OEM嵌入式通讯模块与西门子PLC S7-1200通讯测试指南

1 OEM嵌入式通讯模块介绍

OEM嵌入式通讯模块是一款适用于工业以太网和现场总线协议的嵌入式IC模块,利用该模块可快速又轻松地把您的设备集成到工业网络中。目前该系列模块有支持PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、Modbus TCP、CANopen、Profibus、DeviceNet、CC-Link等实时通信协议。OEM模块对用户开放了2种串行接口,包括USART接口(标准Modbus RTU协议)和SPI接口,与主控MCU应用程序交换实时网络数据,从而将您的设备集成到相应的网络而无需大量的开发工作。另外该模块还具备32个引脚的IO信号,可以满足32个点的数字量IO设计,这32个IO引脚可以任意设置成DI或DO。

2 案例说明

本案例以OEM模块标准评估板(主控芯片STM32F103VCT6)结合集成PROFINET从站通讯协议的OEM通讯模块,及西门子S7-1200 PLC作为PROFINET主站为例,进行关于PROFINET通讯模块的通讯测试。

2.1 准备工作

 OEM模块标准评估板

功能说明:

  1. 开发板上X1端子,直流24V供电。<X1-1:24V、X1-2:0V >。
  2. 本开发板支持2种串行接口,包括USART接口和SPI接口。
  3. 本开发板具备32个引脚的IO信号,可以满足32个点的数字量IO设计。
  4. 本开发板对外提供一路RS232信号,用于打印信息。
  5. 本开发板主芯片使用STM32F103VCT6,开发例程基于此型号芯片编写。
  6. JP2插针是开发板主芯片的程序烧写口。
  7. 拨动开关S1:拨到ON时,开发板供电;拨到OFF时,开发板断电。拨动开关S2始终处于OFF状态。

 目标系统

西门子PLC S7-1200作为PROFINET主站,PROFINET通讯模块插在标准评估板上作为从站,通过网线连接两个设备进行通讯。评估板上的RS232端口与电脑连接,用Modbus Slave软件查看接收到的来自PROFINET网络中数据,或者向开发板发送数据从而发送给PLC。

3 通讯测试

OEM嵌入式通讯模块的通讯测试实际上包括两个部分:PLC主站与OEM模块之间的通讯,以及OEM模块与评估板之间通过USART(Modbus RTU)或者SPI的数据交互,本示例以USART通讯为例说明。

3.1 基本配置

1) OEM 模块 J1~J3 全部断开,开发板拨码 1~8 全部 OFF;

2) 使用交换机将西门子 PLC、开发板、电脑连到一起,PLC 程序下载到 PLC;

3) 使用RS232 连接线,将电脑与开发板的 DB1 端口连接;

4) 电脑打开 Modbus Slave 软件,建立连接。

 

3.2 OEM模块与PLC通讯

① 导入对应PROFINET通讯模块的gsd文件到博图软件中,便于之后网络组态与设备配置使用

② 选择–>添加新设备–>找到并添加所使用的PLC型号,这里以S7-1200为例

③ 找到所导入的GSD文件对应的设备,并添加到设备组态中,并连接PLC与通讯模块

④ 配置PLC的IP地址与设备名称(这里使用“自动生成PROFINET设备名称”)

⑤ 配置OEM模块的IP地址与设备名称,这里使用默认的GSD文件中sast名称,也可以对设备额外设置其他名称,但需注意与网络组态中的一致,否者无法找到设备。

⑥ 在设备视图中添加输入输出模块,这里分别添加32 bytes input和32 bytes outputs为例

⑦ 选择“编译”,检查是否有报错:

⑧ 选择“下载”,在出现的窗口中分配对应的子网,点击“开始搜索”找到可访问的设备,并“下载”

⑨ “装载”配置

⑩ 选择“转至在线”可监控网络状态,所添加设备后显示绿色对勾代表通讯状态正常。

3.3 OEM模块与评估板通讯

 状态机

无论使用USART还是SPI,OEM模块都做为主站运行,遵循下面的状态机:

 数据区定义

根据功能的不同,OEM模块用到的数据区划分为5个区域,分别是:通讯信息区、下发数据区、下发参数区、设备信息区、上传数据区。OEM模块在“S1 握手”阶段读取设备信息区的数据,由于PROFINET模块目前未使用此区域的内容,所以用户仅需要正确回复报文即可,OEM模块忽略数据值的内容。

下发数据区(4xxxx– 10H功能码)(最大1000字节)

上传数据区(3xxxx– 04H功能码)(最大1000字节)

 USART通讯

  • USART接口波特率支持:9.6Kbps、12Kbps、38.4Kbps、57.6Kbps、115.2Kbps、230.4Kbps、460.8Kbps。
  • OEM模块上电后,在S1握手阶段,通过握手报文,OEM模块可以自动适应用户的波特率。用户使用的波特率需要在以上7种波特率之中。
  • USART接口数据帧格式:8 个数据位、偶校验、1 个停止位。
  • USART使用标准MODBUS协议。
  • OEM模块做为USART通讯主站,用户做为USART通讯从站。
  • 用户串口的处理机制:用户做为标准的MODBUS从站,只需要在收到OEM模块的报文命令后,按照相应命令回复报文即可。
  • 通讯报文约定

A.下发数据

板卡发送:

用户应答:

B.上传数据

板卡发送:

用户应答:

 Modbus程序示例:

//*******************Modbus数据接收********************//

int user_modbus_deal_rev(void)

{

unsigned int  i , tem_start_adr , tem_num ;

unsigned int tem_crc ;

unsigned char tem_hi , tem_lo ;

tem_crc = modbus_crc( URXDBuf , UART_rev_num-2 );

tem_lo = tem_crc & 0xff ;

tem_hi = (tem_crc>>8) & 0xff ;

//**CRC校验

if( ( URXDBuf[UART_rev_num-2]==tem_hi ) && ( URXDBuf[UART_rev_num-1]==tem_lo ) )

{

if( URXDBuf[1] == 0x10 ) // 功能码10H

{

tem_start_adr = ( URXDBuf[2] << 8 ) + URXDBuf[3] ;

tem_start_adr = tem_start_adr << 1 ;

tem_num = URXDBuf[6] ;

for( i=0 ; i<tem_num ; i++ )

{

modbus_4_data[ tem_start_adr+i ] = URXDBuf[7+i] ;

}

}

user_modbus_deal_txd();

}

 

return 1 ;

}

 

//*******************Modbus数据发送********************//

int user_modbus_deal_txd(void)

{

unsigned int tem , i ;

unsigned int function_code  , tem_start_adr , tem_num1 , tem_num2  ;

function_code = URXDBuf[1] ;

// 04H

if( function_code == 0x04 )

{

tem_start_adr = ( URXDBuf[2] << 8 ) + URXDBuf[3] ;

tem_start_adr = tem_start_adr << 1 ; ַ

tem_num1 = ( URXDBuf[4] << 8 ) + URXDBuf[5] ;

tem_num2 = tem_num1 << 1 ;

for( i=0 ; i<tem_num2 ; i++ )

{

modbus_3_data[ tem_start_adr+i ] = modbus_3_data[ tem_start_adr+i ] + 1 ;

UTXDBuf[3+i] = modbus_3_data[ tem_start_adr+i ] ;

}

UTXDBuf[0] = modbus_adr ;

UTXDBuf[1] = 0x04 ;

UTXDBuf[2] = tem_num2 ;

tem = modbus_crc( UTXDBuf , tem_num2+3 );

UTXDBuf[tem_num2+3] = tem >> 8 ;

UTXDBuf[tem_num2+4] = tem ;

UART_trx_num = tem_num2+5 ;

}

// 10H

else if( function_code == 0x10 )

{

for( i=0 ; i<6 ; i++ )

{

UTXDBuf[i] = URXDBuf[i] ;

}

tem = modbus_crc( UTXDBuf , 6 );

UTXDBuf[6] = tem >> 8 ;

UTXDBuf[7] = tem ;

UART_trx_num = 8 ;

}

UART_trx_ctr = 0 ;

UART_rev_ctr = 0 ;

Modbus_TR_State = TR_TURE ;

for( i=0 ; i<10 ; i++ )

USART_SendData( RTU_USART , UTXDBuf[0] );

monitor_print(UTXDBuf[0]);

return 1 ;

}

 

 数据交互模型

3.4 数据交互测试

在“PLC变量”中添加需要在线监视或修改的变量,在“监控与强制表”中添加监控表,并添加对应的变量,可进行变量的监测。另外,这里可以通过Modbus Slave软件监测从站开发板的收发数据。在博途和Modbus Slave可以分别查看相应的收发数据,PROFINET模块通讯正常,并完成PROFINET数据交互。(注意OEM嵌入式通讯模块数据区Modbus寄存器地址从0x100开始)

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