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问题解答
1）简介
与中央 I/O 相比，分布式 I/O 的过程响应时间不
稳定，这是由于 PROFIBUS-DP 协议用于可编程控制
器与现场级分散的 I/O 设备之间的通信，在这种分布
式的自动化体系中有许多小的循环，这些小循环的执
行时间是不一致的，每个循环周期不能保持同步。如
图 10-73 所示为主站 CPU 轮询两个从站的循环。
2）非等时模式
如图 10-73 所示，它包括非等时过程循环 T1～T7。
? T1：读入输入信号的转换时间。
? T2 和 T6：在从站模块背板总线上的循环时间。
? T4：主站 CPU 程序扫描时间。
? T3 和 T5： PROFIBUS-DP 总线上的轮循时间。
? T7：输出信号转换到端子的时间。
从 T1 到 T7 的各个循环时间决定了整个过程的响应时间。如果 CPU 从 ET200S 读入一个
输入信号，再发送给 ET200M 的一个输出，要经过 7 个循环，由于各循环的运行时间不相等且
不同步，循环之间可能有间隔。假设在 ET200S 上接入一个恒定的频率信号，经过 T1～T4，
CPU 中读到的数据可能不是一个恒定值，这是由于整个过程的响应时间是不固定的。各个循环
大体可分为 3 种循环，即用户程序循环、 DP 循环和 I/O 循环。非等时模式如图 10-74 所示。
然而，当今的生产和过程操作（如运动控制和闭环控制）要求更加迅速更加准确的响应
时间，特别是对于 PROFIBUS-DP 这种分布式 I/O 体系，用户需要从输入的响应到 CPU 的处
理、最后输出到端子上有一个确定的时间和相等的时间，通过 PROFIBUS 的等时模式可以实
现这样的功能，时间响应效果甚至比中央 I/O 的还要好。在等时模式下，整个过程的响应时
间是由恒定的 DP 总线循环和同步的单个循环时间构成的，如图 10-75 所示。
图 10-74 非等时模式 图 10-75 等时模式下整个过程的响应
图 10-73 主站 CPU 轮询两个从站的循环238 西门子 PLC 入门经典问答
3）等时模式
等时模式的实现是由 DP 主站发送给从站一个时钟脉冲作为一个全局控制帧（GC），由
它来同步接收和发送从站数据。系统时钟贯穿整个系统，使其有一个恒定的时间间隔，总线
循环时间的固定和各个循环的同步保证了过程响应时间是恒定的，如图 10-76 所示。不仅如
此，与非等时模式相比，由于各个循环的同步，不存在数据读取或发送的周期等待，所以使
响应变得更加迅速。
图 10-76 等时模式
在图 10-76 中， Ti 输入时间可以在 STEP 7 软件中进行设置，它设定了数据输入过程时
间，包括输入信号的转换时间及数据在背板总线上的传送时间，在这个时间内所有的输入数据
刚好传送到从站的接口模块。然后 DP 主站发送全局控制帧（GC）开始 DP 轮询从站，当所有
从站上的数据已经准备好后，触发同步循环中断 OB61，此时开始执行 OB61 中的程序，与此
同时进行上一个周期的 To 过程和下一个周期的 Ti 过程。程序执行完毕，启动新的全局控制
帧，开始新的 DP 循环周期，在 To 时间内输出所有数据到从站的端子上，这样保证主站给所有
从站一个连续等时的响应，这个时间包含了所有主、从之间的数据交换时间，以及从站上信号
的转换和背板总线上数据的传送时间。下面通过一个具体的实例作进一步的说明。
4） PROFIBUS-DP 等时模式通信举例
软件： STEP 7 V5.2
硬件：
? PROFIBUS-DP 主站 S7-400 CPU414-3DP V3.1；
? DP 接口模块 ET200S IM151-1 High Feature；
? DP 接口模块 ET200M IM153-2（带有等时功能）；
? 分布 I/O 模块 DI 2xDC 24V 和 DO 2xDC 24V/2A；
? MPI 网卡 CP5611；第 10 章 PLC 网络通信 239
? PROFIBUS 电缆及接头。
按图 10-77 所示将 CPU414-3DP 集成的 DP 接口、 ET200M IM153-2 及 ET200S IM151-1
High Feature 的 PROFIBUS-DP 接口连接好。
图 10-77 硬件组成
（1）组态 S7-400 主站
打开 SIMATIC MANAGER 软件，在“File”菜单下选择“New”新建一个项目，将该实
例项目命名为 PROFIBUS_ISOCHRONE。在项目屏幕的左侧窗口选中该项目，单击右键选择
“Insert New Object”→“SIMATIC 400 Station”，如图 10-78 所示，可以看到 400 主站已经在
项目屏幕的右侧。
图 10-78 插入 400 文站
双击“Hardware”，在 HW configuration 窗口中按硬件的实际安装顺序组态硬件系统，分
别插入 S7-400 机架、电源和 CPU 模块。在配置 CPU 时会弹出对话框，可对 PROFIBUS 网
络属性进行组态，通过单击 New 新建一条 PROFIBUS 网络→PROFIBUS（1）。在本例中，
将其地址设为 2 号站，单击“Properties”→“Network Settings”，将传输速率设置成
“1.5Mbps”并将总线行规设置成“DP”，单击 OK 按钮确定。配置好的 S7-400 主站如图 10-79
所示。
图 10-79 配置好的 S7-400 主站
（2）组态从站
下面组态 ET200S IM 151-1 High Feature 从站。从右侧硬件列表中选择与产品号相同的
硬件，将其拖动到 DP 总线上，在弹出的对话框中为其设置站地址为 6，按照与组态 ET200S
相同的方法组态 ET200M，按照硬件顺序和产品号配置 ET200M，然后配置站地址为 4。组态
好的整个系统如图 10-80 所示。240 西门子 PLC 入门经典问答
图 10-80 组态好的整个系统
（3）组态等时模式参数
组态完毕后，双击 HW configuration 系统组态窗口中的 CPU414-3DP 一栏，设置 CPU
属性，具体步骤如下。
选择顶部的“Synchronous cycle interrupt”选项卡，参见图 10-81。
图 10-81 选择“Synchronous cycle interrupts”选项卡
设置每一个同步循环中断，如果有 3 个网段，可将 OB61～OB63 都进行配置。在该实例
中，只配置 OB61 即可，指定 DP 主站系统为 1。为了快速更新过程映像区，设置过程映像区
分区为 1，然后为 S7-400 CPU 设置时间延迟，这个延迟是启动 OB 块和全局控制之间的延
迟，它指的是 PROFIBUS-DP 轮询时间中的循环数据交换时间，即刚好与从站数据交换完毕
的时间。
设置 DP 主站系统：在 HW configuration 系统组态窗口中双击 DP 栏，在 DP 主站系统
中激活“the constant bus cycle time”， 如图 10-82 所示。
图 10-82 设置 DP 主站系统第 10 章 PLC 网络通信 241
双击 DP 主站系统，在“General”选项卡下单击“Properties”按钮，在弹出的“Properties
– PROFIBUS”对话框中，选择“Network Settings”选项卡，单击“Options”按钮，如图 10-83
所示。
图 10-83 选择“Network Settings”选项卡
在“Options”对话框中，选择“Constant Bus Cycle Time”选项卡，进行如下设置：激活
“Activate constant bus cycletime”选项，使 PROFIBUS-DP 主站轮询从站的时间为一个固定值，
这也是等时模式下的 DP 轮循方式；激活“Times Ti and To same for all slaves”选项，使所有从
站的 Ti、 To 时间保持一致，如果此处不选择，则要在各个从站上设置，这样各个从站的 Ti、 To
时间可能不一致；其他的保持默认设置，单击“OK”按钮确认，如图 10-84 所示。
图 10-84 进行参数设置242 西门子 PLC 入门经典问答
设置 DP 从站系统：在 OB61 中定义的过程映像区分区为 1，在这里把与等时模式相关的
I/O 模块放在过程映像区分区 1，这样做的目的是为了快速更新 I/O 的映像区。以 ET200M 为
例，设置 I/O 的过程映像区分区，双击 I/O 模块，如图 10-85 所示。
图 10-85 设置 DP 从站系统
选择“Addresses”选项卡，选择过程映像区分区，如图 10-86 所示。
图 10-86 设置映像区分区
完成 I/O 过程映像区分区的设置后，组态每个从站的等时模式，双击 DP 从站图标
（如 IM153-2），在“DP slave properties”对话框中选择“Isochrone Mode”选项卡进行设
置，如图 10-87 所示。
图 10-87 设置等时模式
激活“Synchronize DP slave to constant DP bus cycle time”选项，同时激活支持等时模式第 10 章 PLC 网络通信 243
的 I/O 模块，不支持等时模式的模块将不可选。如果在 DPA&D Service and Support in China
主站不选择“Times Ti and To same for all slaves”选项，则上图每个从站的 Ti、 To 时间要单独
设置， Ti、 To 时间可以不一样，本例中选择“Times Ti and To same for all slaves”。