V4.0 版本 PN/PN 耦合器实现安全通讯

TIA Portal中S7-1200F CPU和S7-1500F CPU实现安全相关控制器与控制器通讯的配置例程(PN/PN Coupler V4.x版本)

在安全系统中F-CPU之间可以借助 PN/PN Coupler 模块进行控制器之间的安全相关的通信。通信通过两个安全应用程序块进行，即SENDDP块用于发送数据，而RCVDP块用于接收数据。这些块由用户在F-CPU相应的安全程序中调用，以故障安全的方式将 16 个数据类型为 BOOL 的数据和 2 个数据类型为 INT 的数据或者 1 个数据类型为 DINT（S7-1200、S7-1500）的数据发送至另一 F-CPU。

更多的关于创建和编写、通信的安全程序的信息请参考故障安全系统组态和编程手册。

在本例程中，将CPU1513F-1PN作为一个 IO 控制器，CPU1215FC作为另一个 IO 控制器，通过 PN/PN Coupler(V4.2)实现两个CPU的安全相关的通信。CPU1513F在安全程序中使用F应用程序块SENDDP进行发送，CPU1215FC在安全程序中用RCVDP进行接收，以安全方式一次传送16个BOOL型数据和2个INT型数据。注意：必须在安全程序开始时调用RCVDP，必须在安全程序结束时调用SENDDP。

CPU1513F	传输方向	CPU1215FC
16 Bool 2 INT		16 Bool 2 INT

表1  示例中传输数据的数量和类型

示例中使用的软硬件环境

硬件：

1. CPU1513F-1PN 6ES7 513-1FL02-0AB0，V2.8.3
2. CPU1215FC DC/DC/DC 6ES7 215-1AF40-0CB0，V4.4.1 注意：从固件版本V4.2版本开始的S7-1200F CPU才支持安全相关的通信。
3. PN/PN Coupler 6ES7 158-3AD10-0XA0，V4.2.0

软件：

1. STEP7 Professional V16 Update2
2. STEP7 Safety V16

这种通信方式可以分2种情况来操作，具体如下：

1.第一种情况：CPU1513F 和 CPU1215F 在同一个TIA项目中操作

2.第二种情况：CPU1513F 和 CPU1215F 分开在两个TIA项目中操作

1.第一种情况（同一项目中操作）

这种情况下两个CPU 使用 STEP7 V16 在一个项目中操作，详细步骤如下。

1.1 使用 STEP7 V16 创建项目加入 S7-1500和S7-1200 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和S7-1200 站，选择对应型号 CPU，创建各自的PN/IE子网，设置各自的 IP 地址，并确认设备名称。

本示例中CPU151F设备名称是PLC_1，CPU1215FC设备名称是PLC_2。如图 1 所示。

图 1 在新项目中创建两个PLC 站

1.2 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 2 所示。

图 2 在项目中拖入PN Coupler V4.2版本

2. 鼠标左键点中PN Coupler 左侧X1网络接口，按住鼠标拖拽连接到CPU1513F的PROFINET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 3 所示。

然后设置X1接口的IP地址和设备名称，如图 4 所示。。

图 3 将PN Coupler PROFINET接口 X1连接到CPU1513F的PROFINET接口

图 4 组态PN Coupler PROFINET接口X1部分的IP地址和设备名称

3. 同样方法将PN Coupler的PROFINET接口X2拖向CPU1215FC的PROFINET接口，网络会显示连接到PN/IE_2子网，自动分配IO控制器为PLC_2。PN Coupler的左下角会显示“多重分配”字样，然后设置X2接口的IP地址和设备名称。如图 5 所示。

图 5 组态PN Coupler PROFINET接口X2部分的IP地址和设备名称

4. 在PN Coupler属性界面中“转换映射”创建“传输区_1”，类型选择“PROFISAFE输入/输出 6字节/12字节”，如图 6 所示。

注意：安全通信时要使用固定格式的传输区类型，这里是CPU1513F向CPU1215FC发送数据，所以要选择输出长度12个字节的类型。

图 6 组态PN Coupler 地址映射

两个CPU在同一个项目中，系统自动在PN Coupler PROFINET接口X2的PLC_2侧自动生成了一个匹配的传输区“PROFISAFE输入/输出 12字节/6字节”，如图 7 所示。

注意：最好使用系统自动分配的IO地址，如果要进行修改，要保证传输区分配的输入地址和输出地址的起始地址相同。

图 7 PN Coupler 地址映射信息

图 8 传输区在两个CPU的地址分配情况

1.3 分配PN/PN Coupler设备名称

1. 将两个安全CPU都编译下载后，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。

在前面的组态配置中CPU1513F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CPU1513F的PROFINET网线插入到PN Coupler左侧总线适配器的网口上。同样，CPU1215FC的网线应该插入到PN Coupler右侧总线适配器的网口上。

图 9 PN Coupler模块面板图

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

2. 以CPU1513F侧操作为例，介绍分配设备名称操作。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 鼠标右击左侧，打开分配设备名称界面

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

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

3. 采用同样的步骤，对PN Coupler的PROFINET接口X2分配设备名称，完成后网络视图在线后状态显示通信正常，如图13。

注意：这时计算机的网线要连接到PN Coupler上PROFINET接口X2网络中，而且使用鼠标右击PN Coupler右侧，核对MAC地址时要与PN Coupler上面印刷的MAC ADDRESS 2相同。

图13 硬件组态在线状态

1.4 编程、下载

安全相关的通信除了要进行硬件组态外，还要使用专门的安全通信程序块完成数据的发送和接收。

1. 在CPU1513F程序块中添加F-DB，命名“SendData”建立16个BOOL类型和2个INT类型变量，作为发送数据。在CPU1215FC程序块中添加F-DB，命名“RcvData”建立16个BOOL类型和2个INT类型变量用于接收数据，如图14。

图 14 CPU1513F中的发送数据块结构

图 15 CPU1215FC中的接收数据块结构

2. 示例中是CPU1513F向CPU1215FC发送数据，所以在CPU1513F的安全主程序FB1中调用SENDDP数据发送功能块，注意参数DP_DP_ID和LADDR参数的填写，指令所在位置如图16。

图 16 指令所在位置

表2 SENDDP功能指令参数简单说明

LADDR参数需要到PN Coupler X1接口部分的属性中查找“传输区_1”的系统常数，如图17。

图 17 查找PN Coupler X1接口配置的传输区_1的系统常数

3. CPU1215FC的安全主程序FB1中调用RCVDP数据接收功能块，参数DP_DP_ID要与CPU1513F的SENDDP一致，如图16。

图 18 CPU1215FC中的接收功能块DP_DP_ID要与CPU1513F中的发送功能块一致

表3 RCVDP功能指令参数简单说明

LADDR参数需要到PN Coupler X2接口部分的属性中查找“传输区_1”的系统常数，如图19。

图 19 查找PN Coupler X2接口配置的传输区_1的系统常数

示例中CPU1513F向CPU1215FC发送了2个INT类型的数据，如果要发送DINT类型的数据，只需要将要发送的数据地址填写在SENDDP功能指令的输入参数SD_DI_00处，同时在输入参数DINTMODE=1就可以。

这时CPU1215FC就可以在RCVDP功能指令的输出参数RD_DI_00处接收到DINT数据。注意：不能同时传送INT和DINT类型的数据。

4. 将两个PLC的程序进行编译，然后分别下载到PLC。

1.5 通讯测试

检查无错误后，分别给两个站点新建监控表，对数据进行监控，如图 20 所示。

图 20 通信测试

1.6 发生通信错误时的处理

如果发生通信错误，发送方（SENDDP指令）会置位输出参数 ERROR 和 SUBS_ON =1，同时在输出参数DIAG处显示有关所发生通信错误类型的信息。

接收方（RCVDP 指令）会将输入参数 SUBBO_xx 和 SUBI_xx 或 SUBDI_00所指定的故障安全值替代到对应输出，同时置位输出ERROR和 SUBS_ON =1，在输出参数DIAG处显示有关所发生通信错误类型的信息。

图 21 SENDDP/RCVDP 指令的DIAG的结构说明

当不再检测到通信错误时，RCVDP 指令会置位输出参数ACK_REQ = 1，这时在输入参数 ACK_REI 处输入上升沿进行确认，安全数据传递才会恢复。

图 22 通信错误及确认的时序图

在本示例中，为了演示通信错误的确认过程，故意制造了一个通信错误。

1. 将CPU1513F切换到停止模式，CPU1215FC中的RCVDP指令置位输出ERROR和 SUBS_ON =1，同时在输出参数DIAG处显示信息16#10。

图 23 CPU1215FC RCVDP指令报错

2. 根据DIAG的提示信息，查找故障原因，将CPU1513F切换到运行模式后，错误排除。RCVDP指令置位输出ACK_REQ =1,请求重新集成。

图 24 CPU1215FC RCVDP指令请求确认

3. 对RCVDP指令的输入参数ACK_REI置位，对发送数据的重新集成进行确认后，数据传递恢复。

图 25 CPU1215FC RCVDP指令进行确认

2.第二种情况（不在同一项目中操作）

如果两个CPU是分开在两个TIA项目中，只需要将PN Coupler的两个PROFINET接口的配置分开来操作就可以了。即，在CPU1513F的项目中配置PN Coupler上的PROFINET X1接口，在CPU1215FC的项目中配置PN Coupler上的RPOFINET X2接口。

对于安全通信程序块SENDDP/RCVDP的调用和参数填写，与前面在同一个项目中的操作是完全相同的。

2.1 S7-1500 项目中配置PROFINET X1接口

创建一个新项目，并通过“添加新设备”组态 S7-1500 站，在网络视图中配置PN Coupler。鼠标左键点中PN Coupler 左侧X1网络接口，按住鼠标拖拽连接到CPU1513F的PROFINET接口，这样PN Coupler的PROFINET接口X1就连接到CPU1513F。然后设置X1接口的IP地址和设备名称，操作方法与前面的都是相同的,只是不需要再对PN Coupler上的PROFINET X2接口进行配置。之后在“转换映射”中创建“传输区_1”，在PROFINET接口[X1]下面，类型选择“PROFISAFE输入/输出 6字节/12字节”，如图 21 所示。

图 26 在S7-1500项目中配置PROFINET接口[X1]

2.2 S7-1200 项目中配置PROFINET X2接口

创建一个新项目，并通过“添加新设备”组态 S7-1200 站，在网络视图中配置PN Coupler。鼠标左键点中PN Coupler 左侧X2网络接口，按住鼠标拖拽连接到CPU1215FC的PROFINET接口，这样PN Coupler的PROFINET接口X1就连接到CPI1215FC上。然后设置X2接口的IP地址和设备名称，操作方法与前面的都是相同的,只是不需要再对PN Coupler上的PROFINET X1接口进行配置。之后在“转换映射”中创建“传输区_1”，在PROFINET接口[X2]下面类型选择“PROFISAFE输入/输出 12字节/6字节”，如图 22 所示。

图 27 在S7-1200项目中配置PROFINET接口[X2]

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