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    2024-12-28 09:10:00
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    1.1什么是PROFINET IRT 通信

    PROFINET 是一種在控制器(PLC)和設備(例如SINAMICS S120\V90)之間交換數據的基于以太網的通信協議。

    PROFINET 通信主要有兩種實時形式:

  • RT (RT_Class_1) :通過精簡的通信報文結構,并且基于根據 IEEE 802.1Q 標準,使用 VLAN 優先級為 6 的 VLAN ID 0優先級作為實時消息優先發送。在高網絡流量下,RT通信會出現時間上的抖動或者延遲。

  • IRT (RT_Class_3) :PROFINET IRT 比 PROFINET RT 更進一步,使用IRT等時實時通信專用的硬件芯片,通過相關通信芯片之間的時鐘同步功能,PROFINET IRT網絡設備和 PROFINET 通信節點之間,可以在網絡內約定一個時隙(時間段),在此特定的時間段,僅傳輸重要的循環通信數據。

  • 因此通信周期將分為確定性IRT時隙部分和開放自由使用的標準部分。在確定性IRT通道中傳輸循環時鐘同步實時數據,而在開放通道中傳輸標準以太網數據。

    圖片

    圖 1-1


    此過程的硬件基礎由 ASIC 芯片(ERTEC) 完成。這種 ASIC 涵蓋了實時數據的循環同步和時隙預留功能。通過在硬件中實現這個功能,可以獲得極高的精度,并避免通信延遲。所有IRT通信的設備必須硬件支持IRT功能。

    PROFINET IRT特別適用于高性能的運動控制的需要,例如如下的工業設備: 

  • 包裝機

  • 印刷機

  • 注塑機

  • 木材加工機械

  • 玻璃加工機器等

  • 1.2 什么是等時模式

    當使用S7-1500(T)/SIMOTION 等控制器與SINAMICS 驅動進行IRT數據交換時,通常需要考慮激活等時模式功能,這是為了能夠同步的處理各個驅動的速度、位置或者力矩數值。

    比如在機械凸輪軸的生產過程中,為了確保生產質量,需要對凸輪軸進行測量。為此,在凸輪旋轉過程中,需要對凸輪軸的位置和位移數據進行同步測量。

       

    圖片

    圖 1-2 


    在同?時間點,獲取凸輪軸測量的單個測量值和凸輪軸的當前旋轉?度,以便可以在SIMATIC CPU 中評估、?較以及處理這些測量值。

    在 SIMATIC CPU 中使?等時同步模式功能來實現對測量值的同步采集。該功能允許同時采集 SIMATIC CPU 分布式 IO 的單個模塊上的測量值,并在定義的周期時間內Ti將其傳輸到 SIMATIC CPU。然后可以通過輸出對SIMATIC CPU 中測量值評估的反應,同樣在定義的周期時間內To通過分布式 IO或者驅動器進行運動的調節和處理。


    圖片

    圖 1-3


    因此,應在 PROFINET IO 總線上激活等時同步模式,以用于對時間要求特別嚴格的應用,例如多個驅動器的同步操作或者單驅動的動態伺服控制。它可以確保可重復和定義的過程響應時間,以及同步信號處理,從而實現使用西門子驅動器實現高性能驅動控制。

    1.3工藝對象控制驅動那些設置與等時模式有關

    對于SIMATIC運動控制工藝對象,主要通過OB91 MC-Servo等組織塊實現等時模式數據的同步處理。

  • 添加PLC和驅動器報文當配置PLC的工藝對象時,需要關聯驅動的等時同步的數據:

  • 圖片

    圖 1-4


  • 設置驅動報?的 IO 地址

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    圖 1-5


  • 在組織塊 MC Servo OB91的屬性中將塊的處理設置為與數據總線同步:

  • 圖片圖片

    圖 1-6

     

    可以把MC Servo OB91 的應?程序周期設置為等時同步 PROFINET IO 系統的發送周期時鐘的倍數。即通過發送時鐘周期的整數倍因?設置。對于應?程序周期,可以使?Zui多 14 倍于發送時鐘周期的值,通過這種?式,可以減少 SIMATIC CPU負荷,但是,組織塊 MC Servo 的?例因?過大也會影響?藝對象 Axis 軸控制的響應速度。

  • 通過網絡視圖中的IRT等時同步域設置,可以根據同步數據交換將 IO 站(同步從站)分配給 SIMATIC CPU(同步主站),通過雙擊PROFINET?絡,可以在?絡視圖中訪問同步域的屬性。對于等時同步數據的交換,需要將同步從站上的 RT 類選擇 IRT。

  • 圖片

    圖1-7


  • Zui后需要仔細核對Topology 拓撲視圖中的網絡鏈接關系,因為IRT通信需要依據設備的位置預留通信時隙,因此組態的網絡拓撲必須和實際的拓撲一致:

  • 圖片

    圖 1-8

    2

    故障以及相關處理

    2.1故障描述

    PROFINET IRT通信需要總線上的所有參與者(節點)也必須支持IRT功能以確保正常運行。除此之外,還必須創建正確的IRT通信拓撲,拓撲必須與系統的實際運行的網絡結構相對應。


    如果不滿足這些要求。可能會出現以下錯誤消息:

  • 伙伴錯誤 - 無法檢測到鄰居

  • 伙伴失敗 - 此端口無法進行 IRT通信

  • 無法傳輸數據 - 連接錯誤 - 連接中斷

  • 工藝對象報警 MC-Alarm 431 / 421 / 411:與邏輯地址處設備的通信中斷

  • 生命信號故障A01932/循環通信故障F01910(驅動器)

  • 2.2故障檢查步驟

    2.2.1是否存在不合適的 PN 拓撲/網絡結構設計

  • 不支持IRT的設備

    如果使用了不支持 IRT 通信的設備或者交換機,必須注意,這些設備不得布置在 IRT通信的 參與設備之間,而應盡可能的布置在 PROFINET 網絡的“末端”,或者在單獨的 PROFINET 支線上使用。這也避免了從“外部”影響網絡的問題(由于端口掃描負荷以及不規則的第三方報文等)。

  • 網絡中的交換機
  • 為了優先傳輸PROFINET數據而不是標準以太網,PROFINET RT使用了報文優先級(服務質量/根據 IEEE 802.1q)的功能。PROFINET IO 網絡中使用的交換機必須支持這一功能,因為它們可能通過自己的通信(例如通過廣播數據)對 PROFINET IO 網絡產生負面影響。

    大多數非管理型交換機不支持報文優先級排序。

    而對于 IRT,必須在 IRT 線路中的/IRT 設備之間使用 IRT 專用交換機(PROFINET 一致性 C 級),或者直接鏈接所有IRT通信對象。

    2.2.2  任務周期是否合理

    為了能夠保證等時同步通信,所有通信的參與者(控制器/設備)必須能夠遵守指定的周期完成相應的任務。

    單個報文的失敗或延遲會導致出現錯誤消息,例如生命符號丟失或時鐘故障。

    因此針對任務周期方面導致的故障,可采取的措施有:

  • 在網絡視圖中,增加 PROFINET 總線時鐘

  •  在OB91屬性中延長CPU/應用程序的應用周期因子(相對于總線時鐘增加倍頻)

  • 增加等時模式的 Ti/To 時長

  • 2.2.3 網絡和供電是否存在干擾

    為了避免由于網絡干擾導致的通信錯誤,能夠采取的措施有:

  • 布線時,盡量將低壓/數據線與電源/電機線分開

  • 使用工業級 PROFINET 電纜和 PROFINET 連接器(金屬插頭),并且網線制作規范,安裝牢固。

  • 確保設備的24V供電穩定(無驟降且電壓充足)

  • 2.2.4配置和組態過程是否正確

    通常等時同步的配置需要考慮的因素比較多,因此可以檢查的步驟有:

  • OB91的屬性中的循環時間是否已經和PROFINET網絡同步

  • 驅動的通信報文其IO數據是否已經設置和OB91同步

  • 網絡的拓撲組態是否和實際的完全一致,并且通信的PN設備名稱分配正確一致。網絡中不存在IP沖突和PN設備名稱沖突的現象。對于S120需要避免分配X127接口的名稱和X150沖突。

  • 通信雙方的報文類型和順序是否完全一致,即PLC項目中組態的報文和驅動中組態的一致。

  •  對于S7-1500DT 控制器,需要注意內部集成的驅動時鐘需要設置和PROFINET X150的通信時鐘同步(即SINAMICS Integrated 時鐘系統中“循環時間”選項設置為使用 PROFINET 接口 [X150] 的發送時鐘)。




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