PROFINET IRT 等时模式使用入门

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1 PROFINET 等时模式介绍

1.1 简介
标准的PROFINET IO分布式自动化结构中包含多数处理周期，参考图 1 标准的PROFINET IO分布式结构，且这些处理周期不同步：n

图 1 标准的PROFINET IO分布式结构n

这些处理周期包括：n

• 读取输入信号的 I/O 子模块的周期 (T1)n
• ET 200 背板总线的周期（T2、T6）n
• PROFINET IO周期（T3 和 T5）n
• CPU 上的程序执行周期 (T4)n
• I/O 子模块的信号输出周期 (T7)

输入信号在该过程中被检测并在用户程序中进行处理；相应的响应与输出组件互连。各个周期形成了一个顺序，而过程响应时间在非同步周期中可能会产生巨大波动。
周期 T2 到 T6 的长度主要取决于中断、诊断服务等非周期性元素以及用户程序的非周期性数据（数据记录）。不带等时属性的异步元素致使过程响应时间的不确定。
循环中断（例如 OB35）处于激活状态时，将始终以相同的时间间隔来执行用户程序。因此，用户程序和 I/O 数据采集只能在某些条件下进行同步。
PROFINET系统提供了一个可靠的基本时钟。“Isochronous mode”（等时模式）系统属性在 SIMATIC 系统中启用了恒定的周期时间，SIMATIC 系统在总线系统上进行了严格地确定。“Isochronous mode”（等时模式）系统属性将 SIMATIC 自动化解决方案与等距离 PROFINET IRT相结合。也就是说：n

• 读取输入数据时与 IRT 周期保持同步；同时读取所有的输入数据。n
• 处理 I/O 数据的用户程序通过同步周期中断 OB（即 OB61 到 OB64）与 IRT的周期TDC同步。n
• 数据输出与IRT周期保持同步；所有的输出数据同时生效。n
• 传输所有输入和输出数据时保持一致性。也就是说，过程映像的所有数据在逻辑上相关联，并且均基于相同的定时。

将 I/O读取周期的开头提前（提前的时间为偏移时间 Ti），以使所有的输入数据可供在下一个IRT周期开始时在 PN子网中传输。该偏移时间 Ti可由用户进行组态，也可在 STEP 7中自动确定。
PROFINET通过PN子网将输入数据传输至 IO控制器。调用同步周期中断 OB（OB61、OB62、OB63 或 OB64）。同步周期中断 OB中的用户程序决定过程响应，并及时提供输出数据供下一个 IRT周期开始时使用。IRT周期的长度可在 STEP 7 中自动定义，也可由用户进行定义。
即时提供输出数据供下一个 IRT周期开始时使用。在等时运行（即与时间 To同步）的方式下，通过PN子网将数据传输至IO设备并传送至过程。
结果结果过程响应时间：从“Ti + TDC + To”至“Ti + (2 x TDC) + To”，即对应从输入终端到输出终端的传输。具有典型响应时间的等时模式时序图，参考图 2 等时模式处理。n

图 2 等时模式处理n

Step7系统会自动设置相同的Ti和To，这样可以同时捕获输入信号和输出一致性的输出信号。等时模式具有如下优点：n

• 当检测值的获取需要同步时，运动必须协调，处理响应必须定义和同时发生n
• 同时获取信号用于过程处理，检测和运动控制

对于PROFINET IO，分布式同步等时模式，可以与非同步模式的I / O可以混合在一个IO控制器上使用。n

对于IRT high performance的详细信息，请参考西门子官方网站下载中心的相关文档《PROFINET IRT High performance使用入门》，具体链接如下：
79573556。n

对于支持等时模式的IO控制器和IO设备，请参考西门子官方网站相关的FAQ:
44383954。n

2 PROFINET IRT High Performance组态

2.1 示例组态
使用一个例子来描述PROFINET IRT等时模式，如图 3 PROFINET IO系统网络组态。n

图 3 PROFINET IO系统网络组态n

IO控制器使用CPU319-3PN/DP v3.2，其中端口1连接SCALANCE X204IRT v4交换机端口1，交换机的两个端口2和端口3分别连接ET200S IM151-3PN HS v3.0 (6ES7 151-3BA60-0AB0)的端口1上，其中ET200S IM151-3PNHS的端口2连接另外一台ET200S IM151-3PN v7.0(6ES7 151-3BA23-0AB0)。在同步域内，所有设备都必须支持IRT，即集成ERTEC控制器。同步域内的设备采用IRT的等时模式，同步域外的设备采用RT通讯方式。
在Step7中对其进行硬件组态，图 4 硬件组态。根据实际的设备名称设置设备名，参考图 3 PROFINET IO系统网络组态。n

图 4 硬件组态n

点击总线”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”总线，右键弹出菜单选择“PROFINET IO Topology…”，弹出拓扑编辑器对话框。点击“Graphic View”标签页，根据实际的端口连接对PROFINET IO网络进行组态。参考图 5 编辑拓扑信息。n

图 5 编辑拓扑信息n

然后再次点击总线”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”总线，右键弹出菜单选择“PROFINET IO Domain Management…”，弹出同步域管理对话框，双击“SIMATIC 300(1)/PN-IO”，即IO控制器CPU319-3PN/DP，弹出设备属性对话框，在同步角色中选择“Sync master”，设置为同步时钟主站。参考图 6 设置同步时钟主站。n

图 6 设置同步时钟主站n

然后配合“Ctrl”键，通过鼠标选中除了IM151-3PN的其它IO设备，点击“Device Properties”按钮，设置所选中的IM151-3PNHS以及SCALANCE X204IRT交换机设置同步时钟从站，并选择IRT Option为“High performance”。参考图 7 设置同步时钟从站和high performance。n

图 7 设置同步时钟从站和high performancen

设置完毕后的同步域管理对话框，参考图 8 同步域管理对话框。设置发送时钟Send clock为1.0ms，该时间就是等距的通信周期TDC。n

图 8 同步域管理对话框n

点击对话框中的“Details…”按钮，弹出同步域详细信息，其中黄色部分为CPU端口（发送或接收）的IRT预留带宽部分，IRT high performance数据在这部分预留的时间段内进行传输，亮绿色为CPU端口（发送或接收）的RT预留带宽部分。其它暗绿色部分为开放的带宽，允许TCP/IP等或其它的RT数据通信。点击OK结束设置。参考图 9 同步域详细信息。n

图 9 同步域详细信息n

双击总线”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”总线，弹出PROFINET IO系统属性对话框，在Update Time页，对于RT设备可以根据实际的需求设置刷新时间，而对于IRT设备在等时模式时需要与发送时钟的周期一致，即1.0ms。如下图 10 PROFINET IO系统属性。n

图 10 PROFINET IO系统属性n

然后双击CPU，弹出CPU319属性对话框，选择“Synchronous Cycle Interrupts”标签页，点击“IO system no.”选择PROFINET IO总线的标号100。参考图 11 同步周期中断。n

图 11 同步周期中断n

点击该页面中的“Details”按钮，设置过程映像分区为“1”。注：CPU319只支持过程映像分区1。参考图 12 OB61的详细设置。n

图 12 OB61的详细设置n

对于参与等时同步的分布式IO，例如ET200s IM151-3PN HS，双击该设备硬件组态的PN-IO插槽，弹出该槽PN-IO属性。分配IO设备的等时模式为OB61。参考图 13 PN-IO的详细设置。ET200s IM151-3PN HS1也采用同样的设置，其它选项保持默认即可。其中可见Ti和To的时间已被自动计算。n

图 13 PN-IO的详细设置n

点击该页面的“Isochronous Mode Modules/Submodules”按钮，可以查看和设置使用等时模式的模块。参考图 14 等时模式模块。n

图 14 等时模式模块n

此时在硬件组态中双击模块，例如4DI DC24v HF，参考图 14 等时模式模块，可以看见相应的参数已经被自动修改以适应等时模式。参考图 15 过程映像区，该模块的过程映像区已经被设置为PIP1，即分区1。参考图 16 模块参数，输入延迟为0.1ms。n

图 15 过程映像区n

图 16 模块参数n

对于模块的地址区应在CPU的过程映像区内，如果等时的模块超出了CPU的过程映像区的范围，那么可以修改模块的地址区到CPU的过程影响区内，参考图 15 过程映像区。也可以增加CPU的过程映像区的范围以包含超出的地址区间，参考图 17 CPU的属性。n

图 17 CPU的属性n

最后右键点击CPU，弹出菜单选择“PROFINET IO Isochronous mode”，弹出等时模式对话框，其中详细说明等时模式相关的时间。其中Application cycle =Data cycle=send clock=1.0ms，OB61的延迟时间delay time=30us，以及模块的 Ti和To时间全部自动计算。参考图 18 等时模式。n

图 18 等时模式n

保存编译项目下载到PLC中进行PROFINET IO通讯，具体组态PROFINET IO通讯的详细信息请参考网上课堂的下载中心的链接 72325620。n

然后，在Step7的SIMATIC Manager中插入并打开OB61，编写如下程序。n

CALL "UPDAT_PI" //SFC26
PART :=B#16#1
RET_VAL:=MW0
FLADDR :=MW2n

A I 0.0
= Q 0.0
= Q 1.0n

CALL "UPDAT_PO" //SFC27
PART :=B#16#1
RET_VAL:=MW3
FLADDR :=MW4

首先调用SFC26，刷新过程映像分区1的输入地址区，即读入输入信息。然后，是同步程序，如果I0.0为1，那么Q0.0和Q0.1为1。最后调用SFC27，刷新为过程映像分区1的输出地址区，即同步输出Q0.0和Q0.1。

关键词
PROFINET IO, IRT, 顶级性能，等时模式