1 通过PROFINET 实现F-CPU之间的安全通信

PROFINET的“智能设备（I-Device）”功能，可以将CPU作为一个PN IO设备，进而实现与其它IO控制器之间的数据交换。

在带有PN接口的F-CPU之间的安全通讯中，同样可以使用这种方式通信。其优势是可以节省PN/PN耦合器，同时软件组态、编程上更加直观、方便。

对于支持智能设备功能的硬件，请参考如下链接：

/cs/document/44383954?caller=view&lc=zh-CN

2  控制器与智能设备之间的安全通信

在本例中，展示在TIA Protal V11环境下进行安全相关的IO控制器与智能设备之间通信。示例中所使用的软件和硬件为：

Step7 Professional V11 Sp2 UP5

Step7 Safety Advanced V11

CPU319-3 PN/DP V3.2订货号6ES7 318-3FL01-0AB0

IM 151-8 F-CPU V3.2 订货号6ES7 151-8FB01-0AB0

其中，CPU319-F作为IO控制器，IM151-8 F 作为智能设备。

在博途V11环境下组态IO控制器和智能设备分为两种情况，即在同一项目下组态和在不同项目下组态。他们之间最大的区别是在同一项目下可以不用生成GSD文件，而在不同项目下必须生成GSD文件，下面分别说明两种情况的组态及编程过程。

2.1在同一个项目下进行组态

2.1.1组态IO控制器

首先在博途V11中对IO控制器进行硬件配置。打开博途V11软件，切换至项目视图，新建一个项目，名称为Safety_TIA_FComm_iDevice。添加新设备，选择CPU319F-3 PN/DP，如图2-1所示。

图2-1新建项目

添加好CPU之后，在“Properties > General”选项卡的名称中，可以设置控制器的设备名称，这里采用默认的“PLC_1”，如图2-2所示。

图2-2设置319F的设备名称

在PROFINET interface选项的Ethernet addresses选项卡中，可以设置IP地址。本例中设置为192.168.0.1，如图2-3所示。

图2-3设置319F的IP地址

在博途V11左侧项目树下，选择Safety Administration选项卡，选择运行组F-runtime group 1，设置其中的主Safety程序功能块、数据块和调用的循环中断组织块，本例中选择主Safety程序功能块FB1，调用主Safety程序FB1的循环中断组织块为OB35，如图2-4所示。

图2-4 故障安全程序

在Protection选项卡下，设置故障安全程序的密码，如图2-5所示。

图2-5设置故障安全程序密码

点击Go to the “Protection“ area of the F-CPU，视图跳转至CPU的保护属性设置界面，设置CPU的故障安全块的读写访问密码，如图2-6所示。

图2-6 设置读写保护密码

2.2.2组态智能设备

在项目树窗口下点击添加新设备按钮，添加新的硬件IM 151-8 F-CPU，组态好硬件，设置密码等，组态过程与步骤2.1.1中设置319F CPU的类似，并且添加好其它硬件。

在设备视图下右键点击IM151-8CPU的PN接口，选择属性，在operating mode选项卡下，激活IO device功能。由于是在同一个项目下的两个CPU，所以可以指定IO 控制器，指定为PLC_1 PROFINET interface_1，如图2-7所示。

图2-7 激活智能设备

指定好之后，博途会自动更新网络视图，并添加子网PN/IE_1，如图2-8所示。

图2-8网络视图

由于是在同一个项目中，博途V11会自动为CPU分配不同的IP地址和Device name，用户可以也可以自行修改。

切换到设备视图下，在I-device communication选项卡中添加一个传输区，传输此时类型为CD，如图2-9所示。点击箭头，可以修改数据传输方向。

图2-9设置传输区域

添加成功后，左侧会出现Transfer area_1选项卡，点击打开详细视图，将传输类型改为安全传输类型F-CD，此时起始地址被自动修改，此地址用户也可以自行修改。同时数据长度变为12字节，并且不能被修改。在此详细视图下可以通过选择地址类型为I或者Q来修改数据传输方向。传输区1的数据传输方向为智能设备向控制器发送数据，如图2-10所示。

图2-10设置安全的传输区域

按照上述步骤再添加一个传输数据区2，修改智能设备的地址类型为“I”，则数据传输方向为控制器向智能设备发送数据，如图2-11所示。

图2-11组态传输区2

2.1.3 编程测试

设置好后，即可编程。对于IO控制器和智能设备的F-CPU之间的相关通信，必须调用F应用程序块“SENDDP”进行发送，用程序块“RCVDP”接收。使用它们以安全方式一次传送16个BOOL类型数据和2个INT型数据。发送和接收块只能在主Safety中调用（本例中，控制器和智能设备均为默认的FB1），并且接收块放在程序最开始，发送块放在最后。指令在指令库的通信选项卡中选择。如图2-12所示：

图2-12 安全相关的通讯功能块

在IO控制器319F CPU和智能设备IM151-8中均调用接收块和发送块，程序块与地址关系如图2-13所示。

图2-13 通讯功能块与地址之间的相互关系

最后，将硬件与程序下载至CPU中，即可完成安全相关的通讯。下载中如果需要输入密码，输入设置的密码即可。本例中IO控制器CPU319将M10.0~M11.7的16个BOOL量和MW12、MW14的两个INT数据发送到智能设备IM151-8F PN/DP的M100.0~M101.7和MW102与MW104中。

同时智能设备IM151-8F PN/DP将M10.0~M11.7的16个BOOL数据和MW112、MW114的两个INT类型数据发送到CPU319的M0.0~M1.7和MW2、MW4中。

通信测试结果：

图2-14 测试结果1

图2-15 测试结果2

2.2不同项目下的IO控制器和智能设备之间的通信                

2.2.1组态智能设备

先组态智能设备IM151-8F PN/DP CPU，设置好安全程序相关的参数和密码保护，步骤与在 2.2.2 中描述的过程类似。在IM151-8FCPU的PN口的操作模式中，激活智能设备功能。由于是在不同的项目下，不能指定IO控制器，所以选择指定的控制器为“Not assigned”，即未指定。如图2-16所示。

图2-16 激活智能设备

在不同的项目下，不能自动生成安全相关的F-CD通讯，所以需要自行分配地址。安全相关的地址分配规则如下：

智能设备发送到控制器：智能设备需要12个字节的输出数据和6个字节的输入数据。控制器需要12个字节的输入数据和6个字节的输出数据。

智能设备从主站处接收：智能设备需要12个字节的输入数据和6个字节的输出数据。                               控制器需要12个字节的输出数据和6个字节的输入数据。

注意12个字节的数据地址与其对应的6个字节的关联数据要有相同的起始地址。

按照此规则配置好智能设备的地址，如图2-17所示。

图2-17 配置智能设备地址

控制器与智能设备不是在同一个项目下，所以需要生成和安装GSD文件，点击“Export”按钮，在弹出的窗口中设置名称和生成文件的路径，然后在窗口中点击“Export”按钮，生成GSD文件，如图2-18所示。

图2-18 生成和导出GSD文件

2.2.2组态IO控制器

接下来，组态IO控制器。

在博途下新建项目，添加硬件319F CPU并设置好安全参数，由于是在不同的项目下组态，博途不会检测和设置设备名称和IP地址，所以注意此时的319CPU的设备名称和IP地址，不能与智能设备的相同，本例中将319CPU的设备名称修改为PLC_2，IP地址修改为192.168.0.2，如图2-19和图2-20所示：

图2-19 修改设备名称

图2-20 修改IP地址

通过菜单命令Options -> Install general station desription file (GSD)，弹出的对话框中找到生成的GSD文件的路径，安装刚才生成的GSD文件。

图2-21 安装GSD文件

安装好之后，重新启动博途V11软件，在硬件目录 Other field devices 目录下，找到安装的设备，拖入到网络视图中并且给它分配控制器。如图2-22所示：

图2-22 网络视图下组态智能设备

此时控制器会分配与智能设备通信地址，默认的地址可能不符合地址设定规则，需要手动修改地址，符合步骤2.2.1中所述的地址要求。本例中，将图中的红色部分的起始地址从262修改为268，即可满足安全相关的通信地址要求。

图2-23 修改控制器的地址

2.2.3编程测试

程序块的调用与在步骤2.1.3中类似，将项目下载至CPU中，测试结果如下：

图2-24 测试结果1

图2-25 测试结果2

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