PN/PN 耦合器共享设备功能使用入门(TIA Portal版本)

“共享设备”功能允许将一个 IO 设备上的模块或子模块划分给不同的 IO 控制器，每个共享设备模块或子模块需要以独占方式分配给一个 IO 控制器，不能多重分配。

PN/PN Coupler 是具有两个以太网接口的设备，每个接口均连接至 PROFINET 子网，可以互连两个PROFINET网交换数据，但是两个子网彼此电气隔离。PN/PN Coupler 支持子模块级的共享设备功能，最多可为 4 个 IO 控制器提供数据。

本文档通过一个示例介绍了如何使用PN/PN Coupler的共享设备功能。示例中有三个CPU，连接关系如图1。

PLC_1(CPU1516-3PN/DP)PROFINET X1接口连接在PN Coupler的PROFINET 子网X1，CPU1516-3PN/DP是IO控制器，PN Coupler X1接口是IO设备。PLC_2(CPU1512C-1PN)和PLC_3(CPU1217C)都连接在PN Coupler的PROFINET 子网X2。CPU1512C-1PN和CPU1217C都是IO控制器，PN/PN Coupler X2接口是共享IO设备，实现的功能就是利用共享设备功能，使用一个PN/PN Coupler实现PLC_1同时与PLC_2和PLC_3交换数据。示例中三个CPU的项目分别由三台PC机分开进行配置调试。

注意：PLC_2和PLC_3的IP地址要在一个网段。

图 1 示例中的网络连接关系

图 2 示例中CPU间数据传递关系

1、示例中使用的软硬件环境

硬件：

  1. CPU1516-3PN/DP 6ES7 516-3AN01-0AB0，V2.8.3
  2. CPU1512C-1PN  6ES7 512-1CK00-0CB0，V2.8.3
  3. CPU1217C     6ES7217 -1AG40-0XB0, V4.4.1
  4. PN/PN Coupler  6ES7 158-3AD10-0XA0，V4.2.0

软件：

  1. STEP7 Professional V16 Update3

2、PLC_1项目中PN/PN Couplers 的组态和操作

根据文档开始的介绍，PLC_1项目中的CPU1516-3PN/DP的PROFINET X1接口作为IO控制器，连接到PN/PN Coupler的PROFINET X1接口，PN Coupler的X1子网作为CPU1516的IO设备。

2.1 配置S7-1500站

使用 STEP7 V16 创建一个新项目，并通过“添加新设备”分别组态 S7-1500站，选择对应型号 CPU，创建PN/IE子网，设置CPU的 IP 地址。
本示例中CPU1516-3PN/DP 设备名称是PLC_1，如图 3 所示。

图 3 在新项目中创建PLC 站设置网络

2.2 配置PN/PN Coupler

  1. 在“硬件目录”中找到 PN/PN Coupler，确认订货号，选择版本，拖入到“网络视图”中，如图 4 所示。

图 4 在项目中拖入PN Coupler V4.2版本

  1. 鼠标左键点中PN Coupler 左侧X1网络接口，按住鼠标拖拽连接到CPU1516-3PN/DP的PROFINET X1接口，这样PN Coupler的PROFINET接口X1就连接到PN/IE_1子网，分配IO控制器为PLC_1，如图 5 所示。
    然后鼠标选中PN Coupler X1接口,设置IP地址和设备名称，如图 6 所示。

图 5 将PN Coupler PROFINET接口 X1连接到CPU1516的PROFINET X1接口

图 6 组态PN Coupler PROFINET接口X1部分的IP地址和设备名称

注意：这里只需要对PN Coupler的PROFINET X1接口进行设置。

  1. 在PN Coupler属性界面中“转换映射”创建多条“传输区”，类型和长度根据图2中PLC_1侧所示，系统默认分配IO地址，注意访问权限分配给PLC_1，如图 7 所示。

图 7 组态PN Coupler 地址映射

  1. 将项目编译无错后下载到CPU1516-3PN/DP中。

2.3 导出PN/PN Coupler的GSD文件

在“转换映射”中，单击“导出通用站描述文件 (GSD)”中的“导出”按钮。在弹出“导出设备描述 (GSD)”界面上选择“导出 X2（右耦合端）” ，输入文件名和存储路径，然后选择“导出”，将为 PROFINET 接口 X2 创建 GSD 文件。在相应的文件存储路径下会出现一个后缀.xml的GSDML文件，需要将其复制到配置PLC_2和PLC_3项目的PC中。这种导出GSD文件方式，方便连接到X2子网的CPU项目的组态配置过程。

图 8 导出PN Coupler X2的GSD文件

2.4 分配PN/PN Coupler X1接口的设备名称

  1. 项目编译下载到CPU后，还需要在线分配PN Coupler设备名称后PROFINET通信才能正常，而且由于PN Coupler的PROFINET接口有两个（X1/X2），要分别进行操作。在PLC_1项目的组态配置中CPU1516连接的是PN Couler上PROFINET接口X1网络，所以在实际的网线连接时要将CPU1516的PROFINET X1接口网线插入到PN Coupler左侧总线适配器的网口上。操作分配设备名称的PC机的网线也要连接到PN Coupler左侧的网络上。

图 9 PN Coupler模块面板图

  1. 分配设备名称操作，首先要保证计算机的网线连接到PN Coupler上PROFINET接口X1网络中。使用鼠标右击PN Coupler左侧，弹出的对话框中选择分配设备名称，如图 10 所示。

图 10 鼠标右键单击左侧，打开分配设备名称界面

  1. 进入分配设备名称界面后，点击“更新列表”会显示出网络中的可访问节点。核对MAC地址与PN Coupler上面印刷的MAC ADDRESS 1相同，确保是PN Coupler上的PROFINET X1接口。点击“分配名称”，如图11所示。

图 11 分配设备名称操作

  1. 操作成功后，在状态栏会显示“确定”，如图 12所示。

图 12 分配设备名称操作完成

  1. 完成后网络视图在线后状态显示PN Coupler错误，下位组件出错，这是正常现象，因为还没有对PN Coupler的PROFINET X2接口进行组态配置，如图13。

图 13 硬件组态在线状态

3、PLC_2项目中PN/PN Couplers 的组态和操作

根据文档开始的介绍，PLC_2项目中的CPU1512C-1PN的作为IO控制器，连接到PN/PN Coupler的PROFINET X2接口，PN/PN Coupler的X2子网作为CPU1512C的共享IO设备。

3.1 配置S7-1500 站

创建一个新项目，并通过“添加新设备”组态 S7-1500 站，选择CPU型号，创建PN/IE子网，设置CPU的 IP 地址。

图 14 在PLC_2项目中配置PROFINET接口

3.2 配置PN/PN Coupler

  1. 导入PLC_1项目中生成的PN Coupler的GSD文件。在“选项”菜单中，点击“管理通用站描述文件（GSD）”打开安装GSD文件界面，见图15。

图 15 打开安装GSD文件界面

  1. 源路径打开浏览，找到复制过来的由PLC_1项目中生成的GSD文件所存放的路径（参考2.3章节），钩选显示的GSD文件后点击“安装”，见图16。

图 16 安装GSD文件

  1. 文件安装成功后，在右侧“硬件目录”中，“其他现场设备”找到设备拖入到网络视图中，见图17。（注意：显示的设备就是在导出时输入的标识，参考2.3章节）

图 17 找到导入的PN Coupler拖入

  1. 将PN Coupler分配给CPU1512C，设置PROFINET IP地址和设备名称，见图18。

图 18 设置PN Coupler的IP地址和设备名称

  1. PN Coupler 的X2网络使用共享设备功能，有两个IO控制器，要在属性“Shared Device”选择对传输区访问权限进行划分（参考图2），见图19。

图 19 划分X2网络的传输区访问权限

  1. 传输区设置完成后，进入“设备视图”，在“设备概览”中可以查看IO地址区的分配，没有分配访问权限的传输区，不分配IO地址，见图20。

图 20 传输区IO地址分配

3.4 分配PN/PN Coupler X2接口的设备名称

项目编译下载到CPU后，还需要在线分配PN Coupler设备名称后PROFINET通信才能正常，而且由于PN Coupler的PROFINET网口有两个，要分别进行操作。在实际的网线连接时要将CPU1512C的网线插入到PN Coupler右侧总线适配器的网口上，操作分配设备名称的PC机的网线也要连接到PN Coupler右侧的网络上。

在前面介绍PLC_1项目时已经对PN/PN Couler上PROFINET接口X1进行了设备名称的分配，这里只需要对接口X2进行操作，具体操作方法参考PLC_1项目时就可以，只是注意要连接到PN Coupler的PROFINET X2接口。

4、PLC_3项目中PN/PN Couplers 的组态和操作

根据文档开始的介绍，PLC_3项目中的CPU1217C的作为IO控制器，连接到PN/PN Coupler的PROFINET X2接口，PN/PN Coupler的X2子网作为CPU1217C的共享IO设备。

在PLC_3项目中的操作与在PLC_2项目的操作是类似的，这里只介绍一些需要注意的步骤。

4.1 配置PN/PN Coupler

  1. 编辑PLC_3项目的PC机也需要导入PLC_1项目生成的GSD文件，操作方法在PLC_2项目一样，只是注意在设置PROFINET IP地址和设备名称时一定要与PLC_2项目相同，见图21。

图 21 设置PN Coupler的IP地址和设备名称传输区IO地址分配

  1. PN Coupler 的X2网络使用共享设备功能，有两个IO控制器，要在属性“Shared Device”选择对传输区访问权限进行划分（参考图2和图19），见图22。

图 22 划分X2网络的传输区访问权限

4.2 分配PN/PN Coupler X2接口的设备名称

PN Coupler的PROFINET X2接口是CPU1512C和CPU1217C的共享IO设备，两个项目中X2接口的PROFINET IP地址和设备名称要一致。在前面介绍PLC_2项目时已经对PN/PN Couler上PROFINET接口X2进行了设备名称的分配，这里就不需要再对其进行分配了。只需要将CPU1217C的网线与PN Coupler的X2接口所在网络相连接就可以了。

5、结果测试

三个项目编译正常后下载到各自CPU中，使用监控表对数据传递进行测试。

  1. 首先，看一下三个CPU数据传递地址对应关系，见图23。

图 23 CPU之间的IO地址关系

  1. 在项目中创建监控表，修改输出地址的数值，接收方输入地址收到数值，说明数据交换正常。

图 24 监控CPU之间的数据传递

关于PN/PN Coupler的更多信息,请参考手册《PN/PN 耦合器 硬件安装和操作》,下载链接:https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/44319532