在CU320上实现PROFINET IO和PROFIBUS DP的并行通讯

一、PROFINET IO和PROFIBUS DP并行通讯功能概述
SINAMICS CU320控制单元可用的硬件通讯接口如下：
• 标配的通讯接口（PROFIBUS DP）
• 可选的通讯接口（PROFINET IO,CAN）
当通讯接口板插入到CU320以后，标配的通讯接口（PROFIBUS DP）就被自动禁止，无法实现周期性通讯。
在以下应用场合，可以通过设置参数P8839，在SINAMICS系统中实现两者的并行通讯：
• PROFIBUS DP用于实现对驱动的控制，PROFINET IO用于接收驱动的实际值。
• PROFIBUS DP用于控制，PROFINET IO仅用于工程应用。
• 两主站工作，一个用于工艺控制，另一个用于逻辑控制。
• 通讯接口冗余。

二、S7-300/400与SINAMICS S120 CU320的网络连接

1．通过PROFINET IO和PROFIBUS DP连接SIMATIC CPU 319-3 PN/DP与SINAMICS S120 CU320 网络组态如下：

图 1.

2. 使用的硬件：

3、使用的软件
• STEP7 V5.4 SP2
• SCOUT V4.1 SP1 或 STARTER V4.1 SP1
• S120 V2.5 SP1 HF1
• CBE20的 GSD V2.1文件:gsdml-v2.1-siemens-sinamics-s-cu3x0-20070726.xml
在CF 卡中的路径: \\SIEMENS\SINAMICS\DATA\CFG\CBE20GSD.ZIP

4、IP 地址及通讯名称:

注意：所有节点的子网掩码：255.255.255.0。

三、项目配置

1、 本例使用的设备描述

2、硬件组态
(1)安装SINAMCIS S120 CBE20的GSD文件
对于PROFIBUS DP 及 PROFINET IO 需要的所有 GSD 文件存在S120的CF卡中，将这些文件拷贝至本地硬盘并解压。
在Step 7的硬件配置中选择 “Options => Install GSD file"

图 2.

GSD V2.0 (gsdml-v2.0-siemens-sinamics-cbe20-yyyymmdd.xml) 可被安装。
GSD文件安装后，设备会出现在硬件组态的如下目录中:
"PROFINET IO => Drives => SINAMICS => GSD => SINAMICS S120 CBE20 from 2.5"。
注意：
• GSD 子文件夹只有在安装DriveES 或 SIMOTION SCOUT后才有效。否则 GSD设备可直接在SINAMICS 文件夹中被找到。
• 如果安装了 DriveES Basic / Simatic 或 SIMOTION SCOUT，则不必安装 GSD 文件。
(2)通过CPU319建立PROFINET IO网络

图 3.

在插入CPU319-3PN/DP时会弹出建立PROFINET IO网络的窗口，在此新建一个PROFINET IO网络并设置此PLC PN节点的IP地址及子网掩码。
(3)将CBE20拖曳至PROFINET总线上(若安装DriveES)

图 4.

(4)选择报文结构

图 5.

(5)双击SINAMICS S120 CBE20，打开其属性窗口
分配其设备名称及IP地址，勾选“Assign IP address via IO controler”。

图 6

(6)建立PROFIBUS DP网络

图 7.

3、初始化通讯节点
在硬件组态画面中，点击 "PLC =>Ethernet => Edit Ethernet nodes"，在打开的画面中配置SINAMICS S120 CBE20和CPU319的设备名称及IP地址。

图 8.

四、使用Starter / SCOUT调试
如图9所示：在SteP7项目中生成了两个驱动项目“SINAMICS_S120_CU320”和”SINAMICSxS120xCBE20v1”,分别是驱动在PROFIBUS DP和PROFINET IO网络上生成的。本例中PC与CBE20之间通过网线连接，用如图9的方式既可直接打开Starter 或SCOUT 及驱动项目。

图 9.

可通过使用"configuration"对驱动装置进行手动配置。配置结束后编译保存。
本例中：在Scout中选择同样的报文结构，并与SteP7 HW Config中定义的报文结构保持一致，并单击“Transfer to Hw Config”按钮

图 10.

注意：S120支持两个周期性通讯接口IF1和IF2，分别通过CU参数P8839.0和P8839.1来定义IF1和IF2的通讯方式，在默认情况下P8839.0= P8839.1=99，就激活了这两个接口的自动模式，如下表所示：

在这种方式下无法实现PROFIBUS DP和PROFINET IO的并行通讯，因此为了实现其并行通讯，需要按如下方式设置：
• P8839[0]=1和P8839[1]=2：PROFIBUS DP 用于同步，PROFINET IO用于周期性通讯
• P8839[0]=2和P8839[1]=1：PROFINET IO用于同步，PROFIBUS DP用于周期性通讯（本例中的设置）

两个周期性通讯接口IF1和IF2的特性如上表所示：
注意：IF2不支持TM41,TM15,TM17,TM/TB,CU与CPU之间的通讯。

五、通过PROFIBUS DP或PROFINET IO总线来实现过程数据的传输
S7-300/400PLC通过PROFINET IO或PROFIBUS DP周期性通讯方式将控制字1(CTW1)和主设定值(NSETP_B)发送至驱动器。
(1) 控制字中Bit0做电机的起、停控制。
(2) 主设定值为速度设定值，参数P2000中的值为频率设定值和实际值的参考频率，100% 对应4000H(十六进制)，发送的最高频率(最大值)为7FFFH(200%)。
(3) 当组态的报文结构 PZD=2或自由报文999时，在S7-300/400 中可用“MOVE” 指令进行数据传送；当组态的报文结构PZD 〉2，在S7-300/400 中需调用SFC14和SFC15系统功能块。
• SFC14(“DPRD_DAT”)用于读驱动装置的过程数据。
• SFC15(“DPWR_DAT”)用于将过程数据写入驱动装置。
例子(PROFINET IO)：SERVO_02 控制字、主设定值的发送及状态字、实际频率的读取程序见图11。

图11

通过读取Servo_02的参数r2050和P2051可以判断数据是否传输成功。

图12

例子(PROFIBUS DP)：SERVO_02 ”控制字、主设定值的发送及状态字、实际频率的读取程序见图13。

图13

通过读取Servo_02的参数r8850和P8051可以判断数据是否传输成功。

图14

注意通过通讯接口IF1和IF2可以同时实现CPU与Servo_02的数据传输

六、驱动器参数的读取及写入

1.扩展PROFIDRIVE功能(DPV1)
非周期性数据传送模式允许：
• 交换大量的用户数据
• 用DPV1的功能 READ 和 WRITE可以实现非周期性数据交换。传输数据块的内容应遵照 PROFIdrive参数通道(DPV1)数据集DS47（非周期参数通道结构）。

2. 参数请求及参数应答的结构
参数请求包括三部分：请求标题、参数地址及参数值。

表1.参数请求格式

表2.参数应答格式

表3.参数请求及应答描述

表4.在DPV1参数应答中的错误值描述

3. S7-300/400PLC通过PROFINET IO非周期性通讯方式读取驱动器参数。
请注意：PLC读取驱动器参数时必须使用两个功能块SFB52 / SFB53
举例如下：
(1) 使用标志位M0.0及功能块SFB53将读请求(数据集RECORD DB11)(图16)发送至驱动器。
将M0.0设定为数值1启动读请求，当读请求完成后必须将该请求置0，结束该请求。ERROR = 1: 表示执行此功能块时有错误产生，而STATUS 指示功能块执行状态或错误信息 。
(2) 使用标志位M1.0及功能块SFB52读取参数的请求响应(响应块DB22)(参见图17) 。
将M1.0设定为数值1读取参数请求响应，完成后必须将该位置0，结束该请求。ERROR = 1: 表示执行此功能块时有错误产生，而STATUS 指示功能块执行状态或错误信息 。

图15 PROFINET IO读参数请求

图16 PROFINET IO读参数响应

图17 PROFINET IO读参数变量表

4. S7-300/400PLC通过PROFINET IO非周期性通讯方式修改驱动器参数P1216。
举例如下：
PLC写参数时只需使用SFB53，在本项目的Network 2中发送写请求DB33 (参见图19) 到驱动器； PLC读“写参数”响应时需使用SFB52，在本项目中读取驱动器返回的参数值数据块为DB22 (参见图20) 。
(1) 将M0.2设定为数值1启动写请求，当写请求完成后必须将该请求置0，结束该请求。ERROR = 1: 表示执行此功能块时有错误产生，而STATUS 指示功能块执行状态或错误信息 。
(2) 将M1.0设定为数值1读请求，完成后必须将该请求置0，结束该请求。ERROR = 1: 表示执行此功能块时有错误产生，而STATUS 指示功能块执行状态或错误信息 。

图18 PROFINET IO写参数请求

图19 PROFINET IO写参数响应

图20 PROFINET IO写参数变量表

5. S7-300/400PLC通过PROFIBUS DP非周期性通讯方式读取驱动器参数。
请注意：PLC读取驱动器参数时必须使用两个功能块SFB52 / SFB53
举例如下：
(1) 使用标志位M0.0及功能块SFB53将读请求(数据集RECORD DB11)(图22)发送至驱动器。
将M0.0设定为数值1启动读请求，当读请求完成后必须将该请求置0，结束该请求。ERROR = 1: 表示执行此功能块时有错误产生，而STATUS 指示功能块执行状态或错误信息 。
(2) 使用标志位M1.0及功能块SFB52读取参数的请求响应(响应块DB22)(参见图23) 。
将M1.0设定为数值1读取参数请求响应，完成后必须将该位置0，结束该请求。ERROR = 1: 表示执行此功能块时有错误产生，而STATUS 指示功能块执行状态或错误信息 。

图21 PROFIBUS DP读参数请求

图22 PROFIBUS DP读参数响应

图23 PROFIBUS DP读参数变量表

6. S7-300/400PLC通过PROFIBUS DP非周期性通讯方式修改驱动器参数P1216。
举例如下：
PLC写参数时只需使用SFB53，在本项目的Network 14中发送写请求DB33 (参见图25) 到驱动器； PLC读“写参数”响应时需使用SFB52，在本项目中读取驱动器返回的参数值数据块为DB22 (参见图26) 。
(1) 将M0.2设定为数值1启动写请求，当写请求完成后必须将该请求置0，结束该请求。ERROR = 1: 表示执行此功能块时有错误产生，而STATUS 指示功能块执行状态或错误信息 。
(2) 将M1.0设定为数值1读请求，完成后必须将该请求置0，结束该请求。ERROR = 1: 表示执行此功能块时有错误产生，而STATUS 指示功能块执行状态或错误信息 。

图24 PROFIBUS DP写参数请求

图25 PROFIBUS DP写参数响应

图26 PROFIBUS DP写参数变量表

七、程序参考实例
驱动器控制及读、写参数示例程序请参考附带文件：CU320 PN DP。

关键词
PROFINET IO、PROFIBUS DP、SINAMICS S120、通讯、硬件组态、编程。

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