基于Profinet的电气设备IRT等实时控制研究

梁永新

（广州晟启能源设备有限公司，广东广州510445）

1 引言

PROFINET由PROFIBUS国际组织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网的开放的现场总线标准（IEC61158中的类型10）。PROFINET为自动化通信领域提供了一个勘称完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，节省投资和时间。

2 应用

PROFINET为能实现上述功能，主要定义了以下三种的通讯协定等级。第一种TCP／IP通讯协定，是针对PROFINET CBA及工厂调试用，其反应时间约为100ms。第二种RT（实时）通讯协定，是针对PROFINET CBA及PROFINET IO的应用，其反应时间小于10ms，用于对实时性要求高的场合。第三种IRT（等实时）通讯协定，其反应时间小于1ms，是最高等级，可用于对实时性有很高要求的场合，诸如重要数据的检测，某些重要事件的及时响应等。在顺序控制系统中，一般的TCP／IP通讯协定，即可满足要求，对实时性无特别要求，但是在某些重要场合，诸如危险防爆区域，如果能将检测到的数据及时上传至处理器，并在出现非正常状况的时候及时给予处理，实时性就显得很有必要。另外一种情况，就是现在有些自动化设备，是许多同样功能的设备连接起来实现某种功能，然后有一个主的PLC去控制这些设备，这些设备如果是通过普通的工业以太网来进行通信，其通信响应时间比较慢，并且响应时间也难以稳定，在编程中对于需要通信来传送的指令往往需要进行延时设置，这增加了程序的冗长度。组建等实时系统。用到如下硬件S7-1513 1PN PLC，ET200SP远程IO模块，接口模块选用IM155-6？PN？ST，交换机选用SCALANCE X204 IRT。编程软件用博图V15。S7-1513PLC是西门子新推出的1500系列PLC中的一款，功能较为强大。远程IO接口模块选用标准型，标准型以上款才能支持IRT通信。Profinet IRT网络最重要的就是保证实时性，即时钟信号能准确定时、各处时钟能达到一致，为了保证这一特性，西门子Profinet采用了设置单独通道，RT和IRT通道，RT可以认为是软设置，通讯双方，按照step7组态的各自的时钟周期内，向双方发送一次数据，实现实时的数据交换，时钟周期设置越短，实时性越强，对于IRT，可以认为是硬设置，采用了SACI芯片，优化堆栈数据通讯时间，并采用了带宽预留的方式，也就是在实时数据交换期间，只有IRT的数据可以传输，其他如TCP或IT等数据是无法传输的，由于没有数据与IRT抢带宽，于是保证了IRT数据的实时性。为保证实现IRT，需选用IRT交换机。为减少等待时间，各IO设备直接连接到交换机，即采用星型拓扑。网络拓扑图如图1所示。

图1 网络拓扑图

S7-1500PLC上的PROFINET接口设置如下

交换机X-200IRT上的PROFINET接口设置如下

1号远程IO设备上的PROFINET接口设置如下

1号远程IO设备上的以太网设置如下

PROFINET IO网络 最终生成系统列表如下图

2号、3号远程IO的同步功能和1号远程IO同，都设置为同步从站。2号、3号远程IO的以太网设置和1号远程IO的以太网设置相似，可以用系统自动的生成设置，也可以自行设置。因为远程IO在编程上可以直接看成PLC本体的IO，直接利用IO进行编程，IRT等实时通信也是通过在软件上设好参数即可，无需在程序上再做编程，考虑设备的数量大小，将看门狗时间设置为3ms。

3 结束语

在网络组态完成后，为检测网络的等实时性情况，需进行试验，采用三种检测检验方法，每种方法都可以有效检测。第1种方法。在1分钟时间内，远程IO中一个Q输出点每间隔一个扫描周期输出一次，用计数器对脉冲进行计数。设置脉冲接收器，通过计算1分钟内接收的脉冲个数，来计算远程IO中的数据刷新周期，从而确定通信速率和稳定性。第2种方法。用NI公司的数据采集卡采集Q点4.3输出，用Labview软件记录储存并显示波形图。通过记录在案的方波波形图，能计算出通信周期并显示实际的通信情况。第3种方法，利用远程IO的Q点输出，将Q点输出接入PLC本地模块的高速DI输入点，通过在程序的计数器指令统计计数值，测试时的同步性通过编程实现。等实时通信的等实时效果，和PLC的刷新周期密切相关，通信距离密切相关，通过一个成套设备级程序的测试，在设备最远通信距离不超30米的条件下，在3ms的周期内实时通信，可以实现。