1 PROFINET 等時(shí)模式介紹

1.1 簡介
標(biāo)準(zhǔn)的PROFINET IO分布式自動(dòng)化結(jié)構(gòu)中包含多數(shù)處理周期，參考圖 1 標(biāo)準(zhǔn)的PROFINET IO分布式結(jié)構(gòu)，且這些處理周期不同步：

圖 1 標(biāo)準(zhǔn)的PROFINET IO分布式結(jié)構(gòu)

這些處理周期包括：

• 讀取輸入信號(hào)的 I/O 子模塊的周期 (T1)
• ET 200 背板總線的周期（T2、T6）
• PROFINET IO周期（T3 和 T5）
• CPU 上的程序執(zhí)行周期 (T4)
• I/O 子模塊的信號(hào)輸出周期 (T7)

輸入信號(hào)在該過程中被檢測并在用戶程序中進(jìn)行處理；相應(yīng)的響應(yīng)與輸出組件互連。各個(gè)周期形成了一個(gè)順序，而過程響應(yīng)時(shí)間在非同步周期中可能會(huì)產(chǎn)生巨大波動(dòng)。
周期 T2 到 T6 的長度主要取決于中斷、診斷服務(wù)等非周期性元素以及用戶程序的非周期性數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)記錄）。不帶等時(shí)屬性的異步元素致使過程響應(yīng)時(shí)間的不確定。
循環(huán)中斷（例如 OB35）處于激活狀態(tài)時(shí)，將始終以相同的時(shí)間間隔來執(zhí)行用戶程序。因此，用戶程序和 I/O 數(shù)據(jù)采集只能在某些條件下進(jìn)行同步。
PROFINET系統(tǒng)提供了一個(gè)可靠的基本時(shí)鐘。“Isochronous mode”（等時(shí)模式）系統(tǒng)屬性在 SIMATIC 系統(tǒng)中啟用了恒定的周期時(shí)間，SIMATIC 系統(tǒng)在總線系統(tǒng)上進(jìn)行了嚴(yán)格地確定?！癐sochronous mode”（等時(shí)模式）系統(tǒng)屬性將 SIMATIC 自動(dòng)化解決方案與等距離 PROFINET IRT相結(jié)合。也就是說：

• 讀取輸入數(shù)據(jù)時(shí)與 IRT 周期保持同步；同時(shí)讀取所有的輸入數(shù)據(jù)。
• 處理 I/O 數(shù)據(jù)的用戶程序通過同步周期中斷 OB（即 OB61 到 OB64）與 IRT的周期TDC同步。
• 數(shù)據(jù)輸出與IRT周期保持同步；所有的輸出數(shù)據(jù)同時(shí)生效。
• 傳輸所有輸入和輸出數(shù)據(jù)時(shí)保持一致性。也就是說，過程映像的所有數(shù)據(jù)在邏輯上相關(guān)聯(lián)，并且均基于相同的定時(shí)。

將 I/O讀取周期的開頭提前（提前的時(shí)間為偏移時(shí)間 Ti），以使所有的輸入數(shù)據(jù)可供在下一個(gè)IRT周期開始時(shí)在 PN子網(wǎng)中傳輸。該偏移時(shí)間 Ti可由用戶進(jìn)行組態(tài)，也可在 STEP 7中自動(dòng)確定。
PROFINET通過PN子網(wǎng)將輸入數(shù)據(jù)傳輸至 IO控制器。調(diào)用同步周期中斷 OB（OB61、OB62、OB63 或 OB64）。同步周期中斷 OB中的用戶程序決定過程響應(yīng)，并及時(shí)提供輸出數(shù)據(jù)供下一個(gè) IRT周期開始時(shí)使用。IRT周期的長度可在 STEP 7 中自動(dòng)定義，也可由用戶進(jìn)行定義。
即時(shí)提供輸出數(shù)據(jù)供下一個(gè) IRT周期開始時(shí)使用。在等時(shí)運(yùn)行（即與時(shí)間 To同步）的方式下，通過PN子網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸至IO設(shè)備并傳送至過程。
結(jié)果結(jié)果過程響應(yīng)時(shí)間：從“Ti + TDC + To”至“Ti + (2 x TDC) + To”，即對(duì)應(yīng)從輸入終端到輸出終端的傳輸。具有典型響應(yīng)時(shí)間的等時(shí)模式時(shí)序圖，參考圖 2 等時(shí)模式處理。

圖 2 等時(shí)模式處理

Step7系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)設(shè)置相同的Ti和To，這樣可以同時(shí)捕獲輸入信號(hào)和輸出一致性的輸出信號(hào)。等時(shí)模式具有如下優(yōu)點(diǎn)：

• 當(dāng)檢測值的獲取需要同步時(shí)，運(yùn)動(dòng)必須協(xié)調(diào)，處理響應(yīng)必須定義和同時(shí)發(fā)生
• 同時(shí)獲取信號(hào)用于過程處理，檢測和運(yùn)動(dòng)控制

對(duì)于PROFINET IO，分布式同步等時(shí)模式，可以與非同步模式的I / O可以混合在一個(gè)IO控制器上使用。

對(duì)于IRT high perbance的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考西門子官方網(wǎng)站下載中心的相關(guān)文檔《PROFINET IRT High perbance使用入門》，具體鏈接如下：
79573556。

對(duì)于支持等時(shí)模式的IO控制器和IO設(shè)備，請(qǐng)參考西門子官方網(wǎng)站相關(guān)的FAQ:
44383954。

2 PROFINET IRT High Perbance組態(tài)

2.1 示例組態(tài)
使用一個(gè)例子來描述PROFINET IRT等時(shí)模式，如圖 3 PROFINET IO系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。

圖 3 PROFINET IO系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

IO控制器使用CPU319-3PN/DP v3.2，其中端口1連接SCALANCE X204IRT v4交換機(jī)端口1，交換機(jī)的兩個(gè)端口2和端口3分別連接ET200S IM151-3PN HS v3.0 (6ES7 151-3BA60-0AB0)的端口1上，其中ET200S IM151-3PNHS的端口2連接另外一臺(tái)ET200S IM151-3PN v7.0(6ES7 151-3BA23-0AB0)。在同步域內(nèi)，所有設(shè)備都必須支持IRT，即集成ERTEC控制器。同步域內(nèi)的設(shè)備采用IRT的等時(shí)模式，同步域外的設(shè)備采用RT通訊方式。
在Step7中對(duì)其進(jìn)行硬件組態(tài)，圖 4 硬件組態(tài)。根據(jù)實(shí)際的設(shè)備名稱設(shè)置設(shè)備名，參考圖 3 PROFINET IO系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。

圖 4 硬件組態(tài)

點(diǎn)擊總線”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”總線，右鍵彈出菜單選擇“PROFINET IO Topology…”，彈出拓?fù)渚庉嬈鲗?duì)話框。點(diǎn)擊“Graphic View”標(biāo)簽頁，根據(jù)實(shí)際的端口連接對(duì)PROFINET IO網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)。參考圖 5 編輯拓?fù)湫畔ⅰ?

圖 5 編輯拓?fù)湫畔?

然后再次點(diǎn)擊總線”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”總線，右鍵彈出菜單選擇“PROFINET IO Domain Management…”，彈出同步域管理對(duì)話框，雙擊“SIMATIC 300(1)/PN-IO”，即IO控制器CPU319-3PN/DP，彈出設(shè)備屬性對(duì)話框，在同步角色中選擇“Sync master”，設(shè)置為同步時(shí)鐘主站。參考圖 6 設(shè)置同步時(shí)鐘主站。

圖 6 設(shè)置同步時(shí)鐘主站

然后配合“Ctrl”鍵，通過鼠標(biāo)選中除了IM151-3PN的其它IO設(shè)備，點(diǎn)擊“Device Properties”按鈕，設(shè)置所選中的IM151-3PNHS以及SCALANCE X204IRT交換機(jī)設(shè)置同步時(shí)鐘從站，并選擇IRT Option為“High perbance”。參考圖 7 設(shè)置同步時(shí)鐘從站和high perbance。

圖 7 設(shè)置同步時(shí)鐘從站和high perbance

設(shè)置完畢后的同步域管理對(duì)話框，參考圖 8 同步域管理對(duì)話框。設(shè)置發(fā)送時(shí)鐘Send clock為1.0ms，該時(shí)間就是等距的通信周期TDC。

圖 8 同步域管理對(duì)話框

點(diǎn)擊對(duì)話框中的“Details…”按鈕，彈出同步域詳細(xì)信息，其中黃色部分為CPU端口（發(fā)送或接收）的IRT預(yù)留帶寬部分，IRT high perbance數(shù)據(jù)在這部分預(yù)留的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行傳輸，亮綠色為CPU端口（發(fā)送或接收）的RT預(yù)留帶寬部分。其它暗綠色部分為開放的帶寬，允許TCP/IP等或其它的RT數(shù)據(jù)通信。點(diǎn)擊OK結(jié)束設(shè)置。參考圖 9 同步域詳細(xì)信息。

圖 9 同步域詳細(xì)信息

雙擊總線”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”總線，彈出PROFINET IO系統(tǒng)屬性對(duì)話框，在Update Time頁，對(duì)于RT設(shè)備可以根據(jù)實(shí)際的需求設(shè)置刷新時(shí)間，而對(duì)于IRT設(shè)備在等時(shí)模式時(shí)需要與發(fā)送時(shí)鐘的周期一致，即1.0ms。如下圖 10 PROFINET IO系統(tǒng)屬性。

圖 10 PROFINET IO系統(tǒng)屬性

然后雙擊CPU，彈出CPU319屬性對(duì)話框，選擇“Synchronous Cycle Interrupts”標(biāo)簽頁，點(diǎn)擊“IO system no.”選擇PROFINET IO總線的標(biāo)號(hào)100。參考圖 11 同步周期中斷。

圖 11 同步周期中斷

點(diǎn)擊該頁面中的“Details”按鈕，設(shè)置過程映像分區(qū)為“1”。注：CPU319只支持過程映像分區(qū)1。參考圖 12 OB61的詳細(xì)設(shè)置。

圖 12 OB61的詳細(xì)設(shè)置

對(duì)于參與等時(shí)同步的分布式IO，例如ET200s IM151-3PN HS，雙擊該設(shè)備硬件組態(tài)的PN-IO插槽，彈出該槽PN-IO屬性。分配IO設(shè)備的等時(shí)模式為OB61。參考圖 13 PN-IO的詳細(xì)設(shè)置。ET200s IM151-3PN HS1也采用同樣的設(shè)置，其它選項(xiàng)保持默認(rèn)即可。其中可見Ti和To的時(shí)間已被自動(dòng)計(jì)算。

圖 13 PN-IO的詳細(xì)設(shè)置

點(diǎn)擊該頁面的“Isochronous Mode Modules/Submodules”按鈕，可以查看和設(shè)置使用等時(shí)模式的模塊。參考圖 14 等時(shí)模式模塊。

圖 14 等時(shí)模式模塊

此時(shí)在硬件組態(tài)中雙擊模塊，例如4DI DC24v HF，參考圖 14 等時(shí)模式模塊，可以看見相應(yīng)的參數(shù)已經(jīng)被自動(dòng)修改以適應(yīng)等時(shí)模式。參考圖 15 過程映像區(qū)，該模塊的過程映像區(qū)已經(jīng)被設(shè)置為PIP1，即分區(qū)1。參考圖 16 模塊參數(shù)，輸入延遲為0.1ms。

圖 15 過程映像區(qū)

圖 16 模塊參數(shù)

對(duì)于模塊的地址區(qū)應(yīng)在CPU的過程映像區(qū)內(nèi)，如果等時(shí)的模塊超出了CPU的過程映像區(qū)的范圍，那么可以修改模塊的地址區(qū)到CPU的過程影響區(qū)內(nèi)，參考圖 15 過程映像區(qū)。也可以增加CPU的過程映像區(qū)的范圍以包含超出的地址區(qū)間，參考圖 17 CPU的屬性。

圖 17 CPU的屬性

最后右鍵點(diǎn)擊CPU，彈出菜單選擇“PROFINET IO Isochronous mode”，彈出等時(shí)模式對(duì)話框，其中詳細(xì)說明等時(shí)模式相關(guān)的時(shí)間。其中Application cycle =Data cycle=send clock=1.0ms，OB61的延遲時(shí)間delay time=30us，以及模塊的 Ti和To時(shí)間全部自動(dòng)計(jì)算。參考圖 18 等時(shí)模式。

圖 18 等時(shí)模式

保存編譯項(xiàng)目下載到PLC中進(jìn)行PROFINET IO通訊，具體組態(tài)PROFINET IO通訊的詳細(xì)信息請(qǐng)參考網(wǎng)上課堂的下載中心的鏈接 72325620。

然后，在Step7的SIMATIC Manager中插入并打開OB61，編寫如下程序。

CALL "UPDAT_PI" //SFC26
PART :=B#16#1
RET_VAL:=MW0
FLADDR :=MW2