Fakulta elektrotechnická. PROFINET IO pro průmyslové aplikace

ˇ ´ vysoke ´ uc ˇen´ı technicke ´ v Praze Cesk e ´ Fakulta elektrotechnicka ˇ´ıdic´ı techniky Katedra r

´ RSK ˇ ´ PRACE ´ BAKALA A PROFINET IO pro pr˚ umyslov´ e aplikace

Praha, 2007

Autor Jan Doˇ cekal

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem svou bakaláˇrskou práci vypracoval samostatnˇe a pouˇzil jsem pouze podklady ( literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v pˇriloˇzeném seznamu. Nemám závaˇzn´ y d˚ uvod proti uˇzit´ı tohoto ˇskoln´ıho d´ıla ve smyslu § 60 Zákona ˇc.121/2000 Sb. , o právu autorském, o právech souvisej´ıc´ıch s právem autorsk´ ym a o zmˇenˇe nˇekter´ ych zákon˚ u (autorsk´ y zákon).

V Praze dne podpis

i

Podˇ ekov´ an´ı Dˇekuji pˇredevˇs´ım vedouc´ımu bakaláˇrské práce Ing. Pavlu Burgetovi za jej´ı veden´ı. Dále dˇekuji své pˇr´ıtelkyni Michaele Mareˇsové za jazykovou korekturu a spoleˇcnosti Sidat s.r.o. za podporu pˇri studiu.

ii

Abstrakt Tato práce slouˇz´ı jako struˇcn´ yu ´vod do protokolu PROFINET IO. V u ´vodu je samotn´ y protokol popsán. Dále se zab´ yvá popisem produkt˚ u jednotliv´ ych v´ yrobc˚ u jak zaˇr´ızen´ımi typu IO-Controller, tak typu IO-Device, kde je nav´ıc provedeno srovnán´ı cen, které by mˇelo slouˇzit, pˇri návrhu praktické realizace, jako jeden z rozhoduj´ıc´ıch ˇci doplˇ nkov´ ych faktor˚ u pro v´ ybˇer v´ yrobce zaˇr´ızen´ı. Praktická ˇcást realizuje a vyuˇz´ıvá vlastnost´ı protokolu, zvláˇstˇe pak diagnostick´ ych informac´ı. Pro sbˇer procesn´ıch dat je k tomuto u ´ˇcelu realizován OPC server, ke kterému se napsal OPC klient v programovac´ım jazyce C#. Ten kromˇe procesn´ıch hodnot zobrazuje také diagnostické informace.

iii

Abstract This thesis describes briefly communication protocol PROFINET IO in the first chapter. Further are described equipments like the IO-Controller and the IO-Device, where are also compared the prices of them. Furthermore it could be used like a one of more factors by choosing a producer. The practical part is about using this protocol. For monitoring distributed IO’s values are used OPC server and OPC client. Client was written in language C# and contains diagnostic information.

iv

origo zadán´ı

v

Obsah Seznam obr´ azk˚ u

viii

Seznam tabulek

ix

1 PROFINET IO

2

1.1

Popis protokolu PROFINET IO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

1.2

Trh – PROFINET IO Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.2.1

Siemens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.2.2

Phoenix Contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3

1.4

Trh – PROFINET IO Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.1

Siemens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3.2

Phoenix Contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.3.3

WAGO Kontakttechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.3.4

Beckhoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.3.5

Turck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Porovnán´ı PN IO Device . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2 Diagnostika PROFINET IO

22

2.1

Obecné informace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.2

Programové bloky pro diagnostiku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2.2.1

Organizaˇcn´ı bloky (OB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.2.2

Systémové funkce a bloky (SFC a SFB) . . . . . . . . . . . . . 30

3 Praktick´ a realizace 3.1

33

Vzorová instalace s IO-Controllerem v PLC . . . . . . . . . . . . . . 33 3.1.1

Popis instalace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.1.2

Diagnostika pro IO-Controller PROFINET IO . . . . . . . . . 35

3.2

Emulace IO-Controlleru v PC, OPC server . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.3

Implementace OPC klient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 vi

3.3.1

Popis aplikace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.3.2

Popis callback funkc´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4 Z´ avˇ er

46

Literatura

I

A V´ yznam hodnot promˇ enn´ ych OB 83 a 86

II

B V´ ypis funkc´ı a jejich struˇ cn´ y popis

VI

C Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD

IX

vii

Seznam obr´ azk˚ u 1.1

Integrace PROFINET do stávaj´ıc´ıch fiedbus˚ u . . . . . . . . . . . . .

3

1.2

Rozdˇelen´ı aplikac´ı podle poˇzadavk˚ u na ˇcas odezvy . . . . . . . . . . .

4

1.3

Model PROFINET IO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.4

(a) komunikaˇcn´ı procesor CP 443-1 Advanced (b) uˇzit´ı . . . . . . . .

8

1.5

(a) komunikaˇcn´ı procesor CP 1616 (b) uˇzit´ı . . . . . . . . . . . . . . .

8

1.6

PLC Phoenix Contact ILC 390 PN 2TX-IB

1.7

Konektor M12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.1

Rámce pro pˇrenos alarm˚ u – RTA DATA(alarm) . . . . . . . . . . . . 25

2.2

Rámce pro pˇrenos alarm˚ u – RTA ACK . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.3

Rámec pro pˇrenos alarm˚ u – RTA Data(Alarm Ack) . . . . . . . . . . 26

2.4

Sekvence bˇehu alarmu s PROFINET IO . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.1

Konfigurace s´ıtˇe PROFINET IO s PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.2

Ukázka diagnostiky pˇri vysunutém V/V modulu . . . . . . . . . . . . 38

3.3

Ukázka diagnostiky pˇri zasunutém V/V modulu . . . . . . . . . . . . 38

3.4

Diagnostika pˇri pˇreruˇseném kabelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.5

Konfigurace PC stanice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.6

HW-konfigurace pro PC stanici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.7

Okno aplikace OPC klient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.8

V´ ypis chyb v souboru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

viii

. . . . . . . . . . . . . . 10

Seznam tabulek 1.1

Vlastnosti IO-Controller˚ u S300 Siemens . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1.2

Vlastnosti IO-Controller˚ u Siemens CP 343, 443, 1616 . . . . . . . . . 10

1.3

Pˇrehled typ˚ u pˇripojen´ı PLC Phoenix Contact . . . . . . . . . . . . . 11

1.4

Pˇrehled vlastnost´ı PN IO Controller˚ u Phoenix Contact . . . . . . . . 12

1.5

Pˇrehled ostatn´ıch vlastnost´ı Controller˚ u Phoenix Contact . . . . . . . 12

1.6

Vlastnosti PN IO Device WAGO Kontakttechnik . . . . . . . . . . . 15

1.7

Srovnán´ı komunikaˇcn´ıch modul˚ u, 1. ˇcást . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.8

Srovnán´ı komunikaˇcn´ıch modul˚ u, 2. ˇcást . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.9

Srovnán´ı moˇznost´ı modul˚ u jednotliv´ ych v´ yrobc˚ u . . . . . . . . . . . . 20

1.10 Srovnán´ı moˇznost´ı modul˚ u jednotliv´ ych v´ yrobc˚ u . . . . . . . . . . . . 21 2.1

Typy alarm˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2

Typy alarm˚ u (pokraˇcov´ an´ı)

2.3

Lokáln´ı data pro OB83 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.4

Lokáln´ı data pro OB86 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.5

Parametry SFB 54 ”RALRM” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.1

Seznam zaˇr´ızen´ı pro IO-Controller v PLC . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.2

V´ yznam V/V promˇenn´ ych u FB1 ve Step 7

3.3

Seznam zaˇr´ızen´ı pro IO-Controller v PC . . . . . . . . . . . . . . . . 40

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

. . . . . . . . . . . . . . 35

A.1 Události alarm˚ u spouˇstej´ıc´ı OB 83 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III A.2 Události alarm˚ u spouˇstej´ıc´ı OB 83 ( pokraˇcován´ı) . . . . . . . . . . . IV A.3 Události alarm˚ u spouˇstej´ıc´ı OB 86 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ix

V

´ Uvod Tato bakaláˇrské práce se zab´ yvá protokolem PROFINET IO (PN IO). Mapuje souˇcasn´ y trh v´ yrobk˚ u, které protokol podporuj´ı a zároveˇ n demonstruje jeho základn´ı vlastnosti na vzorové instalaci. V prvn´ı ˇcásti práce je popsán struˇcnˇe protokol PROFINET IO. Na základˇe tohoto popisu se vytvoˇril pˇrehled dostupn´ ych zaˇr´ızen´ı souˇcasného trhu a to jak PROFINET IO Controller, tak Device. Nechyb´ı zde ani porovnán´ı tˇechto zaˇr´ızen´ı. D˚ uraz je kladen na nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı vstupnˇe/v´ ystupn´ı (V/V) moduly r˚ uzn´ ych v´ yrobc˚ u souˇcasného trhu. Protoˇze produkty spoleˇcnosti Siemens, vyuˇz´ıvaj´ıc´ı technologii PN IO, pokr´ yvaj´ı vˇetˇsinu evropského trhu, tato kapitola zahnuje i ostatn´ı v´ yrobce, aby bylo moˇzné si vybrat také jinou alternativu a pˇritom zachovat stejnou funkˇcnost poˇzadovaného systému. Obsahem druhé kapitoly je struktura programov´ ych blok˚ u (OB,DB,FB), které jsou uˇzity pro implementaci diagnostick´ ych funkc´ı pro ˇradu Simatic S7-300, jako je napˇr. pˇreruˇsen´ y kabel mezi PLC a periferi´ı. Souˇcást´ı je i ukázka kódu, jak tyto funkce implementovat v jazyce pro PLC – STL 1 . Závˇer práce je zamˇeˇren na implementaci dignostick´ ych funkc´ı pro PLC a do aplikace OPC klient. K tomuto u ´ˇcelu vznikla instalace s PN IO Controllerem s CPU 315-2 PN/DP spol. Siemens. Souˇcást´ı instalace je i náhrada PLC (IO-Controlleru), bˇeˇz´ıc´ıho na PC 2 . Na této stanici je také spuˇstˇen OPC Server, komunikuj´ıc´ı s IOControllerem nejprve pomoc´ı protokolu PROFINET IO, poté pˇres intern´ı rozhran´ı 3 . Aplikace OPC klient, jeˇz je souˇcást´ı této bakaláˇrské práce, vyuˇz´ıvá platformy .NET. Pˇri ˇcten´ı této práce se pˇredpokládá, ˇze ˇctenáˇr je obeznámen se základy jak programován´ı PLC 4 , tak s pr˚ umyslov´ ym ˇr´ızen´ım obecnˇe, dále pak s problematikou poˇc. s´ıt´ı a programován´ı v jazyce C#. 1

Statement List, textov´ y programovac´ı jazyk osahuj´ıc´ı vˇsechny potˇrebné komponenty k vy-

tvoˇren´ı ˇr´ıd´ıc´ıho programu 2 PC Station v HW-konfiguraci 3 V pˇr´ıpadˇe emulace IO-Controller na PC 4 Programmable Logic Controller – programovateln´ y logick´ y automat

1

Kapitola 1 PROFINET IO Tato kapitola se struˇcnˇe zab´ yvá rozborem protokolu PROFINET IO, dále pak popisem zaˇr´ızen´ı typu IO-Controller a následnˇe zaˇr´ızen´ım typu IO-Device, která lze na souˇcasném trhu naj´ıt. Protokol je popsán pouze povrchnˇe tak, aby ˇctenáˇr, po pˇreˇcten´ı této práce, byl seznámen se základy, na kter´ ych protokol PROFINET IO stoj´ı a jaké dalˇs´ı mechanizmy vyuˇz´ıvá. Zaˇr´ızen´ı IO-Device jsou na závˇer kapitoly porovnány, resp. je udˇelán pˇrehled základn´ıch vlastnost´ı, kter´ y by mˇel slouˇzit jako pom˚ ucka pˇri návrhu ˇr´ıd´ıc´ıho systému bez nutnosti hlubˇs´ıho studia dalˇs´ıch materiál˚ u, jako je napˇr. podrobn´ y manuál v´ yrobce.

1.1

Popis protokolu PROFINET IO

Protokol PROFINET je otevˇren´ y komunikaˇcn´ı standard, zaloˇzen´ y mezinárodn´ı organizac´ı PROFIBUS International (PI). Vznik na základˇe stále silnˇejˇs´ı potˇreby vyuˇz´ıt´ı informaˇcn´ıch technologi´ı (IT) pro automatizaci, zaloˇzené na standardech TCP/IP a XML. Tato intergrace v´ yraznˇe zlepˇsuje komunikaˇcn´ı nastaven´ı mezi automatizaˇcn´ım systémem, rozsáhlou konfigurac´ı, diagnostick´ ymi moˇznostmi a ˇsirok´ ymi moˇznostmi s´ıt’ov´ ych sluˇzeb. PROFINET umoˇzn ˇuje integraci do jiˇz existuj´ıc´ıch fieldbus systém˚ u 1 , jako napˇr. PROFIBUS, DeviceNet nebo INTERBUS, bez zmˇen existuj´ıc´ıch zaˇr´ızen´ı/ systém˚ u, vis obr. 1.1. To má za následek ochránˇen´ı jiˇz vynaloˇzen´ ych investic, jelikoˇz se stávaj´ıc´ı systémy, podle potˇreb, rozˇsiˇruj´ı. PROFINET je standardizován normami IEC 61158 a IEC 61784. 1

Obecné oznaˇcen´ı sbˇernic pro automatizaci

2

3

KAPITOLA 1. PROFINET IO

Obrázek 1.1: Integrace PROFINET do stávaj´ıc´ıch fiedbus˚ u (Zdroj [7])

Jako základ komunikace pouˇz´ıvá PROFINET IO Ethernet a také TCP, UDP a IP protokoly. V oblasti IT je de-fakto TCP/IP protokol povaˇzován za standard komunikaˇcn´ıch protokol˚ u. Ale pro intern´ı spolupráci (interoperabilitu) zaˇr´ızen´ı uˇz nestaˇc´ı pouze zajistit komunikaˇcn´ı kanál zaloˇzen´ y na TCP, UDP a IP, protoˇze tyto protokoly representuj´ı jen datovou v´ ymˇenu. Dalˇs´ı protokoly a rozˇs´ıˇren´ı jsou proto potˇrebné nad TCP nebo UDP, tzv. aplikaˇcn´ı protokoly, které zajiˇst’uj´ı spolupráci aplikac´ı. Tato spolupráce aplikac´ı s ostatn´ımi zaˇr´ızen´ımi (field devices) je zajiˇstˇena pouze v pˇr´ıpadˇe, ˇze je zajiˇstˇeno pouˇzit´ı stejného protokolu na obou konc´ıch spojen´ı. Typické aplikaˇcn´ı protokoly jsou napˇr. SMTP (e-mail), FTP (pˇrenos soubor˚ u) a HTTP (Web). Rozd´ılné oblasti aplikac´ı v pr˚ umyslové automatizaci záv´ıs´ı na rozsahu sluˇzeb komunikac´ı. Tento rozsah je dán poˇzadavky aplikace a dˇel´ı se do tˇr´ı základn´ıch skupin : • ˇcasovˇe nekritické aplikace (non-time-critical) • RT aplikace (Real Time) • IRT aplikace (Isochronous RT)

2

Pro ˇcasovˇe nekritické systémy PROFINET IO uˇz´ıvá Non Real Time komunikaci (NRT) se standardn´ım Ethernet mechanizmem pomoc´ı TCP/IP nebo UDP/IP. NRT komunikace vycház´ı z mezinárodn´ıho standardu IEEE 802.3. Tato metoda je hojnˇe vyuˇz´ıvána v procesn´ı automatizaci. 2

Nˇekdy také oznaˇcov´ ano jako hodinovˇe ˇr´ızené (clock-synchronized)


4

Pr˚ umyslové aplikace továrn´ı v´ yroby nˇekdy vyˇzaduj´ı vyˇsˇs´ı nároky na ˇs´ıˇrku pˇrenáˇsen´ ych dat a pˇresnou ˇcasovou synchronizaci. V´ ymˇena dat optimalizovaná pro v´ yrobu je oznaˇcována jako RT (Real Time) komunikace, deterministická a ˇcasovˇe synchronizovaná komunikace jako IRT komunikace (Isochronous RT), která umoˇzn ˇuje ˇcasovou synchronizaci pod 1 ms a pˇresnost jitteru 3 < 1 µs. Rozdˇelen´ı druh˚ u komunikace na základˇe ˇcasov´ ych poˇzadavk˚ u (popˇr. odezvy) naznaˇcuje obr. 1.2.

Obrázek 1.2: Rozdˇelen´ı aplikac´ı podle poˇzadavk˚ u na ˇcas odezvy (Zdroj [8])

Profinet IO rozeznává 3 rozd´ılné typy zaˇr´ızen´ı : • IO-Controller, master tˇr´ıdy DPV 1 v PROFIBUS DP • IO-Device, slave v PROFIBUS DP • IO-Supervisor, master tˇr´ıdy DPV 2 v PROFIBUS DP IO-Controller je obvykle implementován do PLC nebo jiného ˇr´ıd´ıc´ıho poˇc´ıtaˇce. Stará se o ˇr´ızen´ı s´ıtˇe a datové v´ ymˇenˇe mezi jej´ımi u ´ˇcastn´ıky. Pˇri konfiguraci jsou v nˇem uloˇzeny informace o dalˇs´ıch u ´ˇcastn´ıc´ıch s´ıtˇe (IO-Device), které jsou mu podˇr´ızeny. IO-Device – distribuované (vzdálené) V/V jsou pomoc´ı PN IO ˇreˇseny podobn´ ym uspoˇrádán´ım, jako je tomu u protokolu PROFIBUS DP. Uˇzivatelská data ze vˇsech pˇr´ıtomn´ ych zaˇr´ızen´ı jsou periodicky pˇrenáˇsena do procesn´ıho modelu ˇr´ıd´ıc´ıho systému. Model, podle kterého jsou zaˇr´ızen´ı (IO-Device) popsána, se skládá z m´ıst pro V/V moduly, tzv. Sloty, a skupin kanál˚ u, tzv. Subslot˚ u. Pˇri alarmech slouˇz´ı toto rozdˇelen´ı napˇr. k identifikaci jednotliv´ ych pˇreváˇznˇe modulárn´ıch zaˇz´ızen´ı. Vˇsechny moˇznosti konfigurace a technické charakteristiky jsou popsané ve GSD (General Station Description) souborech 4 , zaloˇzen´ ych na bázi XML. 3 4

Odchylka synchronizaˇcn´ıch puls˚ u od referenˇcn´ı hodnoty Tyto soubory jsou dodáv´ any s PN IO Device pˇr´ımo od v´ yrobce

5


IO-Supervisor se na s´ıti objev´ı pˇri konfiguraci nebo monitorován´ı a diagnostice komunikace s´ıtˇe. Protoˇze PROFINET IO vyuˇz´ıvá protokolu IP, maj´ı vˇsechny tˇri typy u ´ˇcastn´ık˚ u pˇridˇelenu svou unikátn´ı IP adresu, pomoc´ı n´ıˇz jsou také na s´ıti identifikovány. PROFINET IO v sobˇe osahuje skupinu protokol˚ u, které disponuj´ı sluˇzbami s následuj´ıc´ımi funkcemi : • Cyklick´ y pˇrenos V/V dat definovan´ ych adresn´ım prostorem IO-Controlleru • Acyklick´ y pˇrenos poruchov´ ych hláˇsen´ı s potvrzován´ım pˇr´ıjmu • Acyklick´ y pˇrenos dat jako jsou parametry, diagnostické u ´daje, atd. Detailnˇejˇs´ı popis tohoto protokolu m˚ uˇze ˇctenáˇr nalézt mimo jiné v [3].

Obrázek 1.3: Model PROFINET IO (Zdroj [3])

1.2

Trh – PROFINET IO Controller

Zde se budeme zab´ yvat popisem dostupn´ ych zaˇr´ızen´ı u ´rovnˇe PROFINET IO Controller na souˇcasném trhu. Vycház´ım z databáze PI

5

certifikovan´ ych produkt˚ u

vˇsech v´ yrobc˚ u, ze které vypl´ yvá, ˇze vedle spol. Siemens dodává na trh IO-Controllery také spol. Phoenix Contact. 5

PROFIBUS International, v´ıce na http://www.profibus.com


1.2.1

6

Siemens

Spoleˇcnost Siemens je hlavn´ım evropsk´ ym v´ yrobcem automatizovan´ ych zaˇr´ızen´ı, proto jejich sortiment obsahuje i jednotky, zahrnuj´ıc´ı standard PROFINET IO. Siemens pˇredpokládá, ˇze zhruba do roku 2012 bude m´ıt PROFINET stejné zastoupen´ı jako PROFIBUS a nav´ıc z dneˇsn´ıch 5-ti fiedbus˚ u se udrˇz´ı 3, vˇc. PROFINETu IO. Na základˇe databáze PInternational jsem jako zástupce PROFINET IO Controller vybral následuj´ıc´ı zaˇr´ızen´ı : ˇ • Rada Simatic S7 300 – CPU 315-2 PN/DP – CPU 317-2 PN/DP – CPU 319-3 PN/DP – CP 343-1 ˇ • Rada Simatic S7 400 – CP 443-1 Advanced ˇ • Rada SIMATIC PG/PC – CP 1616 CPU 315-2 PN/DP, CPU 317-2 PN/DP, CPU 319-3 PN/DP Základn´ı vlastnosti ohlednˇe protokolu PROFINET naznaˇcuje tab. 1.1. Jedná se o IO-Controllery, podporuj´ıc´ı napˇr. ˇr´ızen´ı pohon˚ u (Easy Motion Control) nebo softwarov´ y closed-loop

6

PID regulátor. Programován´ı, hardwarová konfigurace apod.

se realizuje pomoc´ı STEP 7 7 . Rozhran´ı PROFINET IO umoˇzn ˇuje pˇripojen´ı k SIMATIC NET 8 OPC serveru a komunikaci s dalˇs´ımi IO-Controllery nebo IO-Device, které maj´ı vlastn´ı CPU. Vedle distribuovan´ ych PN IO V/V modul˚ u lze tyto CPU rozˇs´ıˇrit vlastn´ımi, kter´ ych m˚ uˇze b´ yt aˇz 32. D´ıky tomu, ˇze tyto PLC jsou vybaveny Proxy PROFINET IO/PROFIBUS DP, lze je zaˇclenit do stávaj´ıc´ıch instalac´ı, které vyuˇz´ıvaj´ı komunikace pomoc´ı PROFIBUS, coˇz má za následek znaˇcnou u ´sporu jiˇz vloˇzen´ ych investic. V závislosti na projektu, lze systém pouze rozˇs´ıˇrit, aniˇz by se musel upravovat stávaj´ıc´ı. 6ˇ

R´ızen´ı pro uzavˇrenou smyˇcku Souˇcást´ı programového bal´ıku Simatic NET 8 SIMATIC NET je programov´ y bal´ık Siemens, zahrnuj´ıc´ı programy nejen pro distribuované 7

ˇr´ızen´ı a komunikaci


7

K programován´ı a diagnostice se vedle PROFINETu IO m˚ uˇze také pouˇz´ıt rozhran´ı MPI, vyuˇz´ıvaj´ıc´ı stejn´ y konektor jako rozhran´ı PROFIBUS. CP 343-1, CP 443-1 Advanced a CP 1616 V tab.1.2 jsou uvedeny základn´ı vlastnosti tˇechto komunikaˇcn´ıch procesor˚ u (CP) s vlastn´ım integrovan´ ym procesorem pro komunikaci, d´ıky ˇcemuˇz odpadá zátˇeˇz ˇr´ızen´ı komunikace na CPU a umoˇzn ˇuje pˇr´ıdavná pˇripojen´ı k jednotce. Z této tabulky také vypl´ yvá, ˇze zaˇr´ızen´ı je moˇzno konfigurovat jako IO-Controller i IO-Device. Verze CP 343-1 je vhodná pro s´ıtˇe s topologi´ı, vyuˇzivaj´ıc´ı dva porty switche 9 , v tomto pˇr´ıpadˇe realizován jako integrovan´ y 2-portov´ y obvod – Real-time Switch ˇ e S7-300 umoˇzn ERTEC 200. Radˇ ˇuje komunikaci s následuj´ıc´ımi zaˇr´ızen´ımi: • Programovac´ı zaˇr´ızen´ı, PC, HMI • Ostatn´ı SIMATIC S7/C7 systémy • SIMATIC S5 programovatelné automaty • PROFINET IO Device • Ne-Siemens zaˇr´ızen´ı CP 443-1 Advanced je komunikaˇcn´ı procesor, umoˇzn ˇuj´ıc´ı pˇripojen´ı ˇradˇe S7-400 do Industrial Ethernetu. Podporuje protokoly TCP/IP, ISO a UDP. Procesn´ı data lze vyˇc´ıst také pˇres webov´ y prohl´ıˇzeˇc (lze spustit WEB server), disponuje sluˇzbami HTTP a FTP. Stejnˇe jako ˇrada 300, tak i pro ˇradu 400 plat´ı, ˇze pomoc´ı toho modelu ji lze pˇripojit k následuj´ıc´ım: • Programovac´ı zaˇr´ızen´ı, PC, HMI • Systémy SIMATIC S5/S7/C7 • PROFINET IO Device • Komponenty PROFINET CBA 9

Pˇrep´ınaˇc, umoˇzn ˇuje pˇripojit v´ıce zaˇr´ızen´ı na jednu s´ıt’, v naˇsem pˇr´ıpadˇe Ethernet/PROFINET


8

Obrázek 1.4: (a) komunikaˇcn´ı procesor CP 443-1 Advanced (b) uˇzit´ı (Zdroj [10])

Obrázek 1.5: (a) komunikaˇcn´ı procesor CP 1616 (b) uˇzit´ı (Zdroj [10])

CP 1616 je PC karta do 32-bit slotu PCI (33/66 MHz), ver. 2.2, plnˇe kompatibiln´ı ˇ r-portov´ s 64-bit PCI-X sbˇernic´ı. Ctyˇ y switch Ethernet je zde realizován pomoc´ı ˇcipu Real-time ASIC ERTEC 400 s podporou ˇr´ızen´ı RT a IRT 10 PROFINET. D´ıky IRT karta umoˇzn ˇuje implementaci pro ˇr´ızen´ı pohon˚ u (Motion Control). V tomto módu 10

Isochronn´ı Real Time komunikace

9


(IRT) lze kartu konfigurovat jen jako IO-Controller, jinak (RT) lze provozovat oba dva typy (IO-Controller i IO-Device). Pro zv´ yˇsen´ı bezpeˇcnosti lze kartu napájet extern´ım zdrojem a v pˇr´ıpadˇe poruchy napájen´ı PC se zachová alespoˇ n funkcionalita switche. Pomoc´ı IO Base User Programming Interface (dále jen IO-Base), coˇz je knihovna jazyka C, lze napsat jednoduchou aplikaci jak pro IO-Controller, tak i pro IO-Device. IO Base je souˇcást´ı programového bal´ıku Simatic NET. Spoleˇcné maj´ı tyto komunikaˇcn´ı jednotky napˇr. automatické pˇrekˇr´ızen´ı (Autocrossover) nebo detekci kabelu (Autosensing). K hardwarové konfiguraci a celkovému pˇr´ıstupu slouˇz´ı programov´ y bal´ık Simatic NET. V´ıce viz [9]. PROFINET IO

10/100 CPU 317-2

Ethernet

ano

ano

Ethernet N/A N/A 10/100

128

14

10/100 CPU 319-3

TCP/IP

max.

Alarmy

max.

ˇ obnoven´ı Cas

ano

zaˇ r´ızen´ı

S7 pˇ ripojen´ı

ano

Max. I/O

Smˇ erov´ an´ı

Ethernet

Ethernet

PG/OP

CPU 315-2

Industrial

Typ

Rozhran´ı

Sluˇ zby/Komunikace

1-512 40 ms

TCP/IP

128

16

1-512 60 ms

max.

TCP/IP

30

ISO-on-TCP

8

1-512 60 ms

UDP Tabulka 1.1: Pˇrehled vlastnost´ı IO-Controller˚ u Siemens ˇrady S300

10

KAPITOLA 1. PROFINET IO Controller

Device

input

output

input

output

area

area

range

range

(kB)

(kB)

(B)

(B)

Submodul˚ u

Device

Max. PN IO

RJ45

Konektory

Typ

(Mbps)

Rychlost

I/O data areas I/O data ranges

CP 343-1

10/100

2

32

1

1

240

240

32

CP 443-1

10/100

4

125

4

4

240

240

x

CP 1616

10/100

4

200

8

8

1440

1440

x

16 IRT Tabulka 1.2: Pˇrehled vlastnost´ı IO-Controller˚ u Siemens – komunikaˇcn´ıch CPU CP 343, CP 443 a CP 1616

1.2.2

Phoenix Contact

Tato spoleˇcnost dodává na trh IO-Controllery ve tˇrech variantách: • ILC 350 PN • ILC 370 PN 2TX-IB • ILC 390 PN 2TX-IB

Obrázek 1.6: PLC Phoenix Contact ILC 390 PN 2TX-IB (Zdroj [4])

11

KAPITOLA 1. PROFINET IO Pro vˇsechny CPU je spoleˇcné programován´ı podle standardu IEC 61131-3

11

.

Doporuˇcen´ y programovac´ı nástroj je PC WorX 3 a jako diagnostick´ y nástroj slouˇz´ı DIAG+ od verze 1.14. Tab. 1.3 dává struˇcn´ y pˇrehled o vˇsech rozhran´ıch, které jednotlivé typy maj´ı. U tab. 1.4 uvád´ım popis vlastnost´ı protokolu PROFINET IO, jako napˇr. typ zaˇr´ızen´ı na tomto protokolu nebo poˇcet konektor˚ u. Co se t´ yˇce PN IO, jednotlivé jednotky se liˇs´ı pouze v poˇctu konektor˚ u RJ45, proto také v tab. 1.4 nejsou jednotlivˇe oddˇeleny vodorovnou ˇcarou. V tab. 1.3 vid´ıme, ˇze konektor RJ45 je uveden jednak u programovan´ı a diagnostiky, jednak u protokolu PROFINET IO, z ˇcehoˇz vypl´ yvá, ˇze pomoc´ı rozhran´ı Ethernet m˚ uˇze PLC ˇr´ıdit s´ıt’ PN IO a zároveˇ n napˇr. sledovat diagnostiku systému. To vˇsak plat´ı pouze pro typy ILC 370 a 390, nebot’ tyto maj´ı dva konektrory RJ45. U verze 350 je nutné vyuˇz´ıt pro programován´ı nebo diagnostiku jin´ ych rozhran´ı (napˇr. RS-232). Tab. 1.5 udává vlastnosti dalˇs´ı standardizované sbˇernice INTERBUS

12

, kde je

rozd´ıl˚ u v´ıce. Rozhran´ı Typ ILC 350

INTERBUS Master

Slave

Diagnostika

10/100

Inline data

x

RS-232-C, PS/2,

RJ45

jumper ILC 370 ILC 390

Programov´ an´ı, Ethernet

RJ45

Inline data

D-SUB-9

RS-232-C, PS/2,

jumper

female/male

RJ45

Inline data

D-SUB-9

RS-232-C, PS/2,

jumper

female/male

RJ45

RJ45 RJ45

Tabulka 1.3: Pˇrehled typ˚ u pˇripojen´ı PLC Phoenix Contact 11

Tˇret´ı ˇcást otevˇreného standardu IEC 61131, definuj´ıc´ı grafické a textové programovac´ı jazyky,

v´ıce na http://www.iec.ch nebo viz [14] 12 Sbˇernice, vyvinutá spol. Phoenix Contact a standardizovaná podle EN 50254 a IEC 61158,v´ıce na http://www.interbusclub.com nebo viz [12]

12


Rychlost

Konektor

Poˇ cet

ˇ obnoven´ı Cas

ILC 350 ILC 370

Ethernet

10/100

RJ45

1

min.

10Base-T

Mbps

female

2

1

2

ms

Specifikace

Typ

Typ

Rozhran´ı

PROFINET IO

Controller ver. 1.1

ILC 390

100Base-TX

Tabulka 1.4: Pˇrehled vlastnost´ı PN IO Controller˚ u Phoenix Contact

ˇ ızen´ R´ ych u ´ loh

Datov´ a pamˇ et’

NVRAM

16

2 MB

64 kB

ILC 370

Master/Slave

63

512

8192

16

4 MB

96 kB

ILC 390

Master/Slave

63

512

8192

16

4 MB

96 kB

(max.)

8192

I/O uzl˚ u

512

(max.)

63

zaˇ r´ızen´ı

Master

termin´ al˚ u

ILC 350

Poˇ cet

Typ

Typ

Podporovan´ ych

INTERBUS

Tabulka 1.5: Pˇrehled ostatn´ıch vlastnost´ı Controller˚ u Phoenix Contact

1.3

Trh – PROFINET IO Device

Obsahem této kapitoly je popis vˇsech dostupn´ ych zaˇr´ızen´ı souˇcasného trhu na u ´rovni PROFINET IO Device. Zde jsou to zaˇr´ızen´ı hlavnˇe Siemens, ale také PHOENIX CONTACT, WAGO Kontakttechnik, Beckhoff a TURCK. D˚ uraz je kladen pˇredevˇs´ım na V/V moduly 12–24 V DC a jen okrajovˇe jsou uvedeny speciáln´ı a dalˇs´ı. U kaˇzdého v´ yrobce jsou struˇcnˇe popsány zvláˇst komunikaˇcn´ı jednotky a V/V moduly samotné.


1.3.1

13

Siemens

Komunikaˇ cn´ı modul – IM151-3 PN Jedná se o komunikaˇcn´ı modul distribuovaného systému ET200S pro pˇripojen´ı do s´ıtˇe PROFINET IO. Vedle standardn´ı verze je k dispozici jeˇstˇe varianta IM151-3 PN HIGH FEATURE, která pracuje s PROFIsafe F moduly 13 . Toto rozhran´ı vyˇzaduje ˇ ıd´ı vˇsechny datové v´ ke své práci MMC kartu. R´ ymˇeny sv´ ych modul˚ u s PROFINET IO Controllerem. Je vybaveno dvˇema konektory RJ45, vhodné pro zaˇclenˇen´ı do s´ıtˇe se sbˇernicovou topologi´ı. Instalace se provád´ı pˇr´ım´ ym uchopen´ım na DIN liˇstu. Diagnostická indikace pomoc´ı LED : • Chyby modul˚ u (Group error) • Chyba sbˇernice a zdroje napˇet´ı • Pˇripojeno k s´ıti a komunikace RX/TX V/V moduly Pro digitáln´ı V/V (DI, DO) Siemens nab´ız´ı 2, 4 a 8 kanálové moduly. Ty se od sebe liˇs´ı u ´rovnˇemi napˇet´ı a proudu na vstupu, resp. na v´ ystupu. Co se t´ yˇce analogových vstupn´ıch modul˚ u (AI), ty maj´ı v závislosti na svém typu 2 nebo 4 kanály. Jsou urˇceny jak pro mˇeˇren´ı proudu a napˇet´ı, tak pro mˇeˇren´ı napˇr. teploty. Rozliˇsen´ı A/D pˇrevodn´ıku urˇcuje kvalitu zpracován´ı signálu a pro nenároˇcné aplikace (Standard) je 13-bit, zat´ımco v pˇr´ıpadˇe, kdy je poˇzadována zv´ yˇsená pˇresnost disponuj´ı rozliˇsen´ım 15-bit. Vedle tˇechto je k dispozici jeˇstˇe ˇrada technologických modul˚ u, jako napˇr. pulsn´ı generátor, ˇcasovaˇc, generátor pro krokov´ y motor nebo dekodér inkrementáln´ıho senzoru. Celkov´ y pˇrehled je obsahem tab. 1.9.

1.3.2

Phoenix Contact

Phoenix Contact nab´ız´ı PN IO Device jako distribuovan´ y V/V systém, stupnˇe ochrany IP20, ve dvou variantách: • ILB PN 24 DI16 DIO16-2TX, pevnˇe stanoven´ y poˇcet V/V • FL IL 24 BK-PN-PAC, moˇznost v´ ybˇeru modul˚ u 13

Vyˇsˇs´ı stupeˇ n kryt´ı – aˇz IP67


14

Komunikaˇ cn´ı modul – ILB PN 24 DI16 DIO16-2TX Jedná se o blok digitáln´ıch V/V na 24 V DC. Poˇcet vstup˚ u je dˇelen na 16 pevnˇe stanoven´ ych a zbyl´ ych 16 voliteln´ ych. Pˇripojen´ı senzor˚ u, ˇcidel ˇci akˇcn´ıch ˇclen˚ u je jak dvou, tak tˇr´ı vodiˇcové. Doba odezvy je typicky 500 µs. Poˇcet v´ ystup˚ u je volnˇe voliteln´ y (max. vˇsak 16) a zp˚ usob pˇripojen´ı pouze dvouvodiˇcovˇe. Proudové zat´ıˇzen´ı na jednotliv´ y v´ ystup nesm´ı pˇresáhnout 500 mA. Komunikaˇ cn´ı modul – FL IL 24 BK-PN-PAC FL IL 24 BK-PN-PAC je modulárn´ı komunikaˇcn´ı jednotka s max. 63 pˇripojiteln´ ymi zásuvn´ ymi moduly, s maximáln´ım povolen´ y proudem pro logické moduly 2 A na 7.5 V a pˇri analogov´ ych 0.5 A pˇri 24 V . Pro diagnostiku slouˇz´ı dvoucifern´ y sedmisegmentov´ y displej a LED pro: • Indikaci komunikace (UL ) • Napájen´ı hlavn´ıho obvodu (UM ) • Chyby modul˚ u (Group error) • Chybu sbˇernice (bus error, BF), kolize (COL) • Pˇripojeno k s´ıti (LNK), vys´ılán´ı (XMT) a pˇr´ıjem (RCV) dat V/V moduly Digitáln´ı V/V moduly jsou standartnˇe na napˇet´ı 24 V DC, ev. 240 V AC. U DO modul˚ u jsou k dispozici dvˇe varianty pro v´ ystupn´ı proud: bud’ 500 mA nebo 2 A. Pˇripojen´ı lze volit 1, 2, 3 nebo 4-vodiˇcové. V pˇr´ıpadˇe analogov´ ych modul˚ u se vstupy daj´ı pouˇz´ıt pro mˇeˇren´ı teploty bud’to odporov´ ym termistorem, nebo termoˇclánkem s 2, 3 nebo 4 vodiˇci. V´ ystupn´ı proudová smyˇcka u AO modul˚ u je podle potˇreby 0– 20 mA, 4–20 mA a rozsah napˇet´ı 0–10 V nebo ±10 V . Pro zjiˇst’ován´ı polohy pomoc´ı dekodéru IRC senzoru nebo generovan´ı PWM slouˇz´ı funkˇcn´ı moduly, v´ıce viz [4].

1.3.3

WAGO Kontakttechnik

Komunikaˇ cn´ı moduly 750-340 a 750-370 WAGO Kontakttechnik nab´ız´ı na trhu dvˇe varianty komunikaˇcn´ıho pˇrevodn´ıku. Tab. 1.6 udává rozd´ıly. Spoleˇcné maj´ı univerzálnost rozˇriˇruj´ıc´ıch modul˚ u, které na

15


nich nejsou závislé a mohou b´ yt jak analogové, nebo speciáln´ı, tak digitáln´ı. Jednotka automaticky vytváˇr´ı lokáln´ı obraz procesn´ıch dat, kter´ y na základˇe zásuvného modulu pos´ılá informace nadˇrazenému ˇr´ıd´ıc´ımu systému (IO-Controlleru), v pˇr´ıpadˇe analogov´ ych nebo speciáln´ıch periferi´ı jsou data pˇrenáˇsena jako slova (Words) nebo byty, pro digitáln´ı moduly se informace pos´ılaj´ı bit po bitu.

prodlouˇ zen´ım

se sbˇ ernicov´ ym

Poˇ cet modul˚ u

RJ45

Typ

Konektor˚ u

Max. d´ elka obrazu Sp´ınac´ı kontakty

Napˇ et´ı

Proud

Vstup

V´ ystup

(max.)

(max.)

750-340

1

64

250

2 kB

2 kB

24

10

750-370

2

64

128

320 B

320 B

24

10

Tabulka 1.6: Pˇrehled vlastnost´ı PN IO Device WAGO Kontakttechnik – komunikaˇcn´ı jednotky

V/V moduly Vedle standardn´ıch digitáln´ıch a analogov´ ych V/V modul˚ u, popsan´ ych v tab. 1.9, spoleˇcnost nab´ız´ı také speciáln´ı, jako napˇr. horn´ı/doln´ı ˇc´ıtaˇce, pulsnˇe-ˇs´ıˇrkové modulátory, inkrementáln´ı dekodéry a jiné.

1.3.4

Beckhoff

Komunikaˇ cn´ı modul BK9103 Tento modul automaticky rozpoznává terminály, které jsou k nˇemu pˇripojeny a také provád´ı pˇriˇrazen´ı slov (Words) jednotliv´ ym vstup˚ um a v´ ystup˚ um. Pˇrenosové rychlosti 10/100 Mbps detekuje také automaticky. BK9103 je vybaven tˇremi konektrory RJ45, z toho dva jsou vyuˇzitelné pro komunikaci. D´ıky tomu se jednotka m˚ uze pouˇz´ıt do s´ıtˇe se sbˇernicovou topologi´ı, nam´ısto hvˇezdicové, coˇz v nˇekter´ ych aplikac´ıch m˚ uˇze znaˇcnˇe sn´ıˇzit poˇzadavky na kabeláˇz. D´ıky dvˇema konektor˚ um RJ45 se také nab´ız´ı moˇznost spojit jednotky kaskádnˇe, do 20-ti kus˚ u. Protoˇze maximáln´ı délka kabelu mezi dvˇema moduly je 100 m, lze tak vytvoˇrit linku dlouhou aˇz 2 km.


16

V´ yrobce pro konfiguraci uvád´ı softwarovou sadu KS2000, pomoc´ı n´ıˇz lze konfigurovat vsˇechny zásuvné moduly podle potˇreby. Detailnˇejˇs´ı informace obsahuj´ı tab. 1.7 a 1.8. V/V moduly Bˇeˇzné V/V moduly analogové a digitáln´ı jsou uvedeny v tab. 1.10. Vedle toho teké Beckhoff disponuje speciáln´ımi moduly napˇr. pro mˇeˇren´ı polohy (IRC dekodéry).

1.3.5

Turck

Komunikaˇ cn´ı modul BL67 Gateway-EN-PN Jedná se o jednotku, která je souˇcást´ı ˇrady modulárn´ıch systém˚ u BL67 se stupnˇem kryt´ı IP67. K tomu je upraven i konektor pro rozhran´ı PROFINET – M12, 4-pólov´ y s D kódován´ım. Gateway BL67 tvoˇr´ı nejd˚ uleˇzitejˇs´ı prvek stanic BL67. Vˇsechny elektronické moduly BL67 komunikuj´ı pomoc´ı intern´ı sbˇernice, ze které jsou data dále pˇredávána na sbˇernici pomoc´ı Gateway BL67, takˇze vˇsechny V/V moduly mohou b´ yt nezávislé na sbˇernicovém systému. V´ıce informac´ı je uvedeno v tab. 1.7 a 1.8.

Obrázek 1.7: Konektor M12 pro komunikaci po PN IO se stupnˇem kryt´ı IP67 (Zdroj [5])

V/V moduly Elektronické moduly ˇrady BL67 slouˇz´ı pro pˇripojován´ı digitáln´ıch, analogov´ ych a teplotn´ıch signál˚ u, RS232/485/422 a SSI rozhran´ı. V´ıce uvád´ı tab. 1.10.


1.4

17

Porovn´ an´ı PN IO Device

Kap. 1.3 struˇcnˇe popisuje komunikaˇcn´ı moduly tak, jak je prezentuje jejich v´ yrobce na sv´ ych oficiáln´ıch webov´ ych stránkách. Obsahem této kapitoly je srovnán´ı základn´ıch vlastnost´ı v´ yˇse popsan´ ych jednotek tak, aby pˇri návrhu automatizovaného systému s komunikac´ı PROFINET IO bylo moˇzno porovnat základn´ı vlastnosti. Porovnán´ı je opˇet rozdˇeleno na komunikaˇcn´ı rozhran´ı a rozˇsiˇruj´ıc´ı V/V moduly samotné. Za základn´ı vlastnosti komunikaˇcn´ıho interface je povaˇzován poˇcet konektor˚ u 14 a poˇcet V/V (bud’ pˇr´ımo jako poˇcet rozˇsiˇruj´ıc´ıch modul˚ u, nebo jako velikost adresn´ıho prostoru, kter´ y je dán obrazem procesn´ıch dat a kter´ y je modul schopen maximálnˇe zpracovat), coˇz je obsahem tab. 1.7. Jako dalˇs´ı vlastnosti, uvedené v tab. 1.8, jsou napájen´ı, stupeˇ n kryt´ı a dalˇs´ı podporované protokoly. Moduly nejsou závislé na pouˇzité sbˇernici/rozhran´ı (stejn´ y modul m˚ uˇze obsahovat jak systém, zaloˇzen´ y na komunikaci PROFIBUS DP, tak PROFINET IO). Z tohoto d˚ uvodu je popis zamˇeˇren na poˇcet V/V a u ´rovnˇe jejich napˇet´ı nebo proudu, na které jsou urˇceny. V poznámce tab. 1.9 resp. tab 1.10 jsou uvedeny upˇresˇ nuj´ıc´ı informace, napˇr. spoleˇcnost Siemens disponuje moduly dvoj´ı verze : Standard – urˇcena pro bˇeˇzné aplikace, High-feature – nacház´ı uˇzit´ı v pˇr´ıpadech s vysok´ ymi nároky na pˇresnost a rozliˇsen´ı mˇeˇren´ı (zvláˇstˇe analogové moduly). V poznámce je dále udevedeno, jak´ ym zp˚ usobem se moduly do systému zapojuj´ı (kolika vodiˇcové pˇripojen´ı). Pro pˇr´ıpad analogov´ ych vstup˚ u je také uvedeno, jaké moduly a s kolika kanály jsou urˇceny pro mˇeˇren´ı teploty, vˇc. zp˚ usobu tohoto mˇeˇren´ı (termoˇclánky, odporové termistory). 14

Pˇri vyˇsˇs´ım poˇctu neˇz jedna je jednotka vybavena switchem

18

KAPITOLA 1. PROFINET IO Moduly

Adresn´ı

kapacita

Poˇ cet

Adresn´ı

kapacita

Poˇ cet

2

256 B

×

256 B

×

×

16 + 16

×

16

63

4 slova

63

(nezávislé

(words)

(nezávislé

/slot

na smˇeru)

/slot

na smˇeru)

2 kB

×

2 kB

×

320 B

×

320 B

×

512 B

analog. 256

512 B

analog. 256

Typ Siemens IM151-3 PN

(RJ45)

Pheoenix Contact

2

ILB PN 24

(RJ45)

libovolnˇe

DI16 DIO16-2TX Pheoenix Contact FL IL 24 BK-PN-PAC

V´ ystup

Konektory

Vstup

(max. 32) 1

4 slova

(RJ45) (words)

WAGO Kontakttechnik

1

750-340

(RJ45)

WAGO Kontakttechnik

2

750-370

(RJ45)

Beckhoff

2

BK9103

(RJ45)

Turck

1

BL67 Gateway-EN-PN

(M12)

digital. 512 ×

×

digital. 512 ×

Tabulka 1.7: Srovnán´ı komunikaˇcn´ıch modul˚ u, 1. ˇcást

×

19


Siemens – IM151-3 PN

24 DC 250

ochrany

Stupeˇ n

Proud [mA]

Typ

Napˇ et´ı [V]

Nap´ ajen´ı

IP20

Podporovan´ e

Cena

protokoly

[EU R]

PROFINET IO TCP/IP

Pheoenix Contact

24 DC

60

IP20

ILB PN 24 DI16 DIO16-2TX

PROFINET IO

365

SNMP,TCP/IP FTP client

Pheoenix Contact

24 DV 100

IP20

FL IL 24 BK-PN-PAC

PROFINET IO

322

TCP/UDP SNMPv2, HTTP ICMP (ping)

WAGO Kontakttechnik

24 DC 500

IP20

750-340

PROFINET IO

436

HTTP, FTP DHCP, DNS SNTP, SNMP

WAGO Kontakttechnik

24 DC 500

IP20

PROFINET IO

750-370

TCP/IP,SNMP

(nedostupná ˇ v CR)

DCP,LLDP

Beckhoff

TCP/IP 24 DC 500

IP20

BK9103 Turck BL67 Gateway-EN-PN

x

PROFINET IO

265

TCP/IP 24 DC 600

IP67

PROFINET IO TCP/IP,DHCP

Tabulka 1.8: Srovnán´ı komunikaˇcn´ıch modul˚ u, 2. ˇcást

430

20

KAPITOLA 1. PROFINET IO Poˇ cet Typ

kan´ al˚ u

U [V]

I [A]

Pozn´ amky

Siemens DI

2, 4, 8

24 DC

-

Standard i High Feature

DI

2

120, 240 AC

-

Standard

DO

2, 4, 8

24 DC

0.5, 2


DO

2

24–240 AC

-

Standard

AI

2

35 DC

-

Standard, High Feature 2, 3 i 4 vodiˇcové pˇripojen´ı odporov´ ych senzor˚ u (Pt100) a termoel. ˇclánk˚ u

AO

2

15 DC

50 mA


Phoenix Contact DI

2, 4, 8

24 DC

0.5, 2

1, 2, 3 a 4-drátové pˇripojen´ı

120,230 AC

-

3-drátové pˇripojen´ı

16,32 DI

1 16,32

DO

2, 4, 8

24 DC

0.5, 2

2, 3 a 4-drátové pˇripojen´ı

DO

1a4

12–240 AC

0.5, 2


AI

2, 3

±10

0-20 mA

2, 3 a 4-drátové pˇripojen´ı

4, 8

0–10

4–20 mA

AI

4, 8

-

-

pro pˇripojen´ı termoˇclánk˚ u

AI

6

-

-

pro odpor.termistory

WAGO Kontakttechnik DI

2, 4, 8

DI

2, 4

DI

2

DO

2, 4, 8

DO

2

AI

24 DC

-

1, 2, 3-drátové pˇripojen´ı

24, 48 AC/DC -

2, 3-drátové pˇripojen´ı

120, 240 AC

-

2–4-drátové pˇripojen´ı

24 DC

0.5, 2


230 AC/DC

0.3, 0.5


2, 4

10

-

AI

2, 4

-

0–20, 4–20 mA

AI

2

-

1, 5 A

AI

2, 4

-

-

pˇripojen´ı termoˇclánk˚ u a odpor.termistor˚ u

Tabulka 1.9: Srovnán´ı moˇznost´ı modul˚ u jednotliv´ ych v´ yrobc˚ u

21

KAPITOLA 1. PROFINET IO Poˇ cet Typ

kan´ al˚ u

U [V]

I [A]

Pozn´ amky

Beckhoff DI

2, 4, 8, 16 24 DC

-


32, 64 DI DO

2

120/240 AC -

2, 4, 8, 16 24 DC


0.5, 2


32, 64 DO

2, 4

230 AC

16


DO

2

24 DC

0.1, 1.5

generátor PWM

AI

1, 2, 4, 8

0–10/±10

0–20/4–20 mA 1, 2-drátové pˇripojen´ı

AI

1, 2, 4

-

-

pˇripojen´ı termoˇclánk˚ u a odpor.termistor˚ u

AI

2

AI

1, 2

400 AC

-

pro mˇeˇren´ı 3-fáz. v´ ykonu

-

-

diferenˇcn´ı mˇeˇren´ı tlak˚ u, absolutn´ı mˇeˇren´ı tlak˚ u

AO

1, 2, 4, 8

0–10/±10

0–20/4–20 mA 3, 4-drátové pˇripojen´ı Turck

DI

4, 8

24DC

-


DO

4, 8

24 DC

0.5


AI

2, 4

0–10/±10


AI

2

-

-

termistory Pt100, 200,500 a 1000, Ni100 a Ni1000

AI

2

-

-

pro termoˇclánky

AO

2

0–10/±10


Tabulka 1.10: Srovnán´ı moˇznost´ı modul˚ u jednotliv´ ych v´ yrobc˚ u (pokraˇcován´ı)

Kapitola 2 Diagnostika PROFINET IO Protoˇze implementace diagnostiky PROFINET IO se op´ırá o strukturu programov´ ych blok˚ u, je obsahem této kapitoly, vedle popisu samotné diagnostiky, také ˇ aˇr by zde mˇel nalézt vysvˇetlen´ı pouˇzitého postupu pˇri realizaci jejich popis. Cten´ této diagnostiky do PLC Simatic ˇrady S 300, popsané v kap. 3.

2.1

Obecn´ e informace

PROFINET IO podporuje jednotnou diagnostickou koncepci, která umoˇzn ˇuje u ´ˇcinnou lokalizaci poruch a jejich odstranˇen´ı. Pˇri vzniku poruchy vyˇsle pˇr´ısluˇsná ˇr´ızená V/V jednotka diagnostické pˇreruˇsen´ı do ˇr´ıdic´ı jednotky. Pˇreruˇsen´ım se vyvolá ˇ ızená pˇr´ısluˇsn´ y podprogram (v uˇzivatelském programu) pro reakci na poruchu. R´ V/V jednotka generuje diagnostické pˇreruˇsen´ı téˇz pˇri poruˇse na pˇrenosovém kanálu. Pro pˇrenáˇsen´ı chybov´ ych hláˇsen´ı (alarm˚ u) slouˇz´ı jeden ze 3 typ˚ u komunikaˇcn´ı relace (CR), tzv. Alarm CR. Jedná se o acyklické pˇrenáˇsen´ı informac´ı vzniklé události.

Alarm CR IO-Device vys´ılá alarmy nadˇrazenému IO-Controlleru pomoc´ı relace Alarm CR. Alarmy jsou acyklická data, která musej´ı b´ yt potvrzena do urˇcitého ˇcasu (pˇredem definovaného) na u ´rovni protokolu a uˇzivatele. Je moˇzné nastavit, kolik alarm˚ u m˚ uˇze b´ yt vysláno pˇred potvrzen´ım pˇrenosu. D´ıky acyklickému pˇrenosu nen´ı podporována segmentace, proto vˇsechny alarmy musej´ı b´ yt pˇreneseny v jednom rámci. Pˇri konfiguraci Alarm CR je definován konec pro zdroj alarmu i pro pˇr´ıjemce. Tˇemi m˚ uˇzou b´ yt jak IO-Controller, tak IO-Device.

22

KAPITOLA 2. DIAGNOSTIKA PROFINET IO

23

IO-Controller definuje, s jakou prioritou budou jednotlivá chybová hláˇsen´ı pˇrenáˇsena. V jednom Alarm CR mohou b´ yt pˇrenáˇseny právˇe jeden vysoko-´ urovˇ nov´ y (highpriority) a právˇe jeden n´ızko-´ urovˇ nov´ y (low-priority) alarm souˇcasnˇe. Z tohoto dˇelen´ı logicky vypl´ yvá, ˇze vyˇsˇs´ı u ´roveˇ n alarmu má pˇrednost a proto mus´ı b´ yt zpracován tak rychle, jakmile je to moˇzné a nav´ıc niˇzˇs´ı u ´roveˇ n nesm´ı podstatnˇe zpoˇzd’ovat vyˇsˇs´ı.

Alarmy Kaˇzdá událost mus´ı b´ yt signalizována nakonfigurovan´ ym PROFINET IO systémem pomoc´ı alarm˚ u. K pˇrenosu se vyuˇz´ıvá acyklick´ y real-time protokol (RTA). IO-Device vys´ılá alarm s prioritou jako real-time zpráva. Oba protokoly UP a DOWN musej´ı b´ yt potvrzeny IO-Controllerem. Typ

Spouˇ stˇ en´ a ud´ alost

Procesn´ı alarm

Signalizuje v´ yskyt události z procesu, napˇr. pˇrekroˇcen´ı teploty

Alarm vytaˇzen´ı

U modulárn´ıho IO-Device signalizace vyjmut´ı modulu/submodulu

Alarm zasunut´ı

U modulárn´ıho IO-Device signalizace vloˇzen´ı modulu/submodulu, po vsunut´ı se opˇet naˇcte konfigurace

Alarm ˇspatného za- Signalizuje ˇspatné vloˇzen´ı modulu/submodulu sunut´ı Status alarm

Signalizace zmˇeny statusu (sub)modulu

Update alarm

Signalizace zmˇen parametr˚ u (sub)modulu

Redundancy alarm

Alarm signalizuje druhému IO-Controlleru chybu primárn´ıho

Alarm ˇr´ızen´ı super- IO-Supervisor pˇrevzal kontrolu nad (sub)moduly visorem Alarm uvolnˇen´ı su- Uvolnˇen´ı ˇr´ızen´ı (sub)modulu IO-Supervisorem, IO-Conpervisorem

trollerem nebo lokáln´ım pˇr´ıstupem od IO-Device. Tento alarm má za následek stejnou protokolovou sekvenci jako alarm zasunut´ı Tabulka 2.1: Typy alarm˚ u

KAPITOLA 2. DIAGNOSTIKA PROFINET IO Typ

Spouˇ stˇ en´ a ud´ alost

Alarm navrácen´ı

Signalizuje bud’, ˇze v´ ystupn´ı elemet m˚ uˇze pˇrijmout pro-

24

cesn´ı data znovu, nebo ˇze IO-Device znovu doruˇcil neplatná data do urˇcitého vstupu bez reparametrizace Alarm navrácen´ı ze Zmˇena statusu vstupn´ıch nebo v´ ystupn´ıch dat na stranˇe submodulu

poskytovatele nebo konzumenta z neplatn´ ych (BAD) na platné (GOOD)

Alarm specifického Signalizace povolen´ı IO-Device se specifick´ ym profilem profilu

PNO pokyn˚ u

Alarm stoplé komu- Signalizace timeoutu bˇehem multicast pˇrenosu V/V dat nikace multicast

poskytovatele

provider Alarm bˇehu komu- Signalizace obnoven´ı spojen´ı bˇehem multicast pˇrenosu nikace multicast

V/V dat poskytovatele

provider Alarm ohláˇsen´ı

Signalizace zmˇen dat na portu

zmˇeny dat portu Alarm ohláˇsen´ı

Signalizace zmˇeny v ˇcasové sychnronizaci

zmˇeny synchronizace dat Alarm ohláˇsen´ı

Signalizace problému u aplikac´ı pracuj´ıc´ıch v isochron-

chyby pro IRT ko- n´ım módu munikaci Alarm v´ yrobce

Signalizace v´ yrobcem stanoveného alarmu Tabulka 2.2: Typy alarm˚ u (pokraˇcov´ an´ı)

Sekvence bˇ ehu alarmu Na obr. 2.4 je graficky znázornˇen bˇeh alarmu od vzniku po jeho potvrzován´ı obˇema zaˇr´ızen´ımi. Ozn´ amen´ı poruchy Oznámen´ı poruchy je representováno rámcem RTA DATA(Alarm) a vys´ılá jej IODevice k IO-Controlleru. Vyslán´ım tohoto rámce IO-Device ˇr´ıká, ˇze právˇe nastala


25

nˇejaká situace, viz tab. 2.1, resp. tab. 2.2. Struktura je podle obr. 2.1 následuj´ıc´ı: • EtherType – hodnota vyhrazená RT protokolu s hodnotou 0x8892 • VLAN – stanoven´ı priority rámce • FrameID – urˇcen kanál poruch. Hodnota 0xFC01 signalizuje Alarm High a hodnota 0xFE01 Alarm Low • RTA Header – slouˇz´ı pro oznaˇcen´ı CR zdroje a c´ıle alarmu. Obsahuje také identifikaci rámce, která ˇr´ık´ y, ˇze jde o oznámen´ı hláˇsen´ı • Alarm Notification – obsahuje informace o typu poruchy a adresu objektu, v nˇemˇz alarm nastal. Jako objekt m˚ uˇze b´ yt chápán kanál, submodul nebo cel´ y modul • Dále je rámec doplnˇen o dignotické informace

Obrázek 2.1: Rámce pro pˇrenos alarm˚ u – RTA DATA(alarm) (Zdroj [3])

Potvrzen´ı pˇ rijet´ı poruchy na protokolov´ eu ´ rovni Rámcem RTA ACK potvrzuje IO-Controller IO-Device pˇrijmut´ı hláˇsen´ı o poruˇse, ˇc´ımˇz dává najevo, ˇze je pˇripraven na pˇr´ıjem i dalˇs´ıch hláˇsen´ı a zaroveˇ n nen´ı nutné, aby IO-Device vys´ılal z nˇejakého d˚ uvodu tento rámec znovu. Obr. 2.2 dává nasleduj´ıc´ı sturkturu: • VLAN – hodnota vyhrazená RT protokolu s hodnotou 0x8892 • EtherType – stanoven´ı priority rámce • FrameID – urˇcen kanál poruch. Hodnota 0xFC01 signalizuje Alarm High a hodnota 0xFE01 Alarm Low • RTA Header – slouˇz´ı pro oznaˇcen´ı CR zdroje a c´ıle alarmu. Obsahuje také identifikaci rámce, která ˇr´ıká, ˇze jde o pˇrijet´ı datového rámce


26

• Alarm Ack – obsahuje informace o typu poruchy a adresu objektu, v nˇemˇz alarm nastal. Dále obsahuje d˚ uleˇzitou informaci o stavu IO-Controlleru, vˇc. toho, zda je daná porucha podporována

Obrázek 2.2: Rámce pro pˇrenos alarm˚ u – RTA ACK (Zdroj [3])

Potvrzen´ı pˇ rijet´ı poruchy na aplikaˇ cn´ı u ´ rovni Rámcem RTA DATA(AlarmAck) IO-Controller ˇr´ıká, ˇze je alarm uloˇzen a bude zpracován uˇzivatelskou aplikac´ı. IO-Device je t´ımto ujiˇsten, ˇze jeho alarm byl zaregistrován. Popis struktury obr. 2.3 je následuj´ıc´ı: • VLAN – hodnota vyhrazená RT protokolu s hodnotou 0x8892 • EtherType – stanoven´ı priority rámce • FrameID – urˇcen kanál poruch. Hodnota 0xFC01 signalizuje Alarm High a hodnota 0xFE01 Alarm Low • RTA Header – slouˇz´ı pro oznaˇcen´ı CR zdroje a c´ıle alarmu. Obsahuje také identifikaci rámce, která ˇr´ıká, ˇze jde o potvrzen´ı pˇrijet´ı hláˇsen´ı

Obrázek 2.3: Rámec pro pˇrenos alarm˚ u – RTA Data(Alarm Ack) (Zdroj [3])


27

Obrázek 2.4: Sekvence bˇehu alarmu s PROFINET IO (Zdroj [3])

2.2

Programov´ e bloky pro diagnostiku

Souˇcást´ı této kapitoly je popis programov´ ych blok˚ u, které jsou vyuˇz´ıvány pro diagnostické u ´ˇcely. Pro implementaci diagnostick´ ych funkc´ı se vyuˇz´ıvá rozhrann´ı mezi uˇzivatelsk´ ym programem a operaˇcn´ım systémem CPU. Toto rozhrann´ı je realizováno pomoc´ı tzv. organizaˇcn´ıch blok˚ u (OB), které jsou pouˇzity pro vykonán´ı specifick´ ych sekc´ı programu : • pˇri startu CPU • v cyklick´ ych vykonáván´ıch • pˇri v´ yskytu chyby • pˇri hardwarovém pˇreruˇsen´ı

2.2.1

Organizaˇ cn´ı bloky (OB)

Jak je uvedeno v´ yˇse, vˇsechny OB jsou spouˇstˇeny OS PLC jen za urˇcit´ ych podm´ınek. Struktura kaˇzdého OB se lehce liˇs´ı podle jeho v´ yznamu, co vˇsak je spoleˇcné pro vˇsechny je ta skuteˇcnost, ˇze pracuj´ı pouze se sv´ ymi lokáln´ımi promˇenn´ ymi.

28


OB vyuˇz´ıvaj´ı systémov´ ych volán´ı (SFC) a systémov´ ych blok˚ u (SFB), která obsahuj´ı parametry, na jejichˇz základˇe lze snadno identifikovat vzniklou událost a poté na ni reagovat. Tato reakce je jiˇz souˇcást´ı uˇzivatelského programu. Pˇri volán´ı organizaˇcn´ıho bloku, kter´ y odpov´ıdá vzniklému alarmu, je jin´ y OB pˇreruˇsen, pokud má tedy niˇzˇs´ı prioritu. Ty jsou od 0 do 28, kde 0 je nejniˇzˇs´ı. Pˇri volán´ı v´ıce OB se stejnou prioritou jsou tyto bloky ˇrazeny do fronty a vykonávány se stejnou sekvenc´ı, s jakou byly volány. OB 83 Jedná se o organizaˇcn´ı blok, kter´ y signalizuje vsunut´ı/vysunut´ı V/V modulu. Pro ˇradu Simatic S7-300 je podporován jen pro protokol PROFINET IO, na PROFIBUS DP jej nen´ı moˇzné vyuˇz´ıvat. Operaˇcn´ı systém CPU volá OB 83 v pˇr´ıpadˇe ˇze: • nakonfigurovan´ y modul byl vysunut nebo zasunut

1

• pokud následuje zmˇena v parametrech modulu za bˇehu, nahráván´ı konfigurace do CPU, kter´ y je ve stavu RUN (bˇeˇz´ı) Mimo to kaˇzdé vsunut´ı a vysunut´ı nakonfigurovaného modulu z pˇr´ısluˇsného slotu zp˚ usob´ı pˇreruˇsen´ı vsunut´ı/vysunut´ı modulu ve stavech RUN (bˇeˇz´ı), STOP a STARTUP (inicializace). V´ ysledky tˇechto událost´ı jsou ukládány do diagnostického bufferu

2

a do seznamu systémov´ ych stav˚ u (angl. system status list) pˇr´ısluˇsného

CPU. Ve stavu RUN je OB83 spuˇstˇen nav´ıc, ˇcili pokud se neobjev´ı v´ yˇse popsaná chyba, tento blok nen´ı vykonáván. Pokud OB83 nen´ı v uˇzivatelském programu definován (naprogramován), CPU je ve stavu RUN a dojde k vsunut´ı/vysunut´ı modulu, pˇrecház´ı CPU do stavu STOP. Pˇri vsunut´ı modulu do konfigurovaného slotu ve stavu RUN, operaˇcn´ı systém CPU kontroluje pˇr´ısluˇsn´ y typ vsunutého modulu a porovná jej s konfigurac´ı. OB83 je následnˇe spuˇstˇen. Tab. 2.3 popisuje lokáln´ı promˇenné OB 83. 1 2

Modul V/V u decentralizovan´ ych jednotek Vyrovn´ avac´ı pamˇet’

29

KAPITOLA 2. DIAGNOSTIKA PROFINET IO Promˇ enn´ a

Datov´ y

Popis

typ OB83 EV CLASS

BYTE

Tˇr´ıda události a ID: B#16#32: konec reparametrizace modulu B#16#33: zaˇcátek reparametrizace modulu B#16#38: modul vloˇzen B#16#39: modul vytaˇzen nebo nem˚ uˇze b´ yt adresován

OB83 FLT ID

BYTE

Chybov´ y kód

OB83 PRIORITY

BYTE

Tˇr´ıdy priorit, lze parametrizovat za pomoc´ı STEP 7

OB83 OB NUMBR

BYTE

83

OB83 RESERVED 1

BYTE

ID modulu/submodulu nebo rozhran´ı modulu

OB83 MDL ID

BYTE

Rozsah B#16#54: V/V oblast vstup˚ u (PII) B#16#55: V/V oblast v´ ystup˚ u (PIQ)

OB83 MDL ADDR

WORD

Logická adresa modul˚ u/submodul˚ u

OB83 RACK NUM

WORD

OB83 RESERVED 1 = B#16#A0: ˇc´ıslo submodulu nebo rozhran´ı fyzická adresa: Bit 15:

ID bit: 1 (PN IO)

Bit 11-14: ID IO systému ˇ ıslo stanice Bit 0-10: C´ OB83 MDL TYPE

WORD

W#16#8101: vsunut´ y modul je stejného typu jako vysunut´ y W#16#8102: vsunut´ y modul nen´ı stejného typu jako vysunut´ y

OB83 DATE TIME

DT

Datum a ˇcas ˇzádosti

Tabulka 2.3: Lokáln´ı data pro OB83

Doplˇ nuj´ıc´ı informace k v´ yznamu jednotliv´ ych promˇenn´ ych lze nalézt také v pˇr´ıloze A nebo v [6].


30

OB 86 Chyba komunikace, napˇr. pˇreruˇsen´ı kabelu, mezi IO-Controllerem a distribuovanou periferi´ı – IO-Device a opˇetovné navázán´ı spojen´ı je signalizováno organizaˇcn´ım blokem OB 86. Plat´ı stejné pravidlo jako v pˇr´ıpadˇe OB 83 a to takové, ˇze pokud nen´ı uˇzivatelem definován, CPU pˇri jeho volán´ı pˇrejde do stavu STOP. Tab. 2.4 udává v´ yznam a struˇcn´ y popis lokáln´ıch promˇenn´ ych. Podrobnˇejˇs´ı v´ yznam vˇsech hodnot lze nalézt bud’to v pˇr´ıloze A nebo v [6]. Promˇ enn´ a

Datov´ y

Popis

typ OB86 EV CLASS

BYTE

Tˇr´ıda události a ID: B#16#38: pˇreruˇsená komunikace B#16#39: opˇetovné navázán´ı

OB86 FLT ID

BYTE

Chybov´ y kód

OB86 PRIORITY

BYTE

Tˇr´ıdy priorit, lze parametrizovat za pomoc´ı STEP 7 25: v´ ychoz´ı 28: pokud nastane alarm bˇehem vykonáván´ı OB 100 - OB 102

OB86 OB NUMBR

BYTE

86

OB86 RESERVED 1

BYTE

reservováno

OB86 RESERVED 2

BYTE

reservováno

OB83 MDL ADDR

WORD

závis´ı na chybovém kódu

OB83 RACK FLTD

Pole

závis´ı na chybovém kódu

BOOL OB83 DATE TIME

DT

Datum a ˇcas ˇzádosti

Tabulka 2.4: Lokáln´ı data pro OB86

2.2.2

Syst´ emov´ e funkce a bloky (SFC a SFB)

Systémové funkce (SFC) a bloky (SFB) jsou integrovány do operaˇcn´ıho systému jako jeho funkce. Nav´ıc, SFC jsou ˇcasto volány implicitnˇe systémov´ ymi bloky (SFB). Jak SFC, tak SFB mohou b´ yt v uˇzivatelském programu volány jako normáln´ı funkce a funkˇcn´ı bloky a maj´ı následuj´ıc´ı spoleˇcné parametry:


31

• REQ: vstupn´ı parametr, urˇcem pouze pro spuˇstˇen´ı ˇzádosti pro systémovou ˇ adost je spuˇstˇena,kdyˇz REQ = 1 funkci. Z´ • BUSY: indikuje u asynchronn´ıch funkc´ı, ˇze spuˇstˇená ˇzádost se zaˇcala vykonávat, nebo jej´ı vykonáván´ı jiˇz dobˇehlo • LADDR: vˇzdy obsahuje logickou adresu. Napˇr. diagnostickou adresu distribuovaného zaˇr´ızen´ı ystupn´ı parametr. Je nastavován • RET VAL: nˇekteré FSC jej maj´ı jako v´ systémov´ ymi funkcemi a obsahuje informace, zda-li funkce byla vykonána ˇci nikoli. Pˇri chybˇe obsahuje hlavn´ı chybov´ y kód, kter´ y odkazuje na nˇejakou systémovou funkci nebo SFC-spec. chybov´ y kód, kter´ y odkazuje na pˇr´ısluˇsnou systémovou funkci SFB 54 – ”RALRM” SFB 54 ”RALRM” pˇr´ıj´ımá alarmy, obsahuj´ıc´ı vˇsechny potˇrebné informace o IODevice. Tyto informace jsou pak dostupné jako v´ ystupn´ı parametry funkˇcn´ıho bloku. Tento funkˇcn´ı blok m˚ uˇze b´ yt volán pouze bˇehem alarmu orgranizaˇcn´ıho bloku, kter´ y operaˇcn´ı systém CPU právˇe vykonává a kter´ y je v´ ysledkem vzniklého alarmu. V´ ystupn´ı parametry obsahuj´ı informace o pˇr´ısluˇsném OB, kter´ y alarm vyvolal a také inforamce o zdroji alarmu. Pokud je SFB 54 ”RALRM” volán v OB a toto volán´ı nen´ı typu alarm, v´ ystupn´ı paramery poskytuj´ı pˇr´ısluˇsnˇe ménˇe informac´ı. Pokud se volá SFB 54 v promˇenn´ ych OB, je nutné vˇzdy vytvoˇrit nov´ y DB 3 , resp. jeho instanci. Kdyˇz vyhodnocen´ı v´ ysledn´ ych dat volán´ı SFB 54 je pˇrenáˇseno vnˇe asociovan´ ym OB, je doporuˇcené pouˇzit´ı oddˇelen´ ych instanc´ı DB na jeden OB, kter´ y událost spustil. Pokud je c´ılov´ y rozsah poskytovan´ y TINFO a AINFO pˇr´ıliˇs mal´ y, SFB 54 nem˚ uˇze uloˇzit kompletn´ı informace o vzniklém alarmu. SFB 54 m˚ uˇze b´ yt pˇrenáˇsen ve tˇrech módech a nastavuje se vstupn´ım parametrem MODE. MODE = 0 znamená, ˇze parametr ID obsahuje informace o komponentˇe, která alarm spustila a parametr NEW je roven 1. Pˇri MODE = 1 se zapisuje na vˇsechny v´ ystupn´ı parametry, které nezávisej´ı na komponentˇe, jeˇz spustila alarm. U MODE = 2 se kontroluje, jaká komponenta, specifikovaná parametrem F ID, spustila alarm. Pˇri negativn´ı kontrole se parametr NEW nastav´ı na 0, pˇri positivn´ı kontrole je NEW = 1 a zap´ıˇse se na vˇsechny v´ ystupn´ı parametry. 3

Datov´ y blok, ukl´ adaj´ı se do nˇej v´ ysledky operac´ı OB

KAPITOLA 2. DIAGNOSTIKA PROFINET IO Parametr

Typ

Datov´ y

32

Popis

typ MODE

VSTUP

INT

reˇzim

F ID

VSTUP

DWORD

Zaˇcátek log. adr. modulu, ze kterého má b´ yt alarm pˇrijat Bit 15 : 1 – vstupn´ı nebo V/V modul, 0 – v´ ystupn´ı modul

MLEN NEW STATUS ID

VSTUP ´ VYSTUP

INT

Max. délka informace o alarmu v Bytech

BOOL

Nov´ y alarm byl pˇrijat

´ VYSTUP ´ VYSTUP

DWORD

Chybov´ y kód alarmu SFB IO-Controller

DWORD

Log. adr. IO-Device (modulu) Bit 15: 1 – vstupn´ı adr., 0 – v´ ystupn´ı adr.

LEN

´ VYSTUP

INT

Délka informace o alarmu v Bytech

TINFO

V/V

vˇse

Informace o u ´loze

AINFO

V/V

vˇse

Informace o alarmu

Tabulka 2.5: Parametry SFB 54 ”RALRM”

V závislosti na tom, v jakém OB je SFB 54 spuˇstˇen, je do parametr˚ u TINFO a AINFO zapsáno jen ˇcásteˇcnˇe. Parametr TINFO (Task INFOrmation) obsahuje poˇcáteˇcn´ı a administrativn´ı informace o OB, v jehoˇz kontextu byl volán. V´ yznam jednotliv´ ych byt˚ u v datovém rámci je následuj´ıc´ı: • 0-19 Zaˇcátek informac´ı o OB, ve kterém byl SFB 54 volán • 20-21 Adresa komponenty, která alarm spustila (modul). 3-6 bit 20 bytu je pro ID IO-Systému a 0-2 bit 20 bytu a cel´ y 21 byte slouˇz´ı pro ID zaˇr´ızen´ı (Device) • 22-31 Administrativn´ı informace Parametr AINFO (Alarm INFOrmation) obsahuje popis alarmu, skládaj´ıc´ı se z hlavn´ıch a doplˇ nuj´ıc´ıch informac´ı.

Kapitola 3 Praktick´ a realizace Protoˇze obsah této kapitoly koresponduje s tématy dvou cykl˚ u projektu CEPOT 1 , kterého jsem se v ak. roce 2006/07 z´ uˇcastnil, je rozdˇelena na v´ıce ˇcást´ı podle poˇzadavk˚ u zadavatele – spol. Sidat s.r.o.

3.1 3.1.1

Vzorov´ a instalace s IO-Controllerem v PLC Popis instalace

Jedn´ım zp˚ usobem, jak realizovat PROFINET IO systém, je vyuˇz´ıt IO-Controller pˇr´ımo v PLC. To v naˇsem pˇr´ıpadˇe pˇredstavuje IO-Controller spoleˇcnosti Siemens – SIMATIC S7 315-2 PN/DP, kter´ y byl poˇzadován. Jako IO-Device se vyuˇzily komponenty, které jsou k dispozici v laboratoˇri K09 (”strojovna”) na katedˇre ˇr´ıdic´ı ˇ techniky, FEL CVUT v Praze. Jedn´ım z dalˇs´ıch poˇzadavk˚ u bylo zprovoznit s´ıt’ s protokolem PROFIBUS DP a pˇripojit ji k s´ıti PROFINET IO. PROFINET IO

Název

IO-Controller

Siemens CPU 315-2 PN/DP

IO-Device

Siemens SCALANCE X-200

IO-Device

Siemens SIMATIC ET200S

IO-Device

Siemens IE/PB Link PN IO

PROFIBUS DP Název Slave

Siemens SIMATIC ET 200L

Tabulka 3.1: Seznam zaˇr´ızen´ı pro IO-Controller v PLC 1

ˇ Projekt katedry ˇr´ıdic´ı techniky, FEL CVUT v Praze, v´ıce na www.cepot.cz

33

´ REALIZACE KAPITOLA 3. PRAKTICKA

34

Konfigurace Tab. 3.1 udává seznam pouˇzit´ ych zaˇr´ızen´ı. Pro nakonfigurován´ı s´ıtˇe bylo vyuˇzito nástroje STEP 7 z programového bal´ıku Siemens SIMATIC NET. Na obr. 3.1 je graficky znázornˇená konfigurace ve STEP 7.

Obrázek 3.1: Konfigurace s´ıtˇe PROFINET IO s PLC

Pˇri uˇzit´ı s´ıt’ového prvku – switche SCALANCE X-200 se instalace mohla rozˇs´ıˇrit o dalˇs´ı zaˇr´ızen´ı a to i v pˇr´ıpadˇe, ˇze by se tento prvek nezahrnul do HW-konfigurace. Coˇz má ale za následek, ˇze v pˇr´ıpadˇe poruchy se ztrác´ı informace o jej´ım zdroji. Jako jedno z IO-Device je vyuˇzit komunikaˇcn´ı modul Siemens IM 151-3 PN s pˇeti DI a pˇeti DO V/V moduly na 24 V DC. Pro pˇripojen´ı zaˇr´ızen´ı, vybavené rozhran´ım PROFIBUS DP, slouˇz´ı proxy Siemens IE/PB Link PN IO. Zaˇr´ızen´ı typu PROFIBUS DP Slave Siemens ET 200L je právˇe pˇres toto proxy pˇripojeno k PROFINET IO s´ıti. Tato ˇcást demonstruje moˇznost bezproblémového propojen´ı obou protokol˚ u, resp. jejich zaˇr´ızen´ı. Na obr.3.1 jsou vidˇet dvˇe vˇetve PROFIBUS DP. Jedna vycház´ı pˇrimo z CPU, jelikoˇz jednotka 315-2 PN/DP je vybavena právˇe PROFINET IO a PROFIBUS DP rozhran´ımi, ale to v naˇsem pˇr´ıpadˇe nen´ı vyuˇzito. Druhá vˇetev vycház´ı z proxy PROFINET/PROFIBUS a je vyuˇzita k pˇripojen´ı PROFIBUS DP zaˇr´ızen´ı (typ Slave).


3.1.2

35

Diagnostika pro IO-Controller PROFINET IO

Pro diagnostické funkce slouˇz´ı celá ˇrada tzv. organizaˇcn´ıch blok˚ u (OB). Pokud dojde k nˇejaké chybˇe, spust´ı pˇr´ısluˇsné zaˇr´ızen´ı alarm a pˇr´ısluˇsn´ y OB je volán, tedy pokud je inicializován. V naˇsem pˇr´ıpadˇe se inicializovaly bloky OB1, OB83 a OB6. Podrobnˇejˇs´ı v´ yznam blok˚ u OB 83 a 86 je popsán v kap. 2. Pro vyˇcten´ı informac´ı o vzniklém alarmu jsem musel vytvoˇrit jeden funkˇcn´ı blok (FB). Vzhledem k jednoduchosti aplikace si lze vystaˇcit pouze se vstupnˇe/v´ ystupn´ımi promˇenn´ ymi FB. Jak udává kap. 2, kaˇzd´ y funkˇcn´ı blok mus´ı m´ıt sv˚ uj vlastn´ı datov´ y blok (DB), jehoˇz data se následnˇe zpracovávaj´ı. Pˇri definici organizaˇcn´ıch blok˚ u OB 83 a 86 se vyuˇz´ıvá mnou definované struktury FB 1 a k nˇemu pˇr´ısluˇs´ıc´ımu DB 1. Jak jejich struktura vypadá ve Stepu 7 ukazuje tab. 3.2. N´ azev promˇ enn´ e Adresn´ı Byte Popis device number 86

0

adresa IO-Device pro OB 86

vysunuto zasunuto

1

typ alarmu u OB 83

error code

2

kód chyby

module address

4

adresa V/V modulu

ob number

6

ˇc´ıslo OB

zero

7

nevyuˇzito

rack number 83

8

ˇc´ıslo submodulu pro OB 83

Tabulka 3.2: V´ yznam V/V promˇenn´ ych u FB1 ve Step 7

Tyto promˇenné jsem následnˇe vyuˇzil pˇri definici organizaˇcn´ıch blok˚ u OB 83 a 86. K jejich naprogramován´ı bylo vyuˇzito programovac´ıho jazyka pro PLC – STL. Následuj´ıc´ı jednoduch´ y kód je pro OB 83 : CALL FB 1, DB 1 device_number_86 :=

% zavolá FB 1 s instanc´ı DB 1 % nevyuˇzito

vysunuto_zasunuto := #OB83_EV_CLASS

% pˇriˇrazen´ı vnitˇrn´ı promˇenné

error_code := #OB83_FLT_ID


module_address := #OB83_MDL_ADDR


ob_number := #OB83_OB_NUMBR


zero := rack_number_83 := #OB83_RACK_NUM

% neviuˇzito % pˇriˇrazen´ı vnitˇrn´ı promˇenné


36

Podobné programové strukt˚ ury je pouˇzito také v pˇripadˇe kódu pro OB 86, jelikoˇz se struktury obou programov´ ych blok˚ u od sebe pˇr´ıliˇs neliˇs´ı, vis kap. 2, ze které by mˇel b´ yt v´ yznam vˇsech pouˇzit´ ych názv˚ u promˇenn´ ych celkem jasn´ y: % zavolá FB 1 s instanc´ı DB 1

CALL FB 1, DB 1 device_number_86 := LB11


vysunuto_zasunuto := #OB83_EV_CLASS


error_code := #OB83_FLT_ID

% pˇriˇrazen´ı vnitˇrn´ı promˇenné % nevyuˇzito

module_address := ob_number := #OB83_OB_NUMBR


zero :=

% nevyuˇzito

rack_number_83 :=

% nevyuˇzito

Po takto definované struktuˇre vˇsech programov´ ych blok˚ u (OB, FB, DB) je systém, uveden´ y na obr. 3.1, pˇripraven zachytávat alarmy. Nyn´ı je tˇreba definovat kód hlavn´ıho programu, ˇcili OB 1 : OPN DB 1 L DB1.DBB 0 T MB 0 L DB1.DBW 8 T MB 1 L DB1.DBW 4 T MB 2 L DB1.DBB 1 T MB 3 L DB1.DBB 2 T MB 4 L DB1.DBB 6 T MB 5

% otevˇre datový blok DB1 % vyˇcti 0. Byte DB1, kde je uloˇzeno ˇc´ıslo zaˇr´ızen´ı % uloˇz jej do 0. Bytu pamˇeti CPU % vyˇcti 8. Word DB1, kde je uloˇzen RACK NUMBER pro OB83 % uloˇz jej na 1. Byte pamˇeti CPU % vyˇcti 4. Word DB1, kde je uloˇzena adresa V/V modulu % uloˇz jej na 2. Byte pamˇeti CPU % vyˇcti chybový kód z 1. Bytu DB1 % uloˇz jej na 3. Byte mapˇeti CPU % vyˇcti 3. Byte, kde je uloˇzen chybový kód % uloˇz jej do 4. Bytu mapˇeti CPU % vyˇcti 6. Byte z DB1, kde je uloˇzeno ˇc´ıslo OB % uloˇz jej na 5. Byte pamˇeti CPU

T´ımto zp˚ usobem máme vˇsechny potˇrebné informace o alarmu ve volnˇe pˇr´ıstupné pamˇeti CPU. Na obr. 3.2 je vidˇet, jak se zmˇen´ı hodnoty jednotliv´ ych promˇenn´ ych pˇri vysunutém V/V modulu (podle HW-konfigurace se jedná o 4. modul), je tedy volán OB 83. Horn´ı okno je on-line sledován´ı datového bloku DB 1 a spodn´ı okno je pohled na


37

pamˇet’ové buˇ nky CPU, kam se ukládaj´ı data tak, jak definuje OB 1. V´ yznam tˇechto bunˇek je následuj´ıc´ı: - MB0 ˇc´ıslo zaˇr´ızen´ı 2 (3) - MB1 ˇc´ıslo submodulu (3) - MB2 adresa V/V modulu (4) y modul - MB3 tˇr´ıda události (OB83 EV CLASS = B#16#39), vysunut´ - MB4 kód chyby (OB83 FLT ID = B#16#51), vysunut´ y modul - MB5 ˇc´ıslo OB (83) Obr. 3.3 demonstruje, jak je to v pˇr´ıpadˇe zpˇetného zasunut´ı stejného V/V modulu do slotu. Oba pˇripady se liˇs´ı pouze hodnotami v buˇ nkách MB3 (OB83 EV CLASS = B#16#38) a MB4 (OB83 FLT ID = B#16#54), které obˇe signalizuj´ı zasunut´ı správného modulu do pˇr´ısluˇsného slotu. Na obr. 3.4 je ukázáno, co je moˇzné vyˇc´ıst z pamˇet’ového prostoru CPU (v podstatˇe DB 1) pˇri pˇreruˇsené komunikaci (vysunut´ y kabel), ˇcili volán´ı OB 86, mezi IO-Controllerem a IO-Device (ET200S). Oproti OB 83, popsaného v´ yˇse, se tyto hodnoty liˇs´ı pouze v MB3 (OB86 EV CLASS = B#16#39), MB4 (OB86 FLT ID = B#16#CB) a MB5 (OB = 86). V´ yznam hodnot OB83 EV CLASS, resp. OB86 EV CLASS a OB83 FLT ID, resp. OB86 FLT ID je uveden v tabukách v pˇr´ıloze A. 2

Vycház´ı z IP adresy, v naˇeem pˇripade jde o posledn´ı oktet – 192.168.123.3


Obrázek 3.2: Ukázka diagnostiky pˇri vysunutém V/V modulu

Obrázek 3.3: Ukázka diagnostiky pˇri zasunutém V/V modulu

38


39

Obrázek 3.4: Ukázka diagnostiky pˇri pˇreruˇseném kabelu mezi IO-Controllerem a IO-Device

3.2

Emulace IO-Controlleru v PC, OPC server

Jako jeden z dalˇs´ıch zp˚ usob˚ u, jak vyuˇz´ıvat systém PROFINET IO, je takov´ y, ˇze je IO-Controller souˇcást´ı PC a zaˇr´ızen´ı IO-Device jsou fyzicky pˇripojeny pˇres s´ıt’ov´ y adapter pˇr´ısluˇsného PC. T´ımto zp˚ usobem odpadá nutnost vlastnit PLC. Takovouto ”emulaci” IO-Controlleru do osobn´ıho poˇc´ıtaˇce umoˇznuje program SOFTNET PN IO, kter´ y spadá do programového bal´ıku SIMATIC NET spoleˇcnosti Siemens. Vedle IO-Controlleru je na té samé stanici spuˇstˇen OPC server. Tuto sluˇzbu také zajiˇst’uje program SOFTNET PN IO.

Konfigurace Je jasné, ˇze ˇcásteˇcnou zmˇenou topologie systému se musela zmˇenit také HW-konfigurace ve Stepu 7. Pro tento pˇr´ıpad byla vyuˇzita pouze jedna jednotka distribuovan´ ych V/V – Siemens SIMATIC ET200S se stejn´ ymi V/V moduly jako v kap. 3.1. Tab. 3.3 udává seznam pouˇzit´ ych zaˇr´ızen´ı pro tuto konfiguraci.


40

PROFINET IO Název IO-Supervisor

PC Station (OPC server)

IO-Controller

PC Station

IO-Device

Siemens SCALANCE X-200

IO-Device

Siemens SIMATIC ET200S

IO-Device

Siemens IE/PB Link PN IO

Tabulka 3.3: Seznam zaˇr´ızen´ı pro IO-Controller v PC

Jako jedna z prvn´ıch vˇec´ı, které se musely pˇrenastavit byla zmˇena komunikaˇcn´ıho rozhran´ı pro konfiguraci IO-Controlleru z Industial Ethernetu na PC internal, viz obr. 3.5 (a). Z HW-konfigurace na obr. 3.6 (resp. HW-konfigurace z prostˇred´ı NetPro Stepu 7) je vidˇet název PC stanice l90901 (PC Station ve Step 7), kter´ y koresponduje se s´ıt’ov´ ym názvem pouˇzitého PC. Zbylá zaˇr´ızen´ı (switch a ET200S) se nakonfiguruj´ı stejnˇe jako v kap. 3.1. Aby tato stanice plnila funkci IO-Controlleru, mus´ı se také ve Stepu 7 v jej´ıch vlastnostech zapnout (dvojklik v projektu na PC Station, v záloˇzce PROFINET IO). Zmˇena oproti kap. 3.1 je v HW-konfiguraci taková, ˇze IO-Device nepˇridáváme k IO-Controlleru v PLC, ale ten je tu representován jako PC stanice (PC Station). K n´ı se pˇridávaj´ı pouze: definice rozhran´ı (Industrial Ethernet – IE) a komponenta OPC serveru. Po nastaven´ı PROFINET IO rozhran´ı pˇres IE je moˇzno k nˇemu jiˇz klasicky pˇripojovat IO-Device, v naˇsem pˇr´ıpadˇe, vis tab. 3.3. Pro spuˇstˇen´ı OPC serveru je vyuˇzita stejná PC stanice, se specifikac´ı OPC DA 3 . D˚ uleˇzité je jeˇstˇe zm´ınit definici s´ıt’ového rozhran´ı v PC Station HW-konfigurace. Podm´ınkou správné funkˇcnosti je také to, ˇze IP adresa, nastavená v naˇsem pˇripadˇe ve Windows 2000, mus´ı b´ yt stejná, jako v HW-konfiguraci. 3

Data Access, ver. 2.05


41

Obrázek 3.5: (a) Nastaven´ı komunikaˇcn´ıho rozhran´ı, (b) Konfigurace stanice

Obrázek 3.6: HW-konfigurace pro PC stanici

Po uloˇzen´ı celého projektu se mimo jiné vygeneruje *.xdb soubor. V nˇem jsou uloˇzené vˇsechny d˚ uleˇzité informace o naˇsem projektu a jak ukazuje obr. 3.5 (b), je nutno tento soubor importovat do konfigurátoru stanice (Station configurator).

3.3

Implementace OPC klient

Pro vyuˇzit´ı sluˇzeb spuˇstˇeného OPC serveru byl napsán jednoduch´ y klient, kter´ y se k serveru pˇripoj´ı, vyˇcte z prvn´ıch pˇeti V/V modul˚ u jednotky ET200S jejich hodnoty, vˇc. kvality pˇrenosu a popˇr. ohlás´ı chybu pˇri nestandardn´ı situaci. Jak jiˇz bylo


42

zm´ınˇeno dˇr´ıve, program je psán v jazyce C# a bylo vyuˇzito v´ yvojového prostˇred´ı MS Visual Studio 2005.

3.3.1

Popis aplikace

Cel´ y program je velice jednoduˇse pojat. Jak dokumentuje obr. 3.7, aplikace má 3 ˇcásti. Dvˇe pro r˚ uzné zp˚ usoby ˇcten´ı a jedna pro zápis hodnoty na V/V modul. Pˇet ˇrádk˚ u ve vˇsech tˇrech ˇcástech znamená, ˇze vyuˇz´ıváme právˇe 5 v´ ystupn´ıch modul˚ u komunikaˇcn´ı jednotky. Jednotlivé V/V moduly jsou ve zdrojovém kódu pojmenovány jako ”Item X”, kde X je ˇc´ıslice od 0 – 4. Kaˇzd´ y ˇrádek jednotliv´ ych ˇcást´ı odpov´ıdá jednotliv´ ym ”Item˚ um”. Jako základu bylo pouˇzito vzorového programu, kter´ y je k dispozici u instalace programového bal´ıku SIMATIC NET pro .NET platformu. Pr´ ace s aplikac´ı ˇ ast pro zapisován´ı procesn´ıch hodnot je oznaˇcna jako ”Async Write”. Zde se mohou C´ zapisovat jednotlivˇe celoˇc´ıselné hodnoty. Pˇri pokusu o zapsán´ı napˇr. znaku se objev´ı pˇr´ısluˇsn´ y text vedle pole pro psan´ı hodnot. Jak je vidˇet z v´ yˇse uvedeného seznamu stav˚ u, pokud uˇzivatel zapisuje na vytaˇzen´ y modul, hodnota se uloˇz´ı a pˇri opˇetovném zasunut´ı p˚ uvodn´ıho se zap´ıˇse. Pokud dojde k pˇreruˇsen´ı kabelu, objev´ı se chybové hláˇsen´ı a také text v kaˇzdém pˇr´ısluˇsném ˇrádku. ˇ ı procesn´ıch dat je realizováno obˇema zp˚ Cten´ usoby, jak je nab´ız´ı knihovna OpcRcw, a to bud’ synchronnˇe, ˇcili na ˇzádost uˇzivatele, nebo asychnchronnˇe, ˇcili v dobˇe zmˇeny hodnoty. Na obr. 3.7 jsou vidˇet rozd´ılné hodnoty stejn´ ych v´ ystupn´ıch modul˚ u, coˇz je právˇe zp˚ usobeno v´ yˇse uvedenou skuteˇcnost´ı. Pokud vytáhneme jeden z modul˚ u, objev´ı se kvalita u pˇr´ısluˇsného ˇrádku (Bad). Tento stav je vidˇet na obr. 3.7 v pravo nahoˇre u asynchronn´ıho ˇcten´ı. Vedle procesn´ıch dat jsou jeˇstˇe uvedeny ˇcasy, ve kter´ ych doˇslo ke ˇcten´ı nebo zmˇenˇe hodnoty na v´ ystupu. Pokud dojde k nˇejaké pouruˇse, je tato skuteˇcnost zapsána do speciáln´ıho souboru ”ErrorFile.txt” v projektu MS Visual Studia. Jak takov´ y v´ ypis vypadá je vidˇet na obr. 3.8.


43

Obrázek 3.7: Okno aplikace OPC klient

Obrázek 3.8: V´ ypis chyb v souboru

Programov´ y pˇ r´ıstup Program je napsán tak, ˇze jméno OPC serveru a názvy jednotliv´ ych V/V modul˚ u (Item˚ u) jsou zadány pevnˇe do programu. OPC server nese název ”OPC.SimaticNET” a jednotlivé moduly ”PNIO:[ctrl2]qbX”, kde X je opˇet hodnota od 0 do 4. V´ yznam názvu serveru je jasn´ y, ale u modul˚ u to tak jednoznaˇcné nen´ı: • PNIO je znaˇc´ı název protokolu


44

• [ctrl2] je oznaˇcen´ı IO-Controlleru • qbX jsou v´ ystupn´ı moduly od 0 do 4 Aplikace vyuˇz´ıvá knihovny OpcRcw, která umoˇznuje pohodlnˇe vyuˇz´ıvat objektového pˇr´ıstupu programován´ı. IOPCDataCallback je rozhran´ı, které obsahuje funkce, které server volá pˇri dokonˇcen´ı intern´ıch operac´ı. Funkce vyuˇz´ıvaj´ı zpˇetné vazby pˇri komunikaci klient – server a jsou následuj´ıc´ı: • OnDataChange reakce na zmˇenu procesn´ı hodnoty • OnReadComplete reakce na pˇreˇctená data • OnWriteComplete reakce na zapsaná data • OnCancelComplete reakce na zapsaná data Klient vyuˇz´ıvá pouze prvn´ı 3 metody. Metoda OnWriteComplete obsahuje pole hodnot – pErrors, na základˇe kterého lze urˇcit, zda-li zápis probˇehl v poˇrádku, nebo se vyskytla nˇejaká chyba. Toto pole má velikost 5 a sv´ ymi indexy odpov´ıdá názv˚ um v´ ystupn´ıch bit˚ u (Item˚ u) Rozliˇsujeme následuj´ıc´ı stavy: • Zápis probˇehl OK ˇ • Spatnˇ e zadan´ y parametr • Zapisujete na vytaˇzen´ y modul, hodnota zaˇrazena do fronty • Vytaˇzen´ y kabel Pokud se za bˇehu programu vytáhne V/V modul, OPC server volá funkci OnDataChange s nenulovou chybovou promˇenou a tato hodnota se dále vyhodnocuje. Pˇri snaze zapsat na vytaˇzen´ y modul hodnotu, je opˇet nenulová hodnota chybové promˇenné ve funkci OnWriteComplete a na základˇe jej´ı hodnoty se urˇcuje, zda-li také nen´ı napˇr. pˇreruˇsen kabel. Kvalita pˇrenosu signálu je ve dvou stavech : dobrá (Good) nebo ˇspatná (Bad) tak, jak je definuje OPC standard 4 . V´ıce o OPC serveru a programován´ı pro .NET platformu, vˇc. popisu tˇechto callback funkc´ı, vis [1]. Seznam vˇsech d˚ uleˇzit´ ych funkc´ı aplikace je uveden v pˇr´ıloze B. 4

V´ıce informac´ı na www.opcfoundation.org


3.3.2

45

Popis callback funkc´ı

OnDataChange Funkce je volána pˇri kaˇzdé zmˇenˇe procesn´ıch dat, coˇz naznaˇcuje, ˇze se jedná o metodu, spouˇstˇenou OPC serverem asynchronnˇe. Jako jeden z parametr˚ u jsou ˇc´ısla V/V modul˚ u (Item˚ u), ktera hlás´ı zmˇenu hodnoty, dále hodnoty samotné a diagnostika kvality pˇrenosu. Na základˇe tohoto program data vypisuje v asynchronn´ı ˇcásti v´ ypisu. OnReadComplete Pˇri asynchronn´ım ˇcten´ı se volá funkce Read asynchronn´ıho rozhran´ı IOPCAsyncIO2 5 . Po pˇreˇcten´ı poˇzadované hodoty se vrát´ı vedle dalˇs´ıch promˇenn´ ych jak ˇc´ıslo V/V modulu (Itemu), které patˇr´ı této hodnotˇe, tak tato hodnota, hodnota kvality pˇrenosu a také chybová hodnota ˇcten´ı. OnWriteComplete Pˇri zápisu je volána na základˇe volán´ı funkce Write rozhrann´ı IOPCAsyncIO2. Vedle jin´ ych informac´ı se vrac´ı také jména modul˚ u (Item˚ u) provádˇej´ıc´ı zápis a pole chybov´ ych hodnot, které jim odpov´ıdaj´ı.

5

Rozhran´ı, jehoˇz metody jsou vol´ any asynchronnˇe, v´ıce informac´ı vis [1]

Kapitola 4 Z´ avˇ er Tato bakaláˇrká práce vznikla na základˇe poˇzadavku firmy Sidat s.r.o. v projektu Cepot, kterého jsem se z´ uˇcastnil. Hlavn´ım c´ılem bylo pˇribl´ıˇzit dneˇsn´ı situaci na trhu s PROFINET IO zaˇr´ızen´ımi tak, aby tento pˇrehled mohl b´ yt dále pouˇziteln´ y. Druhá ˇcást práce ukazuje, jak se dá vyuˇz´ıt diagnostika v systému s PROFINET IO. Pro aplikace, které vyuˇz´ıvaj´ı OPC server, byl napsán jednoduch´ y klient, kter´ y se serverem komunikuje právˇe pˇres rozhran´ı PROFINET IO a vyuˇz´ıvá platformy .NET. Jako zdroj pˇri hledán´ı zaˇr´ızen´ı jak typu IO-Controller, tak IO-Device jsem vyuˇzil databázi organizace PInternational. Z tohoto vypl´ yvá, ˇze pro IO-Controllery jsou dva certifikovan´ı v´ yrobci: Siemens a Phoenix Contact. Jelikoˇz má spoleˇcnost Siemens v tomto oboru dominantn´ı postaven´ı na trhu (Evropa), je i jeho nab´ıdka velice pestrá. Vedle klasick´ ych PLC, které jsou vybaveny rozhran´ım PROFINET IO nab´ız´ı také rozˇsiˇruj´ıc´ı kartu do PCI slotu – CP 1616, která na základˇe svého programu m˚ uˇze plnit jednak funkci IO-Controlleru, jednak IO-Device. Phoenix Contact disponuje tˇremi verzemi PLC, které od ˇrady 370, mj. pln´ı funkci switche, takˇze je moˇzné je zaˇclenit tˇreba do sbˇernicové topologie bez nutnosti pˇridán´ı dalˇs´ıho sit’ového prvku (switch). V pˇr´ıpadˇe IO-Device je v´ yrobc˚ u podstatnˇe v´ıce. Vedle spol. Siemens a Phoenix Contact dodávaj´ı na trh svá zaˇr´ızen´ı WAGO Kontakttechnik, Beckhoff nebo Turck. V tomto pˇr´ıpadˇe jsem se zamˇeˇril na komunikaˇcn´ı jednotky a rozˇsiˇruj´ıc´ı V/V moduly tˇechto v´ yrobc˚ u. Dalo by se ˇr´ıci, ˇze se moduly od sebe liˇs´ı jen nepatrnˇe, avˇsak jeden komunikaˇcn´ı modul je oproti ostatn´ım jin´ y a to proto, ˇze jeho souˇcást´ı jsou digináln´ı V/V (32). Jedná se o jednotku ILB PN 24 DI16 DIO16-2TX spoleˇcnosti Phoenix Contact, nav´ıc je poˇcet V/V voliteln´ y. Pˇri poˇzadavku nasazen´ı systému v prostˇred´ı, kde je nutnost vyˇsˇs´ıho stupnˇe kryt´ı (IP67), uvád´ım v´ yrobce Turck a Siemens. Ceny 46

´ ER ˇ KAPITOLA 4. ZAV

47

produkt˚ u mi byly poskytnuty obchodn´ımi zástupci jednotliv´ ych v´ yrobc˚ u, kteˇr´ı jsou uvedeni na oficiáln´ıch webov´ ych stránkách. Pro vyuˇzit´ı diagnostiky u Siemens Simatic S7 ˇrady 300 bylo vyuˇzito organizaˇcn´ıch blok˚ u (OB) 83 a 86, jejichˇz teoretick´ y popis je také souˇcást´ı práce. Pro tento pˇr´ıpad se realizovala demonstraˇcn´ı instalace s IO-Controllerem v PLC – CPU 315-2 PN/DP, do nˇehoˇz se tato diagnostika implementovala. Pˇr´ısluˇsná kapitola obsahuje a dokumentuje r˚ uzné pˇripady poruch. Souˇcást´ı jsou také ˇcásti kód˚ u, aby bylo toto moˇzno dále pouˇz´ıvat. Pro poˇzadavky spuˇstˇen´ı OPC serveru se sestavil nov´ y systém, kter´ y mˇel IOController souˇcást´ı PC stanice. K této funkci bylo vyuˇzito programu SOFTNET PN IO spol. Siemens. Demostraˇcn´ı soustava se tedy skládala z PC (OPC server, IO-Controller), jednotky ET200S a SCALANCE X-200 (switch). Aby bylo moˇzné vyˇc´ıtat data z OPC serveru, napsal se jednoduch´ y OPC klient. Ten vyuˇz´ıvá knihovny OpcRcw, která je souˇcást´ı dodávky software SOFTNET PN IO. Pro ˇcten´ı procesn´ıch hodnot je vyuˇzito rozhran´ı, které umoˇznuje jednak synchronn´ıho, jednak asynchronn´ıho ˇcten´ı. Diagnostické funkce jsou v aplikaci realizovány jako odezvy na návratové hodnoty callback funkc´ı rozhran´ı IOPCDataCallback. Mezi základn´ı diagnostická hláˇsen´ı povaˇzuji upozornˇen´ı na vytaˇzen´ y V/V modul nebo pˇreruˇsen´ y kabel.

Literatura ˇ ’av´ık, O. OPC Server. CVUT ˇ [1] St v Praze, Fakulta elektrotechnická, 2006. Diplomová práce. [2] Beckhoff, 2007. http://www.beckhoff.com. ˇ ´ˇ [3] Matia sek, P. Komunikace Profinet IO. CVUT v Praze, Fakulta elektrotechnická, 2006. Diplomová práce. [4] PHOENIX CONTACT.

Automation Systems AUTOMATIONWORX –

Control solutions [online], 2007. http://eshop.phoenixcontact.com. [5] PHOENIX CONTACT. Zásuvné spojovac´ı konektory PROFINET, 2007. http://www.phoenixcontact.cz/products/21718 21727.htm. [6] Pigan, P. a Metter, M. Automating with PROFINET. Publicis Corporate Publishing, 2005. [7] PROFIBUS International. PROFINET – Technical description, 2007. http://www.profibus.com/pn/technology. [8] Siemens. PROFINET – Standard pro pr˚ umyslový Ethernet v automatizaci, 2005. [9] Siemens Automation and Drives, 2007

.

https://mall.automation.siemens.com. [10] Siemens Automation and Drives. Siemens Image Database [online], 2007. www.automation.siemens.com/bilddb. [11] Turck – Industrial Automation. Gateway pro I/O systém BL67, 2007. www.turck.com. ´ ć ˇek, A. Uvod [12] Voja do INTERBUS Fieldbus [online]. www.automatizace.hw.cz, 2005. 48

I

LITERATURA [13] WAGO.

WAGO I/O SYSTEM, 2007

.

http://www.wago.com/wagoweb/documentation/logbook/logbook.htm. [14] Wikipedia. IEC 61131-3 – Wikipedia, The Free Encyclopedia [online], 2007. http://en.wikipedia.org/wiki/IEC 61131-3.

II

ˇ ÍLOHA A. VYZNAM ´ ˇ ´ PR HODNOT PROMENN YCH OB 83 A 86

III

Pˇ r´ıloha A V´ yznam hodnot promˇ enn´ ych OB 83 a 86 OB83 EV CLASS

OB83 FLT ID Ud´ alost

B#16#39

B#16#51

PROFINET IO modul vytaˇzen

B#16#39

B#16#54

PROFINET IO submodul vytaˇzen

B#16#38

B#16#54

PROFINET IO submodul zasunut, odpov´ıdá konfiguraci

B#16#38

B#16#55

PROFINET IO submodul zasunut, neodpov´ıdá konfiguraci

B#16#38

B#16#56

PROFINET IO submodul zasunut,chyba v parametrech modulu

B#16#38

B#16#58

PROFINET IO submodul – vylouˇcena chyba pˇr´ıstupu

B#16#39

B#16#61

Modul vytaˇzen, nebo nem˚ uˇze b´ yt adresován OB83 MDL TYPE: aktuáln´ı typ modulu

B#16#38

B#16#61

Modul zasunut, typ OK OB83 MDL TYPE: aktuáln´ı typ modulu

B#16#38

B#16#63

Modul zasunut, ˇspatn´ y typ OB83 MDL TYPE: aktuáln´ı typ modulu

Tabulka A.1: Události alarm˚ u spouˇstej´ıc´ı OB 83

ˇ ÍLOHA A. VYZNAM ´ ˇ ´ PR HODNOT PROMENN YCH OB 83 A 86 OB83 EV CLASS


B#16#38

B#16#64

IV

Modul zasunut, chyba ˇcten´ı ID OB83 MDL TYPE: aktuáln´ı typ modulu

B#16#38

B#16#65

Modul zasunut, ˇspatn´ y typ OB83 MDL TYPE: aktuáln´ı typ modulu

B#16#39

B#16#66

Modul nem˚ uˇze b´ yt adresován, porucha napˇet’ové zátˇeˇze

B#16#38

B#16#66

Modul m˚ uˇze b´ yt znovu adresován, porucha napˇet’ové zátˇeˇze odstranˇena

B#16#33

B#16#67

Zaˇcátek reparametrizace modulu

B#16#32

B#16#67

Konec reparametrizace modulu

B#16#39

B#16#68

Reparamatrizace modulu ukonˇcena s chybou

B#16#38

B#16#84

Vloˇzen modul rozhran´ı

B#16#39

B#16#84

Vysunut modul rozhran´ı

Tabulka A.2: Události alarm˚ u spouˇstej´ıc´ı OB 83 ( pokraˇcován´ı)

ˇ ÍLOHA A. VYZNAM ´ ˇ ´ PR HODNOT PROMENN YCH OB 83 A 86

V

OB86 EV CLASS


B#16#39

B#16#C1

Selhán´ı rozˇsiˇruj´ıc´ı jednotky

B#16#38

B#16#C1

Návrat rozˇsiˇruj´ıc´ı jednotky

B#16#38

B#16#C2

Návrat rozˇsiˇruj´ıc´ı jednotky, rozd´ıl mezi pˇredchoz´ı a aktuáln´ı konfigurac´ı: – moduly existuj´ı s jin´ ymi ID – moduly chyb´ı – porouchan´ y modul

B#16#38

B#16#C6

Návrat rozˇsiˇruj´ıc´ı jednotky, chyba v parametrizaci modulu této jednotky: – moduly existuj´ı s nesprávn´ ym ID – moduly existuj´ı s nesprávn´ ymi nebo chybˇej´ıc´ımi parametry

B#16#39

B#16#CA

Selhán´ı PROFINET IO systému

B#16#39

B#16#CB

Selhán´ı nebo navrácen´ı PROFINET IO stanice. OB86 RESERVED 1:

B#16#39

B#16#C4 – chyba pouze této stanice B#16#CF – chyba/selhán´ı dalˇs´ıch stanic B#16#39

B#16#CC

Chybná nebo s odstranˇenou chybou PROFINET IO stanice

B#16#39

OB86 RESERVED 1: B#16#C4 – chyba pouze této stanice B#16#CF – chyba/selhán´ı dalˇs´ıch stanic B#16#39

B#16#CD

Návrat PROFINET IO stanice, rozd´ıl mezi pˇredchoz´ı a aktuáln´ı konfigurac´ı

B#16#39

B#16#CE

Návrat PROFINET IO stanice, chyba v parametrizaci modulu

Tabulka A.3: Události alarm˚ u spouˇstej´ıc´ı OB 86

Pˇ r´ıloha B V´ ypis funkc´ı a jejich struˇ cn´ y popis InitReqIOInterfaces Tato metoda je volána k inicializaci pointru asynchronn´ıho rozhran´ı.

OnDataChange() Implementace callback funkce rozhran´ı IOPCDataCallback. Je volána OPC serverem pˇri kaˇzdé zmˇenˇe hodnoty jednotliv´ ych V/V modul˚ u. Parametry : • dwTransid : id transakce • hGroup : ˇcislo group • dwCount : poˇcet item˚ u, které hlas´ı tuto funkci • phClientItems : pole s ˇc´ısly item˚ u • pvValues : pole hodnot, jsou zavislé na pole s itemy • pwQualities : hodnoty kvalit • pftTimeStamps : ˇcas • pErrors : pole s chybov´ ymi hodnotami

OnReadComplete() Implementace callback funkce rozhran´ı IOPCDataCallback. Je volána OPC serverem pˇri dokonˇceném synchronn´ım volán´ı. Parametry : VI

ˇ ÍLOHA B. VYPIS ´ ˇ Y ´ POPIS PR FUNKCÍ A JEJICH STRUCN

VII

• dwTransid : id transakce • hGroup : skupina • dwCount : poˇcet item˚ u, které tuto akci volaj´ı • phClientItems : pole s itemy • pvValues : pole s hodnotami • pwQualities : pole s kvalitami, odpov´ıdaj´ıc´ı poli s itemy • pftTimeStamps : ˇcas • pErrors : pole s chybami

OnWriteComplete() Implementace callback funkce rozhran´ı IOPCDataCallback. Je volána OPC serverem pˇri dokonˇceném asynchronn´ım zápisu. Parametry : • dwTransid : id transakce • hGroup : ˇc´ıslo skupiny • dwCount : poˇcet item˚ u • pClienthandles : seznam item˚ u • pErrors : seznam chyb

zapisChyby() Metoda pro zápis chyb, kde jako vstupn´ı parametr je ˇc´ıslo V/V modulu (Itemu), kter´ y chybu zp˚ usobil a specifikace chyby. Parametry : • item : ˇc´ıslo V/V modulu (Itemu) • chyba : string se specifikac´ı chyby

ˇ ÍLOHA B. VYPIS ´ ˇ Y ´ POPIS PR FUNKCÍ A JEJICH STRUCN

VIII

GetQuality() Pˇrevád´ı ˇc´ıselné vyjádˇren´ı kvality spojen´ı na slovn´ı tak, jak jej definuje OPC Foundation. Parametry : • wQuality : ˇc´ıselná hodnota kvality signálu spojen´ı

Pˇ r´ıloha C Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD K této práci je pˇriloˇzeno CD, na kterém jsou uloˇzeny zdrojové kódy. • Adresáˇr 1: • Adresáˇr 2:

IX

Fakulta elektrotechnická. PROFINET IO pro průmyslové aplikace

Recommend Documents