1. 概述
串口模块ET200S 1SI（订货号：6ES7 138-4DF01-0AB0）是一款用于ET200S上的串口模块，支持两种软件协议（ASCII和3964(R)），通过接线区分可支持三种硬件接口（RS232C、RS422和RS485）。
在Step 7硬件组态中选择模块时，硬件目录中有以下六种版本的模块：
• ASCII （4B）
• ASCII（8B）
• ASCII（32B）
• 3964(R) （4B）
• 3964(R) （8B）
• 3964(R) （32B）
4/8/32字节代表数据传输的吞吐率大小，字节数越大，吞吐率越大，即数据传输越快，但是在ET200S机架上占用的I/O存储区也越多，如果从传输速率考虑，选择32B最快，如果从占用的I/O区最小考虑，选择4B占用最少，根据具体应用要求选择。
模块信息及指示灯含义，如下图1所示。

图1 模块指示灯含义

RS232C、RS422和RS485三种接口通讯的终端模块端子分配和电缆连接，如下图2/3/4所示。

图2-1 RS232C接口终端模块端子分配

 

图2-2 RS232C接口终端模块电缆连接

 

图3-1 RS422接口终端模块端子分配

 

图3-2 RS422接口终端模块电缆连接

 

图4-1 RS485接口终端模块端子分配

 

图4-2 RS485接口终端模块电缆连接

注意：RS485接口内部已经短接，不需要外部短接处理，只要直接连接1，2，8。

2. 软件环境

2.1 STEP7 V5.4 SP5
用于编写S7-300/400程序，此软件需要从西门子购买，本文档中的部分代码使用Step7 V5.4 SP5的软件编写。

2.2 ET200S 1SI 串行接口模块的功能块
STEP 7 软件中不包含ET200s 1SI模块做串口通讯的功能块，需要单独安装一个软件，然后在Libraries下才有ET200sSI的库，功能块可供通讯调用，该软件从以下的链接下载。25358470

2.3 串口调试器
第三方提供的串口调试工具，可以从互联网上免费下载，可用于测试串口通讯。

3. 硬件列表和接线

3.1 硬件列表

CPU	CPU317-2PN/DP	6ES7 317-2EK14-0AB0
ET200S	接口模块	6ES7 151-1BA01-0AB0
	功率模块	6ES7 138-4CA00-0AA0
	1 SI串口模块	6ES7 138-4DF01-0AB0
功率模块的终端模块	TM-P15S23-A0	6ES7 193-4CD20-0AA0
电子模块的终端模块	TM-E15C24-01	6ES7 193-4CA30-0AA0

表1 硬件设备

3.2 硬件接线示意图
以RS232C的方式接线为例说明，1 Si 模块按照RS232C的接线方式连接到电脑的232口，连接示意图如下所示。

图5 硬件结构和接线示意图

4.组态设置和编程

4.1 组态和配置

1．打开STEP7，点击File->New...创建一新项目，项目名称为et200s ASCII。

图6新建项目对话框

2．用鼠标右键点击项目名称，选择Insert New Object->SIMATIC 300 Station，更改站的名称为 317-2PN/DP ，如下图7所示。

图7 插入S7-300站

3. 在硬件组态中按订货号和硬件安装次序依次插入机架、CPU和ET200S标准从站模块，如下图8所示，注意所选串行接口模块为32字节的1SI ASCII （这里仅考虑数据传输的吞吐率，不考虑占用的I/O存储区的大小）。

图8组态硬件

4．双击1 SI ASCII 模块，点击Parameter选项，配置串口通信 参数。

图9 参数分配

本例中，“Interface”设为RS232C接口，勾选断线诊断，流量控制：无。通信波特率：9.6kb/s，数据位：8位，停止位：1位，奇偶效验：无，字符延迟时间：4ms，其他的参数都采用默认设置。注意：设定的参数要和通讯伙伴的相 同。

部分参数说明：

1．接口的选择

图10 接口设置

三种接口中：RS232C和RS422接口可以选择“断线检测”和“数据流量控制” 的功能， RS485/422可以设置“接收线路的初始化状态”。
2．字符桢的格式：支持10位和11位的字符桢格式，包括数据传输的波特率，数据位，停止位和奇偶校验位。
3．接收字符桢结束判断条件

图11 结束判断条件

On expiration of character delay time: 以固定的字符延迟时间为每帧数据的结束方式；
On receipt of end-of-text character: 以结束字符作为每帧数据的结束方式；
On receipt of fixed number of characters: 以固定的字符长度作为每帧数据的结束方式。

4．缓冲区处理方式

图12 缓冲区设置

Dynamic Message frame buffer：如果勾上，模块就可以缓冲多个不同长度的消息；
Prevent message frame buffer overwrite：如果勾上，防止接收到的新消息覆盖缓冲区中的消息桢，这可以防止丢失以前接收到的消息桢；
Delete receive buffer during CPU startup：如果勾上，当CPU的工作模式从STOP切换到RUN（CPU启动）时，模块的接收缓冲区自动清空。
更多关于串口接口模块的组态和参数设置，请参考手册《ET 200S 串行接口模块》第2.9章节的内容，手册链接：9260793

4.2 编程

4.2.1 PLC侧编程

1．程序调用：从库Libraries -> ET200s SI -> ET200S Serial Interface -> ET200s SI中调用功能块，调用发送 FB3（S_SEND）和接收 FB2（S_RCV），并为其分配背景数据块分别为DB30和DB20，将块参数LADDR设为硬件组态中1 SI模块的起始逻辑地址256。

图13 ET200S串口模块的逻辑地址

2．创建发送数据块DB1和接收数据块DB2

图14发送/接收数据块DB1/DB2

3．调用发送功能块
ET200S 1SI 的发送功能块FB3 S_SEND 的参数设置见下表2。

LADDR	硬件组态中串口模块的起始逻辑地址，本例中为256
DB_NO	发送数据块号，本例中为1（DB1）
DBB_NO	发送数据的起始地址，本例中为0（从DB1.DBB0开始）
LEN	发送数据的长度，本例中为10
REQ	发送数据触发位，上升沿触发，本例中为M0.0
R	取消通讯，本例中不用
COM_RST	如果为1 ，重新启动FB，本例中为M0.2
DONE	发送完成位，发送完成且没有错误时为TRUE，
ERROR	错误位，为TRUE说明有错误
STATUS	状态字，标识错误代码，察看ET200S串行接口模块手册获得相应的说明

表2 FB3 S_SEND 的参数定义

 

图15 在程序中调用FB3 S_SEND

4．调用接收功能块
ET200S 1SI的接收功能块FB2 S_RCV的参数设置见下表3。

LADDR	硬件组态中串口模块的起始逻辑地址，本例中为256
DB_NO	接收数据块号，本例中为2（DB2）
DBB_NO	接收数据的起始地址，本例中为0（DB2.DBB0）
LEN	接收数据的长度，本例中为MW4，只有在接收到数据的当前周期，此值不为0 ，需要编程读出
EN_R	使能接收位，本例中为M0.2
R	取消通讯，本例中不用
COM_RST	如果为1 ，重新启动FB，本例中为M0.2
NDR	接收完成位，接收完成并没有错误时为TRUE
ERROR	错误位，为TRUE时说明有错误
STATUS	状态字，标识错误代码，查看ET200S串行接口模块手册获得相应的说明

表3 FB2 S_RCV的参数定义

 

 

图16 在程序中调用FB2 S_RCV

4.2.2 PC机参数设置
参数分配：串口选择COM1（默认），传输波特率为9.6Kb/s， 8位数据位，无校验，1位停止位，这些参数要和ET200s中1SI ASCII模块设置一致，同时将串口调试软件打开。

图17 串口调试软件参数设置

4.3 通讯测试

1．ET200S 1SI发送数据，调试软件接收数据
首先将硬件配置和程序下载到PLC，将DB1中前10个字节设为十六进制的01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 ，然后将FB3的M0.0从FALSE置成TRUE，ET200S将发送数据10个字节数据，可以从串口调试软件的接收字符窗口中看到收到的数据（十六进制），结果如下图18所示。

图18 ET200S 1SI发送数据调试软件接收数据测试结果

2．调试软件发送数据，ET200S 1 SI接收数据
首先将硬件配置和程序下载到CPU中，将FB2的M0.1设为TRUE，使能ET200S 接收。在PC机的串口软件打开，在发送字符输入窗口输入16进制数据1122334455667788 9900，然后点击“手动发送”按钮发送数据，则在PLC侧DB2的前10个字节能接收到数据，接收的长度为10，测试结果如下。

1 PROFINET IO快速启动

1．1 简介
PROFINET 的“快速启动”功能可实现在PROFINET IO 应用中，部件或工具及其 IO 设备（分布式 I/O）随工艺要求进行更换。 通过此快速启动功能，重新启动的预定进程之间的等待时间（几秒钟）缩短为最小。 这加速了具有可移动 IO 设备（分布式 I/O）的生产进程，并能大幅提高生产能力。参见图 1机器人机械手臂。

图 1机器人机械手臂

快速启动是指在具有 RT 和 IRT 通讯的 PROFINET IO 中用于加速 IO 设备（分布式
I/O）启动速度的 PROFINET 功能。它缩短了相应组态的 IO 设备（分布式 I/O）所需要
的时间，以便实现下列情况中快速的循环用户数据交换：

• ® 设备电源恢复后
• ® 该站已经返回后
• ® 激活分布式I/O设备

通过PROFINET快速启动可以缩短分布式I/O的通讯准备就绪的时间到最小500毫秒。 并且该功能适用于RT或IRT。PROFINET快速启动的时间长短依赖于以下几点：

• ® 所使用分布式I/O设备
• ® 分布式I/O设备的IO结构
• ® 分布式I/O设备所用的模块
• ® 所使用IO控制器
• ® 所使用的交换机
• ® 端口设置
• ® 电缆

标准的启动功能，默认状态下的端口连接组态都采用“Automatic settings”的设置。而且使用平行接的电缆来连接IO设备。当一个分布式IO设备返回时，启动过程开始。首先，PROFINET设备端口的自协商和自交叉功能确定传输工作方式的时间大约3秒钟。然后IO控制器会对IO设备进行DCP识别，判断是否存在Device name。如果Device name不存在，IO控制器由于无法识别IO设备，通讯会无法建立。如果Device name存在，会进行ARP识别IP地址是否存在。如果IP地址不存在，那么IO控制器会根据硬件组态的IP地址信息，通过DCP协议给该IO设备设置IP地址。IO控制器会再次发送ARP请求确定IP地址的唯一性。如果存在IP地址，IO控制器开始与IO设备建立连接，写数据记录，控制后数据交换开始。从ARP开始到通讯的建立的时间大约为2秒多钟。所以（如果IP地址存在）标准启动过程的时间大约5秒钟。上述描述仅仅考虑连接较少的IO设备和交换机，特殊的IO设备（例如IWLAN/PB LINK，需要更多的写数据记录的步骤）和交换机的S&F的时间并没有考虑。可见标准的IO设备的启动时间主要花费在自协商和自交叉模式以及IO的连接建立过程。
快速启动则要求禁止端口自协商和自交叉模式，并优化了IO的连接建立过程。在PROFINET IO系统中实现快速启动功能，首先要求分布式IO设备支持快速启动功能，例如ET200S PN从4.0版本开始即支持该功能。IO控制器也要支持该功能，CPU从Firmware版本2.6开始支持快速启动。一个PROFINET IO系统中最多可以组态32个快速启动设备，但是最多只能一次激活8个IO设备实现快速启动。
对于快速启动的设备以及相邻设备的相连端口必须禁止自协商和自交叉模式，然后根据所使用的设备选择交叉或平行接的网线。对于连接相同类型的设备端口应该使用交叉接的网线，例如交换机之间或终端设备之间。参考图 2 相同类型设备之间的使用交叉接的网线。而对于不同类型设备之间则使用平行接的网线，例如交换机和终端设备之间。参考图 3 不同类型设备之间的使用交叉接的网线。新的分布式IO设备，例如ET200S的6ES7 151-3BA23-0AB0以及后续版本，其中第一个端口作为终端设备端口，这样连接不再需要交叉接的电缆只需要平行接的电缆即可。参考图 4 ET200S使用平行接网线串联。

图 2 相同类型设备之间的使用交叉接的网线

 

图 3 不同类型设备之间的使用交叉接的网线

 

图 4 ET200S使用平行接网线串联

如果希望实现 500 ms 的最短启动时间，必须执行下列操作：

• ® 在 STEP 7 中组态 PROFINET 的快速启动功能
• ® IO 设备（分布式 I/O）上的端口设置
• ® 布线取决于互连的 PROFINET 设备
• ® 用户程序中的操作，需要组态Docking站和Docking单元和编写SFC12。

 

2 PROFINET IO FSU组态

2.1 举例
PROFINET IO系统中， CPU319-3PN/DP作为IO控制器，连接SCALANCE X400交换机，机器人手臂连接切换的两个工具都为ET200S。例子参考图 5 快速启动例子。其中通过SCALANCE X414-3E的9.1端口使用平行接的网线连接两台相互切换ET200S的端口1。

图 5 快速启动例子

本例中使用硬件和软件列表如下：

PROFINET设备	订货号	版本	数量
CPU319-3PN/DP	6ES7 318-3EL00-0AB0	2.8	1
SCALANCE X400	6GK5 414-3FC00-2AA2	2.3 2	1
ET200S	6ES7 151-3BA23-0AB0	6.0	2
PM-E	6ES7 138-4CA01-0AA0		2
DO	6ES7 132-4BB01-0AB0		2
DI	6ES7 131-4BD01-0AB0		1
RJ45 Plug	6GK1 901-1BB10-2AA0		4
网线	6XV1840-2AH10
Step7		5.4+SP5

2.1.1 硬件组态
根据实际网络设备，在Step7中进行硬件组态，参考图 6 硬件组态。

图 6 硬件组态

在HW组态画面中，点击PROFINET1号站IM151-3，然后双击0号槽号的X1子槽的PN-IO，弹出PN-IO的属性对话框。使能“Prioritized startup”。点击OK，关闭该对话框。同样方式，给2号站ET200S IM151-3使能快速启动。参考图 7两台ET200S使能快速启动。

图 7两台ET200S使能快速启动

在HW组态画面中，点击PROFINET1号站IM151-3，然后双击0号槽的X1P1子槽的Port1，弹出PN-IO-Port1的属性对话框。选择传输介质和双工模式为“TP/ITP 100Mbps full duplex”，并使能“Disable autonegotiation”，这样就禁止了自协商和自交叉功能。点击OK，关闭该对话框。同样方式，给2号站的ET200S IM151-3的端口1设置同样的方式。参考图 8设置两台ET200S的端口1属性。

图 8设置两台ET200S的端口1属性

对Docking站进行组态。在HW组态画面中，点击PROFINET3号站SCALANCE X414-3E，然后双击9号号槽的X1P1子槽的Port1，弹出PN-IO-Port1的属性对话框。选择传输介质和双工模式为“TP/ITP 100Mbps full duplex”，并使能“Disable autonegotiation”，这样就禁止了自协商和自交叉功能。点击OK，关闭该对话框。参考图 9设置SCALANCE X414-3E的端口9.1属性。

图 9设置SCALANCE X414-3E的端口9.1属性

然后选择SCALANCE X414-3E的端口9的PN-IO-Port1的属性对话框的Topology页面，在Partner Port选项，选择“Alternating partner port”。参考图 10 选择“Alternating partner port”。

图 10 选择“Alternating partner port”

然后还在该对话框中，通过点击Add…按钮，分别加入切换工具的两个ET200S的端口1。参考图 11 加入替换的ET200S端口1。点击OK结束，这样就组态完Docking站。

图 11 加入替换的ET200S端口1

查看组态后的拓扑组态信息。使用鼠标右键点击PROFINET总线Ethernet(1): PROFINET-IO-System(100)，选择“PROFINET IO Topology….”。参考图 12选择PROFINET IO拓扑。

图 12选择PROFINET IO拓扑

弹出拓扑编辑器对话框，选择“Graphic view”可以看见在PROFINET IO系统中的IO设备的连接关系。参考图 13拓扑设备的拓扑连接关系。

图 13拓扑设备的拓扑连接关系

对于PROFINET IO组态通讯，分配Device name等，请参考网上课堂的  72325620。硬件组态完毕后，编译保存并下载到PLC中。

2.1.2 软件组态
打开OB1，在OB1的起始位置编写SFC12，用于激活和禁止IO设备。其中LADDER为16进制ET200S的诊断地址。参考图 14 编写SFC12。然后保存下载OB1到PLC中。

图 14 编写SFC12

这样两个工具之间就可以实现切换，当一个设备禁止时，另外一个设备激活。需要注意的是每次执行SFC12不同的Mode任务时（例如Mode=1，激活IO设备；mode=2，禁止IO设备），REQ必须重新置1。当使用Mode=3或者4时，需要在PLC中下载OB86，否则工具在切换过程中PLC会停止。
当通过CP343-1实现快速启动时，不能使用SFC12。