SNMP協議在WAGO工業以太網系統中的應用

        摘要: 隨著以太網技術在工業自動化領域的快速發展,SNMP協議也被廣泛地應用于工業自動化控制產品中, 并在工廠的現代化管理中發揮著重要的作用。本文以WAGO 750-841可編程現場總線控制器為例，系統地介紹了SNMP協議在工業控制產品中的應用。

1 引言
        眾所周知，SNMP（Simple Network Management Protocol，簡單網絡管理協議）提供了一種從網絡上的各種設備中收集網絡管理信息的方法，它是一個標準的用于管理IP網絡節點的協議，為現場設備向網絡管理站報告問題和錯誤提供了一種方法。目前，幾乎所有的網絡設備生產廠家都實現了對SNMP的支持。隨著工業以太網技術在自動化領域的不斷發展，SNMP通訊技術在自動化控制設備中也得到了廣泛的應用，它可以方便地將工業現場的一些信息快速、方便得傳輸到工廠管理系統。
2 SNMP概述
        SNMP管理網絡主要由三部分組成：網絡管理系統（NMS---Network-management systems）、被管理設備(Managed device)、代理（Agent）。網絡管理系統用于監視并控制被管理設備，提供網絡管理需要的大量運算和記憶資源。被管理設備又稱為網絡節點，可通過管理信息庫（MIB）收集并儲存管理資訊，供網絡管理系統讀取。代理是一種存在于被管理設備中的網絡管理軟件模組，代理控制并傳送本地設備的管理資訊。
        管理信息庫（MIB---Management Information Base）是對象的集合，每個對象基本上是一個數據變量，包含有關配置和性能的數據，可由SNMP通過被管理設備的SNMP管理代理進行設置，代表網絡中可以管理的資源和設備。
管理信息結構（SMI---Structure of Management Information）用于定義通過網絡管理協議可訪問的對象的規則。SMI定義在MIB中使用的數據類型及網絡資源在MIB中的名稱或表示。
        SNMP Trap是SNMP的一個重要功能，當被管理設備出現意外事件，如系統問題或用戶設定的一些問題時，代理會主動向管理站發出告警信息，管理站可以通過預先定義的方法進行處理。
3 工業以太網控制器中的SNMP
        3.1 WAGO工業以太網系統介紹
        WAGO-I/O-SYSTEM工業以太網控制系統采用模塊化結構，即插即用，體積緊湊，安裝靈活，除了支持Modbus/TCP、Ethernet/IP、ProfiNet、SERCOS等多種工業以太網協議以外還同時支持BootP、DHCP、DNS、FTP、SNTP、SNMP等多種網路管理協議?！?BR>        750-841可編程現場總線控制器（PFC）是WAGO公司于2003年推出的經典工業以太網產品，支持SNMPV1/V2c以及SNMPV3，集成了符合RFC1213（MIBⅡ）的通用MIB以及專用WAGO-MIB。SNMP協議在該產品中充分發揮了其優勢，為實現工業現場控制的信息化管理發揮了重要的作用。
        3.2 PFC 750-841中MIB的構成
        管理信息庫（MIB）中定義了可訪問的網絡設備及其屬性,由對象識別符(OID:Object Identifier)唯一指定。管理信息庫是一個樹形結構，SNMP協議消息通過遍歷SNMP MIB樹形目錄中的節點來訪問網絡中的設備?
        下圖給出了網絡管理系統中SNMP可訪問750-841設備中WAGO-MIB對象識別樹結構：
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圖1   WAGO-MIB對象識別樹結構圖   

        750-841中通用MIBⅡ的分組構成見下表：

表1   750-841 MIBⅡ

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    750-841專用WAGO-MIB中的對象可通過SNMP協議讀取，這些對象中包含有750-841設備的狀態及當前設置等信息，詳細分組構成見下表：

表2   750-841 WAGO-MIB

        在表2中，組Plc Data Group中的wioPlcDataWriteArea (..1.1.3)可顯示存儲255個DWORD類型的數據，這些數據均來自于750-841現場總線節點，通過其內部的控制程序確定每一個單元的數據分配，這些數據可以是通過IO模塊從工業現場直接采集的數據也可以是控制器內部所生成的中間變量。wioPlcDataReadArea(..1.1.2)同樣可以存放255個DWORD類型的數據，但這些數據是由網絡管理系統進行設置并傳送到750-841現場總線控制器，可用于控制現場設備或供750-841控制器內部使用。
        在此，需特別進行介紹的另兩個組是Snmp Trap String Group和Snmp User Trap String Group。在組Snmp Trap String Group中包含有740-841現場節點系統信息，如PLC啟動、PLC停止、KBUS總線錯誤、PLC在線修改等。在組Snmp User Trap String Group中包含10個用戶可自定義的Trap信息，這些信息是在750-841控制器中設置完成的。
        WAGO-MIB管理信息庫文件750-917可以從WAGO網站： 上免費獲取。
        3.3 PFC 750-841與網絡管理系統之間的信息傳輸
        SNMP為應用層協議，其基本功能包括：取得，設置和接收代理發送的意外信息?！叭〉谩敝傅氖枪芾碚景l送請求，代理根據這個請求回送相應的數據；“設置”是管理站向被管理設備發送設置 (也就是代理)值；“接收代理發送的意外信息”是指代理可以在管理站未請求的狀態下向管理站報告發生的意外情況。
        上述功能在750-841控制器中是通過一個專用庫文件 實現的。在CoDeSys 編程環境下，功能 SNMP_SET_PLCDATA_WRITEAREA 用于將750-841中的某些數據按DWORD類型設置到指定的OID-memory中，范圍從..1.1.3.1 到 ..1.1.3.100，換句話說，將CoDeSys 中的數據傳送到WAGO-MIB管理信息庫的 wioPlcDataWriterArea中。功能SNMP_GET_PLCDATA_READAREA用于讀取用戶在WAGO-MIB管理信息庫的wioPlcDataReadArea中設置的數據并將這些數據顯示在CoDeSys中的一個指定數組中，也就是說將wioProcessImage中的數據傳送到CoDeSys中。
        功能SNMP_SEND_TRAP_SIMPLE用于將一個String類型數據從CoDeSys傳送到WAGO-MIB中的wioUserTrapMessages（..4.5.1）作為一個簡單的Trap信息向管理站發送。功能SNMP_SET_USERTRAP_MSG 可用于為wioUserTrapMessages中的全部10個用戶自定義信息（..4.5.1-10）設置數據，這些設置好的Trap信息可采用SNMP_SEND_TRAP_ADVANCED功能發送到WAGO-MIB中。
        3.4 實例分析
        網絡管理系統采用HIRSCHMANN公司的HiVision軟件。該軟件可自動掃描到WAGO Ethernet 750-841節點，如下圖：

圖2   HiVision 主界面

        被管理設備選用WAGO 750-841可編程現場總線控制器，750-430 開關量輸入模塊，750-530 開關量輸出模塊，750-461 RTD溫度檢測模塊以及750-600終端模塊，WAGO-I/O-PRO CAA 編程軟件。在編程軟件中采用SNMP_SET_PLCDATA_WRITEAREA功能向WAGO-MIB中的..1.1.3.1~3分別輸入數據“8”，“215”，“215”，其中數據“215”為750-461模塊實時檢測到的環境溫度值，如下圖：

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圖3   WAGO-I/O-PRO CAA 程序界面

        通過網絡管理系統中的Snmp Browser 可清楚地觀察到WAGO-MIB中所對應的數據。如下圖：

圖4   HiVision 中的Snmp Brower工具界面

4 結語
        SNMP網絡管理技術能夠充分地應用于WAGO工業以太網控制產品中，使得工業現場的一些實時數據可以直接傳送到工廠管理系統中，便于整個工廠的設備管理，提高管理效率，降低管理成本。另外，SNMPV3采用DES（Data Encryption Standard）算法加密數據通信并使用MD5和SHA（Secure Hash Algorithm）技術驗證節點的標識符，從而防止攻擊者冒充管理節點的身份操作網絡，確保了SNMP體系的安全性。