基于S7-1200與Smart Link遠程IO的Prof iNet通信控制的實現(xiàn)

鐘漍標 徐連英

（廣州市宏大欣電子科技有限公司，廣東 廣州 510050）

基于S7-1200與Smart Link遠程IO的Prof iNet通信控制的實現(xiàn)

鐘漍標 徐連英

（廣州市宏大欣電子科技有限公司，廣東 廣州 510050）

西門子S7-1200 PLC通過五類雙絞網(wǎng)線與SmartLink的適配器相連，從而以通信的方式實現(xiàn)遠程IO模塊的控制，在同一ProfiNet工業(yè)以太網(wǎng)總線下實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。本文對控制系統(tǒng)的框架做了介紹，對SmartLink遠程智能IO的拓撲結(jié)構(gòu)做了說明，并介紹了如何在西門子TIA博途軟件中進行硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)定及數(shù)據(jù)傳遞工程，最后以FB塊的方式對多分布式IO的執(zhí)行機構(gòu)做管理控制。

S7-1200；SMARTLINK；PROFINET；博途；組態(tài)；gsdm l文件

1 引言

眾所周知，西門子公司是世界上首屈一指的電氣和電子公司，其主導推行的ProfiNet總線是ProfiBus國際組織推出的新一代基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的自動化工業(yè)總線技術(shù)標準，其完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和ProfiBus現(xiàn)場總線，可為自動化設(shè)備之間的通信提供多拓撲類型的連接結(jié)構(gòu)，使得網(wǎng)絡(luò)的搭建變得輕巧快速，具備高度的可用性和靈活性，為工業(yè)自動化通信領(lǐng)域提供高效、穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

隨著本體固件版本的日益成熟及博途編程軟件的改進優(yōu)化，西門子公司S7-1200系列的PLC作為小型自動化項目的新型控制器，除支持傳統(tǒng)的總線通信技術(shù)之外，也同時支持ProfiNet工業(yè)以太網(wǎng)總線，在國內(nèi)已被越來越多的工業(yè)自動化工程師選用，并獲得良好的口碑，為西門子產(chǎn)品在中國的推廣攻城拔寨。

但是，僅目前而言，在做工業(yè)項目硬件配套時，整體方案均采用德國西門子的配件相對成本較高，在這個工業(yè)控制產(chǎn)品快速更新迭代的年代，作為智能遠程IO專家的南京華太自動化技術(shù)有限公司于2016年開發(fā)出ProfiNet工業(yè)以太網(wǎng)適配器通信模塊FR8210及各種可應(yīng)用于ProfiNet通信總線下的智能遠程IO，為用戶節(jié)省成本，簡化配線，提高系統(tǒng)可靠性、可靠性，提供了更多的選擇。

西門子S7-1200 PLC可通過工業(yè)網(wǎng)線與SmartLink的適配器相連，從而以ProfiNet總線通信的方式實現(xiàn)對智能遠程IO模塊的輸入采樣和輸出控制，在同一網(wǎng)段下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳送。

2 基于S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

西門子S7-1200PLC通過工業(yè)網(wǎng)線與SmartLink ProfiNet適配器相連，各種SmartLink智能遠程IO下掛到適配器下，每個適配器下面的智能IO個數(shù)為≤32個，站與站之間距離≤200m，單局域網(wǎng)絡(luò)理論站數(shù)可達256個，通訊速度為100Mbps，因此完全可以滿足各類中大型項目硬件配置需求，采用這樣的硬件配置方式在成本上遠比整套采用西門子類歐美工控巨頭的ProfiNet遠程IO要低不少，對于當前諸多自動化設(shè)備公司而言，此通信網(wǎng)絡(luò)控制模式是一種可行的、高效的、低成本的解決方案。

3 SmartLink遠程智能IO的拓撲結(jié)構(gòu)說明

SmartLink ProfiNet適配器可連接各種智能IO，較通用的如：開關(guān)量輸入輸出、模擬量輸入輸出、高速脈沖輸入輸出，以及485總線模塊等。此外，由于ProfiNet作為工業(yè)以太網(wǎng)總線，完全兼容TCP/IP標準通訊，TCP/IP是IT領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面的標準，盡管其響應(yīng)時間大概在100ms的量級，不過，對于工廠控制級的應(yīng)用來說，這個響應(yīng)時間是足夠的，因此smartlink適配器可以與各種支持TCP/IP的視覺系統(tǒng)、RFID讀碼器、條形碼掃描器和機器人等控制系統(tǒng)，并與其它控制平臺、PC、OPC客戶端、SCADA系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。以下就較通用的各種模塊的拓撲結(jié)構(gòu)做一簡單說明。在圖2中，以拓撲結(jié)構(gòu)為FR8210（PROFINET適配器）+FR1108（數(shù)字量輸入模塊）+FR2118（數(shù)字量輸出模塊）的拓撲結(jié)構(gòu)及電源連接進行舉例說明。

圖2 SmartLink遠程智能IO的拓撲結(jié)構(gòu)及電源連接

4 SmartLink ProfiNet適配器功耗計算

SmartLink ProfiNet適配器在連接多個各種智能IO的過程中可能會出現(xiàn)IO供電不足的問題，該問題可能會為用戶帶來不便或安全隱患，為避免困擾，用戶可使用配套的功耗計算工具，當系統(tǒng)側(cè)配置的IO過多時，圖3中對應(yīng)的系統(tǒng)側(cè)功耗將顯示為紅色，以警示用戶需要增加輔助電源模塊FR0002。

圖3 SmartLink ProfiNet適配器功耗計算工具

5 在西門子TIA博途軟件中進行硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及Smart-Link遠程IO參數(shù)設(shè)定

硬件安裝好之后，需要在西門子TIA博途軟件中對硬件網(wǎng)絡(luò)進行組態(tài)，由于非西門子產(chǎn)品在博途軟件中并不能直接找到配置文件，應(yīng)先導入以.xm l為后綴的設(shè)備描述文件后，方能對SmartLink的適配器及IO進行硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及參數(shù)設(shè)定。用戶可點擊博途軟件(V13 SP1版本以上)菜單欄上的“選項”→“安裝設(shè)備描述文件（GSD）”，將SmartLink的硬件配置文件導入硬件目錄樹中即可。S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及遠程IO參數(shù)設(shè)定流程如圖4所示。

圖4 S7-1200與Smartlink遠程IO的ProfiNet通信控制硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)定流程

最終的硬件組態(tài)圖如圖5所示，對遠程IO的參數(shù)設(shè)置如圖6、圖7所示。在圖6圖7中可知1#遠程IO模塊FR1108（數(shù)字量輸入模塊）的地址為（I1.0-I1.7），F(xiàn)R2118（數(shù)字量輸出模塊）的地址為（Q1.0-Q1.7），2#遠程IO模塊FR1108（數(shù)字量輸入模塊）的地址為（I2.0-I2.7），F(xiàn)R2118（數(shù)字量輸出模塊）的地址為（Q2.0-Q2.7）。

圖5 通過TIA博途軟件進行硬件網(wǎng)絡(luò)拓撲組態(tài)

圖6 對1#遠程IO的地址分配

圖7 對2#遠程IO的地址分配

6 S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制的數(shù)據(jù)傳遞過程

ProfiNet為支持不同的工業(yè)級應(yīng)用，它提供了集成式ProfiNet IO和分布式自動化中創(chuàng)建模塊化設(shè)備系統(tǒng)的Profi-Net CBA，前者采用實時通信(RT)和同步實時通信(IRT)協(xié)議，其通信周期可達10～1ms，可用于普通的數(shù)字信號采集和運動系統(tǒng)控制；后者采用TCP/IP和RT協(xié)議，其通信周期可達100～10ms，可用于PLC主從站之間的通信。

本案例采用的是S7-1200與SmartLink遠程IO之間的ProfiNet通信，使用的是RT實時通信。該協(xié)議采用EtherNet II標準，通過IEEE 802.1Q/P協(xié)議對數(shù)據(jù)包優(yōu)先級配置，使用VLAN標簽對幀進行優(yōu)先級標識，保證數(shù)據(jù)的高速高效傳送。

該案例的通信控制數(shù)據(jù)傳遞工作示意圖如圖8所示。

圖8 S7-1200與Smartlink遠程IO的ProfiNet通信控制的數(shù)據(jù)傳遞工作示意圖

7 S7-1200PLC控制程序

西門子博途軟件具備成熟的FB編程架構(gòu)，對于分布式IO的執(zhí)行機構(gòu)控制管理采用FB的編程方式將使程序變得可閱讀性、一致性、可移植性高，方便項目管理。假設(shè)被控制對象為可以通過繼電器直接控制啟動的小功率電動機，采用典型的啟保停電路。根據(jù)圖6、7的遠程IO的地址字節(jié)分配，可進行如下的FB程序編寫。如下圖9、10、11所示。

圖9 在主程序OB塊中分別調(diào)用兩個電機的FB程序塊

圖10 遠程IO站1號電機的控制

圖11 遠程IO站2號電機的控制

8 結(jié)束語

基于S7-1200與Smartlink遠程IO的ProfiNet通信控制，該控制方案繼承了ProfiNet的實時高效的特點，同時硬件組態(tài)簡單快速，系統(tǒng)可擴展性、可操作性強，經(jīng)測試，除數(shù)字量IO外，對于模擬量IO和高速脈沖IO依然相當穩(wěn)定可靠，且成本僅為全部采用進口的西門子模塊的1/4～1/3，在用戶程序上可用博途軟件對遠程IO進行地址分配，這些模塊就如同主PLC本體的一部分，數(shù)據(jù)讀取和傳送極其方便，是一種值得推廣的、可靠的工業(yè)控制解決方案。

[1]李正軍．現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2011．

[2]朱文杰．S7-1200 PLC編程與應(yīng)用[M]．北京：中國電力出版社，2015．

[3]宋伯生．PLC編程實用指南[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2011．

[4]張陽，石崢嶸．西門子TIA博途軟件在白馬礦帶式輸送工程中的應(yīng)用[J]．電氣時代，2012(11)：82-83．

[5]崔堅．TIA博途軟件：STEP7 V11編程指南[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2012．

[6]楊明，王永剛，張陸毅．基于Anybus-sPN IO模塊的PROFINET遠程I/O設(shè)計[J]．信息技術(shù)，2012(8)：80-84．

[7]孫凡金，劉彥呈，潘新祥．Profinet工業(yè)以太網(wǎng)實時通信協(xié)議分析[J]．現(xiàn)場總線，2008(21)：30-33．

ProfiNetCommunication ControlRealization Based on the S7-1200 and SmartLink Remote IO

Zhong Guobiao Xu Lianying
（HDX Electronic Technology Co.Ltd.,Guangzhou 510635,Guangdong）

The SIEMENSS7-1200PLC is connectedw ith the SmartLink adapterby five kindsof tw isted pair cable,so as to realize the remote controlof IOmodule in communication,and realize data exchange in the same ProfiNet Industrial Ethernetbus.This paper introduces the framework of the control system,the topological structure of SmartLink remote intelligent IO in detail;introduceshow to complete hardware configuration,parameter setting and data transmission in SIEMENSTIA Portal software;and completes themanagementcontrolof distributed IO actuatorsw ith FB.

S7-1200；SmartLink；ProfiNet；TIA Portal；configuration；gsdm l file

TP273

A

1008-6609(2017)06-0025-04

鐘漍標（1973-），男，廣東梅州人，高級技師，研究方向為自動控制技術(shù)、工業(yè)控制、PLC控制技術(shù)。