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ProfiNet應(yīng)用實(shí)例

 2023/11/6     作者：Lee Leen         次

本文為ProfiNet介紹文章《嵌入式環(huán)境 實(shí)現(xiàn)ProfiNet/PN工業(yè)以太網(wǎng)》的應(yīng)用實(shí)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(jī)，組態(tài)用PC,及SBC884板卡系統(tǒng)。

3.png

圖2，系統(tǒng)組成



2 PC端組態(tài)并配置PLC

2.1 在博圖中安裝設(shè)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(diǎn)描述文件”進(jìn)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(xiàn)場設(shè)備-> PROFINETIO -> I/O-> UreateAutomatic -> VARIABLE I/O ->前端模塊”中找到新添加的設(shè)備。


2.2 博圖中組態(tài)最簡PLC系統(tǒng)

首先新建一個博圖項目，然后在拓?fù)湟晥D中，添加PLC，交換機(jī)，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(zhuǎn)到網(wǎng)絡(luò)視圖中，添加他們的連接關(guān)系，如圖：

9.png


接著雙擊UR205PN模塊，進(jìn)入設(shè)備視圖，并在設(shè)備插槽中，添加4個數(shù)據(jù)交換模塊

10.png


設(shè)備插槽中插入數(shù)據(jù)交換模塊，數(shù)據(jù)交換模塊中插入數(shù)據(jù)對象。數(shù)據(jù)對象可以從“1/2/4字節(jié)輸入”或者“1/2/4字節(jié)輸出”中選擇。

接下來分別為每個數(shù)據(jù)模塊添加數(shù)據(jù)對象，如下:

13.png

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


這里添加的四個模塊，對應(yīng)的是ETA104模塊的輸入輸出通路。其對應(yīng)關(guān)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(shù)據(jù)位0

2路空觸頭輸入

Output 1byte(bit0 ,bit1)

輸入0= 數(shù)據(jù)位0

輸入1= 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)地址。

在博圖的設(shè)備視圖中選擇UR205PN模塊，并點(diǎn)擊各模塊，即可查看模塊數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)地址68到75，共8個字節(jié)。PKW模塊的輸出，是從64到71，共8個字節(jié)。

以此類推，可以找到所有數(shù)據(jù)的地址.本例中數(shù)據(jù)地址如下表

數(shù)據(jù)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(jù)數(shù)據(jù)表，我們在PLC中建立如下變量表：

13.png


建立項目的強(qiáng)制列表，該表用于設(shè)置輸出值。

14.png


建立項目的監(jiān)視表，該表用于讀取輸入值。

15.png


數(shù)據(jù)變量分為兩個區(qū)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(shù)據(jù)，也是我們在插槽中插入的模塊數(shù)據(jù)：如DI,DO,AI,AO。

PKW_開頭的數(shù)據(jù)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(fā)起PKW通信，需要如下步驟：

1.     PKW_RW_req 設(shè)為“0：讀”  或者  “1：寫”

2.     PKW_INDEX_req 設(shè)為需要訪問的數(shù)據(jù)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(fā)PN操作

當(dāng)接收數(shù)據(jù)時：

1.     等待PKW_COUNT_rsp與PKW_COUNT_req一致

2.     對比回應(yīng)的INDEX是否等于請求INDEX

3.     若是讀取操作的回應(yīng)幀，則獲取PKW_VALUE_rsp


2.3 組態(tài)下載到PLC

完成后將組態(tài)編譯并下載到PLC。

18.png



3 嵌入式端程序編譯及運(yùn)行

3.1 在PC上建立代碼編譯系統(tǒng)

本案例使用的嵌入式編譯開發(fā)環(huán)境式如下：

操作系統(tǒng)

WIN11 64位

虛擬機(jī)操作系統(tǒng)

WSL+Ubuntu-20.04

開發(fā)環(huán)境

VSCODE WSL 遠(yuǎn)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(huán)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(chuàng)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(yuǎn)程打開該項目。

項目的文件組成如下圖所示：

19.png


3.4 應(yīng)用層通信協(xié)議簡介

對應(yīng)用層而言，通信都是建立在周期數(shù)據(jù)交換幀上。其內(nèi)部劃分為兩個功能區(qū)：PKW,和周期通信區(qū)。這兩個功能區(qū)在周期通信幀中，他們的位置如下：

20.png


這兩個功能區(qū)，對應(yīng)了嵌入式內(nèi)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(shù)據(jù)以<索引-值>的方式存放在嵌入式端，用戶可以為某個參數(shù)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(shù)據(jù)。例如一些參數(shù)。其通信幀定義如下：、

22.png

23.png


周期通信對象：數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)的代碼

在案例中，用戶代碼區(qū)域主要有以下代碼段需要維護(hù)：

1． 周期通信模塊定義

uint8_t UMList[4]={
       //模塊類型  模塊數(shù)據(jù)存儲區(qū)
       MODULE_1BYTE_INPUT,          //1個字節(jié)的DI輸入
       MODULE_1BYTE_OUTPUT,         //1個字節(jié)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(shù)組定義周期通信模塊的數(shù)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(yīng)數(shù)據(jù)對象

0

MODULE_1BYTE_INPUT

一個字節(jié)的輸入模塊

BIT0 = DI0

BIT1 = DI1

1

MODULE_1BYTE_OUTPUT

一個字節(jié)的輸處模塊

BIT0=DO0

2

MODULE_2BYTE_INPUT

兩個字節(jié)的輸入

4-20MA輸入1

3

MODULE_2BYTE_INPUT

兩個字節(jié)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(jié)輸入
#define MODULE_2BYTE_INPUT 0X02  //2字節(jié)輸入
#define MODULE_4BYTE_INPUT 0X04  //4字節(jié)輸入
#define MODULE_1BYTE_OUTPUT 0X81 //1字節(jié)輸出
#define MODULE_2BYTE_OUTPUT 0X82 //2字節(jié)輸出
#define MODULE_4BYTE_OUTPUT 0X84 //4字節(jié)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(qū)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(diào)函數(shù)user_Oncycle

當(dāng)周期通信發(fā)生時，會調(diào)用該回調(diào)函數(shù)，用戶在這里將需要傳輸?shù)闹担cPN上的通信值做交換。

例如在本案例中，回調(diào)函數(shù)如下：

//切換大小端
//pDes 指向切換后的結(jié)果存儲區(qū)
//pSrc 來源
//SIZE 數(shù)據(jù)字節(jié)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(shù)中，交換模塊和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)
void user_Oncycle(sPNModule *pModule, int modulecount)
{
    uint8_t *src8;
    uint8_t *des8;
 
    //這里處理周期數(shù)據(jù)
    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(diào)函數(shù)user_onReadIndex

當(dāng)PKW中有新的讀取請求時，會執(zhí)行該回調(diào)函數(shù)。用戶在次函數(shù)對該索引數(shù)據(jù)賦值并執(zhí)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(diào)函數(shù)

       當(dāng)有PKW寫請求時，系統(tǒng)調(diào)用該回調(diào)函數(shù)，用戶在此函數(shù)中，將PLC傳輸來得值寫入，并執(zhí)行相應(yīng)得自定義操作。

//用戶定義的寫縮影回調(diào)函數(shù)
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(diào)函數(shù)
      m_Serial.onPKWRead = user_onReadIndex;
      m_Serial.onPKWWrite = user_onWriteIndex;
      m_Serial.startPN(); //創(chuàng)建PN工作線程


退出處理：

      m_Serial.stopPN( );


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