在安全系統(tǒng)中F-CPU之間可以借助 PN/PN Coupler 模塊進(jìn)行控制器之間的安全相關(guān)的通信。通信通過兩個(gè)安全應(yīng)用程序塊進(jìn)行，即SENDDP塊用于發(fā)送數(shù)據(jù)，而RCVDP塊用于接收數(shù)據(jù)。這些塊由用戶在F-CPU相應(yīng)的安全程序中調(diào)用，以故障安全的方式將 16 個(gè)數(shù)據(jù)類型為 BOOL 的數(shù)據(jù)和 2 個(gè)數(shù)據(jù)類型為 INT 的數(shù)據(jù)或者 1 個(gè)數(shù)據(jù)類型為 DINT（S7-1200、S7-1500）的數(shù)據(jù)發(fā)送至另一 F-CPU。

在本例程中，將CPU1513F-1PN作為一個(gè) IO 控制器，CPU1215FC作為另一個(gè) IO 控制器，通過 PN/PN Coupler(V4.2)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CPU的安全相關(guān)的通信。CPU1513F在安全程序中使用F應(yīng)用程序塊SENDDP進(jìn)行發(fā)送，CPU1215FC在安全程序中用RCVDP進(jìn)行接收，以安全方式一次傳送16個(gè)BOOL型數(shù)據(jù)和2個(gè)INT型數(shù)據(jù)。注意：必須在安全程序開始時(shí)調(diào)用RCVDP，必須在安全程序結(jié)束時(shí)調(diào)用SENDDP。

示例中使用的軟硬件環(huán)境

硬件：

CPU1513F-1PN 6ES7 513-1FL02-0AB0，V2.8.3

CPU1215FC DC/DC/DC 6ES7 215-1AF40-0CB0，V4.4.1

PN/PN Coupler 6ES7 158-3AD10-0XA0，V4.2.0

軟件：

STEP7 Professional V16 Update2

STEP7 Safety V16

1.第一種情況（同一項(xiàng)目中操作）

這種情況下兩個(gè)CPU 使用 STEP7 V16 在一個(gè)項(xiàng)目中操作，詳細(xì)步驟如下。

1.1 使用 STEP7 V16 創(chuàng)建項(xiàng)目加入 S7-1500和S7-1200 站

使用 STEP7 V16 創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，并通過“添加新設(shè)備”分別組態(tài) S7-1500和S7-1200 站，選擇對(duì)應(yīng)型號(hào) CPU，創(chuàng)建各自的PN/IE子網(wǎng)，設(shè)置各自的 IP 地址，并確認(rèn)設(shè)備名稱。
本示例中CPU151F設(shè)備名稱是PLC_1，CPU1215FC設(shè)備名稱是PLC_2。如圖 1 所示。

圖 1 在新項(xiàng)目中創(chuàng)建兩個(gè)PLC 站

1.2 配置PN/PN Coupler

在“硬件目錄”中找到 PN/PN Coupler，確認(rèn)訂貨號(hào)，選擇版本，拖入到“網(wǎng)絡(luò)視圖”中，如圖 2 所示。

圖 2 在項(xiàng)目中拖入PN Coupler V4.2版本

圖 3 將PN Coupler PROFINET接口 X1連接到CPU1513F的PROFINET接口

圖 4 組態(tài)PN Coupler PROFINET接口X1部分的IP地址和設(shè)備名稱

圖 5 組態(tài)PN Coupler PROFINET接口X2部分的IP地址和設(shè)備名稱

注意：安全通信時(shí)要使用固定格式的傳輸區(qū)類型，這里是CPU1513F向CPU1215FC發(fā)送數(shù)據(jù)，所以要選擇輸出長(zhǎng)度12個(gè)字節(jié)的類型。

圖 6 組態(tài)PN Coupler 地址映射

兩個(gè)CPU在同一個(gè)項(xiàng)目中，系統(tǒng)自動(dòng)在PN Coupler PROFINET接口X2的PLC_2側(cè)自動(dòng)生成了一個(gè)匹配的傳輸區(qū)“PROFISAFE輸入/輸出 12字節(jié)/6字節(jié)”，如圖 7 所示。

注意：最好使用系統(tǒng)自動(dòng)分配的IO地址，如果要進(jìn)行修改，要保證傳輸區(qū)分配的輸入地址和輸出地址的起始地址相同。

圖 7 PN Coupler 地址映射信息

圖 8 傳輸區(qū)在兩個(gè)CPU的地址分配情況

1.3 分配PN/PN Coupler設(shè)備名稱

鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)中PN Coupler 左側(cè)X1網(wǎng)絡(luò)接口，按住鼠標(biāo)拖拽連接到CPU1513F的PROFINET接口，這樣PN Coupler的PROFINET接口X1就連接到PN/IE_1子網(wǎng)，分配IO控制器為PLC_1，如圖 3 所示。然后設(shè)置X1接口的IP地址和設(shè)備名稱，如圖 4 所示。。

同樣方法將PN Coupler的PROFINET接口X2拖向CPU1215FC的PROFINET接口，網(wǎng)絡(luò)會(huì)顯示連接到PN/IE_2子網(wǎng)，自動(dòng)分配IO控制器為PLC_2。PN Coupler的左下角會(huì)顯示“多重分配”字樣，然后設(shè)置X2接口的IP地址和設(shè)備名稱。如圖 5 所示。

在PN Coupler屬性界面中“轉(zhuǎn)換映射”創(chuàng)建“傳輸區(qū)_1”，類型選擇“PROFISAFE輸入/輸出 6字節(jié)/12字節(jié)”，如圖 6 所示。

將兩個(gè)安全CPU都編譯下載后，還需要在線分配PN Coupler設(shè)備名稱后PROFINET通信才能正常，而且由于PN Coupler的PROFINET網(wǎng)口有兩個(gè)，要分別進(jìn)行操作。

在前面的組態(tài)配置中CPU1513F連接的是PN Couler上PROFINET接口X1網(wǎng)絡(luò)，所以在實(shí)際的網(wǎng)線連接時(shí)要將CPU1513F的PROFINET網(wǎng)線插入到PN Coupler左側(cè)總線適配器的網(wǎng)口上。同樣，CPU1215FC的網(wǎng)線應(yīng)該插入到PN Coupler右側(cè)總線適配器的網(wǎng)口上。

圖 9 PN Coupler模塊面板圖

以CPU1513F側(cè)操作為例，介紹分配設(shè)備名稱操作。首先要保證計(jì)算機(jī)的網(wǎng)線連接到PN Coupler上PROFINET接口X1網(wǎng)絡(luò)中。使用鼠標(biāo)右擊PN Coupler左側(cè)，彈出的對(duì)話框中選擇分配設(shè)備名稱，如圖 10 所示。

圖 10 鼠標(biāo)右擊左側(cè)，打開分配設(shè)備名稱界面

進(jìn)入分配設(shè)備名稱界面后，點(diǎn)擊“更新列表”會(huì)顯示出網(wǎng)絡(luò)中的可訪問節(jié)點(diǎn)。核對(duì)MAC地址與PN Coupler上面印刷的MAC ADDRESS 1相同，確保是PN Coupler上的PROFINET X1接口。點(diǎn)擊“分配名稱”，如圖11所示。

圖 11 分配設(shè)備名稱操作

操作成功后，在狀態(tài)欄會(huì)顯示“確定”，如圖 12所示。

圖 12 分配設(shè)備名稱操作完成

采用同樣的步驟，對(duì)PN Coupler的PROFINET接口X2分配設(shè)備名稱，完成后網(wǎng)絡(luò)視圖在線后狀態(tài)顯示通信正常，如圖13。
注意：這時(shí)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)線要連接到PN Coupler上PROFINET接口X2網(wǎng)絡(luò)中，而且使用鼠標(biāo)右擊PN Coupler右側(cè)，核對(duì)MAC地址時(shí)要與PN Coupler上面印刷的MAC ADDRESS 2相同。

圖13 硬件組態(tài)在線狀態(tài)

1.4 編程、下載

安全相關(guān)的通信除了要進(jìn)行硬件組態(tài)外，還要使用專門的安全通信程序塊完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

在CPU1513F程序塊中添加F-DB，命名“SendData”建立16個(gè)BOOL類型和2個(gè)INT類型變量，作為發(fā)送數(shù)據(jù)。在CPU1215FC程序塊中添加F-DB，命名“RcvData”建立16個(gè)BOOL類型和2個(gè)INT類型變量用于接收數(shù)據(jù)，如圖14。

圖 14 CPU1513F中的發(fā)送數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)

圖 15 CPU1215FC中的接收數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)

示例中是CPU1513F向CPU1215FC發(fā)送數(shù)據(jù)，所以在CPU1513F的安全主程序FB1中調(diào)用SENDDP數(shù)據(jù)發(fā)送功能塊，注意參數(shù)DP_DP_ID和LADDR參數(shù)的填寫，指令所在位置如圖16。

圖 16 指令所在位置

LADDR參數(shù)需要到PN Coupler X1接口部分的屬性中查找“傳輸區(qū)_1”的系統(tǒng)常數(shù)，如圖17。

圖 17 查找PN Coupler X1接口配置的傳輸區(qū)_1的系統(tǒng)常數(shù)

CPU1215FC的安全主程序FB1中調(diào)用RCVDP數(shù)據(jù)接收功能塊，參數(shù)DP_DP_ID要與CPU1513F的SENDDP一致，如圖16。

圖 18 CPU1215FC中的接收功能塊DP_DP_ID要與CPU1513F中的發(fā)送功能塊一致

LADDR參數(shù)需要到PN Coupler X2接口部分的屬性中查找“傳輸區(qū)_1”的系統(tǒng)常數(shù)，如圖19。

圖 19 查找PN Coupler X2接口配置的傳輸區(qū)_1的系統(tǒng)常數(shù)

示例中CPU1513F向CPU1215FC發(fā)送了2個(gè)INT類型的數(shù)據(jù)，如果要發(fā)送DINT類型的數(shù)據(jù)，只需要將要發(fā)送的數(shù)據(jù)地址填寫在SENDDP功能指令的輸入?yún)?shù)SD_DI_00處，同時(shí)在輸入?yún)?shù)DINTMODE=1就可以。

這時(shí)CPU1215FC就可以在RCVDP功能指令的輸出參數(shù)RD_DI_00處接收到DINT數(shù)據(jù)。注意：不能同時(shí)傳送INT和DINT類型的數(shù)據(jù)。

將兩個(gè)PLC的程序進(jìn)行編譯，然后分別下載到PLC。

1.5 通訊測(cè)試

檢查無錯(cuò)誤后，分別給兩個(gè)站點(diǎn)新建監(jiān)控表，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，如圖 20 所示。

圖 20 通信測(cè)試

1.6 發(fā)生通信錯(cuò)誤時(shí)的處理

如果發(fā)生通信錯(cuò)誤，發(fā)送方（SENDDP指令）會(huì)置位輸出參數(shù) ERROR 和 SUBS_ON =1，同時(shí)在輸出參數(shù)DIAG處顯示有關(guān)所發(fā)生通信錯(cuò)誤類型的信息。

接收方（RCVDP 指令）會(huì)將輸入?yún)?shù) SUBBO_xx 和 SUBI_xx 或 SUBDI_00所指定的故障安全值替代到對(duì)應(yīng)輸出，同時(shí)置位輸出ERROR和 SUBS_ON =1，在輸出參數(shù)DIAG處顯示有關(guān)所發(fā)生通信錯(cuò)誤類型的信息。

圖 21 SENDDP/RCVDP 指令的DIAG的結(jié)構(gòu)說明

當(dāng)不再檢測(cè)到通信錯(cuò)誤時(shí)，RCVDP 指令會(huì)置位輸出參數(shù)ACK_REQ = 1，這時(shí)在輸入?yún)?shù) ACK_REI 處輸入上升沿進(jìn)行確認(rèn)，安全數(shù)據(jù)傳遞才會(huì)恢復(fù)。

圖 22 通信錯(cuò)誤及確認(rèn)的時(shí)序圖

在本示例中，為了演示通信錯(cuò)誤的確認(rèn)過程，故意制造了一個(gè)通信錯(cuò)誤。

1、將CPU1513F切換到停止模式，CPU1215FC中的RCVDP指令置位輸出ERROR和 SUBS_ON =1，同時(shí)在輸出參數(shù)DIAG處顯示信息16#10。

圖 23 CPU1215FC RCVDP指令報(bào)錯(cuò)

2、根據(jù)DIAG的提示信息，查找故障原因，將CPU1513F切換到運(yùn)行模式后，錯(cuò)誤排除。RCVDP指令置位輸出ACK_REQ =1,請(qǐng)求重新集成。

圖 24 CPU1215FC RCVDP指令請(qǐng)求確認(rèn)

3、對(duì)RCVDP指令的輸入?yún)?shù)ACK_REI置位，對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)的重新集成進(jìn)行確認(rèn)后，數(shù)據(jù)傳遞恢復(fù)。

圖 25 CPU1215FC RCVDP指令進(jìn)行確認(rèn)

2.第二種情況（不在同一項(xiàng)目中操作）

如果兩個(gè)CPU是分開在兩個(gè)TIA項(xiàng)目中，只需要將PN Coupler的兩個(gè)PROFINET接口的配置分開來操作就可以了。即，在CPU1513F的項(xiàng)目中配置PN Coupler上的PROFINET X1接口，在CPU1215FC的項(xiàng)目中配置PN Coupler上的RPOFINET X2接口。

對(duì)于安全通信程序塊SENDDP/RCVDP的調(diào)用和參數(shù)填寫，與前面在同一個(gè)項(xiàng)目中的操作是完全相同的。

2.1 S7-1500 項(xiàng)目中配置PROFINET X1接口

創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，并通過“添加新設(shè)備”組態(tài) S7-1500 站，在網(wǎng)絡(luò)視圖中配置PN Coupler。鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)中PN Coupler 左側(cè)X1網(wǎng)絡(luò)接口，按住鼠標(biāo)拖拽連接到CPU1513F的PROFINET接口，這樣PN Coupler的PROFINET接口X1就連接到CPU1513F。然后設(shè)置X1接口的IP地址和設(shè)備名稱，操作方法與前面的都是相同的,只是不需要再對(duì)PN Coupler上的PROFINET X2接口進(jìn)行配置。之后在“轉(zhuǎn)換映射”中創(chuàng)建“傳輸區(qū)_1”，在PROFINET接口[X1]下面，類型選擇“PROFISAFE輸入/輸出 6字節(jié)/12字節(jié)”，如圖 21 所示。

圖 26 在S7-1500項(xiàng)目中配置PROFINET接口[X1]

2.2 S7-1200 項(xiàng)目中配置PROFINET X2接口

創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，并通過“添加新設(shè)備”組態(tài) S7-1200 站，在網(wǎng)絡(luò)視圖中配置PN Coupler。鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)中PN Coupler 左側(cè)X2網(wǎng)絡(luò)接口，按住鼠標(biāo)拖拽連接到CPU1215FC的PROFINET接口，這樣PN Coupler的PROFINET接口X1就連接到CPI1215FC上。然后設(shè)置X2接口的IP地址和設(shè)備名稱，操作方法與前面的都是相同的,只是不需要再對(duì)PN Coupler上的PROFINET X1接口進(jìn)行配置。之后在“轉(zhuǎn)換映射”中創(chuàng)建“傳輸區(qū)_1”，在PROFINET接口[X2]下面類型選擇“PROFISAFE輸入/輸出 12字節(jié)/6字節(jié)”，如圖 22 所示。

圖 27 在S7-1200項(xiàng)目中配置PROFINET接口[X2]

編輯：黃飛

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