本文為ProfiNet介紹文章《嵌入式環(huán)境 實現ProfiNet/PN工業(yè)以太網》的應用實例，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

圖1

如圖2，連接編程電腦，交換機，組態(tài)用PC,及SBC884板卡系統。

圖2，系統組成

2 PC端組態(tài)并配置PLC

2.1 在博圖中安裝設備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

打開博圖，并在菜單欄中，通過“選項->管理通用站點描述文件”進入gsd管理。

選擇第一步GSD文件的解壓路徑，并勾選文件，安裝。

完成后，可以在博圖的硬件目錄中，“其他現場設備-> PROFINETIO -> I/O-> UreateAutomatic -> VARIABLE I/O ->前端模塊”中找到新添加的設備。

2.2 博圖中組態(tài)最簡PLC系統

首先新建一個博圖項目，然后在拓撲視圖中，添加PLC，交換機，和PN模塊。我這里選擇的PLC是1211C。而模塊的位置如下圖：

將PLC和UR205PN模塊連接起來。

然后轉到網絡視圖中，添加他們的連接關系，如圖：

接著雙擊UR205PN模塊，進入設備視圖，并在設備插槽中，添加4個數據交換模塊

設備插槽中插入數據交換模塊，數據交換模塊中插入數據對象。數據對象可以從“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據模塊添加數據對象，如下:

分別是1個1字節(jié)輸入（兩路DI輸入），1個1字節(jié)輸出（對應一路繼電器輸出），兩個2字節(jié)輸入（對應4-20MA輸入）。

這里添加的四個模塊，對應的是ETA104模塊的輸入輸出通路。其對應關系如下：

為模塊添加變量。

首先我們要找到UR205PN各模塊的數據地址。

在博圖的設備視圖中選擇UR205PN模塊，并點擊各模塊，即可查看模塊數據在PLC中的位置.例如下圖展示的是PKW模塊的示意圖：

上圖中，說明PKW模塊的輸入，是從PLC數據地址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，可以找到所有數據的地址.本例中數據地址如下表

根據數據表，我們在PLC中建立如下變量表：

建立項目的強制列表，該表用于設置輸出值。

建立項目的監(jiān)視表，該表用于讀取輸入值。

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

PKW_開頭的數據對象，則屬于PKW訪問過程。該訪問基于一問一答，過程和定義如下：

所以，PLC如果要發(fā)起PKW通信，需要如下步驟：

1.     PKW_RW_req 設為“0：讀”  或者  “1：寫”

2.     PKW_INDEX_req 設為需要訪問的數據索引

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

當接收數據時：

1.     等待PKW_COUNT_rsp與PKW_COUNT_req一致

2.     對比回應的INDEX是否等于請求INDEX

3.     若是讀取操作的回應幀，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。

3 嵌入式端程序編譯及運行

3.1 在PC上建立代碼編譯系統

本案例使用的嵌入式編譯開發(fā)環(huán)境式如下：

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方式遠程打開該項目。

項目的文件組成如下圖所示：

3.4 應用層通信協議簡介

對應用層而言，通信都是建立在周期數據交換幀上。其內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：

這兩個功能區(qū)，對應了嵌入式內的兩種通信對象：PKW索引訪問對象和周期通信訪問對象。

PKW: 數據以<索引-值>的方式存放在嵌入式端，用戶可以為某個參數指明特定的索引號，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據。例如一些參數。其通信幀定義如下：、

周期通信對象：數據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：

3.5 用戶需要實現的代碼

在案例中，用戶代碼區(qū)域主要有以下代碼段需要維護：

1． 周期通信模塊定義

uint8_t UMList[4]={
       //模塊類型  模塊數據存儲區(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
};

用戶通過該數組定義周期通信模塊的數量和類型。本案例中，模塊如下表：

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． 周期通信回調函數user_Oncycle

當周期通信發(fā)生時，會調用該回調函數，用戶在這里將需要傳輸的值，與PN上的通信值做交換。

例如在本案例中，回調函數如下：

//切換大小端
//pDes 指向切換后的結果存儲區(qū)
//pSrc 來源
//SIZE 數據字節(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;
    }
}
 
//用戶在該函數中，交換模塊和外部設備之間的數據
void user_Oncycle(sPNModule *pModule, int modulecount)
{
    uint8_t *src8;
    uint8_t *des8;
 
    //這里處理周期數據
    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讀索引回調函數user_onReadIndex

當PKW中有新的讀取請求時，會執(zhí)行該回調函數。用戶在次函數對該索引數據賦值并執(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寫操作回調函數

       當有PKW寫請求時，系統調用該回調函數，用戶在此函數中，將PLC傳輸來得值寫入，并執(zhí)行相應得自定義操作。

//用戶定義的寫縮影回調函數
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; //注冊回調函數
      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( );

本項目為英創(chuàng)公司與第三方公司合作項目。ProfiNet專業(yè)技術支持可以聯系：

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