PROFINET下的 I-Device(智能设备)通信——大话与PLC通讯的N种方...

通讯是我们在工业控制中都会遇到的，本次已经是通讯系列的第十讲（前九讲见文末），在第一讲中我们就说到了很多Profinet有意思的功能：

等时实时通信 (IRT)

优先启动

介质冗余协议 (MRP)

介质路径规划冗余 (MRPD)

PROFIenergy

共享设备

模块内部的共享输入/输出(MSI/MSO)

智能设备

过程数据的同步模式

组态控制 (选项处理)

今天我们就来讲一讲其中的智能设备I-Device~

智能设备功能概述

CPU 的"I-Device"（智能设备）功能简化了与 IO 控制器的数据交换和 CPU 操作过程（如用作子过程的智能预处理单元）。智能设备可作为 IO 设备链接到上位IO 控制器中，预处理过程则由智能设备中的用户程序完成。集中式或分布式（PROFINET IO 或 PROFIBUS DP）I/O 中采集的处理器值由用户程序进行预处理，并提供给 IO 控制器。





图1. 网络架构

智能设备的应用领域：

分布式处理

可以将复杂自动化任务划分为较小的单元或子过程，这样简化了子任务的同时也优化了项目管理。

单独的子过程

通过使用智能设备，可以将分布广泛的大量复杂过程划分为具有可管理的多个子过程。必要的话，这些子过程可存储在单个的 TIA 项目中，这些项目随后可合并在一起形成一个主项目。

专有技术保护

智能设备接口描述使用 GSD 文件传输，而不是通过 STEP 7 项目传输，这样用户程序的专有技术得以保护。

智能设备的优势：

简单链接 IO 控制器。

实现IO 控制器之间的实时通信。

通过将计算容量分发到智能设备可减轻 IO 控制器的负荷。

由于在局部处理过程数据，从而降低了通信负载。

可以管理单独 TIA 项目中子任务的处理 。

智能设备可以作为共享设备。

S7-1200 CPU 之间组态智能设备

S7-1200 V4.0及以上版本开始支持智能 IO 设备功能。本示例中介绍1200 CPU之间如何进行智能设备PROFINET通信，分别在相同项目和不同项目下进行组态，实验环境如下所示。

软件：

TIA V15.1

硬件：

CPU 1217C DC/DC/DC V4.3

CPU 1215C DC/DC/DC V4.3

设备角色及地址：

表1 设备角色及地址

模块	设备类型	设备名称	IP地址	子网掩码
S7-1217C	IO控制器	PLC1	192.168.0.1	255.255.255.0
S7-1215C	智能IO设备	I-Device	192.168.0.2	255.255.255.0

S7-1200 智能设备在相同项目下组态

STEP 1：创建 TIA Portal 项目并进行接口参数配置

使用TIA V15.1创建一个新项目，进入网络视图添加表1列出的所有设备，并进入各个设备以太网地址选项分别设置子网、IP地址以及设备名称。



图2. 以太网地址配置

STEP 2：操作模式配置

本例1215C作为智能IO设备，需要将其操作模式改为IO设备，并且分配给对应IO控制器，配置所需的传输区。

选择“PN接口的参数由上位IO控制器进行分配”复选框，可指定是由智能设备本身还是由上位 IO 控制器设置接口和端口。

智能IO设备还支持优先启动，勾选后加快IO设备的启动速度，详情请了解优先启动相关功能。



图3. 操作模式

进入传输区视图还可以分配地址区所属组织块及过程映像。



图4. 传输区

STEP 3：项目编译、下载、测试

分别编译下载两个PLC，在监控表中添加传输区数据，给Q区赋值，监控发送和接收数据区是否一致。





图5. 测试结果
S7-1200 智能设备在不同项目下组态

STEP 1：创建 TIA Portal 项目并进行接口参数配置

分别创建2个不同项目，一个项目添加1217C，另一个项目添加1215C，进入表1中各个设备以太网地址选项分别设置子网、IP地址以及设备名称。



图6. 以太网地址配置

STEP 2：操作模式配置

本例1215C作为智能IO设备，需要将其操作模式改为IO设备，由于控制器未在同一项目，这里选择未分配。

选择“PN接口的参数由上位IO控制器进行分配”复选框，可指定是由智能设备本身还是由上位 IO 控制器设置接口和端口，比如1200智能设备的介质冗余、优先启动、传输速率等接口和端口功能。

智能IO设备还支持优先启动，不同项目下无法直接选择优先启动功能，需要先选择“PN接口的参数由上位IO控制器进行分配”，然后在主站项目下为智能设备设置接口选项中的优先启动功能。

这里与相同项目下传输区的配置不同的是IO控制器的地址需要在主站项目下才能分配。



图7. 操作模式

STEP 3：项目编译后导出GSD文件

这里注意导出GSD之前需要正确编译项目的硬件配置，不然导出选项是灰色的，无法选择。导出GSD文件选项可以由用户设置GSD文件名称的标识部分（GSD文件名称的版本、厂商、日期等部分为默认设置），然后选择存储路径并导出文件。注意导出的GSD文件不要修改文件名称，不然会造成无法导入项目中。





图8. 导出GSD文件

STEP 4：导入GSD文件

进入主站项目管理GSD文件视图，选择存储GSD文件源路径，在路径下选择需要安装的文件进行安装。





图9：导入GSD文件

STEP 5：添加智能IO设备

进入硬件目录，在其它现场设备列表中找到安装的智能IO设备并添加，添加完成后进入图2以太网地址配置视图，检查智能IO设备的设备名称是否与源项目中名称一致（注意一定要保证名称一致），检查无误后分配给控制器，如设备概览视图，分配给控制器后会自动分配地址，也可以手动设置控制器侧传输区地址。







图10：添加IO设备

STEP 6：项目编译、下载、测试

分别编译下载两个项目中PLC，在监控表中添加传输区数据，给Q区赋值，监控发送和接收数据区是否一致。





图11：实验测试
常见问题

1. 控制器诊断缓冲区报“IO设备故障-找不到IO设备”？

这是因为控制器无法与智能IO设备取得通信，可以通过以下方式查找故障原因。

（1）确认网络是否是通的，可以使用Ping命令检测网络通断。如果中间经过交换机还要保证交换机支持DCP协议。

（2）检查智能IO设备的名称与源项目名称是否一致。

（3）确认智能IO设备的硬件和软件是否已经下载。



图12：网络视图报错

2. 控制器如何控制智能设备上IO数据或是传输DB块中数据？

如下图所示，只需把PLC的IO地址与传输区中IO地址做一个映射关系。



图13 地址映射

这里通过建立PLC数据类型方式把IO区数据与UDT中数据一 一对应，1215CPU中输入输出分别占用6个字节的数据，这样建立如下图所示UDT。



图14 UDT设置

在默认变量表中分别定义输入、输出、传输区1、传输区2所对应的IO数据区，这样就可以使用MOVE指令来整体传输了。

同样DB块的数据也可以通过这种方式进行传输。





图15 程序编写

这样1217控制器可以直接控制1215智能IO设备上的Q区数据，同时读取I区数据。测试结果如下：



图16 测试结果

来源：SIEMENS仪器仪表PLC

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