西门子S7-1500/1200通讯技术

PLC技术始于上世纪60年代，经过将近一个世纪

的发展，PLC技术发生了翻天覆地的变化，尤其

是在进入新世纪后，随着工业4.0时代的到来，

越来越多的新技术涌入到了PLC 领域。

SIMATIC PLC S7-1200/1500的应用技术随着

硬件和TIA 博途软件的升级也在不断地进化，很

多新的技术、应用出现在我们的视野内，这些新

的技术我们对传统PLC 的认知。

作为一个自动化工程师，也许我们很熟悉 PLC

的传统应用，但是对于很多新的、甚至是跨界的

应用技术，我们真的熟悉吗?今天就带大家来一

起认识一下SIMATIC PLC不为人熟知的“黑科

技"。

SIMATIC PLC 的新技术

1

路由

路由，是一个网络技术的名词，通常情况是指网

络中一个IP子网段对另一个子网段访问的技

术。SIMATIC PLC 的路由功能主要是指从一个

物理网卡对另外一个物理网卡的访问，这种访问

可以是从 PLC X1 以太网接口访问X2以太网接

口上的设备;也可以是不同物理网卡间的访问，

例如从 PLC 的以太网接口访问DP接口上的设

备。

在SIMATIC PLC中提到路由，有两种，一种是

和 IT 网络技术中的路由功能相同的，我们叫做

IP转发。

另一种路由指的是S7路由，可以从一种S7子

网对另外一个S7子网中的设备进行访问。这两

个子网可以是PLC 以太网接口X1的网络到以太

网接口X2，也可以是不同种类的S7子网，例

如从 PLC 的以太网接口访问DP接口上的设备。

IP 转发

IP转发，是一种在CPU 两个已连接的IP子网之

间转发IP 数据包的功能。这种技术其实等效于

我们常说的三层路由的功能，路由器负责转发不

同IP 子网间的通信数据。

如果启用IP转发，则S7-1500CPU会在

X1/X2两个网卡子网之间充当路由器的角色。

如下图所示，编程设备需要访问HMI，编程设

备和 HMI 设备位于不同的IP子网中，并且分别

连接到了CPU 的X1和X2两个接口。编程设备

和 HMI 设备中，我们需要设置网关地址，各自

的网关地址就是CPU X1和X2 的接口IP地

址。

完成设置之后，编程设备和HMI设备之间跨网

段的数据传输，就会通过CPU进行转发，CPU

就变成了连接两个网段的路由器!

在很多的应用现场，我们存在不同网段之间轻量

级通信的需求。传统的解决方案，我们需要布置

路由器、三层交换机、或者增加CP卡，不仅会增

加硬件成本，而且提高了网络配置的难度。通过

IP转发，CPU 就会化身为路由器，简单的配置

方法大大简化了自动化工程师的工作!

S7路由

我们在现场调试中经常遇到这样的场景，一些设

备的 IP 地址和我们的PC不是同一网段，也没

有多余的接口允许我们的电脑直接连接;又或者

通讯对象无法和我们的PC直接连接;我们要想

下载操作，需要背着电脑在工厂跋山涉水感到通

讯对象的机柜才行;虽然当前主流的PLC 都可

以通过以太网下载，但是对于一些老系统，没有

以太网接口，我们还需要额外携带笨重的485编

程电缆。有没有办法，可以基于现有的PLC网

络，实现访问的一网到底呢?答案是，S7路

由。

S7路由，是西门子设备间的访问技术，配合西

门子的编程软件和硬件，可以实现对远端设备跨

网络的下载、通信的功能。这样通过支持S7路

由的硬件设备，可以从一个网卡路由到另一个网

卡;也可以从以太网路由到PROFIBUS/MPI接

口的设备。

在很多的应用现场，我们的终端设备可能无法直

接连在最终的通信对象上，比如我们的

PLC/HMI/编程器上面没有能够直接连接终端设

备的物理接口。这时候就可以用到S7路由功

能。

S7 路由的功能，根据通信的类型，有以下几种

划分:

用于在线连接的S7路由

这种功能，在经典STEP7 和TIA 博途都可以实

现，通过编程器PG/PC，可访问直连的S7子网

以外的设备，执行下载、组态、编程调试的任

务。如下图所示。

尤其是针对一些老的系统，PLC只有

MPI/PFORIBUS 的接口，通过S7路由，工程师

无需再携带额外的编程电缆，大大方便了工程师

的操作。

用于 HMI 连接的 S7路由

可通过不同的子网(PROFIBUS、PROFINET或

工业以太网)在HMI与CPU 间建立S7连接。

在下图中，HMI可以基于现有的网络硬件，连

接PROFIBUS 接口的PLC4/PLC6。

所以，在HMI选型上，我们只需要选择支持S7

路由的屏，就不需要为了连接PROFIBUS 接口

设备选择额外的RS485 接口。

用于 CPU-CPU 通信的 S7路由

可通过不同的子网(PROFIBUS、PROFINET或

工业以太网)，在S7-1200/S7-1500 CPU间建

立S7双边连接。在下图中，PLC_3 和PLC_6之

间可以直接组态S7 连接，PLC_3不需要增加额

外的 PROFIBUS CP卡，减少了额外的硬件部署

的工作!

2

基于 IP的应用程序的虚拟接口

SIMATIC PLC CP卡可以为PLC扩展一个以太网

网卡，提供很多的通信服务。但是如果用户需要

通过 CP 直接访问CPU 的特殊应用，例如:

OPC UA。在以往的功能中是实现不了的。如何

即通过 CP卡隔离CPU 的生产网络，又可以访

问到 CPU 的 OPC UA 服务呢?

S7-1500 CPU从固件版本2.8起，可以选择通

过同一站中通信处理器的接口访问CPU基于本

身集成接口的IP 的应用(例如OPC UA)。如

下图，激活该功能后，CPU和虚拟接口(虚拟接

口称为W1)通过内部总线连接到CP卡的网络

中。

CPU 激活该功能后，可以为虚拟接口W1设置

一个和 CP卡同一网段的IP地址，连接在 CP。

从而可通过访问虚拟接口IP，来访问CPU基于

IP 的应用。

虚拟接口W1等于将CPU 映射到了CP卡网络

的一个IP地址，这种技术很类似于网络技术中

的1:1NAT。连接在CP卡网络的设备通过访

问虚拟 IP地址，就可以访问CPU包括编程、开

放式数据通信、S7通信、OPC UA等等基于IP

的应用。

web server功能，并不是SIMATIC PLC 的新功

能，早在S7-300/400系列就已经开始支持。通

过web server，我们的终端设备即使没有安装

西门子的工程软件，只需要一个标准的网页浏览

器就可以获得CPU 的信息，这意味着我们即使

没有编程设备，通过手机、平板，就可以快速的

访问 PLC 的信息，方便我们快速的做出诊断。

而且，这种访问不仅可以在局域网中实现，通过

网络技术，还可以在Internet上实现，无论设

备卖到地球的任何地方，都可以快速的远程接

入。

SIMATIC PLC 已经提供了集成的web server页

面，可以提供包括诊断缓冲区在内的很多PLC

信息，随着SIMATIC PLC技术的发展，尤其是

SIMATIC S7-1200/1500随着固件的不断升级，

集成的web server 页面将会增加更多的功能。

web server-运行系统信息

S7-1500 CPU 在诊断页面提供了运行系统信息

的页面，我们可以看到CPU 的循环时间和通信

负荷，尤其是在通信任务比较大的应用环境下，

工程师可以很方便地获得这些信息，掌握CPU

的运行情况。

web server-变量表监控

监视表并不是新功能，但是却非常有用。对于工

程的重要数据，我们可以很方便地进行监控，尤

其是在紧急的情况或者距离HMI 设备比较远的

环境下，我们的手机和平板都能获得数据，也方

便我们观察现场的运行情况，对工程师调试非常

的便利。即使维护工程师处在异地，也可以随时

观察数据的变化。

web server-自定义网页

自定义页面，绝对是SIMATIC PLC web 功能的

一个亮点，通过自创建简单的web页面，我们

不仅可以根据工程需要创建个性化的页面显示，

而且轻量级的页面内容也大大减轻了CPU 的负

荷。简单的AWP 语法，帮助用户无需复杂的编

程知识就可以在页面中访问CPU 的数据，S7-

1200/1500新固件下，可以支持JAVA Script和

JSON 对页面的访问，页面的访问更加灵活!

通过简单网络管理协议SNMP，用户可以获得

网络设备的重要信息，例如网口的负荷、错误率

等等，掌握这些信息对于维护网络稳定运行非常

重要。SIMATIC PLC也支持SNMP，方便网管

软件、其他SNMP 管理器获得PLC 网络的状

况。例如，通过了解CPU 以太网接口的错误、

流量、带宽等信息，为我们了解网络状况提供了

重要的依据!

但是在以往CPU固件中，只能通过程序块禁用

SNMP，并且用于安全认证的共同体的字符都是

默认的，不可修改。这就对SNMP应用的灵活性

和安全性造成了影响。

在新的S7-1500 V3.0固件和TIA 博途 V18 环

境下，CPU 的SNMP可以选择是否激活，并且

支持自定义修改的共同体字符，大大增强了新

CPU 的SNMP应用可行性。

5

数据安全

随着工厂网络规模的扩大，工业数据的安全越来

越重要，如何在数据传输的过程中确保安全、保

证数据不会被窥探和篡改呢?

我们想想一个场景，如果或者其他不明动机

的人员，通过抓包窃取了PLC 的控制数据，因

为数据传输都是铭文，那我们的控制工艺、重要

参数就会很容易的甚至被篡改，对于工业设

备的安全运行造成了很大的隐患!因此，在数据

传输过程中进行加密处理，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。S7-1500V2.9以上固件配

合博途 V17及以上版本，可以选择对通信数据进

行加密，通信的数据将会通过TLS 进行加密处

理，大大提高了数据传输的安全性。