PLC / S7-1200/1500Profinet IO通信協(xié)議介紹

CPU 的"I-Device"（智能設備）功能簡(jiǎn)化了與 IO 控制器的數據交換和 CPU 操作過(guò)程（如用作子過(guò)程的智能預處理單元）。智能設備可作為 IO 設備鏈接到上位IO 控制器中，預處理過(guò)程則由智能設備中的用戶(hù)程序完成。集中式或分布式（PROFINET IO 或 PROFIBUS DP）I/O 中采集的處理器值由用戶(hù)程序進(jìn)行預處理，并提供給 IO 控制器。

智能設備的應用領(lǐng)域：

分布式處理

可以將復雜自動(dòng)化任務(wù)劃分為較小的單元或子過(guò)程，這樣簡(jiǎn)化了子任務(wù)的同時(shí)也優(yōu)化了項目管理。

單獨的子過(guò)程

通過(guò)使用智能設備，可以將分布廣泛的大量復雜過(guò)程劃分為具有可管理的多個(gè)子過(guò)程。 必要的話(huà)，這些子過(guò)程可存儲在單個(gè)的 TIA 項目中，這些項目隨后可合并在一起形成一個(gè)主項目。

專(zhuān)有技術(shù)保護

智能設備接口描述使用 GSD 文件傳輸，而不是通過(guò) STEP 7 項目傳輸，這樣用戶(hù)程序的專(zhuān)有技術(shù)得以保護。

智能設備的優(yōu)勢：

簡(jiǎn)單鏈接 IO 控制器。

實(shí)現IO 控制器之間的實(shí)時(shí)通信。

通過(guò)將計算容量分發(fā)到智能設備可減輕 IO 控制器的負荷。

由于在局部處理過(guò)程數據，從而降低了通信負載。

可以管理單獨 TIA 項目中子任務(wù)的處理 。

智能設備可以作為共享設備。

S7-1200 與 S7-1200/S7-1500 Profinet IO 通信

S7-1200 V4.0及以上版本開(kāi)始支持智能 IO 設備功能。本示例中介紹1200 CPU之間如何進(jìn)行智能設備PROFINET通信，分別在相同項目和不同項目下進(jìn)行組態(tài)，實(shí)驗環(huán)境如下所示。

軟件：

TIA V15.1

硬件：

CPU 1217C DC/DC/DC V4.3

CPU 1215C DC/DC/DC V4.3

設備角色及地址：

表1 設備角色及地址

模塊	設備類(lèi)型	設備名稱(chēng)	IP地址	子網(wǎng)掩碼
S7-1217C	IO控制器	PLC1	192.168.0.1	255.255.255.0
S7-1215C	智能IO設備	I-Device	192.168.0.2	255.255.255.0

S7-1200 智能設備在相同項目下組態(tài)

STEP 1：創(chuàng )建 TIA Portal 項目并進(jìn)行接口參數配置

使用TIA V15.1創(chuàng )建一個(gè)新項目，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )視圖添加表1列出的所有設備，并進(jìn)入各個(gè)設備以太網(wǎng)地址選項分別設置子網(wǎng)、IP地址以及設備名稱(chēng)。

圖2. 以太網(wǎng)地址配置

STEP 2：操作模式配置

本例1215C作為智能IO設備，需要將其操作模式改為IO設備，并且分配給對應IO控制器，配置所需的傳輸區。

此外，如果不激活“PN接口的參數由上位IO控制器進(jìn)行分配"復選框，可指是在上位 IO 控制器的項目中設置智能設備的更新時(shí)間、看門(mén)狗時(shí)間、伙伴端口、拓撲等功能。

如果激活“PN接口的參數由上位IO控制器進(jìn)行分配"復選框，可指是在上位 IO 控制器的項目中設置介質(zhì)冗余、優(yōu)先啟動(dòng)、傳輸速率等接口和端口的幾乎所有功能。

需要強調的是，一旦激活“PN接口的參數由上位IO控制器進(jìn)行分配"復選框，則該智能設備將不再可以同時(shí)作為IO控制器使用。

智能IO設備還支持優(yōu)先啟動(dòng)，勾選后加快IO設備的啟動(dòng)速度，詳情請了解優(yōu)先啟動(dòng)相關(guān)功能。

圖3. 操作模式

進(jìn)入傳輸區視圖還可以分配地址區所屬組織塊及過(guò)程映像。

圖4. 傳輸區

STEP 3：項目編譯、下載、測試

分別編譯下載兩個(gè)PLC，在監控表中添加傳輸區數據，給Q區賦值，監控發(fā)送和接收數據區是否一致。

圖5. 測試結果

S7-1200 智能設備在不同項目下組態(tài)

STEP 1：創(chuàng )建 TIA Portal 項目并進(jìn)行接口參數配置

分別創(chuàng )建2個(gè)不同項目，一個(gè)項目添加1217C，另一個(gè)項目添加1215C，進(jìn)入表1中各個(gè)設備以太網(wǎng)地址選項分別設置子網(wǎng)、IP地址以及設備名稱(chēng)。

圖6. 以太網(wǎng)地址配置

STEP 2：操作模式配置

本例1215C作為智能IO設備，需要將其操作模式改為IO設備，由于控制器未在同一項目，這里選擇未分配。

這里與相同項目下傳輸區的配置不同的是IO控制器的地址需要在主站項目下才能分配。

此外，如果不激活“PN接口的參數由上位IO控制器進(jìn)行分配"復選框，可指是在上位 IO 控制器的項目中設置智能設備的更新時(shí)間、看門(mén)狗時(shí)間、伙伴端口、拓撲等功能。

如果激活“PN接口的參數由上位IO控制器進(jìn)行分配"復選框，可指是在上位 IO 控制器的項目中設置介質(zhì)冗余、優(yōu)先啟動(dòng)、傳輸速率等接口和端口的幾乎所有功能。

需要強調的是，一旦激活“PN接口的參數由上位IO控制器進(jìn)行分配"復選框，則該智能設備將不再可以同時(shí)作為IO控制器使用。

智能IO設備還支持優(yōu)先啟動(dòng)，不同項目下無(wú)法直接選擇優(yōu)先啟動(dòng)功能，需要先選擇“PN接口的參數由上位IO控制器進(jìn)行分配"，然后在主站項目下為智能設備設置接口選項中的優(yōu)先啟動(dòng)功能。

圖7. 操作模式

STEP 3：項目編譯后導出GSD文件

這里注意導出GSD之前需要正確編譯項目的硬件配置，不然導出選項是灰色的，無(wú)法選擇。導出GSD文件選項可以由用戶(hù)設置GSD文件名稱(chēng)的標識部分（GSD文件名稱(chēng)的版本、廠(chǎng)商、日期等部分為默認設置），然后選擇存儲路徑并導出文件。注意導出的GSD文件不要修改文件名稱(chēng)，不然會(huì )造成無(wú)法導入項目中。

圖8. 導出GSD文件

STEP 4：導入GSD文件

進(jìn)入主站項目管理GSD文件視圖，選擇存儲GSD文件源路徑，在路徑下選擇需要安裝的文件進(jìn)行安裝。

圖9：導入GSD文件

STEP 5：添加智能IO設備

進(jìn)入硬件目錄，在其它現場(chǎng)設備列表中找到安裝的智能IO設備并添加，添加完成后進(jìn)入圖2以太網(wǎng)地址配置視圖，檢查智能IO設備的設備名稱(chēng)是否與源項目中名稱(chēng)一致（注意一定要保證名稱(chēng)一致），檢查無(wú)誤后分配給控制器，如設備概覽視圖，分配給控制器后會(huì )自動(dòng)分配地址，也可以手動(dòng)設置控制器側傳輸區地址。

圖10：添加IO設備

STEP 6：項目編譯、下載、測試

分別編譯下載兩個(gè)項目中PLC，在監控表中添加傳輸區數據，給Q區賦值，監控發(fā)送和接收數據區是否一致。

圖11：實(shí)驗測試

常見(jiàn)問(wèn)題

1. 控制器診斷緩沖區報“IO設備故障-找不到IO設備"？

這是因為控制器無(wú)法與智能IO設備取得通信，可以通過(guò)以下方式查找故障原因。

（1）確認網(wǎng)絡(luò )是否是通的，可以使用Ping命令檢測網(wǎng)絡(luò )通斷。如果中間經(jīng)過(guò)交換機還要保證交換機支持DCP協(xié)議。

（2）檢查智能IO設備的名稱(chēng)與源項目名稱(chēng)是否一致。

（3）確認智能IO設備的硬件和軟件是否已經(jīng)下載。

圖12：網(wǎng)絡(luò )視圖報錯

2. 控制器如何控制智能設備上IO數據或是傳輸DB塊中數據？

如下圖所示，只需把PLC的IO地址與傳輸區中IO地址做一個(gè)映射關(guān)系。

圖13 地址映射

這里通過(guò)建立PLC數據類(lèi)型方式把IO區數據與UDT中數據一 一對應，1215CPU中輸入輸出分別占用6個(gè)字節的數據，這樣建立如下圖所示UDT。

圖14 UDT設置

在默認變量表中分別定義輸入、輸出、傳輸區1、傳輸區2所對應的IO數據區，這樣就可以使用MOVE指令來(lái)整體傳輸了。

同樣DB塊的數據也可以通過(guò)這種方式進(jìn)行傳輸。

圖15 程序編寫(xiě)

這樣1217控制器可以直接控制1215智能IO設備上的Q區數據，同時(shí)讀取I區數據。測試結果如下：