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操作指南

使用SFC51/SFB52/SFB54诊断PROFINET IO使用入门

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5.0 分
文档编号:A0374| 文档类型:操作指南| 发布时间:2024年02月23日
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西门子全新推出的PROFINET应用越来越广泛,例如烟草行业,冶金领域等。随之而来的,用户面临着如何诊断PROFINET IO系统,如何快速的获取IO设备的状态和详细的故障信息等问题。FB126是一种很好的方式,但是该方式使用不是很灵活,体现在HMI必须使用西门子的WinCC或WinCC Flexible而且编程固定。这里介绍一种更加灵活的方法,就是在Step7中通过编写SFC51/SFB52/SFB54,根据每一个系统功能块的输出结果,灵活的应用在与PLC连接的任意HMI上而且编程灵活。

1 解决方案 1.1 项目介绍 图 1 PROFINET IO网络拓扑,用于SFC51/SFB52/SFB54的诊断。其中CPU319-3PN/DP用做IO控制器,SCALANCE X交换机和ET200S, ET200Eco作为IO设备进行连接。 ......


1 解决方案

1.1 项目介绍
图 1 PROFINET IO网络拓扑,用于SFC51/SFB52/SFB54的诊断。其中CPU319-3PN/DP用做IO控制器,SCALANCE X交换机和ET200S, ET200Eco作为IO设备进行连接。



图 1 PROFINET IO网络拓扑

本例中使用到的主要硬件和软件如下:

名称数量版本订货号
CPU319-3PN/DP1V2.8 6ES7 318-3EL00-0AB0
SCALANCE X2081V4.06GK5 208-0BA10-2AA3
SCALANCE X201-3P IRT1V4.16GK5 201-3BH00-2BA3
IM151-3 PN1V6.16ES7 151-3BA23-0AB0
IM151-3 PN FOC1V4.0 6ES7 151-3BB21-0AB0
PM-E2 6ES7 138-4CA01-0AA0
2DO HF2 6ES7 132-4BB01-0AB0
ET200 eco PN1 6ES7 142-6BG00-0AB0
Step71 V5.4+SP5

1.2 硬件组态
按照1.1中的硬件在Step7中进行组态。然后分配设备名,下载组态数据到CPU319中,具体设置设备名以及完成PROFINET通讯,请参考网站下载中心《S7-300 PROFINET IO 通讯快速入门》72325620


图 2 Step7的硬件组态

其中,“Ethernet(1):PROFINET-IO-System(100)”总线的100表示PROFINET总线的序号。IO设备例如SCALACNE X和ET200上从1到5,表示PROFINET IO的设备号。


2 SFC51诊断

2.1 介绍
系统状态列表(SSL)用于描述可编程逻辑控制器的当前状态。SSL的内容只能通过系统功能进行读取,而不能修改。换言之,部分列表是虚拟列表,只是在有特殊请求时由CPU的操作系统所创建。
SFC 51 “RDSYSST” 系统功能用于读取 “系统状态列表” (简写为SSL),部分列表或 CPU 的 SSL 列表摘录。对于 PROFINET IO,这些 SSL包含了 I/O 模块,PROFINET IO 主站系统或实际控制器的状态信息。当选择所用的、特别是在一个中断或启动 OB 中使用的 SSL ID 时,必须注意的是 SFC 仅能同步执行。如果执行 SFC 之后,Busy 位激活表明几个循环执行一次 SFC,数据还没有完全读出,因此数据是无效的。接收到的系统状态列表数据记录包括了诊断 PROFINET IO 设备上的信息概览。
PN通信部分列表是虚拟列表,只是在有请求时由CPU的操作系统所创建。虚拟列表来自 CPU 内部的PN IO控制器的缓冲区,缓冲区由控制器的启动和ALARM信息进行维护和刷新。
可以使用在PROFINET IO诊断的SSL_ID:

SSL_ID (W#16#...)部分列表(PROFINET)INDEX (W#16#...)
0C91PROFINET接口模块(集成的或外部的)上的模块的模块状态信息逻辑基地址,输出模块 bit15=1
0D91PROFINET中的所有模块的模块状态信息bits 0到10: 站号,bits 11到 14: PN IO系统总线号的后两位, Bit 15: 1
0094PROFINET接口模块(集成的或外部的)上站的预期状态100-115: PN IO系统总线号
0294读取实际的站点是否存在同上
0694读取实际的站点是否出错同上
0794读取实际的站点维护状态同上
0C96PROFINET中的所有模块的模块状态信息逻辑基地址,输出模块 bit15=1

通过SFC51只能获取站或模块的状态信息,例如,丢站,或者该模块有错误,并不能获取模板的故障的详细信息,例如哪一个模板的通道发生断线,短路等。

2.2 编程
这里使用SFC51来读取每一个站点的实际状态,判断该站是否发生丢站故障。在PLC中添加并下载空的OB86,防止测试丢站时,发生CPU停机现象。当然也可以使用OB86来读取每一个IO设备的实际状态,但需要更多的编写程序,关于使用OB86来获取IO站点的状态信息,请参考网站下载中心《使用OB8x诊断SIMATIC PLC(PN) 》87668286


在OB1中加入SFC51,关于参数设置,点击“F1”参考SFC51在线帮助。程序示例如下:

CALL "RDSYSST"REQ :=M0.0SZL_ID :=MW2INDEX :=MW4RET_VAL :=MW6BUSY :=M0.1SZL_HEADER:=DB1.SSL_HEADERDR :=DB1.RECORD

按照上表在变量表中设置SSL_ID=0294 (MW2)和INDEX=16#64 (MW4),其中16进制64的十进制为100,表示PROFINET总线的序号,请参考图 2 Step7的硬件组态。添加要查看的变量,并使能M0.0为1。其中读取到的数据记录个数为1 (DB1.DBW2),该数据记录的长度为258bytes (DB1.DBW0)。DB1.DBW4表示PROFINET总线的序号,这里为100 (64H) 。对于DB1.DBB6为2#0011_1111,其中bit0表示组信息,如果为1,表示至少有一个IO设备与IO控制器进行通讯,如果为0,表示IO站点全部丢失。Bit1~Bit5表示设备号1~5的IO设备的状态,1表示IO设备存在,0表示IO设备丢站。至于其它Bit和高字节中的Bit依次类推,表示对应IO设备的状态。


图 3 根据变量表查看设备状态

根据这些位Bit1~5,可以很方便的在WinCC/WinCC Flexible中或任何第三方与PLC通讯的HMI上进行显示,方便用快速发现和维护现场故障。


3 SFB52诊断

3.1 介绍
SIMATIC S7 诊断数据记录提供了附加的详细信息的诊断性能。系统功能块SFB 52 “RDREC” 用于读取这些数据记录。
调用时,系统功能块对要诊断的站ID进行寻址,并以 INDEX 参数标明要读出的数据记录。这可能是中央机架或分布式组件(PROFIBUS DP或PROFINET IO)中的一个模块。如果没有诊断信息,则系统功能块执行后没有输出。由于 SFB 52 “RDREC” 是一个异步执行的 SFB,即执行过程横跨几个 SFB调用,因此该块只能在循环操作中使用。不能在诊断 OB 或定时中断 OB 中使用。除了出错的精确位置外,SFB 52 诊断数据记录还包含发生错误的类型信息。为了进一步分析,可对该信息进行评估。
在MLEN中指定要读取的最多字节数。目标区域RECORD的选定长度至少应等于
MLEN字节的长度。输出参数VALID如为TRUE,则表明已将数据记录成功传送到目标区域RECORD中。此时,输出参数LEN包含所取得的数据的长度(以字节计)。输出参数ERROR用以指示是否发生数据记录传送错误。如果发生错误,则输出参数STATUS包含错误信息。
该功能块属于状态驱动类型,可以在OB1或者其它循环OB块中调用,用于读取诊断记录或者组态记录等数据记录。
PROFINET IO 设备模型说明了模块化和紧凑型现场设备的结构。 它根据 PROFIBUS DP 的基本特性构建。子模块和 API 的定义已添加至设备模型,以增加 IO 设备的灵活性。
一个 PROFINET IO 设备包括一个或多个“逻辑设备”, 这些设备依次包含一个或多个 API(应用程序进程标识符),至少包含 API 0。
设备的特性通过IO设备的基于XML的GSD(General Station Description)文件来描述。可以通过PROFINET XML Viewer来读取GSDXML文件。
涉及到分级的概念,AP,API,SLOT,SUBSLOT。每个寻址级别都有一组可用的诊断记录和组态记录。 通过记录编号的首字母来区别各记录组的诊断级别,如下图 4 诊断级别。关于PROFINET IO设备模型和诊断的数据记录结构请参考 19289930


图 4 诊断级别

3.2 编程
这里使用SFB52来读取ET200S IM151-3PN FOC站点输出模块的状态,例如断线等,参考图 5 ET200S FOC的硬件组态列表。在PLC中添加并下载空的OB82,防止测试断线故障时,发生CPU停机现象。当然也可以使用OB82来读取IO设备的模块状态信息,但需要更多的编写程序,关于使用OB82来获取IO站点的模块的状态信息,请参考网站下载中心《使用OB8x诊断SIMATIC PLC(PN) 》87668286


图 5 ET200S FOC的硬件组态列表

双击该站的2DO DC24V/0.5AHF模板,设置使能通道0相关的诊断“断线”,参考图 6 ET200S 2DO模块的参数设置。


图 6 ET200S 2DO模块的参数设置

在OB1中加入SFB52,关于参数设置,点击“F1”参考SFB52在线帮助。程序示例如下:

CALL "RDREC" , DB52REQ :=M0.2ID :=MD8INDEX :=MW12MLEN :=MW14VALID :=M0.3BUSY :=M0.4ERROR :=M0.5STATUS:=MD18LEN :=MW22RECORD:=DB2.DB_RECORD

按照需要上表在变量表中设置ID=16#00008002 (MD8)和INDEX=16#800A (MW12),其中8002表示该输出模板的逻辑地址,请参考图 4 ET200S FOC的硬件组态列表。添加要查看的变量,并使能Q2.0为1,此时激活断线故障,DO模板、ET200S FOC接口模板以及CPU的SF灯亮。设置MLEN (MW14) 的数据长度为100,需要大于或等于实际读取到的数据记录的长度,否则无法读到相关的诊断的信息。然后使能M0.2为1,读取到的数据记录如下图 7 诊断数据记录。其中最后一个字DB2.DBW24为16#0006,表示在该站的2 (DB2.DBW10) 号槽,1 (DB2.DB12) 号子槽的通道0 (DB2.DBW20) 发生“断路”故障,参考图 8 ChannelErrorType编码。更多详细的通道故障类型信息,请参考 19289930
也可以更高一级的诊断级别,例如AR级,设置ID=16#00001FDF (MD8) 接口模板的诊断地址和INDEX=16#E00A (MW12) 也可以读取到相同的诊断数据记录,不过由于该级别最高,那么可以获得该站的各个模板和各个通道的详细诊断信息。
根据故障类型的编码,可以很方便的在WinCC/WinCC Flexible中或任何第三方与PLC通讯的HMI上设置诊断信息并进行显示,方便用快速发现和维护现场故障。
需要注意在Step7中调用SFB52时,不要一直触发REQ,也就是说REQ不要一直为1,最好在需要的时候调用该功能块,因为一味的触发会占用PLC更多的资源和占用更多的带宽。


图 7 诊断数据记录


图 8 ChannelErrorType编码


4 SFB54诊断

4.1 介绍
SFB "RALRM" 从外围设备模块(集中结构)或从DP从站或PROFINET IO设备组件
接收中断及其所有相应信息。然后将此信息提供给输出参数。
带有附加详细输出参数中的信息包含被调用OB的启动信息以及中断源的信息。由于要检查外围设备中断,故只能在由CPU操作系统启动的中断OB中调用SFB 54。中断 OB 外的 SFB 54“RALARM” 调用是不推荐的,因为此时不能获取诊断状态的重要信息。

在TINFO和AINFO数据缓存中,AINFO中的USI=16#8000 (WORD 26) 时快速获得诊断的一些重要信息如下:
TINFO 的 WORD 20 站号.
AINFO 的 WORD 4 中断类型
WORD 12 插槽号(SLOT)
WORD 28 通道号(CHANNEL)
WORD 32 出错类型

4.2 编程
这里使用SFB54来捕获ET200S IM151-3PN FOC站点输出模块的中断状态,例如断线等,参考图 5 ET200S FOC的硬件组态列表。在OB82中添加SFB54,用于捕获断线故障。当然也可以使用OB82来读取IO设备的模块状态信息,但需要更多的编写程序,关于使用OB82来获取IO站点的模块的状态信息,请参考网站下载中心《使用OB8x诊断SIMATIC PLC(PN) 》87668286

双击该站的2DO DC24V/0.5AHF模板,设置使能通道0相关的诊断“断线”,参考图 6 ET200S 2DO模块的参数设置。

在OB82中加入SFB54,关于参数设置,点击“F1”参考SFB54在线帮助。程序示例如下:

L #OB82_MDL_ADDRT MD 30CALL "RALRM" , DB54MODE :=1F_ID :=MD30MLEN :=1000NEW :=M1.0STATUS:=MD36ID :=MD40LEN :=MW44TINFO :="TINFO".TINFOAINFO :="AINFO".AINFO

在变量表中添加TINFO和AINFO的数据记录。其中TINFO的WORD20为8005,表示PROFINET总线序号为100的系统中站号5发生故障。根据图 9 AINFO变量表,可知AINFO中的DB4.DBW32为16#0006,表示在该站的2 (DB4.DBW12) 号槽,1 (DB4.DB14) 号子槽的通道0 (DB2.DBW28) 发生“断路”故障,参考图 8 ChannelErrorType编码。更多详细的通道故障类型信息,请参考 19289930



图 9 AINFO变量表

根据故障类型的编码,可以很方便的在WinCC/WinCC Flexible中或任何第三方与PLC通讯的HMI上设置诊断信息并进行显示,方便用快速发现和维护现场故障。

关键词
PROFINET IO, 诊断, 系统功能块, SFC51/SFB52/SFB54



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