Automatyka przemysłowa. SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.

Transkrypt

1 Wykonanie przemysłowe Programowanie całej instalacji Integracja istniejących instalacji Niezawodność i redundancja Automatyka przemysłowa Krótki czas reakcji Zabezpieczenie dostępu Diagnostyka sieci i stacji Automatyka przemysłowa ciągle podlega zmianom i innowacjom. Zastosowanie technologii sieciowych wprowadziło rewolucyjne zmiany polegające na zmianie systemu centralnego na system rozproszony. Aplikacja do zabezpieczeń Safety Materiały udostępnione przez PNO Polska 1

2 Komunikacja przemysłowa Poziom obiektu AS-I sygnały czujników i elementów wykonawczych transmitowane są poprzez sieć sygnałową. Daje to prostą i tanią technologię przesyłania danych i zasilania tym samym kablem. Na poziomie polowym rozproszone stacje takie jak moduły I/O, przetworniki, napędy, zawory i panele operatorskie komunikują się z systemem automatyki poprzez wydajny system komunikacji PROFIBUS. Na poziomie sterowania sterowniki PLC i IPC komunikują się z innymi systemami IT i siecią biurową poprzez Ethernet, TCP/IP, Intranet. Tego typu informacje wymagają dużych pakietów danych i wydajnej komunikacji standard PROFInet, spełnia stawiane tutaj wymagania Materiały udostępnione przez PNO Polska 2

3 Komunikacja PROFIBUS oparta jest na międzynarodowym standardzie IEC oraz IEC Problemy aplikacji i oprogramowania zawarto w opisach technicznych, które udostępnia Organizacja PNO Profibus. Zastosowanie otwartych standardów zapewnia pewną i długotrwałą kompatybilność oraz zabezpieczenie istniejących inwestycji. Jest to nadrzędnym celem Organizacji Użytkowników Sieci PROFIBUS PNO, a ciągły rozwój technologii PROFIBUS zapewnia członkom długotrwałą perspektywę rozwoju. Materiały udostępnione przez PNO Polska 3

4 Sieć PROFIBUS ma strukturę modułową, dodatkowo pozwala zrealizować transmisję poprzez liczne technologie komunikacyjne, oferuje dużą ilość aplikacji i profili systemowych, jak również narzędzia do obsługi i parametryzacji urządzeń: PROFIBUS DP stosowany jest w automatyce przemysłowej do rozpraszania modułów; typowo transmisja realizowana jest w technologii RS485; wykorzystywana jest jedna z wersji protokołu komunikacyjnego DP, jak również jeden lub kilka profili. Materiały udostępnione przez PNO Polska 4

5 PROFIBUS PA implementowany jest generalnie w automatyce procesowej. Wykorzystuje typowo technologie transmisji MBP-IS oraz protokół transmisji w wersji DP-V1 oraz profile aplikacyjne dla urządzeń PA Devices. Motion Control z PROFIBUS przeznaczony jest dla sterowania napędami z wykorzystaniem technologii transmisji RS485. Wykorzystuje protokół transmisji w wersji DP-V2 oraz profil aplikacyjny PROFIdrive. PROFIsafe wykorzystywany jest w aplikacjach do zabezpieczeń (zasadniczo wykorzystywany we wszystkich gałęziach przemysłu). Wykorzystuje RS485 lub MBP-IS oraz jedną z wersji protokołu DP z profilem PROFIsafe. Materiały udostępnione przez PNO Polska 5

6 Technologie transmisyjne Użytkownik może wybrać różne media i sposoby przesyłania danych, pozwalające na transmisję w sieci PROFIBUS. RS485 jest najbardziej popularną technologią transmisyjną. Wykorzystuje ekranowaną parę przewodów. Można wybrać prędkości transmisji od 9.6 Kbit/s do 12 Mbit/s w sieci. Wszystkie stacje w sieci muszą pracować z ustawioną jedną prędkością. Można dołączyć do 32 stacji w segmencie (typu master lub slave). RS485-IS została określona dla medium 4-przewodowego w strefach zagrożonych wybuchem EExi. Określony poziom napięcia i prądu odnosi się do dopuszczalnej wartości bezpiecznej, której nie wolno przekroczyć w żadnym urządzeniu, czy w czasie łączenia systemu. Technologia MBP - "Manchester Coding (M)" kodowanie Menchester - "Bus Powered", (BP) zasilanie przez sieć występuje w aplikacjach w automatyce procesowej, gdzie wymagane jest zasilanie po sieci oraz dla stacji iskrobezpiecznych chemia i petrochemia. MBP jest transmisją synchroniczną ze zdefiniowaną prędkością transmisji Kbit/s. Jako medium transmisyjne wykorzystuje się ekranowany kabel dwużyłowy. Materiały udostępnione przez PNO Polska 6

7 Światłowód - tego typu transmisja wykorzystywana jest w przypadku występowania dużych zakłóceń elektromagnetycznych oraz przy dużych odległościach pomiędzy stacjami. Najczęściej sieć optyczna zbudowana jest w oparciu o konwerter sygnału elektrycznego na optyczny, który podłączony jest do urządzenia sieciowego oraz do światłowodu. Pozwala to na zastosowanie transmisji poprzez RS485 oraz światłowód w jednej instalacji, zależnie od potrzeb. Materiały udostępnione przez PNO Polska 7

8 Materiały udostępnione przez PNO Polska 8

9 Protokoły komunikacyjne PROFIBUS Protokoł komunikacyjny DP (Decentralized Peripherals) został stworzony do szybkiej wymiany danych z urządzeniami obiektowymi (warstwa polowa). Zazwyczaj stacja centralna (PLC, PC lub system sterowania procesem) komunikuje się z urządzeniami rozproszonymi po obiekcie, takimi jak wejścia/wyjścia, zawory, przetworniki, czy analizatorami poprzez bardzo szybkie połączenie szeregowe. Wymiana danych ze stacją rozproszoną jest zasadniczo cykliczna. Potrzebne do tego funkcje komunikacyjne są określone przez podstawowe funkcje bazowe DP (wersja DP-V0). Mając na uwadze specjalne wymagania przy tworzeniu aplikacji na różnych obiektach, funkcje te są rozszerzane stopniowo przez funkcje specjalne - kolejne wersje: DP-V0, DPV1 oraz DP-V2. Materiały udostępnione przez PNO Polska 9

10 Podstawowe cechy: DP-V0 posiada podstawowe funkcje: odczytuje cyklicznie sygnały wejściowe ze stacji slave, zapisuje cyklicznie stan wyjść do stacji slave, diagnostyka stacji, diagnostyka modułu i poszczególnych kanałów (pozwala na szybką lokalizację awarii). DP-V1 zawiera rozszerzenia związane z automatyką procesu, w szczególności acykliczną komunikację danych w celu parametryzacji, obsługi wizualizacji i alarmów inteligentnych urządzeń polowych, działającą wraz z cykliczną komunikacją danych użytkowych. Dodatkowo DP-V1 definiuje alarmy: alarmy statusowe, alarmy odświeżania oraz alarmy określone przez użytkownika. DP-V2 wprowadza dalsze rozszerzenia, które są związane przede wszystkim z napędami. Dzięki dodatkowym funkcjom: izochroniczny tryb pracy, komunikacja slave-toslave, DP-V2 implementowany jest do obsługi napędów przy sterowaniu osiami. Materiały udostępnione przez PNO Polska 10

11 DP Master klasy 2 (DPM2) Urządzenia tego typu stanowią stacje inżynierskie i systemy konfiguracyjne. Wykorzystuje się je podczas uruchamiania i do obsługi i diagnostyki skonfigurowanych stacji, odczytu wartości wejściowych i parametrów oraz statusu urządzenia. Master DPM2 nie musi być podpięty ciągle do sieci systemowej. Typy stacji: DP Master klasy 1 (DPM1) Generalnie jest to jednostka centralna, która cyklicznie wymienia informacje ze stacjami rozproszonymi (Slave). Typowo stację DPM1 stanowi sterownik programowalny (PLC) lub komputer PC. DPM1 posiada aktywny dostęp do sieci z możliwością odczytu danych wejściowych (input) stacji polowych oraz z możliwością zapisu wartości wyjściowych (outputs). Stacje Slave - generalnie to urządzenie peryferyjne, takie jak moduły I/O, napędy, panele, zawory, przetworniki, które przekazują informacje o procesie i do procesu. Stacje Slave są stacjami o pasywnym dostępie do sieci (stacje pasywne), oznacza to, że odpowiadają one na bezpośrednie zapytania. Materiały udostępnione przez PNO Polska 11

12 Tryby pracy systemu Stan pracy określone jest przede wszystkim przez stację Master DPM1: Stop - brak wymiany danych pomiędzy stacją Master DPM1 oraz stacjami Slave. Clear - master DPM1 odczytuje wejścia ze stacji Slave i ustawia wyjścia w stan bezpieczny ("0") Operate - master DPM1 wymienia dane ze stacjami. W trakcie wymiany danych wejścia są odczytywane ze stacji Slave oraz następuje zapis wartości na wyjścia. Stacja Master DPM1 cyklicznie wysyła swój status do wszystkich dołączonych stacji Slave w określonym interwale czasowym, wykorzystując komendę multicast. Reakcja stacji DPM1 na błędy w trakcie transmisji, np. awarię stacji Slave są określone przez parametr "auto clear". Materiały udostępnione przez PNO Polska 12

13 Wersja DP-V1 - podstawowe rozszerzenie funkcji w wersji DP-V1 stanowi możliwość acyklicznej wymiany danych. Tego typu funkcja wymagana jest do parametryzacji i kalibracji urządzeń polowych poprzez sieć w trakcie pracy oraz do wprowadzania i potwierdzania alarmów. Transmisja acykliczna wykonywana jest równolegle obok cyklicznej wymiany danych, ale posiada niższy priorytet. Master klasy 1 posiada znacznik do nadawania (token) i ma możliwość wysyłania informacji do lub otrzymywać ze stacji Slave, w określonej sekwencji aż do obsługi ostatniej stacji ze swojej listy (kanał MS0); następnie przekazuje uprawnienie nadawania do stacji Master klasy 2. Master ten może wykorzystać dostępny czas ("gap") z ustawionego cyklu do połączenia i transmisji acyklicznej do dowolnej stacji Slave (np. Slave 3, kanał MS2); na końcu bieżącego czasu cyklu zwraca uprawnienia nadawania (token) do stacji Master klasy 1. Materiały udostępnione przez PNO Polska 13

14 Wersja DP-V2 Komunikacja Slave-Slave (DXB) Funkcja ta umożliwia bezpośrednią komunikację pomiędzy stacjami Slave wykorzystując komunikację typu broadcast bez konieczności komunikacji poprzez stację Master: stacja Slave nazywana jest "publisher", stacja bezpośrednio odpowiadająca - "subscribers" Pozwala to na bezpośredni odczyt danych z innych stacji i redukuje czas odpowiedzi w sieci do około 90 %. Tryb izochroniczny - funkcja ta umożliwia sterowanie synchroniczne stacji Master i Slave niezależnie od obciążenia na sieci. Tego typu funkcja daje możliwość precyzyjnego pozycjonowania z odchyłką zegara na poziomie mniejszym niż mikrosekundy. Wszystkie stacje synchronizują cykl do cyklu w sieci Mastera. Materiały udostępnione przez PNO Polska 14

15 Zalety sieci Ethernet Jeden typ sieci Ograniczenie typów łączy Globalny zasięg Dostęp do najniższego poziomu systemu Zalety technologii IT w systemach automatyki Zdalny dostęp Serwis poprzez internet Podgląd i obsługa systemu Porównanie z systemami pracującymi w automatyce Większa wydajność Nieograniczona ilość stacji Prostsza obsługa Materiały udostępnione przez PNO Polska 15

16 PROFINET rozwiązanie dla sieciowych aplikacji przemysłowych Podstawowe cechy: standard otwarty dla wszystkich użytkowników oparty na bazie sieci Industrial Ethernet wykorzystuje TCP/IP i standard IT praca Real-Time po sieci Ethernet pozwala na pełną integrację systemów polowych moduły Proxy do przezroczystej komunikacji Profibus i Profinet Zabezpieczenie inwestycji przez wykorzystanie istniejących stacji PROFIBUS w aplikacji Materiały udostępnione przez PNO Polska 16

17 PROFINET komunikacja Real-Time Jeden typ komunikacji i szybki czas reakcji Jednoczesna praca real-time i IT w sieci Komunikacja real-time dla aplikacji nie-krytycznych oraz dla aplikacji wymagającej dużą wydajność Komunikacja TCP/IP bez ograniczeń Internet Automatyka przemysłowa Motion Control PROFINET 100ms IT-services 10ms <1ms TCP/IP Dane procesowe Real-Time Materiały udostępnione przez PNO Polska 17

18 Aplikacja IT np. HTTP SNMP DHCP... 1 Aplikacje PROFINET Dane Dane standard procesowe 1 Kanały standardowe Parametryzacja i konfiguracja stacji Odczyt danych diagnostycznych Dane użytkowe TCP/UDP IP Ethernet Real-time 2 RT 3 IRT Real-time 2 3 Kanał Real-Time RT Wydajne przesyłanie danych procesowych Sterowanie i obsługa alarmów/przerwań Kanał Real-Time IRT Transmisja izochroniczna danych procesowych Jitter <1µsec Materiały udostępnione przez PNO Polska 18

19 PROFINET klasy urządzeń IO-Controller (Master w sieci PORFIBUS): Zarządza wymianą danych ze stacjami polowymi Dostęp do sygnałów peryferii poprzez obraz procesu IO-Device (Slave w sieci PORFIBUS): Stacja polowa przyporządkowana do IO-Controller IO-Supervisor (PG. Master klasy 2): OP i stacje diagnostyczne Konfiguracja Dane procesowe Diagnostyka PLC IO-Controller PG/PC Supervisor Parametryzacja Diagnostyka Status/Sterowanie Materiały udostępnione przez PNO Polska 19

20 Automatyka rozproszona CbA Component based Automation jest to koncepcja, która polega na podziale aplikacji na moduły funkcjonalne, a następnie połączenie ich poprzez sieć PROFINET. Prosty podział instalacji i produkcji na inteligentne moduły - komponenty Komunikacja pomiędzy stacjami wzdłuż linii produkcyjnej Konfiguracja graficzna komunikacji pomiędzy modułami technologicznymi Maschine 1 Maschine 2 Maschine 3 Maschine 4 ON STARTING ON STARTING ON STARTING ON STARTING START READY START READY START READY START READY STOP RUNNING STOP RUNNING STOP RUNNING STOP RUNNING HELD HELD HELD HELD Lifestate Lifestate Lifestate Lifestate Materiały udostępnione przez PNO Polska 20

21 Technologia modułowa: proces napełniania butelek Mechanical Bottling ExtemStop BOOL ExtemStart BOOL Cnt_In I4 BOOL StartNext BOOL Running BOOL Status I4 Cnt_Out UI1 Lifestate Cont roller Funct ion Materiały udostępnione przez PNO Polska 21

22 Komunikacja pomiędzy modułami Machine 1 START BOOL BOOL STARTING STOP BOOL BOOL READY Cnt_IN BOOL BOOL RUNNING I4 Cnt_OUT UI1 Lifestate Machine 3 START BOOL BOOL STARTING STOP BOOL BOOL READY Cnt_IN BOOL BOOL RUNNING I4 Cnt_OUT UI1 Lifestate Machine 2 START BOOL STOP BOOL Cnt_IN BOOL BOOL STARTING BOOL READY BOOL RUNNING I4 Cnt_OUT UI1 Lifestate PROFINET standaryzacja Opis modułów technologicznych pliki GSDML - oparte na bazie formatu XML Zawarcie funkcji sterowania w programie Określenie komunikacji pomiędzy modułami - konfiguracja zamiast programowania. Materiały udostępnione przez PNO Polska 22