Automatyka przemysłowa ciągle pod

SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
Automatyka przemysłowa ciągle podNiezawodność
i
redundancja
lega zmianom i innowacjom.
Zastosowanie technologii sieciowych
Krótki
czas reakcji
Programowanie
całej instalacji
wprowadziło rewolucyjne zmiany polegające na zmianie
Wykonanie
przemysłowe
Automatyka
przemysłowa
systemu centralnego
Diagnostyka
sieci i stacji
na
Integracja
istniejących
instalacji
Zabezpieczenie
dostępu
system rozproszony.
Aplikacja do
zabezpieczeń
Safety
Materiały udostępnione przez PNO Polska
1
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
Komunikacja PROFIBUS oparta jest na międzynarodowym standardzie IEC 61158 oraz
IEC 61784. 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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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 31.25 Kbit/s. Jako medium transmisyjne wykorzystuje się ekranowany kabel dwużyłowy.
Materiały udostępnione przez PNO Polska
6
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
• 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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
Materiały udostępnione przez PNO Polska
8
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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 acy•
•
•
•
kliczną 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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
Internet
Automatyka przemysłowa
Motion Control
PROFINET
100ms
10ms
IT-services
<1ms
TCP/IP
Dane procesowe
Real-Time
Materiały udostępnione przez PNO Polska
17
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
Kanały standardowe
1
Aplikacja
IT
np.
HTTP
SNMP
DHCP...
Aplikacje PROFINET
1 Dane
standard
Dane
procesowe
Real-time
TCP/UDP
IP
Ethernet
2 RT
Parametryzacja i
konfiguracja stacji
Odczyt danych
diagnostycznych
Dane użytkowe
Kanał Real-Time RT
2
Wydajne przesyłanie
danych procesowych
Sterowanie i obsługa
alarmów/przerwań
3 IRT
Real-time
3
Kanał Real-Time IRT
Transmisja izochroniczna
danych procesowych
Jitter <1µsec
Materiały udostępnione przez PNO Polska
18
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
Konfiguracja
Dane
Dane procesowe
procesowe
Diagnostyka
Diagnostyka
PLC
IO-Controller
PG/PC
Supervisor
Parametryzacja
Parametryzacja
Diagnostyka
Diagnostyka
Status/Sterowanie
Status/Sterowanie
Materiały udostępnione przez PNO Polska
19
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
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
M aschine 1
ON
START
STOP
M aschi ne 2
STARTING
READY
RUNNING
HELD
Lifestate
ON
START
STOP
M aschi ne 3
STARTING
READY
RUNNING
HELD
ON
START
STOP
Lifestate
Materiały udostępnione przez PNO Polska
Maschine 4
STARTING
READY
RUNNING
HELD
Lifestate
ON
START
STOP
STARTING
READY
RUNNING
HELD
Lifestate
20
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
Technologia modułowa: proces napełniania butelek
M echanical
Bot t ling
ExtemStop BOOL
BOOL StartNext
ExtemStart BOOL
BOOL Running
Cnt_In I4
BOOL Status
I4 Cnt_Out
Cont roller
UI1 Lifestate
Funct ion
Materiały udostępnione przez PNO Polska
21
SiR_7 Transmisja danych ze sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.
Komunikacja pomiędzy modułami
M achine 1
START BOOL
STOP BOOL
Cnt_IN BOOL
BOOL STARTING
BOOL READY
BOOL RUNNING
I4 Cnt_OUT
UI1 Lifestate
M achine 3
START BOOL
STOP BOOL
Cnt_IN BOOL
BOOL STARTING
BOOL READY
BOOL RUNNING
I4 Cnt_OUT
UI1 Lifestate
M achine 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