基于以太網(wǎng)的PLC產(chǎn)品應(yīng)用第1講 基于ProfNet的西門(mén)子S7-1200 PLC與XT1123的綜合應(yīng)用

浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李方園

ProfiNet是基于Ethernet的開(kāi)放的、面向?qū)ο蟮倪\(yùn)行期通信方案，同時(shí)也是獨(dú)立于制造商的工程設(shè)計(jì)方案，在目前的智能化工廠改造中占有重要的地位。本文主要介紹了基于ProfNet的西門(mén)子S7-1200 PLC與XT1123的綜合應(yīng)用。

西門(mén)子S7-1200 PLC；ProfNet總線(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1 概述

基于以太網(wǎng)的PLC產(chǎn)品現(xiàn)在已經(jīng)越來(lái)越得到普及，其中西門(mén)子公司的S7-1200是其中的佼佼者。與西門(mén)子S7-200系列PLC最大的區(qū)別在于S7-1200 PLC標(biāo)準(zhǔn)配置了以太網(wǎng)接口RJ45，可以采用一根標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線(xiàn)與安裝有STEP 7 TIA V11以上軟件的PC進(jìn)行通訊，也可以與任何基于ProfNet的分布式產(chǎn)品進(jìn)行信號(hào)互聯(lián)。

本文主要介紹的就是西門(mén)子S7-1200 PLC與Acromag公司XT1123的綜合應(yīng)用。

2 基于ProfiNet的S7-1200控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

ProfNet使用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議作為通信基礎(chǔ)，在任何場(chǎng)合下都提供對(duì)TCP/IP通信的絕對(duì)支持。由于絕大多數(shù)工廠自動(dòng)化應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間要求較高，為了能夠滿(mǎn)足自動(dòng)化中的實(shí)時(shí)要求，ProfNet中規(guī)定了基于以太網(wǎng)層的優(yōu)化實(shí)時(shí)通信通道，該方案極大地減少了通信棧上占用的時(shí)間，提高了自動(dòng)化數(shù)據(jù)刷新方面的性能。

作為最新的西門(mén)子S7-1200PLC，它含有集成的ProfiNet接口用于進(jìn)行編程以及HMI和PLC-to-PLC通信。另外，ProfNet接口提供10/100兆比特/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率，支持使用開(kāi)放以太網(wǎng)協(xié)議的第三方設(shè)備，如本應(yīng)用案例中的Acromag公司XT1123。XT1123是Acromag公司推出的ProfNet輸入輸出設(shè)備，具有16個(gè)的數(shù)字量I/O點(diǎn)，圖1和圖2分別是XT1123的外觀與端子分布。

圖1 XT1123的外觀

圖2 XT1123的端子分布

圖3 所示為S7-1200與3個(gè)XT1123的ProfNet網(wǎng)絡(luò)，它們通過(guò)交換機(jī)相連，可以用于智能化工廠的改造，將原來(lái)非西門(mén)子系統(tǒng)互相聯(lián)網(wǎng)。

圖3 S7-1200與XT1123的ProfNet網(wǎng)絡(luò)

3 XT1123與S7-1200 PLC的通訊連接

（1）安裝GSDML設(shè)備描述文件

GSDML即為單個(gè)部件組裝ProfiNet設(shè)備時(shí)用XML創(chuàng)建相應(yīng)的設(shè)備描述，具體包括下列數(shù)據(jù):（a）ProfiNet設(shè)備的名稱(chēng)和ID號(hào)；（b）ProfiNet設(shè)備的IP地址，診斷數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)方式和設(shè)備連接方式；（c）ProfiNet設(shè)備的硬件分配，設(shè)備接口以及為各接口定義的變量、數(shù)據(jù)類(lèi)型與格式；（d）ProfiNet設(shè)備在整個(gè)工程中的保存地址。在S7-1200中導(dǎo)入XT1123的GSDML文件如圖4所示，圖5所示為安裝后的XT1123目錄。

圖4 GSDML文件的安裝

圖5 安裝后的XT1123目錄

（2）S7-1200與XT1123建立ProfNet連接

圖6所示為S7-1200與XT1123建立ProfiNet后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。待網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)添加完畢之后，就可以對(duì)XT1123輸入輸出設(shè)備進(jìn)行設(shè)備配置，如修改I/O地址（圖8）。與其他小PLC不同，S7-1200具有任意組態(tài)I/O地址的特性，這對(duì)于第三方設(shè)備來(lái)說(shuō)尤其重要。

圖6 S7-1200與XT1123建立ProfNet后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖7 XT1123的設(shè)備配置

圖8 XT1123的I/O地址

（3）ProfNet通訊的特點(diǎn)

在本案例中采用ProfiNet通訊標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)間可以縮短到5～10ms。ProfiNet通訊同時(shí)還支持高性能同步運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用，如XT1123外接有多個(gè)同步控制器，則在該應(yīng)用場(chǎng)合提供對(duì)100個(gè)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)時(shí)間低于1ms的同步實(shí)時(shí)（IRT）通信。在ProfiNet設(shè)備的一個(gè)通信循環(huán)周期內(nèi)，既包括IRT實(shí)時(shí)通信，又包括TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信。采用本應(yīng)用案例的工程實(shí)踐表明，系統(tǒng)性能將比采用低速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方案提升近100倍。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用ProfiNet通訊技術(shù)后，西門(mén)子S7-1200 PLC可以集成各種類(lèi)型的ProfiNet現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如本應(yīng)用案例中的Acromag XT1123輸入輸出設(shè)備。采用這種統(tǒng)一的面對(duì)未來(lái)的設(shè)計(jì)概念，工廠內(nèi)各部件都可以作為獨(dú)立模塊預(yù)先組裝測(cè)試，然后在整個(gè)系統(tǒng)中輕松組裝或在其他項(xiàng)目中重復(fù)使用。

[1] 周柏青, 李方園. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2015.

Synthetical Application of Siemens S7-1200 PLC and XT1123 Based on ProfNet

ProfNet is an open, object-oriented runtime communication scheme based on Ethernet, and is independent of the engineering design of manufacturers It plays an important role in the current intelligent factory transformation. This article mainly introduces the synthetical application of Siemens S7-1200 PLC and XT1123 based on ProfNet.

Siemens S7-1200 PLC; ProfNet Bus; Network structure

李方園（1973-），男，浙江舟山人，高級(jí)工程師，畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院工程碩士專(zhuān)業(yè)，長(zhǎng)期從事于變頻器等現(xiàn)代工控產(chǎn)品的應(yīng)用與研究工作，現(xiàn)就職于浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院。