1 PROFINET 等時模式介紹

1.1 簡介
標準的PROFINET IO分布式自動化結構中包含多數處理周期，參考圖 1 標準的PROFINET IO分布式結構，且這些處理周期不同步：

圖 1 標準的PROFINET IO分布式結構

這些處理周期包括：

• 讀取輸入信號的 I/O 子模塊的周期 (T1)
• ET 200 背板總線的周期（T2、T6）
• PROFINET IO周期（T3 和 T5）
• CPU 上的程序執行周期 (T4)
• I/O 子模塊的信號輸出周期 (T7)

輸入信號在該過程中被檢測并在用戶程序中進行處理；相應的響應與輸出組件互連。各個周期形成了一個順序，而過程響應時間在非同步周期中可能會產生巨大波動。
周期 T2 到 T6 的長度主要取決于中斷、診斷服務等非周期性元素以及用戶程序的非周期性數據（數據記錄）。不帶等時屬性的異步元素致使過程響應時間的不確定。
循環中斷（例如 OB35）處于激活狀態時，將始終以相同的時間間隔來執行用戶程序。因此，用戶程序和 I/O 數據采集只能在某些條件下進行同步。
PROFINET系統提供了一個可靠的基本時鐘。“Isochronous mode”（等時模式）系統屬性在 SIMATIC 系統中啟用了恒定的周期時間，SIMATIC 系統在總線系統上進行了嚴格地確定。“Isochronous mode”（等時模式）系統屬性將 SIMATIC 自動化解決方案與等距離 PROFINET IRT相結合。也就是說：

• 讀取輸入數據時與 IRT 周期保持同步；同時讀取所有的輸入數據。
• 處理 I/O 數據的用戶程序通過同步周期中斷 OB（即 OB61 到 OB64）與 IRT的周期TDC同步。
• 數據輸出與IRT周期保持同步；所有的輸出數據同時生效。
• 傳輸所有輸入和輸出數據時保持一致性。也就是說，過程映像的所有數據在邏輯上相關聯，并且均基于相同的定時。

將 I/O讀取周期的開頭提前（提前的時間為偏移時間 Ti），以使所有的輸入數據可供在下一個IRT周期開始時在 PN子網中傳輸。該偏移時間 Ti可由用戶進行組態，也可在 STEP 7中自動確定。
PROFINET通過PN子網將輸入數據傳輸至 IO控制器。調用同步周期中斷 OB（OB61、OB62、OB63 或 OB64）。同步周期中斷 OB中的用戶程序決定過程響應，并及時提供輸出數據供下一個 IRT周期開始時使用。IRT周期的長度可在 STEP 7 中自動定義，也可由用戶進行定義。
即時提供輸出數據供下一個 IRT周期開始時使用。在等時運行（即與時間 To同步）的方式下，通過PN子網將數據傳輸至IO設備并傳送至過程。
結果結果過程響應時間：從“Ti + TDC + To”至“Ti + (2 x TDC) + To”，即對應從輸入終端到輸出終端的傳輸。具有典型響應時間的等時模式時序圖，參考圖 2 等時模式處理。

圖 2 等時模式處理

Step7系統會自動設置相同的Ti和To，這樣可以同時捕獲輸入信號和輸出一致性的輸出信號。等時模式具有如下優點：

• 當檢測值的獲取需要同步時，運動必須協調，處理響應必須定義和同時發生
• 同時獲取信號用于過程處理，檢測和運動控制

對于PROFINET IO，分布式同步等時模式，可以與非同步模式的I / O可以混合在一個IO控制器上使用。

對于IRT high performance的詳細信息，請參考西門子官方網站下載中心的相關文檔《PROFINET IRT High performance使用入門》，具體鏈接如下：
79573556。

對于支持等時模式的IO控制器和IO設備，請參考西門子官方網站相關的FAQ:
44383954。

2 PROFINET IRT High Performance組態

2.1 示例組態
使用一個例子來描述PROFINET IRT等時模式，如圖 3 PROFINET IO系統網絡組態。

圖 3 PROFINET IO系統網絡組態

IO控制器使用CPU319-3PN/DP v3.2，其中端口1連接SCALANCE X204IRT v4交換機端口1，交換機的兩個端口2和端口3分別連接ET200S IM151-3PN HS v3.0 (6ES7 151-3BA60-0AB0)的端口1上，其中ET200S IM151-3PNHS的端口2連接另外一臺ET200S IM151-3PN v7.0(6ES7 151-3BA23-0AB0)。在同步域內，所有設備都必須支持IRT，即集成ERTEC控制器。同步域內的設備采用IRT的等時模式，同步域外的設備采用RT通訊方式。
在Step7中對其進行硬件組態，圖 4 硬件組態。根據實際的設備名稱設置設備名，參考圖 3 PROFINET IO系統網絡組態。

圖 4 硬件組態

點擊總線”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”總線，右鍵彈出菜單選擇“PROFINET IO Topology…”，彈出拓撲編輯器對話框。點擊“Graphic View”標簽頁，根據實際的端口連接對PROFINET IO網絡進行組態。參考圖 5 編輯拓撲信息。

圖 5 編輯拓撲信息

然后再次點擊總線”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”總線，右鍵彈出菜單選擇“PROFINET IO Domain Management…”，彈出同步域管理對話框，雙擊“SIMATIC 300(1)/PN-IO”，即IO控制器CPU319-3PN/DP，彈出設備屬性對話框，在同步角色中選擇“Sync master”，設置為同步時鐘主站。參考圖 6 設置同步時鐘主站。

圖 6 設置同步時鐘主站

然后配合“Ctrl”鍵，通過鼠標選中除了IM151-3PN的其它IO設備，點擊“Device Properties”按鈕，設置所選中的IM151-3PNHS以及SCALANCE X204IRT交換機設置同步時鐘從站，并選擇IRT Option為“High performance”。參考圖 7 設置同步時鐘從站和high performance。

圖 7 設置同步時鐘從站和high performance

設置完畢后的同步域管理對話框，參考圖 8 同步域管理對話框。設置發送時鐘Send clock為1.0ms，該時間就是等距的通信周期TDC。

圖 8 同步域管理對話框

點擊對話框中的“Details…”按鈕，彈出同步域詳細信息，其中黃色部分為CPU端口（發送或接收）的IRT預留帶寬部分，IRT high performance數據在這部分預留的時間段內進行傳輸，亮綠色為CPU端口（發送或接收）的RT預留帶寬部分。其它暗綠色部分為開放的帶寬，允許TCP/IP等或其它的RT數據通信。點擊OK結束設置。參考圖 9 同步域詳細信息。

圖 9 同步域詳細信息

雙擊總線”Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”總線，彈出PROFINET IO系統屬性對話框，在Update Time頁，對于RT設備可以根據實際的需求設置刷新時間，而對于IRT設備在等時模式時需要與發送時鐘的周期一致，即1.0ms。如下圖 10 PROFINET IO系統屬性。

圖 10 PROFINET IO系統屬性

然后雙擊CPU，彈出CPU319屬性對話框，選擇“Synchronous Cycle Interrupts”標簽頁，點擊“IO system no.”選擇PROFINET IO總線的標號100。參考圖 11 同步周期中斷。

圖 11 同步周期中斷

點擊該頁面中的“Details”按鈕，設置過程映像分區為“1”。注：CPU319只支持過程映像分區1。參考圖 12 OB61的詳細設置。

圖 12 OB61的詳細設置

對于參與等時同步的分布式IO，例如ET200s IM151-3PN HS，雙擊該設備硬件組態的PN-IO插槽，彈出該槽PN-IO屬性。分配IO設備的等時模式為OB61。參考圖 13 PN-IO的詳細設置。ET200s IM151-3PN HS1也采用同樣的設置，其它選項保持默認即可。其中可見Ti和To的時間已被自動計算。

圖 13 PN-IO的詳細設置

點擊該頁面的“Isochronous Mode Modules/Submodules”按鈕，可以查看和設置使用等時模式的模塊。參考圖 14 等時模式模塊。

圖 14 等時模式模塊

此時在硬件組態中雙擊模塊，例如4DI DC24v HF，參考圖 14 等時模式模塊，可以看見相應的參數已經被自動修改以適應等時模式。參考圖 15 過程映像區，該模塊的過程映像區已經被設置為PIP1，即分區1。參考圖 16 模塊參數，輸入延遲為0.1ms。

圖 15 過程映像區

圖 16 模塊參數

對于模塊的地址區應在CPU的過程映像區內，如果等時的模塊超出了CPU的過程映像區的范圍，那么可以修改模塊的地址區到CPU的過程影響區內，參考圖 15 過程映像區。也可以增加CPU的過程映像區的范圍以包含超出的地址區間，參考圖 17 CPU的屬性。

圖 17 CPU的屬性

最后右鍵點擊CPU，彈出菜單選擇“PROFINET IO Isochronous mode”，彈出等時模式對話框，其中詳細說明等時模式相關的時間。其中Application cycle =Data cycle=send clock=1.0ms，OB61的延遲時間delay time=30us，以及模塊的 Ti和To時間全部自動計算。參考圖 18 等時模式。

圖 18 等時模式

保存編譯項目下載到PLC中進行PROFINET IO通訊，具體組態PROFINET IO通訊的詳細信息請參考網上課堂的下載中心的鏈接 72325620。

然后，在Step7的SIMATIC Manager中插入并打開OB61，編寫如下程序。

CALL "UPDAT_PI" //SFC26
PART :=B#16#1
RET_VAL:=MW0
FLADDR :=MW2