profinet光通讯西门子Profinet通讯快速入门，手把手带您使用并诊断信息！

发布时间 : 2024-10-07

作者 : 小编

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西门子Profinet通讯快速入门，手把手带您使用并诊断信息！

1 PROFINETIO概述

PROFINET是一种用于工业自动化领域的创新、开放式以太网标准（IEC61158）。使用PROFINET，设备可以从现场级连接到管理级。

• PROFINET用于自动化的开放式工业以太网标准。

• PROFINET基于工业以太网。

• PROFINET采用TCP/IP和IT标准。

• PROFINET是一种实时以太网。

• PROFINET实现现场总线系统的无缝集成。

通过PROFINET，分布式现场设备（如现场IO设备，例如信号模板）可直接连接到工业以太网，与PLC等设备通讯。并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间，其典型的响应时间在10ms的数量级，完全满足现场级的使用。

在使用Step7 进行组态的过程中，这些现场设备（IOdevice, IO设备）制定由一个中央控制器(IOcontroller, IO控制器)。借助于具有PROFINET的能力接口或代理服务器，现有的模板或设备仍可以继续使用，从而保护PROFIBUS用户的投资。

IOSupervisor（IO监视设备）用于HMI和诊断。

在PROFINET的结构中，PROFINETIO是一个执行模块化，分布式应用的通讯概念。 PROFINETIO能让您从您所熟悉的PROFIBUS一样，创造出自动化的解决方案。所以不管您组态PROFINETIO或PROFIBUS，在STEP7中有着相同的应用程序外观

2 PROFINETIO现场设备简介

以下SIMATIC产品用于PROFINET分布式设备：

• IM151-3 PN 作为IO设备直接连接ET200S的接口模块。

•CPU317-2DP/PN或CPU315-2DP/PN作为IO控制器的CPU模块，用于处理过程信号和直接将现场设备连接到工业以太网。

• IE/PBLINKPNIO将现有的PROFIBUS设备透明的连接到PROFINET的代理设备。

• IWLAN/PBLINKPNIO将PROFIBUS设备通过无线的方式透明的连接到PROFINET的代理设备。

•CP343-1用于连接S7-300到PROFINET，连接现场设备的通讯处理器。

•CP443-1 Advanced用于连接S7-400到PROFINET，连接现场设备并带有集成的WEB服务器和集成的交换机的通讯处理器。

•CP1616可作为IO设备。用于连接PC到PROFINET，连接现场设备并带有集成交换机的通讯处理器。

• SOFTPNIO作为IO控制器，用于运行编程器或PC的通讯软件。

• STEP7用于已有的PROFIBUS进行传统方式组态PROFINET

3 PNIO组态

PROFINETIO的IO现场设备在PROFINET上有着相同的等级，在网络组态时分配给一个IO控制器。现场IO设备的文件描述定义在GSD(XML)文件。

1. 导入GSD文件，并在Step7中进行硬件组态

2. 编写相关程序，下载到IO控制器中

3. IO控制器和IO设备自动的交换数据

3.1本例设备简介

4 PNIO的组态步骤

4.1 打开Step7软件

在桌面上选择Step7图标SIMATIC Manager，并双击。

4.2 新新建建一一个个项项目目

点击工具栏中的按钮，弹出Newproject(新建项目)对话框。在Name: 栏中写入要新建的工程名，PNController_IODevice1。

点击“OK”按钮，在SIMATIC Manager中新建了该工程。

4.3 添加IOController

在SIMATIC Manager左侧栏内，右键点击，弹出菜单，插入一个S7-300站。

将站加进程序中

点击硬件组态

右侧栏内为产品分类，点击SIMATIC 300图标的+号。找到RACK300的机架Rail，用鼠标托拽到左上侧的空白栏内。

在这个机架中添加IO控制器的CPU模块，找到CPU-300的CPU315-2PN/DP的版本V2.6，使用鼠标托拽到机架的2号槽中。

加进去的时候弹出网络配置，点击“NEW”按钮，增加新网络。

点击OK,可以看到PLC已经添加完成，并且在软件里可以看到PROFINET的标志。

4.5 对IODevice进进行行硬硬件件组组态态

在这个子网Ethernet(1)中，配置另外两个IO设备站，配置IO设备站与配置PROFIBUS从站类似。同样在右侧的栏内找到需要组态的PROFINETIO的ET200S的标

识，并且找到与相应的硬件相同的订货号的ET200S接口模块。

用鼠标双击(1)IM151-3图标，弹出该ET200S的属性界面。可以看到对于ET200S的简单描述，订货号，设备名称，设备号码和IP地址。其中Device Name设备名

称可以根据工艺的需要来自行修改，这里改为ET200S1。Device Number设备号码用于表示设备的个数。IP地址也可以根据需要来修改。这里使用默认状

态192.168.0.2。点击OK按钮，关闭该对话框。

使用同样的方式在右侧的产品栏内，选择其它ET200S的模块添加到IO设备的模块列表中。

使用同样的方式组态另一个ET200S站，并改其Device name为ET200S2。也可以使用鼠标点击ET200S1的图标，加上Ctrl键，复制出另一个ET200S2站。因为

实际的组态中两个ET200S的硬件组态是相同的。IP地址保持默认状态，192.168.0.3。可以看到DI模版地址分别为2.0至2.3，3.0至3.3。DO模板的地址分别

为2.0至2.1，3.0至3.1。点击工具栏图标，完成对该项目的硬件组态完成编译和保存。

4.6 编编写写用用户户程程序序

在SIMATIC Manager中，依照等级次序，点击+号至Blocks。

可以看见右侧栏内的OB1，双击OB1，进入LAD/STL/FBD的编程界面中。使用STL语言编程。根据在硬件组态中的ET200S两个站的DI，DO模板地址，

在Network1中，对ET200S1进行数据读写；在Network2中，对ET200S2进行数据读写。点击工具栏进行保存。

4.7 设置PG/PC接口

对于PROFINET的组态下载和调试，使用TCP/IP协议，所以在SIMATIC Manager中选择Options菜单，选择“Set PG/PCInterace...”

选择TCP/IP->Intel(R) PRO/1000MT...接口参数。其中Intel(R) PRO/1000MT...表示本台PG/PC的以太网卡。点击OK即可。

可以在SIMATIC Manager的界面的状态栏中，发现已经选择的PG/PC接口。

对本台PG/PC作为IOsupervisor，通过一根FC标准以太网线连接SCALANCEX206-1交换机。双击本地网络连接图标，给本机设置IP地址192.168.0.100。注

意要使各台PN设备要在同一个网段上192.168.0.0。

4.8 设置IO设备名

从图中看到两个ET200S站的一些信息。IP地址，由于没有下载PLC的硬件组态，故没有IP地址。MAC地址，是ET200S的PN接口模块在出厂时固化的硬件地址，不能修改。设备类型，此时指示在Ethernet(1)上的PNIO的类型均为ET200S。设备名，目前在ET200S的MMC卡中没有存储任何信息。通过下拉菜单

指示硬件组态的ET200S的设备名称为ET200S1，根据不同的MAC地址，通过鼠标选择不同ET200S设备。选择MAC地

址为08-00-06-6B-F7-A6的ET200S，通过“ASSIGN NAME”按钮，给其命名ET200S1

ET200S1的MAC地址在IM151-3的接口模块上，打开接口模块的前盖，可以看见相应的MAC地址。

ET200S2的MAC地址在IM151-3的接口模块上，打开接口模块的前盖，可以看见相应的MAC地址.

来查看组态的设备名是否正确。绿色的√，表示正确。

设置完毕后保存和编译刚刚的组态。

4.9 下下载载硬硬件件组组态

点击OK下载。会弹出一个对话框，询问是否给IO控制器的IP地址设置为192.168.0.1。点击yes。

让PLC运行即可

4.10 下下载载用用户户程程序序

在SIMATIC Manager中用鼠标点击左侧栏内的Blocks。

点击工具栏中的按钮，下载用户程序.

4.11 测测试试用用户户程程序序

然后，双击OB1，打开用户编程界面。用鼠标点击工具栏中的眼镜图标，进行在线

测试用户程序。在线后，编程界面的标题栏，状态栏显示绿色。并且在程序窗口的右侧，出现程序指令的状态字。在STANDARD的栏下表示的是各个字的在线值。由于对于此位置的在线值，不能以二进制形式表示，那么也就不能清晰的显示二进制DI和DO的信号状态。可以使用变量表的方式来观察。

在SIMATIC Manager中的右侧栏的空白处，单击鼠标右键，弹出插入变量表的菜单。

保持默认名字VAT_1，点击OK。

在SIMATIC Manager中出现名字为VAT_1的变量表。双击打开。

在Address栏中，添加所要观察的变量MW0，MW4；添加所要强制的变量MW2，MW6。用鼠标点击DisplayFormat栏，点击右键选择Binary方式显示。

在线观察

如果ET200S1的DI模板，有信号输入，那么相应的位会显示为1。

同样，可以强制DO模板的输出。使用鼠标在对应的Modifyvalue栏中，强制你所要的对应的输出。那么观察DO模板输出灯变亮。

5 PNIO的诊断

5.1在线诊断

通过SIAMTIC Manager在线，你可以观察到系统的当前一般状态信息。包括运行，停止，故障显示等等。点击SIMATIC Manager工具栏中的"在线"图标，使其在线.

通过显示访问点，你可以看到在SIMATIC Manger的右侧栏内的PROFINET设备状态。用鼠标点击SIMATIC Manager中工具栏的“configure network”图标。

通过硬件诊断，你可以快速的查找出现故障的模块的信息。打开HWConfig界面，在该界面的工具栏内点击图标，使其在线。

通过双击故障设备图标，查找故障信息。双击ET200S1图标。可以快速的查找故障原因。

通过双击CPU315-2PN/DP图标，可以在Diagnostic Buffer中查找CPU停机的诊断信息。

PROFINET基础知识介绍，实例讲解西门子PLC通讯控制机器人！

工业以太网一般使用IEEE 802.3中定义的以太网标准。针对自动化系统的网络节点辅助采用了服务质量（ QOS）机制。PROFINET作为工业以太网之一，它采用了三种不同的方法来实现。这样既满足了普通以太网的需求，又满足了工业系统对不同应用的实时性的要求。如下图1所示。

图1、PROFINET使用到的三种协议栈

① 使用了IEEE 802.3以太网标准和TCP/IP，报文结构如图2所示。大多数的PROFINET通信是通过没有被修改的以太网和TCP/IP包来完成。这使得可以无限制地把办公网络的应用集成到PROFINET网络中。

图2、TCP/IP报文结构

② RT的通信不仅使用了带有优先级的以太网报文帧（如下图3所示），而且优化掉了OSI协议栈的3层和4层。这样大大缩短了实时报文在协议栈的处理时间，进一步提高了实时性能。由于没有TCP/IP的协议栈，所以RT的报文不能路由。

图3、PROFINET RT报文结构

③ IRT通信是满足最高的实时要求，特别是针对于等时同步的应用。IRT是基于以太网的扩展协议栈，能够同步所有的通信伙伴并使用调度机制。IRT通信需要在IRT应用的网络区域内使用IRT交换机。在IRT域内也可以并行传输TCP/IP协议包，如图4所示。

图4、PN控制器和PN设备的分片处理机制

以PROFINET RT为例来理解在整个通信的过程中实时性能是如何来保证的。

从通信的终端设备（PN控制器和PN设备）来看，首先采用了优化的协议栈，这一点可以在图1的 ②看到。这样一来在终端的设备上数据报文被处理的时间大大的缩短，这是实时性能保证的一个方面。其次是终端设备上采用的分时间段处理机制，这一点可以在图5看到。这样保证了在每个通信的循环的周期内终端设备即可以处理RT的实时数据又可以处理TCP或UDP的数据。且在每个循环内优先处理RT的实时数据。这里需要强调的是每个PN终端设备只对自己的负责，需要发送的数据会按发送循环发送、对于由其他设备发到自己的数据会进行立即接收，且发送和接收是并行处理。

图5、RT的时间调度机制

从通信的传输设备（SCALANCE X交换机）来看，首先采用百兆全双工的交换网络，这样一来每个终端设备的每个端口都是独享带宽，且可以双向不间断的收发数据。其次是交换机支持802.1P或802.1Q的标准，使得发到交换机网络的PN的数据帧被优先处理和转发，如图6所示。这一点保证了PN在网络上的快速转发，也是实时性能保证的另一个方面。

图6、交换机802.1Q的工作机制

上面介绍的是PN RT的实时性能从机理上如何保证的。而从量化的角度去分析的话，PN RT完全是靠计算来精确保证每个发送循环所能发送的报文及对RT数据的时间的预留。

对于RT来说，在物理层上传输的最小报文帧来为88个字节，最大报文帧来为1488个字节。其中包括了12个字节的帧间隔，如下图7所示。

图7、RT的报文的长度

百以太网的传输速率：

每个字节传输需要的时间：

最小的RT报文帧需要的传输时间 0.08

一个PN控制下带3个最小报文帧（40个字节的C_SDU）的PN设备，PN 控制器的发送循环为250 ，通信建立后在PN接口上抓报分析PN的通信可以分析出PN数据帧对时间调度的情况，如下图8所示。

图8、PN RT的时间调度机制

除了对PROFINET RT和IRT的通信调度的分析外，还对PROFINET的抗干扰性作了大量的研究。在对PROFINET推广的时候，很多用户很关心PROFINET是不是和PRROFIBUS一样，存在抗干扰的性能差的特点。我从理论和实际实验上验证了PROFINET的抗干扰性能优于PROFIBUS的抗干扰性能。PROFINET是基于IEEE 802.3的以太网标准。所以对PROFINET的抗干扰分析实质上是对工业以太网的抗干扰分析。

好吧！理论说完了，我们实例讲解一下吧！

今天带来的案例是博途PLC通过PROFINET连接库卡机器人！

网线连接至控制柜门上的KLI端口，另一端连接到交换机，PLC也连接到交换机（交换机无型号要求），交换机再连接到电脑。

首先将编程电脑、PLC、KUKA设置成统一网段，因KUKA的底层设置原因，最好不更改机器人IP地址