657.jpg)
从表格中不难看出三种模块的区别和应用场合。
CP 343-1 Lean 是一个轻量级的模块,它可以为 S7-300 系统扩展以太网接口,但是连接资源比较少,通信的能力有限制(S7 只能作为服务器,PROFINET 只能做智能从站),因此应用上有一定的局限性。
CP 343-1 是性能居中的模块,通信资源和通信能力都比较全面,适合绝大多数工业设备间的通信。
如下图所示, CP 343-1、CP343-1 Lean 适合连接工业现场层级的设备。
![图片](http://img.11467.com/2023/12-01/1043183971.jpg)
CP 343-1 Adv 从功能上可以看出,除了兼容 CP 343-1 的基本功能外,增加了 IT 的通信协议和安全功能,双网卡接口适合作为连接工业现场设备和工厂管理层的桥梁,同时1G 的接口可以确保提供足够的带宽连接工厂 IT 系统。通过下图,可以看出CP 343-1 Adv 在工厂层级中适合的位置。
S7-400 CP 卡
S7-400 CPU 通信资源比较多,因此 S7-400 CP 卡一般不作为通信资源的扩展使用,更多的是为CPU 扩展接口和提供其他通信服务来使用。
![图片](http://img.11467.com/2023/12-01/1043126767.jpg)
下面的表格列出了 S7-400 以太网 CP 卡的功能区别。
CP 443-1 通信能力都比较全面,适合绝大多数工业设备间的通信,因此是作为连接工业现场设备通信扩展的shouxuan。
CP 443-1 Adv Zui大的特点就是增加了 IT 的通信协议和安全功能,更适合作为工业现场层和控制层之间的连接,安全功能可以确保工业设备的运行安全。
CP 443-1 RNA 支持 PRP 并行冗余协议,设计的初衷主要是为了将S7-400 接入到PRP 的环网这样特殊的应用。
CP 443-1 OPC UA 主要是为S7-400 系统扩展了OPC UA 的服务。这款模块主要是为了特殊的应用场景而设计的,虽然在功能上也兼容一些常用的应用,但是拿来做一般的通信不免有点大材小用 。
S7-1200 CP 卡
当西门子 PLC 发展到 S7-1200/1500 ,由于 CPU 集成以太网接口的普及以及通信能力的大幅度提高,集成以太网接口基本已经满足绝大多数常用的 IT 服务应用。因此 CP 卡的作用主要作为扩展网段和扩展特殊通信服务使用。
S7-1200 CP 卡是一个庞大的家族,除了有线设备外,还有能够提供移动通信服务的模块,但是由于入网许可证的原因,国内的应用只考虑有线模块 CP 1243-1。
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S7-1200 CP1243-1 模块经过多年的发展,已经进化成为当前的 “全能战士“。如下图所示,它支持 S7/TCP/UDP 这样常用的通信协议;还支持通过集成的安全功能提供防火墙和 VPN 服务;Zui后还支持通过远程通信协议 DNP3、TCSB 将现场数据传到数据中心。
正因为有“全能战士“ 的存在,S7-1200 CP 卡的选择不需要太多的犹豫,一卡在手走遍天下。
S7-1500 CP/CM 卡
由于S7-1500 CPU 接口已经具备了强大的通信能力,S7-1500 CP 卡主要作为扩展接口隔离现场生产网络来使用。
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下面的表格中列出了 S7-1500 主要 CP 模块的功能区别。
![图片](http://img.11467.com/2023/12-01/1043359055.jpg)
CM1542-1 除了支持常用的工业现场通信协议外,还具备了常用的 IT 服务,因此既适合作为现场总线的扩展和也可以用于连接工厂控制层。
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而与之相比,CP1543-1 Zui主要的区别是增加了安全功能,通过防火墙和VPN 为现场工业网络提供保护。
![图片](http://img.11467.com/2023/12-01/1043477304.jpg)
CP1545-1 虽然也具备绝大多数的通信服务,但是Zui主要的亮点是可以支持MQTT 协议,可以作为一个边缘设备将数据上传到云平台,为后期的应用提供数据的支持。
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ET200SP CP 卡
![图片](http://img.11467.com/2023/12-01/1043546802.jpg)
ET200 SP CP 卡的设计可以说是兼顾了 S7-1500 CP 卡的特点,下表列出了当前的 CP 卡和支持的通信服务。
![图片](http://img.11467.com/2023/12-01/1043526865.jpg)
不难看出,ET200SP CP 都不支持 PROFINET,因此不是用来扩展现场 IO 设备的。ET200SP CP 的定位和 S7-1500 CP 非常相似,CP 1542SP-1 适合向下连接工业现场总线的设备,而与之相比,CP 1543SP-1Zui主要的区别是增加了安全功能,通过防火墙和 VPN 为现场工业网络提供保护。比较特殊的一款模块 CP 1542SP-1 IRC,支持当前主流的远程通信协议,更适合于远程数据采集的应用场合。
三、结 语
顺应 IT-OT 融合的大趋势,S7-1200/S7-1500/ET200SP PLC CP 卡也与时俱进不断推出新的功能和模块。有了 CP 卡的加持,SIMATIC PLC 的通信能力能够得到不断地完善和加强。虽然 S7-300 系统逐渐走出了我们的视线,但是本文带着大家再次回顾 S7-300 CP 卡,也是对经典的回顾,致敬传奇!
对于 SIMATIC PLC CP 卡的介绍,相信大家或多或少已经有了一些概念。Zui后小编为大家分享一个选择 CP 卡的方法。如果你还在为选择哪款 CP 卡犹豫,想一个简单的问题,你就会得到合适的答案。这个问题是:CP 卡通信的对象所在的位置是“上“?-”中“?还是”下“?
我们就以 S7-1500 系列的三种 CP 卡为例:
“下”-指的是通信对象是常见的工业现场设备,PROFINET/S7/TCP 这样的协议。CM 1542-1 肯定是Zui合适的选择。
“中”-指的是工厂 IT 层级的应用,比如各种 IT 服务和SCADA等。S7-1500 的三种模块虽然都可以适合绝大多数的应用,但是如果有安全功能的要求 CP 1543-1、CP1545-1 都可以使用,但是考虑性价比,CP 1543-1肯定是Zui优的选择。
“上”-指的数据需要走出工厂,远程通信、数据上云等应用场景。显而易见,CP 1543-1、CP1545-1 都比较适合。但是如果有数据和云端通信这样的特殊应用,CP1545-1 应该是zuijia的选择。
明确了这个问题,我们再去回顾不同 CP 卡的通信服务,秉着物尽其用的原则,相信大家一定可以选出Zui合适的模块!
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