PROFINET智能设备使用入门（Portal V11）

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1 PROFINET 智能设备功能

1．1 简介n

智能设备（I Device）功能使CPU 不但可以作为一个智能处理单元处理生产工艺的某一过程，而且可以和 IO 控制器之间交换过程数据。该 PN 设备可以同时作为 IO 控制器和 IO 设备。智能设备功能简化了与 IO 控制器的数据交换以及对 CPU 操作。智能设备可作为 IO 设备链接到上层IO 控制器。参考图 1 智能设备功能。n

图1 智能设备功能

图1中作为智能设备的SIMATIC CPU/CP 不仅能处理下层分布式I/O 的数据，而且能将数据传递给上层的I/O 控制器。n

1．2 智能设备的应用领域与优势n

智能设备的应用领域：n

● 分布式处理n

可以将复杂自动化任务划分为较小的单元/子过程。这使得过程可管理，从而简化了 子任务。n

● 单独的子过程n

通过使用智能设备，可以将分布广泛的大量复杂过程划分为具有可管理接口的多个n

子过程。这些子过程存储在各个 STEP 7 项目中，而这些项目经过合并可形成一个总的项目。n

● 专有技术保护n

为了对智能设备进行接口描述，各个系统部分只能通过一个 GSD 文件来提供，而不是通过 STEP 7 项目来提供。用户程序的专有技术不再会被公开。n

2 PROFINET 智能设备功能组态

下面介绍PROFINET智能设备功能的配置方法，参考图 2 PROFINET网络结构。n

图2 PROFINET 网络结构

IO控制器 CPU1214C V2.1连接SCALANCE 414-3E交换机和一个以及IO设备 CPU315-2 PN/DP v3.2构成一个PROFINET IO系统1。IO设备CPU315-2PN/DP v3.2同时作为PROFINET IO系统2的IO控制器连接一台IO设备ET200S IM151-3 PN (6ES7 151-3BA23-0AB0) v7.0。CPU315-2 PN/DP就是这个系统中的智能设备。n

2.1 PROFINET 系统组态n

首先在TIA Portal V11 SP2的“Portal View”中选择“新建项目”创建一个新项目，对S7-1200进行硬件组态，选择对应的订货号，这里使用的是6ES7214-1AE23-0XB0，版本是V2.1。参考图3 选择订货号。n

图3 选择订货号

将该订货号直接拖到网络视图中，然后点击CPU 模块，在“属性”〉“常规”的名称中设置控制器名称。参考图4 S7-1200 设置设备名称。n

图4 S7-1200 设置设备名称

双击该模块进入设备视图。在设备视图中可以进行S7-1200 系统的硬件配置。参考图5 S7-1200 设备视图。n

图5 S7-1200 设备视图

在设备视图中可以看到整个S7-1200 CPU 的图形。点击以太网口图标，在下面的PROFINET 接口属性中，选择“常规”〉“以太网地址”，然后在右侧选择“在项目中设置IP 地址”，设置IP 地址和子网掩码。参考图6 设置1200 以太网地址。n

图6 设置1200 IP 地址

这样就完成了S7-1200 CPU 的硬件组态。然后需要对CPU 315-2 PN/DP 进行硬件组态。在硬件列表中选择订货号，参考图7 CPU 315 选择订货号。n

图7 CPU 315 选择订货号

将该订货号拖入网络视图中，然后点击CPU 模块，在“属性”〉“常规”的名称中设置智能设备名称。参考图8 CPU 315 设置设备名称。n

图8 CPU 315 设置设备名称

双击该模块进入CPU 315-2PN/DP设备视图。参考图9 CPU315 设备视图。n

图9 CPU 315 设备视图n

点击CPU 模块上的以太网口图标，然后在PROFINET 接口“属性”〉“常规”中选择“以太网地址”，在右侧选择“在项目中设置IP 地址”，然后为CPU 315 设置 IP 地址。注意要与1200 CPU 的IP 地址在同一个网段，且地址不能重复。参考图10 设置CPU 315-2PN/DP 以太网地址。n

图10 设置CPU 315-2PN/DP 以太网地址

再进入网络视图，添加IM 151-3 PN，订货号为6ES7 151-3BA23-0AB0，参考图11 IM151-3 PN 选择订货号。n

图11 IM151-3 PN 选择订货号

双击IM151-3 PN，进入该设备视图进行硬件配置，根据实际的配置插入电源模块和DI、n

DO模块，参考图12 IM151-3 PN 硬件配置。n

图12 IM151-3 PN硬件配置

点击IM151-3 PN 模块的图标，然后在IM 151-3“属性”〉“常规”的“名称”中定义该接口模块的设备名称“ET200S 151-3”，参考图13 IM151-3 PN 设置设备名称。n

图13 IM151-3 PN 设置设备名称

设置设备名称后，需要给IM151-3 PN 设置IP 地址，在网络视图中点击IM151-3 PN以太网口，然后在“属性”〉“常规”〉“以太网地址”中设置IP 地址“192.168.0.15”。参考图14 设置IM 151-3 PN IP 地址。n

图14 设置IM 151-3 IP 地址

在网络视图中将IM151-3 PN 分配给CPU 315-2PN/DP，CPU 315-2PN/DP作为IM151-3 PN 的控制器，参考图15 控制器分配。n

图15 控制器分配n

这样在设备视图中可以看到IM151-3 PN 占用 CPU 315-2PN/DP 的I/O 地址。参考图 16 IM151-3 PN I/O 地址。n

图 16 IM151-3 PN I/O 地址n

然后在网络视图中，点亮PN/IE_1网络，用鼠标右键给IM151-3 PN 分配设备名称。参考图17 设备名称分配n

图17 设备名称分配

在弹出的对话框中点击“分配名称”，分配设备名称可能需要几秒钟的时间，在这期间软件界面是禁止操作的。参考图18 分配PROFINET设备名称。n

图18 分配PROFINET设备名称

这样PROFINET IO 系统 2 的配置已经完成，即 CPU 315-2PN/DP 作为智能设备与自身的IO 设备的连接已经完成。下面对PROFINET IO 系统1进行配置，需要对智能设备CPU 315-2PN/DP 分配IO 控制器 S7-1200 CPU。进入CPU 315-2PN/DP 的设备视图，在CPU “属性”〉“常规”〉“PROFINET 接口”〉“操作模式”中钩上“IO 设备”，并选择已分配的控制器“S7-1200 PROFINET interface_1”。参考图19 定义I device 的控制器。n

图19 定义I device 的控制器n

然后在图20 操作模式的传输区中定义I device 与控制器通信的数据区域。例如将控制器的QB2 传送给智能设备的IB0。参考图20 传输区定义。n

图20 传输区定义n

经过上述的操作，在项目的网络视图中得到完整的网络结构。参考图21 网络结构。n

图21 网络结构

将CPU 315-2PN/DP 以及 S7-1200 的硬件配置编译后全部下载。参考图22 项目下载。n

图22 项目下载

2.2 PROFINET 通信调试n

系统结构建立后，PROFINET IO控制器 S7-1200、智能设备CPU 315-2PN/DP、PROFINENTIO 设备IM151-3 PN 之间可以进行数据交换。对S7-1200 的变量QB2 赋值为1，参考图23 PROFINET控制器S7-1200变量赋值。n

图23 PROFINET控制器S7-1200变量赋值

在本文配置中，PROFINET 控制器S7-1200 的 QB2 对应PROFINET 智能设备 CPU 315-2PN/DP 的 IB0，所以 CPU 315-2PN/DP IB0 的值为1；同时 CPU 315-2PN/DP 作为IM151-3 PN 控制器，也可以与IM151-3 PN进行数据交换，例如当IM151-3 PN 数字量输入点有信号输入时，智能设备CPU 315-2PN/DP的输入变量会采集到该信号。参考图24 智能设备CPU 315-2PN/DP 变量监控。n

图24智能设备CPU 315-2PN/DP 变量监控n

3 支持PROFINET 智能设备功能的设备

不是所有的PROFINET IO控制器和 PROFINET IO设备都支持智能设备功能。支持此功能的PROFINET IO控制器和 PROFINET IO设备请参考如下链接：44383954

4 带有智能设备的 PROFINET IO 系统的拓扑规则

使用 IO 设备时 IO 系统的结构与组态方面的以下建议有助于保持较小的通信带宽。如果智能设备只带有一个通信端口，则智能设备连接到上位 IO 系统交换机的一个端口，将下层 IO 系统连接到交换机的另一个端口，参考图25 带一个端口的智能设备。n

图25 带一个端口的智能设备n

如果智能设备带有两个端口，将其中一个端口连接到上位 IO 系统交换机的一个端口，另一个端口连接下位 IO 系统，参考图26 带两个端口的智能设备。n

图26带两个端口的智能设备n

如果使用一个带三个或更多端口的智能设备，请按线形总线型拓扑结构将智能设备连接到n

上位 IO 系统的一个或两个端口。将第三个端口连接到与线形总线型拓扑结构分开的下层n

IO 系统。参考图27 带三个端口的智能设备。n

图27 带三个端口的智能设备

智能设备带宽有下面的计算公式：n

传输区域的带宽 + 下层 IO 系统的带宽 = 在智能设备上使用的总带宽n

如果与上位控制器传输区域的地址空间过大，下层 IO 系统就不会有足够的带宽来取得较短更新时间，所以需要保持尽可能小的传输区域地址空间。

关键词
PROFINET 智能设备 Portal V11 SP2