基于S7-1200與Smart Link遠程IO的Prof iNet通信控制的實現

鐘漍標 徐連英

（廣州市宏大欣電子科技有限公司，廣東 廣州 510050）

基于S7-1200與Smart Link遠程IO的Prof iNet通信控制的實現

鐘漍標 徐連英

（廣州市宏大欣電子科技有限公司，廣東 廣州 510050）

西門子S7-1200 PLC通過五類雙絞網線與SmartLink的適配器相連，從而以通信的方式實現遠程IO模塊的控制，在同一ProfiNet工業以太網總線下實現數據交換。本文對控制系統的框架做了介紹，對SmartLink遠程智能IO的拓撲結構做了說明，并介紹了如何在西門子TIA博途軟件中進行硬件組態及參數設定及數據傳遞工程，最后以FB塊的方式對多分布式IO的執行機構做管理控制。

S7-1200；SMARTLINK；PROFINET；博途；組態；gsdm l文件

1 引言

眾所周知，西門子公司是世界上首屈一指的電氣和電子公司，其主導推行的ProfiNet總線是ProfiBus國際組織推出的新一代基于工業以太網技術的自動化工業總線技術標準，其完全兼容工業以太網和ProfiBus現場總線，可為自動化設備之間的通信提供多拓撲類型的連接結構，使得網絡的搭建變得輕巧快速，具備高度的可用性和靈活性，為工業自動化通信領域提供高效、穩定、可靠的網絡解決方案。

隨著本體固件版本的日益成熟及博途編程軟件的改進優化，西門子公司S7-1200系列的PLC作為小型自動化項目的新型控制器，除支持傳統的總線通信技術之外，也同時支持ProfiNet工業以太網總線，在國內已被越來越多的工業自動化工程師選用，并獲得良好的口碑，為西門子產品在中國的推廣攻城拔寨。

但是，僅目前而言，在做工業項目硬件配套時，整體方案均采用德國西門子的配件相對成本較高，在這個工業控制產品快速更新迭代的年代，作為智能遠程IO專家的南京華太自動化技術有限公司于2016年開發出ProfiNet工業以太網適配器通信模塊FR8210及各種可應用于ProfiNet通信總線下的智能遠程IO，為用戶節省成本，簡化配線，提高系統可靠性、可靠性，提供了更多的選擇。

西門子S7-1200 PLC可通過工業網線與SmartLink的適配器相連，從而以ProfiNet總線通信的方式實現對智能遠程IO模塊的輸入采樣和輸出控制，在同一網段下實現數據的高速傳送。

2 基于S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制的系統結構

基于S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制的系統結構如圖1所示。

圖1 基于S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制的系統結構

西門子S7-1200PLC通過工業網線與SmartLink ProfiNet適配器相連，各種SmartLink智能遠程IO下掛到適配器下，每個適配器下面的智能IO個數為≤32個，站與站之間距離≤200m，單局域網絡理論站數可達256個，通訊速度為100Mbps，因此完全可以滿足各類中大型項目硬件配置需求，采用這樣的硬件配置方式在成本上遠比整套采用西門子類歐美工控巨頭的ProfiNet遠程IO要低不少，對于當前諸多自動化設備公司而言，此通信網絡控制模式是一種可行的、高效的、低成本的解決方案。

3 SmartLink遠程智能IO的拓撲結構說明

SmartLink ProfiNet適配器可連接各種智能IO，較通用的如：開關量輸入輸出、模擬量輸入輸出、高速脈沖輸入輸出，以及485總線模塊等。此外，由于ProfiNet作為工業以太網總線，完全兼容TCP/IP標準通訊，TCP/IP是IT領域關于通信協議方面的標準，盡管其響應時間大概在100ms的量級，不過，對于工廠控制級的應用來說，這個響應時間是足夠的，因此smartlink適配器可以與各種支持TCP/IP的視覺系統、RFID讀碼器、條形碼掃描器和機器人等控制系統，并與其它控制平臺、PC、OPC客戶端、SCADA系統交換數據。以下就較通用的各種模塊的拓撲結構做一簡單說明。在圖2中，以拓撲結構為FR8210（PROFINET適配器）+FR1108（數字量輸入模塊）+FR2118（數字量輸出模塊）的拓撲結構及電源連接進行舉例說明。

圖2 SmartLink遠程智能IO的拓撲結構及電源連接

4 SmartLink ProfiNet適配器功耗計算

SmartLink ProfiNet適配器在連接多個各種智能IO的過程中可能會出現IO供電不足的問題，該問題可能會為用戶帶來不便或安全隱患，為避免困擾，用戶可使用配套的功耗計算工具，當系統側配置的IO過多時，圖3中對應的系統側功耗將顯示為紅色，以警示用戶需要增加輔助電源模塊FR0002。

圖3 SmartLink ProfiNet適配器功耗計算工具

5 在西門子TIA博途軟件中進行硬件網絡組態及Smart-Link遠程IO參數設定

硬件安裝好之后，需要在西門子TIA博途軟件中對硬件網絡進行組態，由于非西門子產品在博途軟件中并不能直接找到配置文件，應先導入以.xm l為后綴的設備描述文件后，方能對SmartLink的適配器及IO進行硬件網絡組態及參數設定。用戶可點擊博途軟件(V13 SP1版本以上)菜單欄上的“選項”→“安裝設備描述文件（GSD）”，將SmartLink的硬件配置文件導入硬件目錄樹中即可。S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制硬件網絡組態及遠程IO參數設定流程如圖4所示。

圖4 S7-1200與Smartlink遠程IO的ProfiNet通信控制硬件組態及參數設定流程

最終的硬件組態圖如圖5所示，對遠程IO的參數設置如圖6、圖7所示。在圖6圖7中可知1#遠程IO模塊FR1108（數字量輸入模塊）的地址為（I1.0-I1.7），FR2118（數字量輸出模塊）的地址為（Q1.0-Q1.7），2#遠程IO模塊FR1108（數字量輸入模塊）的地址為（I2.0-I2.7），FR2118（數字量輸出模塊）的地址為（Q2.0-Q2.7）。

圖5 通過TIA博途軟件進行硬件網絡拓撲組態

圖6 對1#遠程IO的地址分配

圖7 對2#遠程IO的地址分配

6 S7-1200與SmartLink遠程IO的ProfiNet通信控制的數據傳遞過程

ProfiNet為支持不同的工業級應用，它提供了集成式ProfiNet IO和分布式自動化中創建模塊化設備系統的Profi-Net CBA，前者采用實時通信(RT)和同步實時通信(IRT)協議，其通信周期可達10～1ms，可用于普通的數字信號采集和運動系統控制；后者采用TCP/IP和RT協議，其通信周期可達100～10ms，可用于PLC主從站之間的通信。

本案例采用的是S7-1200與SmartLink遠程IO之間的ProfiNet通信，使用的是RT實時通信。該協議采用EtherNet II標準，通過IEEE 802.1Q/P協議對數據包優先級配置，使用VLAN標簽對幀進行優先級標識，保證數據的高速高效傳送。

該案例的通信控制數據傳遞工作示意圖如圖8所示。

圖8 S7-1200與Smartlink遠程IO的ProfiNet通信控制的數據傳遞工作示意圖

7 S7-1200PLC控制程序

西門子博途軟件具備成熟的FB編程架構，對于分布式IO的執行機構控制管理采用FB的編程方式將使程序變得可閱讀性、一致性、可移植性高，方便項目管理。假設被控制對象為可以通過繼電器直接控制啟動的小功率電動機，采用典型的啟保停電路。根據圖6、7的遠程IO的地址字節分配，可進行如下的FB程序編寫。如下圖9、10、11所示。

圖9 在主程序OB塊中分別調用兩個電機的FB程序塊

圖10 遠程IO站1號電機的控制

圖11 遠程IO站2號電機的控制

8 結束語

基于S7-1200與Smartlink遠程IO的ProfiNet通信控制，該控制方案繼承了ProfiNet的實時高效的特點，同時硬件組態簡單快速，系統可擴展性、可操作性強，經測試，除數字量IO外，對于模擬量IO和高速脈沖IO依然相當穩定可靠，且成本僅為全部采用進口的西門子模塊的1/4～1/3，在用戶程序上可用博途軟件對遠程IO進行地址分配，這些模塊就如同主PLC本體的一部分，數據讀取和傳送極其方便，是一種值得推廣的、可靠的工業控制解決方案。

[1]李正軍．現場總線與工業以太網及其應用技術[M]．北京：機械工業出版社，2011．

[2]朱文杰．S7-1200 PLC編程與應用[M]．北京：中國電力出版社，2015．

[3]宋伯生．PLC編程實用指南[M]．北京：機械工業出版社，2011．

[4]張陽，石崢嶸．西門子TIA博途軟件在白馬礦帶式輸送工程中的應用[J]．電氣時代，2012(11)：82-83．

[5]崔堅．TIA博途軟件：STEP7 V11編程指南[M]．北京：機械工業出版社，2012．

[6]楊明，王永剛，張陸毅．基于Anybus-sPN IO模塊的PROFINET遠程I/O設計[J]．信息技術，2012(8)：80-84．

[7]孫凡金，劉彥呈，潘新祥．Profinet工業以太網實時通信協議分析[J]．現場總線，2008(21)：30-33．

ProfiNetCommunication ControlRealization Based on the S7-1200 and SmartLink Remote IO

Zhong Guobiao Xu Lianying
（HDX Electronic Technology Co.Ltd.,Guangzhou 510635,Guangdong）

The SIEMENSS7-1200PLC is connectedw ith the SmartLink adapterby five kindsof tw isted pair cable,so as to realize the remote controlof IOmodule in communication,and realize data exchange in the same ProfiNet Industrial Ethernetbus.This paper introduces the framework of the control system,the topological structure of SmartLink remote intelligent IO in detail;introduceshow to complete hardware configuration,parameter setting and data transmission in SIEMENSTIA Portal software;and completes themanagementcontrolof distributed IO actuatorsw ith FB.

S7-1200；SmartLink；ProfiNet；TIA Portal；configuration；gsdm l file

TP273

A

1008-6609(2017)06-0025-04

鐘漍標（1973-），男，廣東梅州人，高級技師，研究方向為自動控制技術、工業控制、PLC控制技術。