西门子工业通信网络：PROFIBUS子网总线周期恒定

1.恒定总线周期的基本概念

与主站机架中的集中式I/O相比，PROFIBUS-DP网络上的分布式I/O没有确定的过程响应时间。以图5-40中的系统为例，如果CPU从ET 200S读入一个输入信号，执行用户程序后发送给ET 200M的一个输出点，整个过程由图中的T1～T7这7段时间组成：

图5-40 DP网络的信号传输

T1：读入输入信号的转换时间。

T2和T6：从站模块背板总线上的循环时间。

T4：主站CPU程序执行时间。

T3和T5：PROFIBUS-DP总线上的轮询时间。

T7：输出信号传送到输出端子的时间。

T1～T7决定了整个过程的响应时间。上述7段时间并非全部是固定不变的，它们之间也没有同步的关系，因此总的处理周期不是恒定的。

某些生产和过程（例如运动控制和闭环控制）要求控制系统具有迅速准确的响应时间。通过PROFIBUS的等时模式，可以实现从分布式I/O的输入响应、CPU的处理和输出到分布式I/O的端子，有一个确定的和相等的时间，时间响应的确定性甚至可能优于集中式I/O。

等时模式整个过程的响应时间是由恒定的DP总线周期和同步的单个时间段构成的。DP主站周期性地发送给各从站一个作为时钟脉冲的全局控制帧（GC），用它来同步接收和发送从站数据。总线循环时间的固定和各段时间的同步保证了过程响应时间的恒定。与非等时模式相比，总线循环时间减少了等待读取数据和发送数据的时间，使响应变得更加迅速。

在每个恒定的总线周期，DP主站首先处理与各从站的循环数据交换（见图5-41），然后处理中断、总线接收、诊断服务等非循环部分，可能还需要处理与PG/OP的通信。DP主站随后将保持一段等待的时间，直到组态的恒定DP总线周期时间到，以便对可能的网络干扰进行补偿，并重新获取可能重发的消息帧。此后，全局控制帧（GC）启动新的DP周期。

为确保在新的DP总线周期启动时读取从分布式I/O输入的一致性状态信息，必须在时间Ti内提前执行读取过程（见图5-41）。Ti包括输入信号的准备和转换时间，以及DP从站背板总线上的传送时间。T_i结束时，所有的输入数据刚好传送到从站的接口模块，此时DP主站发送全局控制帧（GC），开始轮询DP从站。当所有从站上的数据都已经准备好后，触发同步循环中断OB61，开始执行OB61中的程序。在OB61中，调用SFC 126“SYNC_PI”来更新过程映像分区的输入，而在OB61结束之前，调用SFC 127“SYNC_PO”来更新过程映像分区的输出。在输出时间To内，将上一个周期的程序执行结果输出到被控过程，然后开始下一个周期Ti时间内的数据读取过程。

图5-41 恒定总线周期示意图

时间T_o将确保用户程序的过程响应以相等的时间输出到从站的端子上。T_o包括主站与所有DP从站的数据交换时间、用于电子模块的信号准备和转换时间，以及DP从站背板总线的输出处理时间。可以在组态时设置T_i和T_o。

从图5-41可以看出，通信处理、执行用户程序和读写分布式I/O是并行（即同时）进行的，这样能提高运行效率，减少所需的总线周期。

循环同步只适用于ET 200M和ET 200S，不能用于集中式I/O设备。

2.生成主站和DP网络

在STEP 7中创建一个名为“Isochron”的项目（见随书光盘中的同名例程），CPU为CPU414-2DP。选中该站点，点击右边窗口的“硬件”图标，打开硬件组态工具HW Config，将电源模块和信号模块插入机架。

双击机架中CPU模块内标有DP的行，在出现的对话框的“常规”选项卡中点击“属性”按钮，在出现的对话框的“参数”选项卡中，点击“新建”按钮，生成PROFIBUS-DP网络，点击“确定”按钮返回HW Config。采用默认的参数，CPU 414-2DP为DP主站，站地址为2，网络的传输速率为1.5Mbit/s，配置文件为“DP”。多次点击“确定”按钮，返回硬件组态窗口，在CPU 414-2DP的机架右侧出现PROFIBUS的网络线。

3.组态模块式DP从站ET200M

打开HW Config右边的硬件目录窗口中的文件夹“\PROFIBUS-DP\ET 200M”，将其中支持等时线功能的接口模块IM153-2拖放到PROFIBUS网络线上，其订货号为6ES7 153-2BA00-0XB0。在自动打开的模块的PROFIBUS接口属性对话框的“参数”选项卡中，设置其站地址为3。用IM153-2模块上的DIP开关设置的站地址应与STEP 7组态的站地址相同。

图5-42 组态DP从站

返回HW Config后，选中图5-42上面窗口中的3号从站，打开硬件目录中的“IM 153-2”子文件夹，在下面窗口的4号槽插入支持等时线模式的DI模块和DO模块，它们的订货号见图5-42。它们的输入、输出字节地址均为4、5。

4.组态模块式DP从站ET200S

打开HW Config右边的硬件目录窗口中的文件夹“\PROFIBUSDP\ET 200S”，将其中支持等时线模式的高性能接口模块“IM 151 HF”拖放到PROFIBUS网络上，其订货号为6ES7 151-1BA00-0AB0。在自动打开的模块的PROFIBUS接口属性对话框的“参数”选项卡中，设置其站地址为4。

返回HW Config后，选中4号从站，在下面窗口的1号槽插入电源模块，2号槽插入支持等时线模式的数字量输入模块4DI，订货号为6ES7 131-4BD00-0AB0，3号槽插入支持等时线模式的4DO模块，订货号为6ES7 132-4BD30-0AA0。4DI模块的“输入延迟”时间应设置得尽量短（见图5-43）。这是因为较短的输入延迟时间可以缩短STEP 7计算的数据输入时间T_i，从而缩短整个响应时间。

图5-43 设置数字量输入模块的输入延迟时间(www.xing528.com)

5.设置同步周期中断

双击HWConfig的机架中CPU 414-2DP所在的行，在打开的CPU属性对话框的“同步周期中断”选项卡中，设置同步周期中断OB61的DP主站系统编号为1（见图5-44）。如果有多个网段，可以设置和调用OB61～OB63。“延迟时间”是全局控制帧与启动OB 61之间的时间，即DP主站用来完成与DP从站的循环数据交换的时间。

图5-44 设置同步周期中断

双击HW Config中的DP网络，点击出现的对话框的“常规”选项卡中的“属性”按钮，再点击出现的“属性-PROFIBUS”对话框的“网络设置”选项卡中的“选项”按钮，打开出现的“选项”对话框中的“恒定的总线周期”选项卡（见图5-45），选中复选框“激活恒定的总线周期”，使PROFIBUS-DP主站轮询从站的时间是一个固定值，即采用等时模式下的DP轮询方式。

激活复选框“对于所有的从站，T_i和T_o相同”，将使所有从站的Ti和To保持一致。如果没有选中它，则需要在各DP从站的属性对话框分别设置T_i和T_o，这样各个从站的Ti和To可能不一致。其他参数采用默认值，最后点击“确定”按钮退出“选项”对话框。

图5-45 设置恒定的总线周期

如果PROFIBUS网络上有PG/PC（编程器/计算机），在优化恒定的DP周期时，它们将会被考虑在内。STEP7计算恒定DP总线周期的最小值，可以采用比建议的周期更长的时间。

6.设置DP从站的等时模式参数

双击HW Config上面的硬件组态窗口中的3号从站（ET 200M），在打开的“DP从站属性”对话框的“等时线模式”选项卡（见图5-46）中，激活复选框“按恒定DP总线循环周期时间对DP从站进行同步”，选中支持等时模式的DI和DO模块的“等时曲线操作”，用同样的方法设置ET 200S的等时模式参数。

图5-46 设置从站的等时线模式属性

如果DP主站组态时没有选中复选框“对于所有的从站，T_i和T_o相同”，则需要单独设置每个从站的T_i和T_o。

7.设置分布式I/O模块的过程映像分区

OB61与参与恒定总线周期数据交换的I/O模块应采用相同的过程映像分区，这样才能保证快速地更新I/O的映像区。以ET 200M中的DI模块为例，选中硬件组态窗口中的3号从站，双击下面窗口中第4槽的DI模块，在打开的DI模块属性对话框的“地址”选项卡中（见图5-47），设置过程映像分区为PIP1（1号分区）。用同样的方法设置其他参与恒定总线周期数据交换的I/O模块所属的过程映像分区均为PIP1。

图5-47 设置分布式I/O模块的过程映像分区

返回图5-45中的“选项”对话框的“恒定的总线周期”选项卡，点击“重新计算”按钮，Ti和To将被重新计算和优化。为了更新全局控制帧与调用同步循环中断OB之间的延迟时间，打开CPU的属性对话框，然后点击“同步周期中断”选项卡的“默认”按钮（见图5-44），重新计算延迟时间的数值。设置完了全部参数后，点击工具栏上的按钮，编译与保存组态信息。编译成功后在HW Config或SIMATIC管理器中下载组态信息。

8.优化组态

为了优化组态，在HW Config中执行菜单命令“编辑”→“等时线模式”，打开“等时线模式”对话框（见图5-48）。

图5-48 等时线模式对话框

选中“PROFIBUS”列表中的某个主站系统，“从站”列表中将显示该主站系统的从站。选中某个DP从站，“模块”列表中将显示该从站中的模块。点击“编辑参数”按钮，将打开选中的对象的属性对话框。修改组态后，单击“更新”按钮，确认在对话框中应用这些更改。

9.等时线模式的编程

在同步循环中断OB61中，必须调用SFC 126“SYNC_PI”来更新过程映像分区的输入，而在OB61结束之前，必须调用SFC 127“SYNC_PO”来更新过程映像分区的输出。这里所使用的过程映像分区就是在CPU属性对话框的“同步循环中断”选项卡中组态的分区。下面是OB61中的程序：

程序段1：在同步循环中更新过程映像分区输入表

程序段2：在同步循环中更新过程映像分区输出表