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ProfiNet應用實例

 2023-11-6     作者:Lee Leen    [nemail]    
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本文為ProfiNet介紹文章《嵌入式環境 實現ProfiNet/PN工業以太網》的應用實例,使用ESM7000+ETA104+UR205PN


1 硬件安裝:

如圖1,將ETA104V5和UR205PN,以及EM7000核心板,安裝至SBC884底板

2.png

圖1


如圖2,連接編程電腦,交換機,組態用PC,及SBC884板卡系統。

3.png

圖2,系統組成



2 PC端組態并配置PLC

2.1 在博圖中安裝設備GSD

將GSD壓縮文件解壓并放置到任意目錄中,目錄中有如下三個文件

4.png


打開博圖,并在菜單欄中,通過“選項->管理通用站點描述文件”進入gsd管理。

5.png

 

選擇第一步GSD文件的解壓路徑,并勾選文件,安裝。

6.png


完成后,可以在博圖的硬件目錄中,“其他現場設備-> PROFINETIO -> I/O-> UreateAutomatic -> VARIABLE I/O ->前端模塊”中找到新添加的設備。


2.2 博圖中組態最簡PLC系統

首先新建一個博圖項目,然后在拓撲視圖中,添加PLC,交換機,和PN模塊。我這里選擇的PLC是1211C。而模塊的位置如下圖:

7.png


將PLC和UR205PN模塊連接起來。

8.png


然后轉到網絡視圖中,添加他們的連接關系,如圖:

9.png


接著雙擊UR205PN模塊,進入設備視圖,并在設備插槽中,添加4個數據交換模塊

10.png


設備插槽中插入數據交換模塊,數據交換模塊中插入數據對象。數據對象可以從“1/2/4字節輸入”或者“1/2/4字節輸出”中選擇。

接下來分別為每個數據模塊添加數據對象,如下:

13.png

分別是1個1字節輸入(兩路DI輸入),1個1字節輸出(對應一路繼電器輸出),兩個2字節輸入(對應4-20MA輸入)。


這里添加的四個模塊,對應的是ETA104模塊的輸入輸出通路。其對應關系如下:

ETA104

UR205PN

信息備注


PKW module_1

PKW問詢式通信通道

1路繼電器輸出

inpupt 1 byte(bit0)

繼電器0=數據位0

2路空觸頭輸入

Output 1byte(bit0 ,bit1)

輸入0= 數據位0

輸入1= 數據位1

電流輸入1

Input 2 byte

16位電流輸入值

電流輸入2

Input 2 byte

16位電流輸入值

 

為模塊添加變量。

首先我們要找到UR205PN各模塊的數據地址。

在博圖的設備視圖中選擇UR205PN模塊,并點擊各模塊,即可查看模塊數據在PLC中的位置.例如下圖展示的是PKW模塊的示意圖:

12.png


上圖中,說明PKW模塊的輸入,是從PLC數據地址68到75,共8個字節。PKW模塊的輸出,是從64到71,共8個字節。

以此類推,可以找到所有數據的地址.本例中數據地址如下表

數據模塊

輸入地址

輸出地址

PKW

68-75

64-71

DI :Input 1 byte

76

--

Do:Output 1byte

--

72

AI0:Input 2 byte

77,78

--

AI1:Input 2 byte

79,80

--

根據數據表,我們在PLC中建立如下變量表:

13.png


建立項目的強制列表,該表用于設置輸出值。

14.png


建立項目的監視表,該表用于讀取輸入值。

15.png


數據變量分為兩個區域:PKW 和 周期通信。 周期通信比較好理解,就是每次通信都會交換的周期數據,也是我們在插槽中插入的模塊數據:如DI,DO,AI,AO。

PKW_開頭的數據對象,則屬于PKW訪問過程。該訪問基于一問一答,過程和定義如下:

16.png

17.png

 

所以,PLC如果要發起PKW通信,需要如下步驟:

1.     PKW_RW_req 設為“0:讀”  或者  “1:寫”

2.     PKW_INDEX_req 設為需要訪問的數據索引

3.     PKW_VALUE_req 如果為寫操作,這里需要輸入寫入的值

4.     PKW_COUNT_req 自增1,以表明是新的PKW訪問,觸發PN操作

當接收數據時:

1.     等待PKW_COUNT_rsp與PKW_COUNT_req一致

2.     對比回應的INDEX是否等于請求INDEX

3.     若是讀取操作的回應幀,則獲取PKW_VALUE_rsp


2.3 組態下載到PLC

完成后將組態編譯并下載到PLC。

18.png



3 嵌入式端程序編譯及運行

3.1 在PC上建立代碼編譯系統

本案例使用的嵌入式編譯開發環境式如下:

操作系統

WIN11 64位

虛擬機操作系統

WSL+Ubuntu-20.04

開發環境

VSCODE WSL 遠程連接

C編譯鏈接

arm-poky-linux-gnueabi-gcc

其搭建過程可參考如下文檔:《VSCODE嵌入式編譯環境搭建》


3.2 PC連接嵌入式板

PC連接嵌入式板的過程,參考英創工控板使用說明。

 

3.3 案例程序文件

解壓縮案例代碼:test_DIO_pn.rar

通過VSCODE ,WSL方式遠程打開該項目。

項目的文件組成如下圖所示:

19.png


3.4 應用層通信協議簡介

對應用層而言,通信都是建立在周期數據交換幀上。其內部劃分為兩個功能區:PKW,和周期通信區。這兩個功能區在周期通信幀中,他們的位置如下:

20.png


這兩個功能區,對應了嵌入式內的兩種通信對象:PKW索引訪問對象和周期通信訪問對象。

21.png


PKW: 數據以<索引-值>的方式存放在嵌入式端,用戶可以為某個參數指明特定的索引號,PLC通過問答方式,訪問該索引。這種方式適用于交換時間不敏感的數據。例如一些參數。其通信幀定義如下:、

22.png

23.png


周期通信對象:數據每個通信周期都會交換一次,適合時間敏感的通信對象,往往都是一些輸入輸出值,如DI,DO,AI,AO等。其在幀中定義如下:

24.png


3.5 用戶需要實現的代碼

在案例中,用戶代碼區域主要有以下代碼段需要維護:

1. 周期通信模塊定義

uint8_t UMList[4]={
       //模塊類型  模塊數據存儲區
       MODULE_1BYTE_INPUT,          //1個字節的DI輸入
       MODULE_1BYTE_OUTPUT,         //1個字節的DO輸出
       MODULE_2BYTE_INPUT,          //16位AI輸入
       MODULE_2BYTE_INPUT           //16位AI輸出
};


用戶通過該數組定義周期通信模塊的數量和類型。本案例中,模塊如下表:

模塊序號

模塊類型

模塊描述

對應數據對象

0

MODULE_1BYTE_INPUT

一個字節的輸入模塊

BIT0 = DI0

BIT1 = DI1

1

MODULE_1BYTE_OUTPUT

一個字節的輸處模塊

BIT0=DO0

2

MODULE_2BYTE_INPUT

兩個字節的輸入

4-20MA輸入1

3

MODULE_2BYTE_INPUT

兩個字節的輸入

4-20MA輸入2

我們目前支持的模塊類型有:

#define MODULE_1BYTE_INPUT 0X01  //1字節輸入
#define MODULE_2BYTE_INPUT 0X02  //2字節輸入
#define MODULE_4BYTE_INPUT 0X04  //4字節輸入
#define MODULE_1BYTE_OUTPUT 0X81 //1字節輸出
#define MODULE_2BYTE_OUTPUT 0X82 //2字節輸出
#define MODULE_4BYTE_OUTPUT 0X84 //4字節輸出

(注意這里的輸出是以PLC為主站視角,從PLC到嵌入式為輸出;從嵌入式到PLC為輸入。)

 

2. PKW索引訪問區域模塊定義

sPKWNode UPKWList[]=
{
    {0x0001,PKW_R|PKW_W,0}, //索引為1的可讀寫寄存器
    {0x0012,PKW_R,0},   //索引為8001H的只讀寄存器
    {0x8002,PKW_W,0}    //索引為8002H的只寫寄存器
};

 

3. 周期通信回調函數user_Oncycle

當周期通信發生時,會調用該回調函數,用戶在這里將需要傳輸的值,與PN上的通信值做交換。

例如在本案例中,回調函數如下:

//切換大小端
//pDes 指向切換后的結果存儲區
//pSrc 來源
//SIZE 數據字節長度
void sw_bigsmall(uint8_t *pDes, uint8_t *pSrc, uint8_t size)
{
    uint8_t *pD;
    uint8_t *pS;
    for(int i=0;i<size;i++)
    {
          pD = pDes+i;
          pS = pSrc+size-1-i;
          *pD = *pS;
    }
}
 
//用戶在該函數中,交換模塊和外部設備之間的數據
void user_Oncycle(sPNModule *pModule, int modulecount)
{
    uint8_t *src8;
    uint8_t *des8;
 
    //這里處理周期數據
    if(pModule[0].moduletype == MODULE_1BYTE_INPUT)//確保模塊類型正確
    {
          *pModule[0].pmoduleBuff =   ETA105_DI ;
         
    }
    if(pModule[1].moduletype == MODULE_1BYTE_OUTPUT)//確保模塊類型正確
          ETA105_DO = *(pModule[1].pmoduleBuff) ;
    if(pModule[2].moduletype == MODULE_2BYTE_INPUT)//確保模塊類型正確
          sw_bigsmall((pModule[2].pmoduleBuff),(uint8_t*)&(ETA105_AI[0]),2);
    if(pModule[3].moduletype == MODULE_2BYTE_INPUT)//確保模塊類型正確
          sw_bigsmall((pModule[3].pmoduleBuff),(uint8_t*)&(ETA105_AI[1]),2);
}


      4. PKW讀索引回調函數user_onReadIndex

當PKW中有新的讀取請求時,會執行該回調函數。用戶在次函數對該索引數據賦值并執行一些自定義操作。本案例中程序如下

void   user_onReadIndex(sPKWNode *pNode)
{
    uint8_t *src8;
    uint8_t *des8;
    if(pNode == NULL) return ;
    switch(pNode->index)
    {
          case 0x0001:
              //這里添加讀0001索引對象時的程序
              break;
          case 0x0012:
              //這里添加讀0012索引對象時的程序 假定是波特率
              //這里注意從小端切換成大端
              sw_bigsmall((uint8_t*)&(pNode->value),(uint8_t*)&(m_Serial.baudrate),4);
              break;
          case 0x8002:
              //0x8002不可讀,不操作
              break;
 
    }
}


       5 .PKW寫操作回調函數

       當有PKW寫請求時,系統調用該回調函數,用戶在此函數中,將PLC傳輸來得值寫入,并執行相應得自定義操作。

//用戶定義的寫縮影回調函數
void   user_onWriteIndex(sPKWNode *pNode)
{
    if(pNode == NULL) return ;
    switch(pNode->index)
    {
          case 0x0001:
              //
              break;
          case 0x0012:
              //該對象只讀,不操作
              break;
          case 0x8002:
              //
              break;
 
    }
}

   

3.6 PN程序的入口及退出處理:

入口:

      m_Serial.CDC_ACM_number =0; //初始化通信對象
      m_Serial.baudrate = 115200;
      m_Serial.oncycle = user_Oncycle; //注冊回調函數
      m_Serial.onPKWRead = user_onReadIndex;
      m_Serial.onPKWWrite = user_onWriteIndex;
      m_Serial.startPN(); //創建PN工作線程


退出處理:

      m_Serial.stopPN( );


本項目為英創公司與第三方公司合作項目。ProfiNet專業技術支持可以聯系:

電子郵件          99@ureate.com

電話                 028-85550280-815

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