實現F-CPU之間安全相關的控制器-智能設備通信

1概述
與在標準系統中一樣，在S7 分布式安全系統中具有PROFINET接口的安全CPU之間可以通過IO控制器與智能設備方式進行安全相關的通信。通信通過兩個安全應用程序塊進行，即F_SENDDP塊用于發送數據，而F_RCVDP塊用于接收數據。這些塊由用戶在F-CPU相應的安全程序中調用，可用于固定數量的BOOL和INT類型的數據進行安全傳送。
使用智能設備功能，需要使用STEP7 V5.5 和支持智能設備功能的硬件設備。對于支持智能設備功能的硬件，請參考如下鏈接： 44383954

2 安全相關的IO控制器與智能設備通信
在本例程中，將CPU317F-2PN/DP作為IO控制器，IM151-8F PN/DP CPU作為智能設備。通過兩個CPU的集成PN口進行安全相關的通信。

2.1 示例所使用的軟硬件環境
? STEP7 V5.5 SP2
? STEP7 Distributed Safety V5.4 SP5
? CPU317F-2PN/DP V3.2 訂貨號6ES7 317-2FK14-0AB0
? IM151-8F PN/DP CPU V3.2 訂貨號6ES7 151-8FB01-0AB0

2.2 硬件配置

2.2.1 智能設備配置
1、在STEP7中對智能設備進行硬件配置。新建一個項目，項目名稱Safety PN，先插入一個S7-300站，將名稱修改IM151-8F，如圖1所示。

圖1

雙擊硬件打開配置界面，在右側產品列表PROFINET IO→I/O→ET200S中找到IM151-8F PN/DP CPU拖入到項目中，如圖2。

圖2

在彈出的對話框中設置IP地址和新建一個以太網網絡，如圖3。

圖3

2、設置CPU的保護等級和激活包含安全程序選項，之后打開F參數屬性頁，根據提示設置安全全程序密碼，如圖4和圖5。

圖4

圖5

3、雙擊X1 PN-IO槽，找到智能設備屬性頁，激活智能模式選項，如圖6。

圖6

點擊“New”按鈕，創建 IO 控制器和智能設備之間安全相關的通信地址區，見圖7。

圖7

安全相關的發送功能塊F_SENDDP一次發送16個BOOL數據和2個INT數據需要6個字節的輸出地址，由于同時還要發送6個字節的安全相關信息，所以一個發送需要12個字節的輸出地址，同時為了接收對方發回的安全確認信息還要有6個字節的輸入地址。同樣接收功能塊F_RCVDP除了要12字節的輸入地址外，由于要回復給發送方安全確認信息，還需要有6個字節的輸出地址。
定義地址區的規則：要發送的數據的輸出數據地址區必須以與關聯的輸入數據地址區相同的起始地址開始。輸出數據地址區共需要12個字節，而與其關聯的輸入數據地址區需要6個字節。要接收的數據的輸入數據地址區必須以與關聯的輸出數據地址區相同的起始地址開始。輸入數據地址區共需要12個字節，而與其關聯的輸出數據地址區需要6個字節。例程中配置一個發送數據區和一個接收數據區，根據這個規則，最后的通信地址區配置如圖8。

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4、按照圖9、圖10所示步驟生成GSD文件然后進行安裝，這樣，在HW Config的硬件列表里就會出現之前配置的IM151-8F CPU。這樣，智能設備的硬件配置就完成了，最后將整個硬件保存并編譯下載到CPU中。

圖9

圖10

2.2.2 IO控制器配置
IO控制器的配置前兩項和之前的智能設備的配置是類似的，也是插入300站，設置IP地址和網絡，激活安全相關參數。
1、添加智能設備，HW Config界面右側列表中找到之前導入的智能設備，拖到PROFINET IO總線上。

圖11

2、添加完智能設備后，雙擊修改智能設備的設備名要與之前做配置時候一致，圖12。

圖12

修改完成后系統會提示設備名有重名，點擊Yes確認就可以。圖13

圖13

3、修改地址區起始地址，安全相關的通信定義地址區的規則在之前已經提到，系統自動分配的地址區可能不符合要求，按照規則修改智能設備在IO控制器中的地址，如圖14。之后，將硬件配置保存并編譯后下載到CPU317F-2PN/DP中。

圖14

2.2.3 地址區的對應關系
之前對于IO控制器和智能設備的硬件配置，設置了兩個安全相關通信的地址區。分別是智能設備使用地址為256的通信地址區發送16個BOOL型數據和2個INT型數據給IO控制器，IO控制器使用地址為128通信地址區接收。同樣IO控制器使用地址為140的通信地址區發送16個BOOL型數據和2個INT型數據，智能設備使用地址為268的通信地址區接收。地址對應關系如圖15所示。

圖15

2.3 通信編程
對于IO控制器和智能設備的F-CPU之間的安全相關的通訊，使用F應用程序塊FB223“F_SENDDP”進行發送，用FB224“F_RCVDP”進行接收。使用它們以安全方式一次傳送16個BOOL型數據和2個INT型數據。要注意的是必須在安全程序開始時調用 F_RCVDP，F_SENDDP必須在安全程序結束時調用。

2.3.1 IO控制器編程
1、在IO控制器安全程序開始調用FB224“F_RCVDP”功能塊，圖16。
功能塊參數說明：
ACK_REI：1=發生通信錯誤后，對發送數據的重新集成確認。
SUBBO_00 — SUBBO_15：用于接收BOOL數據的安全值。
SUBI_00 — SUBI_01：用于接收INT數據的安全值。
DP_DP_ID：唯一的F_SENDDP和F_RCVDP之間的關聯值，確認發送和接收的對應關系。
TIMEOUT：安全相關的通訊的監視時間。
LADDR：接收地址區的起始地址，示例中是128。
ERROR：1=通信出錯。
SUBS_ON：1=輸出故障安全值。

圖16

ACK_REQ：1=需要對發送數據的重新集成進行確認。
SENDMODE：1= 具有F_SENDDP的F-CPU處于取消激活的安全模式中。
RD_BO_00 — RD_BO_15：接收的BOOL數據。
RD_I_00 — RD_I_01：接收的INT數據。
RETVAL14/ RETVAL15: SFC14/15的錯誤代碼。
DIAG：診斷信息。  銷售西門子V90伺服驅動器0.2KW6SL3210-5FB10-2UF1

2、在IO控制器安全程序結尾調用FB223“F_SENDP”功能塊，圖17。
功能塊參數說明：有幾個參數和“F_RCVDP”功能塊不同
SD_BO_00 —SD_BO_15：發送的BOOL數據。
SD_I_00 — SD_I_01：發送的INT數據。
SUBS_ON：1=接收方輸出故障安全值。
LADDR：發送區的起始地址，示例中是140。

圖17

2.3.2智能設備編程
同樣在智能設備的安全程序開始調用F_RCVDP功能塊，結尾調用F_SENDP功能塊，填寫相應參數。注意，F_SENDDP功能塊的DP_DP_ID參數與IO控制器的F_RCVDP功能塊相同，F_RCVDP功能塊的DP_DP_ID參數與IO控制器的F_SENDDP相同。

2.3.3功能塊和地址對應關系

圖18

2.4通信結果測試
將硬件和安全程序編譯后下載到CPU中，使用變量表測試通信狀態，如圖19。IO控制器CPU317F-2PN/DP將M110.0到M111.7的16個BOOL數據以及MW112和MW114這2個INT數據發送到智能設備IM151-8F PN/DP的對應地址中。與此同時智能設備發送M100.0到M101.7的16個BOOL數據以及MW102和MW104 這2個INT數據到IO控制器的M100.0到M101.7及MW102和MW104。數據傳輸正確，說明安全通信正常。

圖19

更多的S7分布式安全系統中安全相關通訊的信息請參考文檔《SIMATIC工業軟件S7 Distributed Safety — 組態和編程》，下載鏈接：22099875

關鍵詞
分布式安全、PROFINET、IO 控制器、智能設備