Profinet от Siemens водещи индустриални мрежи

Алексей Василиев (София)

Предимствата на мрежи, базирани на Ethernet - за изграждане на гъвкавост, възможността за използване на TCP / IP протокол, огромна гама от оборудване за различни приложения. Но има и Ethernet и недостатъци, главен сред тях - е невъзможно да се изгради система, в която предаването на сигнали за управление е от порядъка на 1 милисекунда. Именно тази скорост често се изисква в изграждането на системи за индустриална автоматизация. Siemens компания бе създадена Новост е система, която съчетава гъвкавостта на Ethernet и умения за работа в реално време.

При разработването на отворен стандарт единични гуми за промишлена автоматизация в 80-те години е създаден от консорциум от водещите производители на оборудване за автоматизация. Този консорциум е наречен PROFIBUS и първият резултат от работата му е създаването на едноименната автобуса. Важно предимство на PROFIBUS е възможността да работи в изохронна реално време. По време на разработването на PROFIBUS, че е изключително спешно, а дори и сега, след четвърт век, той е широко използван, както и новото оборудване е на разположение за него. Но животът не стои на едно място: мрежа от Ethernet и TCP / IP протокол от дните на плъзгане предмет на тесен кръг от специалисти по съвременни компютърни технологии са се превърнали в де факто стандарт за компютърни мрежи.

Въз основа на този принцип, е възможно да се предвидят пакети, свързани с реално време и изохронни процеси, специални "Специални алеи" в Ethernet трафик. След промяната на натоварването на мрежата, няма да доведе до "претоварване" критични пакети, и се отваря възможността да се постави по-строги стандарти по време на забавяне пакет.

Именно на този принцип се основава на системата Новост е създаден от консорциум от PROFIBUS. Първоначално системата е създадена за нуждите на германската автомобилна индустрия, а именно групата AIDA (така наречените пет основни производители на автомобили: Audi, BMW, Daimler, Porsche и Volkswagen). В Profinet въз основа на същите принципи, както на базата на Ethernet. Този пълен дуплекс шина, която осигурява пренос на данни на 100 Mbit / сек. Ако е необходимо, предаването на информация може да се извърши от оптични влакна или безжичен начин. разпределение на товара мрежа винаги може да се промени по отношение на нейната топология. Освен това, мрежата Новост е напълно съвместим с Ethernet. Новост е телеграми могат да се предават чрез съществуващата инфраструктура за Ethernet, включително Ethernet-над превключватели. Въпреки това, параметрите на Ethernet-преминат някои ограничения, посочени в официалното описание на системата. Въпреки това, повечето от днешните Ethernet ключове, които се използват в системите за индустриална автоматизация отговарят на тези изисквания.

В Profinet, от своя страна, е разделен на PROFINET IO, предназначени за реално време и изохронна в реално време, както и Новост CBA, фокусирани върху протокола TCP / IP.

Как Новост

предаване цикъл PROFINET предаване цикъл идентичен Ethernet (Фигура 1). 25 и 26 байта са идентификатори, като предаване на данни - Новост. Това е последвано от блок-конкретна информация PROFINET, и завършва с стандарт за проверка единица Ethernet телеграма FCS. По този начин, от гледна точка на ключа Ethernet, телеграмата на Новост - това е само на някои специфични данни, предавани чрез компютърна мрежа. И те могат да се обработват по същия начин, както всеки друг.

Фиг. 1. Структура Ethernet- и PROFINET-телеграми

По този начин около 50% от трафика в резервиран при обичайните данни Profinet (с размерите на тази част може да се регулира чрез определяне на подходящите настройки), което не е важно за точно определяне на времето (фигура 2). Обикновено този трансфер на данни чрез TCP / IP протокол. Всички останали трафик се използва за предаване на информация в реално време (Real-Time - RT) със закъснение от порядъка на десетки, единици на милисекунди, а в реално време изохронна (Изохронна в реално време - ИРТ), когато закъснението е по-малко от 1 милисекунда.

Фиг. 2. Backup пропускателна

За ИРТ-комуникация (и само за тях!) Се разпределя отделен прозорец от време. Стандартна рамка не може да прекъсне ИРТ-цикъл. Трябва да се отбележи, че при използване на ключове се прилага в случай на специално оборудване ИРТ SCALANCE X-ИРТ.

В изохронна режим, контролният цикъл е синхронизиран с цикъла на системна шина. В този четене входове и изходи на запис се извършва в точно определено време.

ИРТ е извършено прехвърляне на подсистемата за вход-изход, наричан и IO-подсистема. Следните видове Profinet IO-оборудване:

• IO-контролер. Комуникира с полеви устройства, както и достъп до сигнали IO-домейн чрез процеса.
• IO-устройство. Устройството за поле, определен от специално IO-контролер.
• IO-ръководител. Диагнози, както и интерфейс "човек-машина» (HMI). В повечето случаи, това е един вид конзола, с която можете да контролирате работата на оборудването и да направи необходимите корекции.

В допълнение към конвенционалното, в PROFINET IO-там може да се уреди с бързо включване / изключване функция. Този режим осигурява малко време за превключване, което е, в зависимост от модификацията, 500 или 700 милисекунди. Към момента на писане на статията Siemens пусна две серии от такива устройства: ЕТ 200eco PN (по време на до 500 милисекунди) и ET200S (по време на до 700 милисекунди). В едно примерно изпълнение ЕТ 200eco PN с номер продукт (MLFB) 6ES7141-6BG00-0AB0 на, позволява контрол на до осем. Трябва да се има предвид, че функцията на бързото ключа за включване / изключване се активира чрез специални управляващи сигнали. Когато това не е активирана, тя подкрепя IO-устройство не се различава от обичайните.

Избор на структурата на мрежата

Наличието на средства, за да се гарантира, трафик за съкращаване на RT и ИРТ, не отричам, обаче, някои правила за изграждане на мрежата, за да се намали времето за пренос на данни. Ако те не отговарят, дори и в задръстванията Новост ще се случи.

се препоръчва да се използва тип мрежова топология "дърво" или "звезда" за PROFINET. Елементи на системата, генериращи редовен трафик в големи количества, трябва да бъдат свързани към една и съща ключа с IO-контролер. IO-подсистема трябва да комуникира чрез превключвателя на най-високо ниво, което предотвратява цикличен обмен на трафик.

И, разбира се, мрежата трябва да бъдат защитени от интензивното излъчване и мултикаст трафик.

Регулиране на система, която използва пакет Simatic Етап 7

За развитието на системи за автоматизация на базата на програмируеми логически контролери, Siemens е създал софтуерна среда Simatic Стъпка 7. Стъпка 7 съвместимост с конкретен хардуер и софтуер версия на операционната система на компютъра е на разположение от специалист. Номер на поръчката на текущата версия на Simatic Стъпка 7 номенклатурата на Siemens: 6FC5252-0AY00-0AG0. Производителят препоръчва да го използвате за хардуер SINUMERIK (така наречената серия на оборудване за CNC, част от които, наред с другото, да включва работни станции).

Трябва да се отбележи, че наличието на такъв мощен софтуерен пакет с интуитивен интерфейс е силен аргумент в полза на избора на точно продукти на Siemens за PROFINET. С промишлени контролери от други производители този пакет няма да работи.

С течение на годините, на пакет Стъпка 7 се използва за програмиране на PROFIBUS-система, основана на Siemens промишлени контролери. Изготвен от огромен брой специалисти, владеещи този пакет. А добрата новина е, че тези инвестиции в човешкия капитал в прехода към Новост е, не се губи. Конфигурация за PROFINET IO устройства в този пакет е представен по същия начин, както за PROFIBUS DP.

За всеки отделен IO-устройство е възможно времето за персонализиране цикъл, в зависимост от параметрите и предизвикателства. Силно се препоръчва да се извърши такава настройка, тъй като дава възможност за значително увеличаване на капацитета на мрежата. Регулиране на времето на цикъла се извършва в Стъпка 7 е много прост - трябва да изберете от списъка с устройства, IO-съществен елемент, изберете менюто Edit последно обновяване / Mode и задайте времето.

Оборудването на Сименс име контролер и неговите настройки се съхраняват на сменяем модул с памет. Тя може да бъде разпределена като стандарт карта памет ММС а (FC / SINAMICS G120, 6SL3254-0AM00-0AA0 брой продукт), и патентовани модул Plug-C (6GK1900-0AB00 брой продукт).

Споделяне на устройства

Чрез споделяне устройство (споделено устройство) се отнася до PROFINET IO-устройство за които две (или повече) на контролера (Фигура 3) са определени. Вариация на такова устройство е споделена модул (общ вход), с което щепсел контролери могат да изпълняват четене на информация, но правото на запис е само един контролер. Пример за споделено устройство може да бъде ET200M IM 153-2 (6AG1153-2BA02-2XY0 номер на продукта) и споделяне на вход - ET200MP (6AG1155-5AA00-7AB0 номер на продукта), когато сте задали подходящия режим на работа.

Фиг. Пример 3. Свързване споделяне Устройство

Използването на споделени устройства осигурява по-голяма гъвкавост конфигурацията на системата да отговори на тези или задачи.

Свързване на "умни" устройства

Като IO-устройство, за да уреди Siemens може да бъде свързан към централен контролер, компютър или друго устройство, основаваща се на микропроцесор. По-конкретно, такова устройство може да бъде IO-контролер.

Какво прави той? Първо, свържете компютъра към IO-устройство значително опростява конфигурацията на системата, за да взаимодействат с него, като се използва стандартен Profinet интерфейс. На второ място, откривайки възможност за интегриране в други дружества на контролери.

протокол MRP

За да се подобри надеждността в някои случаи в системите за индустриална автоматизация, използващи пръстен мрежова топология а. Възстановяване се извършва с помощта на MRP протокол (Media съкращения Protocol), подкрепа мрежа с броя на ключове до 50.

В зависимост от зададените параметри и натоварването на мрежата в момента за възстановяване на MRP Новост от оборудване Siemens е от 10 до 200 милисекунди.

Протокол MRP целостта на пръстена се контролира от предаване на кадъра тестови данни в една посока и да ги получавате по веригата към другия. Всички данни, с изключение на рамки за изпитване, са блокирани в една от двете пръстеновидни пристанищата на ключ водят (т.нар MRM-превключвател) формиране всъщност линейна топология на мрежата. Това помага за предотвратяване на сблъсъци. В отсъствието на тестови рамки от другата страна на разликата в пръстен се диагностицира, докато отключване се провежда второ съединение, което възстановява предаваните данни.

Останалите превключва в Закона за пръстен като роби (MRC-превключватели), предаващи рамките чрез верига от един пръстен на друг порт. Ако MRM-Switch получи съобщение от MRC-включете отказа от своите пристанища пръстен преди теста не намери рамката, тя се ръководи от това предупреждение и активира блокирана връзката. Това може да се намали времето за възстановяване на мрежата.

производствено оборудване Новост Siemens MRP механизъм поддържа IO-контролери, IO-устройства, RT-ИРТ-техника и оборудване Scalance серията X200 / 300/400. Като пример Scalance X308-M2 превключвател (6GK5308-2GG00-2AA2 номер на продукта) и комутатор с разширен обхват от работни температури Scalance X302-7EEC (брой 6GK5302-7GD00-1EA3 продукт).

Следната информация се вписва в Стъпка 7 пакета, за да изберете MRP параметри: име на домейн, роля (клиент / сървър), всеки две пристанища са пръстен.

PROFIenergy

Подкрепа за PROFIenergy извършва на IO нивоконтролера фърмуера. В допълнение, свързан към оборудването за управление трябва да бъде в състояние да контролира спестяване на енергия чрез PROFIenergy команди. Подкрепа за PROFIenergy в продуктите на Siemens се реализира в модули от ET200S, ET200SP, ET200MP, ET200Pro (в зависимост от версията на фърмуера). Примерите включват захранване PM-E ​​(брой 6ES7138-4CB11-0AB0 продукт) и стартиране на двигателя модул (3RK1903-1BC00 номер на продукта) в серията ET200S.

За всяко устройство в фърмуер задължително минимално допустимото време за пауза и завой-навреме (Време за плаване), т. Е. Необходимата за подгряване на устройството времето. Тези данни, заедно с текущото състояние и списък с наличните функции за пестене на енергия, системата за искане на IO-контролер.

С течение на времето, равна на стойността време да работите, че системният контролер предава сигнал за приключване на паузата (Фигура 4). След определеното време за стартиране, IO-контролер отговаря, че устройството е готово за възлагане. И едва след това устройството ще се предоставя на контролните сигнали за изпълнение на всяко действие. Този мулти-система осигурява високо ниво на сигурност и защита срещу откази на оборудването.

Фиг. 4. Стартирайте оборудването след кратка пауза

Новост е CBA

За тип комуникация "машина на машина" и комуникация в цялата система чрез Ethernet може да се използва Новост CBA стандарт. Тя се основава на представяне на набор от модули, монтаж с входовете и изходите за взаимодействие с други модули. Обикновено, процесът на производство е разделена на отделни логически секции завършени, за всеки от които се прави сглобяването. Например, ако процесът е автоматизирано производство на домакински химикали, че като отделен възел може да бъде набор от устройства за пълнене в ампули средства. За да се изработи на производствения процес на базата на модули с производството на Siemens SIMATIC модули, специална програма IMAP (Фигура 5).

Фиг. Програма 5. SIMATIC IMAP

Тази програма, по-специално, може да гъвкав обмен преконфигуриране данни. Това означава, че прехвърлянето на входове и изходи възли, както и тяхната връзка топология може да се промени, за да се постигнат оптимални резултати. Създаване на карта на свързвания е зареден в системата. В тази комуникация устройство е конфигурирано автоматично. Това дава възможност незабавно да възстанови завода поточната линия за производство на други продукти. Използването Новост ви позволява бързо да се адаптират към променящите се пазарни условия.