OEM嵌入式通訊模塊與西門子PLC S7-1200通訊測試指南

一、OEM嵌入式通訊模塊介紹

OEM嵌入式通訊模塊是一款適用于工業以太網和現場總線協議的嵌入式IC模塊，利用該模塊可快速又輕松地把您的設備集成到工業網絡中。目前該系列模塊有支持PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、Modbus TCP等實時通信協議。OEM模塊對用戶開放了2種串行接口，包括USART接口（標準Modbus RTU協議）和SPI接口，與主控MCU應用程序交換實時網絡數據，從而將您的設備集成到相應的網絡而無需大量的開發工作。另外該模塊還具備32個引腳的IO信號，可以滿足32個點的數字量IO設計，這32個IO引腳可以任意設置成DI或DO。

二、 案例說明

本案例以OEM模塊標準評估板（主控芯片STM32F103VCT6）結合集成PROFINET從站通訊協議的OEM通訊模塊，及西門子S7-1200 PLC作為PROFINET主站為例，進行關于PROFINET通訊模塊的通訊測試。

2.1 準備工作

① OEM模塊標準評估板

功能說明：

1. 開發板上X1端子，直流24V供電。<X1-1：24V、X1-2：0V >。

2. 本開發板支持2種串行接口，包括USART接口和SPI接口。

3. 本開發板具備32個引腳的IO信號，可以滿足32個點的數字量IO設計。

4. 本開發板對外提供一路RS232信號，用于打印信息。

5. 本開發板主芯片使用STM32F103VCT6，開發例程基于此型號芯片編寫。

6. JP2插針是開發板主芯片的程序燒寫口。

7. 撥動開關S1：撥到ON時，開發板供電；撥到OFF時，開發板斷電。撥動開關S2始終處于OFF狀態。

② 目標系統

西門子PLC S7-1200作為PROFINET主站，PROFINET通訊模塊插在標準評估板上作為從站，通過網線連接兩個設備進行通訊。評估板上的RS232端口與電腦連接，用Modbus Slave軟件查看接收到的來自PROFINET網絡中數據，或者向開發板發送數據從而發送給PLC。

三、 通訊測試

OEM嵌入式通訊模塊的通訊測試實際上包括兩個部分：PLC主站與OEM模塊之間的通訊，以及OEM模塊與評估板之間通過USART（Modbus RTU）或者SPI的數據交互，本示例以USART通訊為例說明。

3.1 基本配置

1） OEM 模塊 J1~J3 全部斷開，開發板撥碼 1~8 全部 OFF；

2） 使用交換機將西門子 PLC、開發板、電腦連到一起，PLC 程序下載到 PLC；

3） 使用RS232 連接線，將電腦與開發板的 DB1 端口連接；

4） 電腦打開 Modbus Slave 軟件，建立連接。

3.2 OEM模塊與PLC通訊

① 導入對應PROFINET通訊模塊的gsd文件到博圖軟件中，便于之后網絡組態與設備配置使用

② 選擇–>添加新設備–>找到并添加所使用的PLC型號，這里以S7-1200為例

③ 找到所導入的GSD文件對應的設備，并添加到設備組態中，并連接PLC與通訊模塊

④ 配置PLC的IP地址與設備名稱（這里使用“自動生成PROFINET設備名稱”）

⑤ 配置OEM模塊的IP地址與設備名稱，這里使用默認的GSD文件中HI-TOP名稱，也可以對設備額外設置其他名稱，但需注意與網絡組態中的一致，否者無法找到設備。

⑥ 在設備視圖中添加輸入輸出模塊，這里分別添加32 bytes input和32 bytes outputs為例

⑦ 選擇“編譯”，檢查是否有報錯：

⑧ 選擇“下載”，在出現的窗口中分配對應的子網，點擊“開始搜索”找到可訪問的設備，并“下載”

⑨ “裝載”配置

⑩ 選擇“轉至在線”可監控網絡狀態，所添加設備后顯示綠色對勾代表通訊狀態正常。

3.3 OEM模塊與評估板通訊

① 狀態機

無論使用USART還是SPI，OEM模塊都作為主站運行，遵循下面的狀態機：

② 數據區定義

根據功能的不同，OEM模塊用到的數據區劃分為5個區域，分別是：通訊信息區、下發數據區、下發參數區、設備信息區、上傳數據區。OEM模塊在“S1 握手”階段讀取設備信息區的數據，由于PROFINET模塊目前未使用此區域的內容，所以用戶僅需要正確回復報文即可，OEM模塊忽略數據值的內容。

下發數據區（4xxxx區 – 10H功能碼）（1000字節）

上傳數據區（3xxxx區 – 04H功能碼）（1000字節）

③ USART通訊

· USART接口波特率支持：9.6Kbps、12Kbps、38.4Kbps、57.6Kbps、115.2Kbps、230.4Kbps、460.8Kbps。

· OEM模塊上電后，在S1握手階段，通過握手報文，OEM模塊可以自動適應用戶的波特率。用戶使用的波特率需要在以上7種波特率之中。

· USART接口數據幀格式：8 個數據位、偶校驗、1 個停止位。

· USART使用標準MODBUS協議。

· OEM模塊做為USART通訊主站，用戶做為USART通訊從站。

· 用戶串口的處理機制：用戶做為標準的MODBUS從站，只需要在收到OEM模塊的報文命令后，按照相應命令回復報文即可。

· 通訊報文約定

A.下發數據

板卡發送：

用戶應答：

B.上傳數據

板卡發送：

用戶應答：

④ Modbus程序示例：

//*******************Modbus數據接收********************//

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校驗

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

{

if( URXDBuf[1] == 0x10 ) // 功能碼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數據發送********************//

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 ;

}

④ 數據交互模型

3.4 數據交互測試

在“PLC變量”中添加需要在線監視或修改的變量，在“監控與強制表”中添加監控表，并添加對應的變量，可進行變量的監測。另外，這里可以通過Modbus Slave軟件監測從站開發板的收發數據。在博途和Modbus Slave可以分別查看相應的收發數據，PROFINET模塊通訊正常，并完成PROFINET數據交互。（注意OEM嵌入式通訊模塊數據區Modbus寄存器地址從0x100開始）