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本例中使用到的主要硬件和軟件如下：

1.2 硬件組態(tài)
按照1.1中的硬件在Step7中進(jìn)行組態(tài)。然后分配設(shè)備名，下載組態(tài)數(shù)據(jù)到CPU319中，具體設(shè)置設(shè)備名以及完成PROFINET通訊，請參考網(wǎng)站下載中心《S7-300 PROFINET IO 通訊快速入門》72325620

圖 2 Step7的硬件組態(tài)

其中，“Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”總線的100表示PROFINET總線的序號(hào)。IO設(shè)備例如SCALACNE X和ET200上從1到5，表示PROFINET IO的設(shè)備號(hào)。

2 SFC51診斷

2.1 介紹
系統(tǒng)狀態(tài)列表(SSL)用于描述可編程邏輯控制器的當(dāng)前狀態(tài)。SSL的內(nèi)容只能通過系統(tǒng)功能進(jìn)行讀取，而不能修改。換言之，部分列表是虛擬列表，只是在有特殊請求時(shí)由CPU的操作系統(tǒng)所創(chuàng)建。
SFC 51 “RDSYSST” 系統(tǒng)功能用于讀取 “系統(tǒng)狀態(tài)列表” (簡寫為SSL)，部分列表或 CPU 的 SSL 列表摘錄。對(duì)于 PROFINET IO，這些 SSL包含了 I/O 模塊，PROFINET IO 主站系統(tǒng)或?qū)嶋H控制器的狀態(tài)信息。當(dāng)選擇所用的、特別是在一個(gè)中斷或啟動(dòng) OB 中使用的 SSL ID 時(shí)，必須注意的是 SFC 僅能同步執(zhí)行。如果執(zhí)行 SFC 之后，Busy 位激活表明幾個(gè)循環(huán)執(zhí)行一次 SFC，數(shù)據(jù)還沒有完全讀出，因此數(shù)據(jù)是無效的。接收到的系統(tǒng)狀態(tài)列表數(shù)據(jù)記錄包括了診斷 PROFINET IO 設(shè)備上的信息概覽。
PN通信部分列表是虛擬列表，只是在有請求時(shí)由CPU的操作系統(tǒng)所創(chuàng)建。虛擬列表來自 CPU 內(nèi)部的PN IO控制器的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)由控制器的啟動(dòng)和ALARM信息進(jìn)行維護(hù)和刷新。
可以使用在PROFINET IO診斷的SSL_ID:

通過SFC51只能獲取站或模塊的狀態(tài)信息，例如，丟站，或者該模塊有錯(cuò)誤，并不能獲取模板的故障的詳細(xì)信息，例如哪一個(gè)模板的通道發(fā)生斷線，短路等。

2.2 編程
這里使用SFC51來讀取每一個(gè)站點(diǎn)的實(shí)際狀態(tài)，判斷該站是否發(fā)生丟站故障。在PLC中添加并下載空的OB86，防止測試丟站時(shí)，發(fā)生CPU停機(jī)現(xiàn)象。當(dāng)然也可以使用OB86來讀取每一個(gè)IO設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，但需要更多的編寫程序，關(guān)于使用OB86來獲取IO站點(diǎn)的狀態(tài)信息，請參考網(wǎng)站下載中心《使用OB8x診斷SIMATIC PLC(PN) 》87668286

在OB1中加入SFC51，關(guān)于參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊“F1”參考SFC51在線幫助。程序示例如下：

CALL "RDSYSST"
REQ :=M0.0
SZL_ID :=MW2
INDEX :=MW4
RET_VAL :=MW6
BUSY :=M0.1
SZL_HEADER:=DB1.SSL_HEADER
DR :=DB1.RECORD

按照上表在變量表中設(shè)置SSL_ID=0294 (MW2)和INDEX=16#64 (MW4)，其中16進(jìn)制64的十進(jìn)制為100，表示PROFINET總線的序號(hào)，請參考圖 2 Step7的硬件組態(tài)。添加要查看的變量，并使能M0.0為1。其中讀取到的數(shù)據(jù)記錄個(gè)數(shù)為1 (DB1.DBW2)，該數(shù)據(jù)記錄的長度為258bytes (DB1.DBW0)。DB1.DBW4表示PROFINET總線的序號(hào)，這里為100 (64H) 。對(duì)于DB1.DBB6為2#0011_1111，其中bit0表示組信息，如果為1，表示至少有一個(gè)IO設(shè)備與IO控制器進(jìn)行通訊，如果為0，表示IO站點(diǎn)全部丟失。Bit1~Bit5表示設(shè)備號(hào)1~5的IO設(shè)備的狀態(tài)，1表示IO設(shè)備存在，0表示IO設(shè)備丟站。至于其它Bit和高字節(jié)中的Bit依次類推，表示對(duì)應(yīng)IO設(shè)備的狀態(tài)。

圖 3 根據(jù)變量表查看設(shè)備狀態(tài)

根據(jù)這些位Bit1~5，可以很方便的在WinCC/WinCC Flexible中或任何第三方與PLC通訊的HMI上進(jìn)行顯示，方便用快速發(fā)現(xiàn)和維護(hù)現(xiàn)場故障。

3 SFB52診斷

3.1 介紹
SIMATIC S7 診斷數(shù)據(jù)記錄提供了附加的詳細(xì)信息的診斷性能。系統(tǒng)功能塊SFB 52 “RDREC” 用于讀取這些數(shù)據(jù)記錄。
調(diào)用時(shí)，系統(tǒng)功能塊對(duì)要診斷的站ID進(jìn)行尋址，并以 INDEX 參數(shù)標(biāo)明要讀出的數(shù)據(jù)記錄。這可能是中央機(jī)架或分布式組件(PROFIBUS DP或PROFINET IO)中的一個(gè)模塊。如果沒有診斷信息，則系統(tǒng)功能塊執(zhí)行后沒有輸出。由于 SFB 52 “RDREC” 是一個(gè)異步執(zhí)行的 SFB，即執(zhí)行過程橫跨幾個(gè) SFB調(diào)用，因此該塊只能在循環(huán)操作中使用。不能在診斷 OB 或定時(shí)中斷 OB 中使用。除了出錯(cuò)的精確位置外，SFB 52 診斷數(shù)據(jù)記錄還包含發(fā)生錯(cuò)誤的類型信息。為了進(jìn)一步分析，可對(duì)該信息進(jìn)行評(píng)估。
在MLEN中指定要讀取的最多字節(jié)數(shù)。目標(biāo)區(qū)域RECORD的選定長度至少應(yīng)等于
MLEN字節(jié)的長度。輸出參數(shù)VALID如為TRUE，則表明已將數(shù)據(jù)記錄成功傳送到目標(biāo)區(qū)域RECORD中。此時(shí)，輸出參數(shù)LEN包含所取得的數(shù)據(jù)的長度(以字節(jié)計(jì))。輸出參數(shù)ERROR用以指示是否發(fā)生數(shù)據(jù)記錄傳送錯(cuò)誤。如果發(fā)生錯(cuò)誤，則輸出參數(shù)STATUS包含錯(cuò)誤信息。
該功能塊屬于狀態(tài)驅(qū)動(dòng)類型，可以在OB1或者其它循環(huán)OB塊中調(diào)用，用于讀取診斷記錄或者組態(tài)記錄等數(shù)據(jù)記錄。
PROFINET IO 設(shè)備模型說明了模塊化和緊湊型現(xiàn)場設(shè)備的結(jié)構(gòu)。 它根據(jù) PROFIBUS DP 的基本特性構(gòu)建。子模塊和 API 的定義已添加至設(shè)備模型，以增加 IO 設(shè)備的靈活性。
一個(gè) PROFINET IO 設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)“邏輯設(shè)備”， 這些設(shè)備依次包含一個(gè)或多個(gè) API（應(yīng)用程序進(jìn)程標(biāo)識(shí)符），至少包含 API 0。
設(shè)備的特性通過IO設(shè)備的基于XML的GSD(General Station Description)文件來描述?？梢酝ㄟ^PROFINET XML Viewer來讀取GSDXML文件。
涉及到分級(jí)的概念，AP，API，SLOT，SUBSLOT。每個(gè)尋址級(jí)別都有一組可用的診斷記錄和組態(tài)記錄。 通過記錄編號(hào)的首字母來區(qū)別各記錄組的診斷級(jí)別，如下圖 4 診斷級(jí)別。關(guān)于PROFINET IO設(shè)備模型和診斷的數(shù)據(jù)記錄結(jié)構(gòu)請參考 19289930

圖 4 診斷級(jí)別

3.2 編程
這里使用SFB52來讀取ET200S IM151-3PN FOC站點(diǎn)輸出模塊的狀態(tài)，例如斷線等，參考圖 5 ET200S FOC的硬件組態(tài)列表。在PLC中添加并下載空的OB82，防止測試斷線故障時(shí)，發(fā)生CPU停機(jī)現(xiàn)象。當(dāng)然也可以使用OB82來讀取IO設(shè)備的模塊狀態(tài)信息，但需要更多的編寫程序，關(guān)于使用OB82來獲取IO站點(diǎn)的模塊的狀態(tài)信息，請參考網(wǎng)站下載中心《使用OB8x診斷SIMATIC PLC(PN) 》87668286

圖 5 ET200S FOC的硬件組態(tài)列表

雙擊該站的2DO DC24V/0.5AHF模板，設(shè)置使能通道0相關(guān)的診斷“斷線”，參考圖 6 ET200S 2DO模塊的參數(shù)設(shè)置。

圖 6 ET200S 2DO模塊的參數(shù)設(shè)置

在OB1中加入SFB52，關(guān)于參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊“F1”參考SFB52在線幫助。程序示例如下：

CALL "RDREC" , DB52
REQ :=M0.2
ID :=MD8
INDEX :=MW12
MLEN :=MW14
VALID :=M0.3
BUSY :=M0.4
ERROR :=M0.5
STATUS:=MD18
LEN :=MW22
RECORD:=DB2.DB_RECORD

按照需要上表在變量表中設(shè)置ID=16#00008002 (MD8)和INDEX=16#800A (MW12)，其中8002表示該輸出模板的邏輯地址，請參考圖 4 ET200S FOC的硬件組態(tài)列表。添加要查看的變量，并使能Q2.0為1，此時(shí)激活斷線故障，DO模板、ET200S FOC接口模板以及CPU的SF燈亮。設(shè)置MLEN (MW14) 的數(shù)據(jù)長度為100，需要大于或等于實(shí)際讀取到的數(shù)據(jù)記錄的長度，否則無法讀到相關(guān)的診斷的信息。然后使能M0.2為1，讀取到的數(shù)據(jù)記錄如下圖 7 診斷數(shù)據(jù)記錄。其中最后一個(gè)字DB2.DBW24為16#0006，表示在該站的2 (DB2.DBW10) 號(hào)槽，1 (DB2.DB12) 號(hào)子槽的通道0 (DB2.DBW20) 發(fā)生“斷路”故障，參考圖 8 ChannelErrorType編碼。更多詳細(xì)的通道故障類型信息，請參考 19289930
也可以更高一級(jí)的診斷級(jí)別，例如AR級(jí)，設(shè)置ID=16#00001FDF (MD8) 接口模板的診斷地址和INDEX=16#E00A (MW12) 也可以讀取到相同的診斷數(shù)據(jù)記錄，不過由于該級(jí)別最高，那么可以獲得該站的各個(gè)模板和各個(gè)通道的詳細(xì)診斷信息。
根據(jù)故障類型的編碼，可以很方便的在WinCC/WinCC Flexible中或任何第三方與PLC通訊的HMI上設(shè)置診斷信息并進(jìn)行顯示，方便用快速發(fā)現(xiàn)和維護(hù)現(xiàn)場故障。
需要注意在Step7中調(diào)用SFB52時(shí)，不要一直觸發(fā)REQ，也就是說REQ不要一直為1，最好在需要的時(shí)候調(diào)用該功能塊，因?yàn)橐晃兜挠|發(fā)會(huì)占用PLC更多的資源和占用更多的帶寬。

圖 7 診斷數(shù)據(jù)記錄

圖 8 ChannelErrorType編碼

4 SFB54診斷

4.1 介紹
SFB "RALRM" 從外圍設(shè)備模塊(集中結(jié)構(gòu))或從DP從站或PROFINET IO設(shè)備組件
接收中斷及其所有相應(yīng)信息。然后將此信息提供給輸出參數(shù)。
帶有附加詳細(xì)輸出參數(shù)中的信息包含被調(diào)用OB的啟動(dòng)信息以及中斷源的信息。由于要檢查外圍設(shè)備中斷，故只能在由CPU操作系統(tǒng)啟動(dòng)的中斷OB中調(diào)用SFB 54。中斷 OB 外的 SFB 54“RALARM” 調(diào)用是不推薦的，因?yàn)榇藭r(shí)不能獲取診斷狀態(tài)的重要信息。

在TINFO和AINFO數(shù)據(jù)緩存中，AINFO中的USI=16#8000 (WORD 26) 時(shí)快速獲得診斷的一些重要信息如下：
TINFO 的 WORD 20 站號(hào).
AINFO 的 WORD 4 中斷類型
WORD 12 插槽號(hào)（SLOT）
WORD 28 通道號(hào)（CHANNEL）
WORD 32 出錯(cuò)類型

4.2 編程
這里使用SFB54來捕獲ET200S IM151-3PN FOC站點(diǎn)輸出模塊的中斷狀態(tài)，例如斷線等，參考圖 5 ET200S FOC的硬件組態(tài)列表。在OB82中添加SFB54，用于捕獲斷線故障。當(dāng)然也可以使用OB82來讀取IO設(shè)備的模塊狀態(tài)信息，但需要更多的編寫程序，關(guān)于使用OB82來獲取IO站點(diǎn)的模塊的狀態(tài)信息，請參考網(wǎng)站下載中心《使用OB8x診斷SIMATIC PLC(PN) 》87668286

雙擊該站的2DO DC24V/0.5AHF模板，設(shè)置使能通道0相關(guān)的診斷“斷線”，參考圖 6 ET200S 2DO模塊的參數(shù)設(shè)置。

在OB82中加入SFB54，關(guān)于參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊“F1”參考SFB54在線幫助。程序示例如下：

L #OB82_MDL_ADDR
T MD 30
CALL "RALRM" , DB54
MODE :=1
F_ID :=MD30
MLEN :=1000
NEW :=M1.0
STATUS:=MD36
ID :=MD40
LEN :=MW44
TINFO :="TINFO".TINFO
AINFO :="AINFO".AINFO

在變量表中添加TINFO和AINFO的數(shù)據(jù)記錄。其中TINFO的WORD20為8005，表示PROFINET總線序號(hào)為100的系統(tǒng)中站號(hào)5發(fā)生故障。根據(jù)圖 9 AINFO變量表，可知AINFO中的DB4.DBW32為16#0006，表示在該站的2 (DB4.DBW12) 號(hào)槽，1 (DB4.DB14) 號(hào)子槽的通道0 (DB2.DBW28) 發(fā)生“斷路”故障，參考圖 8 ChannelErrorType編碼。更多詳細(xì)的通道故障類型信息，請參考 19289930

圖 9 AINFO變量表

根據(jù)故障類型的編碼，可以很方便的在WinCC/WinCC Flexible中或任何第三方與PLC通訊的HMI上設(shè)置診斷信息并進(jìn)行顯示，方便用快速發(fā)現(xiàn)和維護(hù)現(xiàn)場故障。

關(guān)鍵詞
PROFINET IO, 診斷, 系統(tǒng)功能塊, SFC51/SFB52/SFB541. 概述

         通常情況下，要實(shí)現(xiàn)HMI設(shè)備與V20變頻器的通訊，需要一個(gè)支持USS通訊或MODBUS通訊的PLC，比如S7-200系列PLC。其通訊電纜連接如圖1所示。PLC的一個(gè)通訊端口與觸摸屏連接，可以采用PPI協(xié)議通訊。PLC的另一個(gè)通訊端口與V20的RS485通訊端口連接，采用MODBUS協(xié)議通訊，PLC上編寫MODBUS主站程序，V20為從站。

圖1 觸摸屏通過PLC與V20變頻器通訊

         如果只需要對(duì)V2O變頻器做簡單的運(yùn)行控制和變量監(jiān)視，那么上述配置中PLC的作用僅為數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。這種情況下，觸摸屏直接和V20變頻器通訊，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控功能，而且可以少用一個(gè)PLC，節(jié)省成本。采用西門子的SMART LINE系列觸摸屏能夠?qū)崿F(xiàn)與V20變頻器直接通訊的功能。通訊電纜連接如圖2所示。SMART LINE觸摸屏作為MODBUS主站，V20為從站。

圖2 觸摸屏直接與V20變頻器通訊

2. 硬件設(shè)備及其安裝
        下面用一個(gè)實(shí)例來介紹Smart Line觸摸屏與一臺(tái)V20變頻器通過MODBUS通訊的實(shí)現(xiàn)方法。該例子中用到的主要硬件設(shè)備如表1所示，觸摸屏組態(tài)軟件為WinCC Flexible 2008 SP4 China。

表1 示例主要硬件設(shè)備

         硬件安裝步驟如下：
1）將變頻器、電機(jī)、觸摸屏固定在安裝工位上。
2）連接變頻器到電機(jī)的動(dòng)力電纜和接地電纜。
3）連接供電電源到變頻器的動(dòng)力電纜和接地電纜。
4）連接變頻器和觸摸屏的RS485通訊電纜。觸摸屏RS485的9針接口與 V20端子對(duì)應(yīng)關(guān)系：3對(duì)應(yīng)P+，8對(duì)應(yīng)N-。
5）連接24V直流電源的交流進(jìn)線電纜和到觸摸屏的直流供電電纜。

3. V20變頻器參數(shù)設(shè)置
        V20變頻器要采用MODBUS通訊，可以做如下設(shè)置：
1）變頻器恢復(fù)出廠參數(shù)：
P0010=30
P0970=21
2）變頻器快速調(diào)試，選擇Cn011-MODBUS通訊連接宏：
a)設(shè)置電網(wǎng)頻率和功率單位
b)輸入電機(jī)銘牌參數(shù)
c)選擇連接宏Cn011-MODBUS通訊
d)選擇應(yīng)用宏AP000
Cn011連接宏對(duì)應(yīng)參數(shù)如表2所示。

表2 Cn011對(duì)應(yīng)參數(shù)設(shè)置

3）修改MODBUS通訊參數(shù)，其它參數(shù)為Cn011連接宏默認(rèn)參數(shù)：
P2014[0]=0 不監(jiān)控報(bào)文間隔時(shí)間，否則可能會(huì)報(bào)F72故障
P2021[0]=3 MODBUS設(shè)備地址為3（與觸摸屏組態(tài)軟件中設(shè)置的從站地址一致）

4. 觸摸屏組態(tài)
        在WinCC Flexible 2008 SP4 China軟件中組態(tài)Smart 1000 IE觸摸屏。詳細(xì)步驟如下：
1）創(chuàng)建項(xiàng)目。
        創(chuàng)建一個(gè)空項(xiàng)目，如圖3所示。

圖3 創(chuàng)建空項(xiàng)目

        選擇觸摸屏設(shè)備為Smart 1000 IE，如圖4所示。

圖4 選擇Smart 1000 IE觸摸屏

2）設(shè)置連接。
        在連接畫面中新建一個(gè)連接，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如下：
通訊驅(qū)動(dòng)程序：Modicon MODBUS
類型：RS485
波特率：9600
奇偶校驗(yàn)：偶
數(shù)據(jù)位：8
停止位：1
組幀：RTU Standard
CPU類型：984
從站地址：3
        連接設(shè)置如圖5所示。

圖5 連接設(shè)置

3）添加變量。
        添加與變頻器監(jiān)控相關(guān)的10個(gè)變量，如表3所示。

表3 變量列表

        變量地址參照V20變頻器操作手冊，添加完成后的變量畫面如圖6所示。

圖6 添加變量

         速度設(shè)定值變量SetPoint是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉(zhuǎn)速，此處采用變量的線性轉(zhuǎn)換屬性，將-16384對(duì)應(yīng)-1500，+16384對(duì)應(yīng)+1500，如圖7所示。再采用變量的限制值屬性，將變量的輸入值限制在-1600和+1600之間，如果超出該限制值的范圍，則輸入不起作用。如圖8所示。

圖7 速度設(shè)定值變量線性轉(zhuǎn)換

圖8 速度設(shè)定值變量限制值

        速度反饋值變量Feedback也是由-16384(-4000H)到+16384(+4000H)來表示-50Hz到+50Hz的轉(zhuǎn)速，此處也采用變量的線性轉(zhuǎn)換屬性，將-16384對(duì)應(yīng)-1500，+16384對(duì)應(yīng)+1500，如圖9所示。注意，圖9和圖7所示的線性轉(zhuǎn)換是一致的。

圖9 速度反饋值變量線性轉(zhuǎn)換

4）添加畫面。
        項(xiàng)目生成時(shí)已經(jīng)有一個(gè)模板和一個(gè)畫面，此例僅用到一個(gè)畫面。修改畫面的名字為V20_Monitor，如圖10所示。

圖10 編輯之前的畫面V20_Monitor

5）編輯模板。
        模板中的對(duì)象在選擇使用模板的畫面中會(huì)顯示出來，此處把西門子的LOGO和退出Runtime的按鈕放置在模板中，如圖11所示。

圖11 編輯模板

         然后在按鈕的事件屬性中添加函數(shù)。在按鈕STOP RT事件屬性的單擊事件下添加StopRuntime函數(shù)，如圖12所示。

圖12 退出運(yùn)行畫面按鈕事件設(shè)置

6）編輯畫面。
        在V20_Monitor畫面中放置IO域、文本域、按鈕、棒圖、圓形等對(duì)象。在文本域中輸入相應(yīng)的文本，設(shè)置字號(hào)、顏色等，將相關(guān)對(duì)象分類排列整齊，完成后的V20_Monitor畫面如圖13所示。

圖13編輯完成的畫面V20_Monitor

        給10個(gè)IO域分別連接10個(gè)變量。

        其中控制字1和狀態(tài)字1采用16進(jìn)制顯示，控制字1類型模式為輸入/輸出，狀態(tài)字1類型模式為輸出，如圖14所示。

圖14 控制字1對(duì)應(yīng)IO域常規(guī)設(shè)置

         轉(zhuǎn)速設(shè)定、實(shí)際轉(zhuǎn)速、輸出電壓、直流電壓采用帶符號(hào)整數(shù)顯示，轉(zhuǎn)速設(shè)定類型模式為輸入/輸出，其它三個(gè)變量類型模式為輸出，如圖15所示。

圖15 實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)IO域常規(guī)設(shè)置

         輸出頻率、輸出電流、輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率采用帶符號(hào)整數(shù)顯示，并移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)2位，類型模式為輸出，如圖16所示。此處移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)2位的作用是將通訊接收到的值除以100并顯示在觸摸屏上，這樣做的理由是V20變頻器在發(fā)送這些值時(shí)將實(shí)際值乘了100。

圖16 輸出電流對(duì)應(yīng)IO域常規(guī)設(shè)置

         除了用IO域來顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速的數(shù)值外，還采用棒圖這種圖形化的形式來顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速，編輯完成的棒圖外觀如圖17所示。