PROFINET - Siemens SIMATIC S7 PLC

西门子 PLC 使用 TIA Portal 软件与 Mech-Mind 系统进行 PROFINET 通讯包含以下流程：

所需软硬件

硬件

  • 支持西门子以下 S7 系列 PLC：

    • S7-300（集成 PN 网口或 CP343-1，具备 PROFINET IO 控制器功能）。

    • S7-400（集成 PN 网口或 CP443-1，具备 PROFINET IO 控制器功能）。

    • S7-1200。

    • S7-1500。

  • 220V AC 转 24V DC 电源适配器。

  • Mech-Mind 工控机或主机已安装标准 PCI-e 通讯板卡：HMS Ixxat INpact PIR Slave PCIe（INpact PIR从站PCIe）。

  • 交换机和网线。

注意

本例程采用 S7-1200, CPU 1211C。

硬件连接如下图所示。

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软件

  • 西门子 PLC 编程软件 TIA Portal V15.1。

  • Mech-Center 1.5.1 及以上，Mech-Vision 1.5.0 及以上，Mech-Viz 1.5.0 及以上。

  • Ixxat VCI 板卡驱动软件 。

  • Mech-Mind GSD 设备描述文件：GSDML-V2.35-Mech-Mind Robotics Technologies Ltd-MechMind-PIR-20220315.xml。若 GSD 文件升级版本，会存在版本或日期差异。

    GSD 文件位于 Mech-Center 安装路径下的 Mech-Mind/Mech-Center/mech_interface/PROFINET 文件夹下。

  • PLC 例程文件：

    • Camera_IO.scl（基础的 PROFINET IO 通讯模块）；

    • ObtainPose.scl（用于自动读取多组的位姿数据）；

    • PLCTags.xlsx（Mech-Mind 系统变量表）。

    例程文件位于 Mech-Center 安装路径下的 Mech-Mind/Mech-Center/mech_interface/documents/CN/Siemens PROFINET编程指南 文件夹下。请将该例程文件复制到已安装 TIA Portal 的计算机中。

工控机配置及启动通讯

检查工控机通讯板卡及驱动

  1. 在工控机 PCI-e 插槽中，确认已安装 INpact PIR 从站 PCIe 板卡。

    ../../../_images/install_communication_board2.png

  2. 在工控机上，鼠标右键单击 Windows 图标，打开设备管理器，确认已安装板卡驱动软件 VCI4 INpact PCIe。

    ../../../_images/device_manager2.png

Mech-Center 配置及启动通讯

  1. 运行 Mech-Center，打开 部署设置 窗口。

    ../../../_images/deployment_settings_12.png

  2. 单击左侧 Mech-Interface ，依次选择 启用 Mech-Interface ‣ 标准接口 ‣ PROFINET-IRT ，最后单击 保存 。

    ../../../_images/deployment_settings_22.png

  3. 在 Mech-Center 主窗口中，单击 启动接口服务 ，在服务状态栏中会出现 PROFINET-IRT 服务图标。

    ../../../_images/deployment_settings_32.png

创建和配置 PLC 工程

创建 PLC 工程

提示

请根据实际需求，点击 保存项目，保存对工程的更改。

  1. 打开 TIA Portal 软件，单击 创建新项目 ，输入项目名称，选择路径，单击 创建 。在弹出新页面后，单击 打开项目视图 。

    ../../../_images/create_plc_12.png

  2. 在 项目树 侧边栏，双击 添加新设备 ，进入添加新设备界面。在 控制器 选项处，选择与实体 PLC 一致的模块，单击 确定 。

    ../../../_images/create_plc_22.png

  3. 在 项目树 侧边栏，单击 设备组态 ，单击 设备视图 ，双击 PLC_1 处网口标识，在 属性/常规 页面单击 以太网网址 ，设置 IP 地址，子网掩码使用默认值。

    ../../../_images/create_plc_32.png

GSD 文件安装及配置

  1. 在菜单栏中，单击 选项 ‣ 管理通用站描述文件(GSD)(D) ，弹出 管理通用站描述文件窗口 。

    ../../../_images/gsd_file_1.png

  2. 单击 已安装的 GSD ，单击源路径后的 … ，查找并选择视觉 GSD 从站描述文件，勾选该 GSD 文件，单击 安装 ，安装成功后关闭弹框。

    ../../../_images/gsd_file_2.png

    注意

    该 GSD 文件可以从 Mech-Mind 工控机中获得。GSD 文件位于 Mech-Center 安装路径下的 Mech-Mind/Mech-Center/mech_interface/PROFINET 文件夹下。将 PROFINET 文件夹复制到安装有 TIA Portal 的计算机中，然后单击 … 找到该文件夹。

  3. 返回 设备组态 页面，单击 网络视图 ，打开 硬件目录，在目录 General/Mech-Mind Robotics Technologies Ltd/MechMind-PIR 下双击 DAP ，即可显示在网络视图中。

    ../../../_images/gsd_file_3.png

  4. 在 网络视图 中，单击 PLC_1 的网口图标并按住鼠标左键，拖拽至 mechmind-pir 模块的网口图标，出现黑色连线后释放鼠标左键。

    ../../../_images/gsd_file_4.png

  5. PROFINET 网络连线后如下图所示。

    ../../../_images/gsd_file_5.png

  6. 鼠标左键选中 mechmind-pir 模块网口处，在 属性 窗口 常规 选项卡下，选择 以太网地址，修改 IP 地址（需与 PLC 在同一网段），勾选 自动生成 PROFINET 设备名称 ，其他使用默认值即可。

    ../../../_images/gsd_file_6.png

  7. 在 网络视图 中，鼠标选中 PROFINET 网络连线，单击 分配设备名称 ，弹出 分配 PROFINET 设备名称 对话框。

    ../../../_images/gsd_file_7.png

  8. 选择 mechmind-pir ，其余使用默认，单击 更新列表 ，将搜索出已连接的 PROFINET 板卡，若设备名称显示不一致，则单击 分配名称 ，状态显示为 确定 后，关闭对话框。

    ../../../_images/gsd_file_8.png

  9. 双击网络视图中 mechmind-pir 模块，进入 设备视图 页面，可以看到所有可用模块。

    ../../../_images/gsd_file_9.png

下载 PLC 硬件配置

  1. 在 项目树 侧边栏，选择 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] ‣ 下载到设备(L) ‣ 硬件配置 ，弹出 扩展下载到设备 界面。

    ../../../_images/download_configuration_12.png

  2. 选择 显示所有兼容设备 ，单击 开始搜索 。

    ../../../_images/download_configuration_22.png

  3. 选中搜索到的设备，单击 下载 ，将工程硬件配置下载到 PLC。

    ../../../_images/download_configuration_32.png

检查通讯是否成功

  1. 返回 PLC 工程，在 项目树 侧边栏，选中 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] ，单击工具栏中的 转至在线 ，整个工程进入在线监控状态。

    ../../../_images/establish_communication_12.png

  2. 打开 设备组态 页面，选择 设备视图 ，选择 mechmind-pir[DAP] ， 设备概览 显示模块的在线状态，绿色对勾表示连接正常。

    ../../../_images/establish_communication_22.png

  3. 在 Mech-Center 主窗口中，若连接成功，则在界面右侧日志栏显示 连接 PROFINET-IRT 控制器成功 。

    ../../../_images/establish_communication_31.png

    若无该日志，请检查以下是否正常：

    1. 硬件网络连接是否正常；

    2. Mech-Center 的接口服务是否开启；

    3. PLC 是否下载配置到 PLC 硬件。

PLC 工程导入例程文件并下载

注意

Mech-Mind 例程文件的导入和测试，请使用新建 PLC 工程；如需添加到已存在的 PLC 工程中，建议先创建新工程进行导入和测试，然后复制到已存在的工程中。

导入 Mech-Mind 例程文件

  1. 返回 PLC 工程，在 项目树 侧边栏，选中 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] ，单击工具栏中的 转至离线 ，整个工程进入离线状态。

    ../../../_images/import_file_12.png

  2. 双击网络视图中 mechmind-pir 模块，进入 设备视图 页面，根据需要更改 I地址 和 Q地址 ，此处选择500为起始地址。

    注意

    字节地址需要保持连续，且包含多字节的起始地址为偶数值。

    ../../../_images/import_file_22.png

  3. 在 项目树 侧边栏，双击 PLC 变量 ‣ 显示所有变量 ，打开 PLC 变量 窗口，单击变量表工具栏中的 导入 ，弹出 导入 窗口。

    ../../../_images/import_file_32.png

  4. 单击 … 查找 PLCTags.xlsx ，单击 确定，导入 CameraIO 变量表成功后关闭弹框。

    ../../../_images/import_file_41.png

    导入后视图如下图所示。将 ToCamera 和 FromCamera 的地址分别改为和 CONTROL_INPUT_1 以及 CONTROL_OUTPUT_1 模块一致的地址。

    ../../../_images/import_file_5.png

  5. 在 项目树 侧边栏，双击 外部源文件 ，双击 添加新的外部文件 ，在弹出窗口中，选中 Camera_IO.scl 和 ObtainPose.scl 文件后，单击 打开 ，将其导入至 PLC 工程。

    ../../../_images/import_file_6.png

  6. 选中新导入的外部源文件，单击右键，选择 从源生成块 ，弹出框口后选择 确定 。

    ../../../_images/import_file_7.png

  7. 外部源文件生成的功能块 Camera_IO 、功能块 ObtainPose 和数据块 CameraIO 如下图所示。另外，变量表内 CameraIO 变量地址需与设备组态内修改的起始地址保持一致。

    ../../../_images/import_file_8.png

搭建 PLC 程序并下载

  1. 在 项目树 侧边栏，单击 程序块 ，双击 Main[OB1] , 选中功能 Camera_IO ，将其拖拽至 程序段1 下处。

    ../../../_images/build_plc_12.png

  2. 单击新生成的功能块 ObtainPose[FB1] ，将其拖拽至 程序段2 下处。

    ../../../_images/build_plc_22.png

  3. 在弹出的 调用选项 窗口，使用默认值，单击 确定 。

    ../../../_images/build_plc_32.png

  4. 单击数据块 CameraIO[DB1] ，将 详细视图 下的变量 DATA_READY 、 STATUS_CODE 和 SEND_POSE_NUM 拖拽至对应 ObtainPose 输入侧同名称接口处（即左侧）。

    ../../../_images/build_plc_42.png

  5. 在 项目树 侧边栏，选择 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] ‣ 下载到设备(L) ‣ 硬件和软件(仅更改) ，弹出 扩展下载到设备 界面，使用相同方式，将最新工程下载到 PLC。

    ../../../_images/build_plc_51.png

  6. 下载成功后，在 项目树 侧边栏，选中 PLC_1[CPU 1211C DC/DC/DC] ，单击工具栏中的 转至在线 ，整个工程进入在线监控状态。

    ../../../_images/build_plc_6.png

  7. 返回项目树下，双击数据块 CameraIO[DB1] ，然后点击 全部监视 。依次展开变量分组，如果观察到 FromCamera/HEARTBEAT 心跳信号监视值在不断改变，则表示 PROFINET 从站 I/Q 地址已正确传送至该数据块。

    ../../../_images/build_plc_7.png

视觉工程测试

本部分介绍如何使用例程功能块 ObtainPose 实现 Mech-Vision 工程的触发和获取数据，以及 Mech-Viz 工程的触发和获取数据。IO 模块的具体功能和介绍，参见 《标准接口开发者手册》 PROFINET 通讯的相关章节 。

准备工作

  1. 搭建 Mech-Vision 工程，并设置自动加载当前工程。Mech-Vision 工程的搭建，请参考 Mech-Vision 相关教程。

    ../../../_images/preparation_12.png

  2. 在 Mech-Center 的部署设置中，选择 Mech-Vision ，单击工程路径同步，对已设置自动加载的 Mech-Vision 工程进行编号。

    ../../../_images/preparation_22.png

  3. 搭建 Mech-Viz 工程，并设置自动加载。Mech-Viz 工程的搭建，请参考 Mech-Viz 相关教程。

    ../../../_images/preparation_32.png

    测试所使用的 Mech-Viz 工程中需使用一个任务名称为1的分支任务，如下图所示。

    ../../../_images/preparation_42.png

从 Mech-Vision 获取视觉点

参数设置

  1. 打开使能开关：双击 CameraIO 数据块中 ToCamera/COMM_ENABLE 的监视值，出现切换值弹框，单击 是 。

  2. 设置 Mech-Vision 工程编号（即 Mech-Center 部署设置中 Mech-Vision 工程的 ID）：将 VISION_PROJ_NUM 的监视值设为 1 ，则运行 Mech-Center 部署设置中 ID 为1的 Mech-Vision 工程。

  3. 设置 Mech-Vision 工程返回的位姿数量：将 REQ_POSE_NUM 的监视值设为 0 ，表示 Mech-Vision 返回全部位姿结果。

    ../../../_images/test_vision_12.png

  4. 双击数据块 ObtainPose_DB，依次展开变量分组，单击 全部监视 。

  5. 设定功能块内部触发信号的保持时间，即将 BufferTime 设定为 500MS 。

    ../../../_images/test_vision_22.png

触发 Mech-Vision 工程运行

在 ObtainPose_DB 数据块中，双击 VisionStart 的监视值，触发 Mech-Vision 工程运行，然后将此变量复位。检查 StatusCode 变量的返回值变为1102，则表示工程启动正常。若返回值为10XX，请参考位于 Mech-Center 安装路径下的 Mech-Mind\Mech-Center\mech_interface\documents\CN\ 文件中的 《Mech-Mind-标准接口错误码及故障排查手册》进行错误排查。

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获取 Mech-Vision 计算的位姿结果

在 ObtainPose_DB 数据块中，双击 VisObtainStart 的监视值，获取视觉位置，然后将此变量复位。结果如下图所示，SendPoseNum 值为2，表示获取到2个位姿点。位姿保存在 TargetPose 中，数值为实际值乘10000。

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从 Mech-Viz 获取规划路径

参数设置

  1. 在 ObtainPose_DB 数据块中，触发一次变量 Reset，清除上一次获取的视觉结果，然后将此变量复位。

    ../../../_images/test_viz_12.png

  2. 在 ObtainPose_DB 数据块中,设置 BranchName 的监控值为 1 。

  3. 在 ObtainPose_DB 数据块中,设置 BranchPort 的监控值为 1 ，控制 Mech-Viz 工程执行到分支1时沿出口1继续执行。

    ../../../_images/test_viz_22.png

  4. 在 CameraIO 数据块中，设置 REQ_POSE_TYPE 的监控值为 1 ，设置 Mech-Viz 返回的是关节角数据。

    ../../../_images/test_viz_32.png

触发 Mech-Viz 工程运行

在 ObtainPose_DB 数据块中，双击 VizStart 的监控值，启动 Mech-Viz 工程，然后将此变量复位。检查 StatusCode 变量的返回值变为2103，则表示工程启动正常。若返回值为20XX，请参考位于 Mech-Center 安装路径下的 Mech-Mind\Mech-Center\mech_interface\documents\CN\ 文件中的 《Mech-Mind-标准接口错误码及故障排查手册》进行错误排查。

../../../_images/test_viz_42.png

设置 Mech-Viz 的分支出口

在 ObtainPose_DB 数据块中，双击 BranchSet 的监控值，选择 Mech-Viz 分支出口，然后将此变量复位。检查 StatusCode 变量的返回值变为2105，则表示分支设置成功。若返回值为20XX，请参考位于 Mech-Center 安装路径下的 Mech-Mind\Mech-Center\mech_interface\documents\CN\ 文件中的 《Mech-Mind-标准接口错误码及故障排查手册》进行错误排查。

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获取 Mech-Viz 规划路径

在 ObtainPose_DB 数据块中，双击 VizObtainStart 的监控值，获取 Mech-Viz 的规划路径，然后将此变量复位。结果如下图所示，SendPoseNum 值为10，表示获取到10个位姿点。位姿保存在 TargetPose 中，数值为实际值乘10000。

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