Profinet de la siemens lider de rețele industriale

Alexey Vasiliev (București)

Avantajele rețelelor bazate pe Ethernet - pentru construirea flexibilitatea, posibilitatea de a utiliza protocolul TCP / IP, o gamă largă de echipamente pentru o varietate de aplicații. Dar există Ethernet și dezavantaje, șef printre ei - este imposibil de a construi sisteme în care transmiterea semnalelor de control este în ordinea de 1 ms. Este această viteză este adesea necesară în construcția de sisteme de automatizare industriale. firma Siemens a fost creat sistemul PROFINET care combină flexibilitatea Ethernet și capacitatea de a lucra în timp real.

Atunci când în curs de dezvoltare un dialog deschis anvelope singur standard pentru automatizări industriale în anii 80 a fost creat de către un consorțiu de cei mai importanti producatori de echipamente de automatizare. Acest consorțiu este numit PROFIBUS, iar primul rezultat al muncii sale a fost crearea autobuzului omonim. Un avantaj important al Profibus este abilitatea de a lucra într-un timp real izocrone. La momentul dezvoltării PROFIBUS a fost extrem de urgentă, și chiar și acum, după un sfert de secol, este utilizat pe scară largă, iar noul echipament este disponibil pentru ea. Dar viața nu se opune în continuare: o rețea de Ethernet și protocolul TCP / IP din zilele glisarea obiectul unui cerc restrâns de specialiști pe tehnologii avansate de calculator au devenit un standard de facto pentru crearea de rețele de calculatoare.

Bazându-se pe acest principiu, este posibil să se prevadă pachetele referitoare la un timp real și procese izocrone, speciale „benzi dedicate“ în traficul Ethernet. Apoi, schimbarea sarcinii pe rețeaua nu va duce la „congestie“ pachete critice, și deschide posibilitatea de a stabili standarde mai stricte în momentul de întârziere de pachete.

Este pe acest principiu se bazează sistemul PROFINET creat de un consorțiu de PROFIBUS. Inițial, sistemul a fost creat pentru nevoile industriei de automobile din Germania, și anume, gruparea AIDA (așa-numitele cinci producători de automobile majore: Audi, BMW, Daimler, Porsche si Volkswagen). Profinet bazat pe aceleași principii ca baza Ethernet. Acest autobuz full-duplex, care oferă rate de transfer de date de 100 Mbit / s. Dacă este necesar, transmiterea de informații poate fi realizată prin fibră optică sau fără fir mod. rețea de distribuție a sarcinii poate fi întotdeauna schimbat în ceea ce privește topologia. Mai mult decât atât, rețeaua PROFINET este pe deplin compatibil cu Ethernet. telegrame PROFINET pot fi transmise prin intermediul infrastructurii existente pentru Ethernet, inclusiv switch-Ethernet peste. Cu toate acestea, parametrii Ethernet-comutator unele restricții specificate în descrierea oficială a sistemului. Cu toate acestea, cele mai multe dintre Ethernet-switch-uri de azi, care sunt utilizate în sistemele de automatizare industriale îndeplinesc aceste cerințe.

Profinet, la rândul său, este împărțit în Profinet IO, destinate în timp real și izocrone în timp real, și PROFINET CBA, axat pe protocolul TCP / IP.

Cum PROFINET

Ciclul de transmisie ciclu PROFINET identic Ethernet de transmisie (Figura 1). 25 și 26 bytes sunt identificatori, cum ar fi transmisia de date - PROFINET. Aceasta este urmată de o informație PROFINET bloc specific, și se termină cu un standard pentru unitatea de verificare Ethernet telegramă FCS. Astfel, în ceea ce privește switch Ethernet, telegrama PROFINET - este doar câteva date specifice, transmise printr-o rețea de calculatoare. Și ele pot fi tratate în același mod ca oricare altul.

Fig. 1. Structura și PROFINET-la Ethernet telegrame

Astfel, aproximativ 50% din traficul rezervat în cadrul datelor PROFINET convenționale (dimensiunea acestei fracții poate fi ajustată prin setarea setărilor corespunzătoare), care nu este important pentru referință timp precis (figura 2). De obicei, acest transfer de date prin protocolul TCP / IP. Celelalte tipuri de trafic este utilizat pentru a transmite informații în timp real (Real-Time - RT), cu o întârziere de ordinul zecilor, unități de milisecunde, iar în izocrone în timp real (izocronă Real-Time - IRT), în cazul în care întârzierea este mai mică de 1 ms.

Fig. 2. tranzitată de backup

Pentru IRT-comunicare (și numai pentru ei!) Este alocată o fereastră separată de timp. cadru standard nu poate întrerupe IRT-ciclu. Trebuie remarcat faptul că atunci când se utilizează switch-uri se aplică în cazul echipamentelor speciale IRT SCALANCE X-IRT.

În modul izocron, ciclul de control este sincronizat cu ciclul de bus de sistem. În aceste intrări și ieșiri de citire efectuate înregistrarea sa la ore fixe.

prin transfer IRT se face pentru subsistemul de intrare-ieșire, în caz contrar se face referire ca IO-subsistem. Următoarele tipuri de Profinet IO-echipare:

• IO-controler. Comunică cu dispozitive de câmp, precum și accesul la semnalele IO-domeniu prin proces.
• IO-dispozitiv. Dispozitivul câmp desemnat de un anumit IO-controller.
• IO-supervizor. Diagnosticele, precum și interfață de „om-mașină» (HMI). În cele mai multe cazuri, acesta este un fel de consola cu care puteți controla funcționarea echipamentului și să facă ajustările necesare.

În plus față de convenționale, în PROFINET IO-pot exista dispozitive cu rapid on / off funcția. Acest mod oferă puțin timp de comutare, adică, în funcție de modificarea, 500 sau 700 ms. La momentul scrierii articolului Siemens a lansat doua serii de astfel de dispozitive: ET 200eco PN (pe timp de până la 500 ms) și ET200S (pe timp de până la 700 ms). Într-un exemplu de realizare ET 200eco PN cu numărul produsului (MLFB) 6ES7141-6BG00-0AB0, permite controlul de până la opt. Trebuie avut în vedere faptul că funcția rapidă comutatorul de pornire / oprire este activat de un semnale speciale de control. Când nu este activat, el susține IO-dispozitiv nu este diferită de cea obișnuită.

Selectarea structurii rețelei

Disponibilitatea fondurilor pentru a asigura redundanța traficului pentru RT și IRT, nu neagă, cu toate acestea, anumite reguli de construcție a rețelei pentru a reduce timpul de transfer de date. În cazul în care nu respectă, chiar și în congestie PROFINET se va produce.

se recomandă să utilizați o rețea de topologie de tip „arbore“ sau „stea“ pentru PROFINET. Elemente ale sistemului, generatoare de trafic regulat în cantități mari, ar trebui să fie conectate la același comutator cu IO-Controller. IO-subsistem trebuie să comunice prin intermediul comutatorului de nivel superior, care evită schimbul de trafic ciclic.

Și, desigur, rețeaua trebuie să fie protejate de difuzare intensivă și de trafic multicast.

Sistem de reglare cu ajutorul pachetului Pasul Simatic 7

Pentru dezvoltarea de sisteme de automatizare bazate pe controlere logice programabile, Siemens a creat un mediu software Pasul Simatic 7. Pasul 7 compatibilitatea cu hardware-ul specific și versiunea software a sistemului de operare al calculatorului este disponibil de la specialist. Numărul de ordine al versiunii curente a Simatic Etapa 7 Siemens Nomenclatura: 6FC5252-0AY00-0AG0. Producătorul recomandă utilizarea acestuia pe Sinumerik hardware (serii de echipamente pentru CNC, o parte din care, printre altele, așa-numitele, includ stații de lucru).

Trebuie remarcat faptul că prezența unui astfel de pachet software puternic, cu o interfață intuitivă este un argument puternic în favoarea alegerii exact produselor Siemens pentru PROFINET. Cu controlorii industriale de la alți producători acest pachet nu va funcționa.

De-a lungul anilor, pachetul Etapa 7 este utilizat pentru programarea sistemului PROFIBUS bazat pe controlerele industriale Siemens. Se obține printr-un număr foarte mare de profesioniști, fluent în acest pachet. Iar vestea bună este că aceste investiții în capitalul uman, în tranziția la PROFINET nu este irosit. Configurarea pentru dispozitive Profinet IO în acest pachet este reprezentat în același mod ca și pentru Profibus DP.

Pentru fiecare IO-dispozitiv individual este posibil timpul ciclului de personalizare în funcție de parametrii și provocările. Se recomandă insistent să efectueze o astfel de tuning, deoarece permite creșterea semnificativă a capacității de rețea. Reglarea timpului ciclului se realizează în Etapa 7 este foarte simplu - trebuie să selectați din lista de dispozitive elementului IO-esențial, selectați meniul Editare Actualizare Timpul / Mod și setați ora.

Echipamentul fabricat de Siemens nume controler și setările stocate pe un modul de memorie detașabil. Acesta poate fi distribuit ca un MMC card de memorie (FC / SINAMICS G120, numărul produsului 6SL3254-0AM00-0AA0) și modulul de proprietate Plug C-(6GK1900-0AB00 număr de produs).

Schimbul de dispozitive

Prin dispozitiv (dispozitiv partajat) partajarea se referă la un PROFINET IO-dispozitiv la care două (sau mai multe) a controlerului (figura 3) sunt atribuite. O variantă a unui astfel de dispozitiv este un modul partajat (intrare partajat), cu care se pot efectua controlori de plug citirea informațiilor, dar dreptul de a înregistra doar un singur controler. Un exemplu de dispozitiv partajat poate fi ET200M IM 153-2 (6AG1153-2BA02-2XY0 număr de produs) și cota de intrare - ET200MP (6AG1155-5AA00-7AB0 numărul produsului) atunci când setați modul adecvat de funcționare.

Fig. Exemplul 3. Dispozitiv de conectare Partajarea

Utilizarea dispozitivelor partajate oferă o mai mare flexibilitate de configurare a sistemului pentru a îndeplini aceste sau sarcini.

Conectarea dispozitivelor „inteligente“

Ca un IO-dispozitiv pentru echipamente Siemens poate fi conectat la un controler central, computer sau alt dispozitiv bazat pe un microprocesor. În particular, un astfel de dispozitiv poate fi IO-controler.

Ce face? În primul rând, conectați computerul la un dispozitiv de IO-simplifică foarte mult configurația sistemului pentru a interacționa cu el, folosind o interfață standard Profinet. În al doilea rând, deschizând posibilitatea de integrare în alte companii de controlere.

Protocolul MRP

Pentru a îmbunătăți fiabilitatea, în unele cazuri, în sistemele de automatizare industriale folosind o topologie de rețea inel. de recuperare în caz de dezastru este efectuată folosind protocolul MRP (Media Redundanța Protocol), rețeaua de sprijin cu numărul de switch-uri la 50.

În funcție de parametrii stabiliți și sarcina de rețea în timpul de recuperare pentru MRP PROFINET de la echipamente Siemens este de 10 până la 200 ms.

Protocol de integritate MRP a inelului este controlat prin transmiterea de cadre de date de testare într-o singură direcție și primirea lor prin lanțul de la celălalt. Toate datele cu excepția ramelor de testare sunt blocate la unul dintre cele două porturi inelare ale comutatorului plumb (așa-numitul MRM-comutator) care formează, de fapt, o topologie de rețea liniară. Acest lucru ajută la prevenirea coliziunilor. În absența unor cadre de testare din cealaltă parte a diferenței de inel este diagnosticat, în timp ce deblocarea are loc al doilea compus care restaurează datele de transmisie.

Restul comută în actul de inel ca sclavi (MRC-întrerupătoare), care transmit cadrele prin lanțul de la un inel la un alt port. În cazul în care MRM-switch primit un mesaj de la MRC-comutator de pe refuzul porturilor sale de apel înainte de test a găsit nici un cadru, acesta este ghidat de acest avertisment și activează conexiunea blocată. Acest lucru poate reduce restaurarea rețelei de timp.

Aparatura de producție PROFINET mecanism Siemens MRP sprijinit IO-controlere, IO-dispozitive, RT-IRT-echipamente și seria echipamente Scalance X200 / 300/400. Ca un exemplu comutator Scalance X308-M2 (6GK5308-2GG00-2AA2 numărul produsului) și cu o gamă comutator extins de temperaturi de funcționare Scalance X302-7EEC (6GK5302-7GD00-1EA3 număr produs).

Următoarele informații sunt introduse în Etapa 7 pachet pentru a configura parametrii MRP: nume de domeniu, rol (client / server), oricare două porturi sunt inel.

PROFIenergy

Suport pentru PROFIenergy efectuate pe controlerul de IO nivelul firmware-ului. În plus, conectat la echipamentul controler ar trebui să poată să controleze conservarea energiei prin intermediul comenzilor PROFIenergy. Suport pentru PROFIenergy în produsele Siemens este implementat în module de ET200S, ET200SP, ET200MP, ET200Pro (în funcție de versiunea de firmware). Exemplele includ sursa de alimentare PM-E ​​(numărul 6ES7138-4CB11-0AB0 de produs) și modul de pornire a motorului (3RK1903-1BC00 numărul de produs), în seria ET200S.

Pentru fiecare dispozitiv în firmware prescris timp de pauză minimă admisibilă și timp de acționare (Timp de funcționare), t. E. Timpul necesar pentru a încălzi dispozitivul. Aceste date, împreună cu starea curentă și o listă a funcțiilor de economisire a energiei disponibile, sistemul solicitant la IO-Controller.

De-a lungul timpului, egal cu timpul valorii de funcționare, controlerul de sistem transmite un semnal de terminarea pauzei (Figura 4). După timpul alocat pentru start, IO-controler răspunde că dispozitivul este pregătit pentru misiune. Și numai după aceea unitatea va fi furnizată la semnalele de control privind punerea în aplicare a oricărei acțiuni. Acest multi-sistem oferă un nivel ridicat de securitate și de protecție împotriva defectării echipamentelor.

Fig. 4. Executați echipamentul după o pauză

PROFINET CBA

Pentru tipul de comunicare „mașină la mașină“ și comunicare la nivel de sistem prin Ethernet poate fi utilizat standard de PROFINET CBA. Ea se bazează pe reprezentarea unui set de module ca un ansamblu cu intrările și ieșirile pentru interacțiunea cu alte module. De obicei, procesul de fabricație este împărțit în secțiuni logice distincte completate, pentru fiecare dintre acestea se face asamblarea. De exemplu, în cazul în care procesul este automatizat producerea de substanțe chimice de uz casnic, care ca un ansamblu separat poate fi un set de dispozitive pentru umplerea în fiole înseamnă. Pentru a proiecta procesul de fabricație pe baza ansamblurilor cu module de fabricație Siemens SIMATIC, un iMap program special (Figura 5).

Fig. Programul 5. SIMATIC iMap

Acest program, în special, este capabil de schimb de date reconfigurare flexibilă. Aceasta este, alocarea de intrări și ieșiri ansambluri, precum și topologia lor de conexiune poate fi modificată pentru a obține rezultate optime. Creați o hartă a interconecteaza este încărcat în sistem. În acest dispozitiv de comunicare este configurat în mod automat. Acest lucru face posibil pentru a reconstrui instantaneu linia de asamblare din fabrică pentru a produce alte produse. Utilizarea PROFINET vă permite să se adapteze rapid la condițiile de piață în schimbare.