Jste zde

TEST - Ethernetová a Profibus komunikace PLC Wieland

Antonín Vojáček, 3. Říjen 2014 - 21:39

Již dříve jsem krátce otestoval bezpečnostní PLC SamosPRO společnosti Wieland v jeho základní konfiguraci. Dnes na to naváži komunikačními moduly pro EtherNet/IP a Profibus-DP, umožňující přenos "nebezpečnostních dat" do nadřazeného systému či běžného řídicího PLC.

V článku "TEST - Bezpečnostní PLC Wieland SamosPRO" jsem prakticky představil základní provedení složené z hlavního řídicího CPU modulu a jednoho modulu vstupů a výstupů. Mimo to však lze systém rozšířit i o datové různé komunikační moduly (tzv. Gateways) umožňující přenášet binární stavy vstupů, výstupů i vnitřních stavů a proměnných do prakticky libovolného nadřazeného systému, ať již jde o systém s PLC, PAC či průmyslový nebo "kancelářský" počítač.

Zde však již nejde v žádném případě o komunikaci bezpečnostní, tj. komunikaci umožňující spolehlivý přenos dat pro zajištění bezpečnosti strojů, ale čistě o komunikaci pro potřeby hlavně informování o stavu bezpečnosti strojů a zařízení, o aktivovaných / deaktivovaných bezpečnostních prvcích apod. Například pro potřeby informování a diagnostiky stavu systému na HMI panelu či v SCADA systému pro snadnější odhalování příčin konkrétních vypnutí či hlášení. Odpojení této komunikace nesmí v žádném případě ovlivnit bezpečnostní funkci systému. Proto jsou tyto komunikační moduly vždy v podobně vyhlížejícím šedém pouzdru a nikoliv jako ostatní bezpečnostní ve žlutém.

Nabídka společnosti Wieland pro SamosPRO obsahuje následující komunikační moduly (tzv. Gateways):

SP-PROFIBUS-DP = PROFIBUS-DP gateway
SP-EN-MOD = MODBUS-TCP gateway
SP-EN-IP = EtherNet/IP a TCP/IP gateway
SP-EN-PN = Profinet IO gateway
SP-CANOPEN = CANopen gateway

Já jsem pak konkrténě dostal pro účely testování k dispozici od českého zastoupení Schmachtl CZ s.r.o. moduly SP-EN-IP a SP-PROFIBUS-DP.

Komunikační modul SP-EN-IP

Komunikační modul SP-EN-IP vytváří EtherNet/IP gateway a tvoří tak základní prostředek pro průmyslové ethernetové připojení SamosPRO systému k průmyslovému zařízení či běžnému počítači, které přímo nepodporují žádný průmyslový komunikační protokol. Jde tedy hlavně o rozhraní pro potřeby připojení k PC systémům.

EtherNet/IP protokol obecně představuje průmyslové provedení "klasického kancelářského ethernetu", se kterým je z pohledu přenosu dat kompatibilní. Je spravován asociací ODVA (Open Device Vendor Association) a je realizován na úrovni aplikační vrstvy OSI modelu ethernetu dle standardu IEEE 802.3 (podobně jako např. Modbus-TCP), který je následně zabalen a přenášen v klasickém TCP/IP paketu.

Výhoda EtherNet/IP protokolu je standardizovaná objektová struktura přenášených dat a definovaný formát zpráv pro požadavky čtení, zápisu, nastavení apod. optimalizovaná pro průmyslové aplikace (podobně jako např. Profibus-DP). Tím poskytuje prostředky pro robustní komunikaci v reálném čase nutnou pro výměnu dat s pohony a rychlými měřicími nebo řídicími systémy nezávisle na jejich výrobci. Obecně EtherNet/IP spadá do tzv. CIP (Common Industrial Protocol), podobně jako například protokol DeviceNet pro průmyslovou komunikaci přes sběrnici CAN.

Formát vysílacího datového paketu z PLC SamosPRO do nadřazeného systému (obr. vlevo) a formát zápisového datového paketu vysílaného z nadřazeného systému do PLC SamosPRO (obr. vpravo) tak, jak se zobrazuje a je možné jej upravit v PC programovacím softwaru "samosPLAN". Vytvořenou strukturu, včetně přiřazených tagů označení jednotlivých bitů lze exportovat v CSV formátu pro snadné načtení do nadřazeného systému (PLC nebo PC).

Konkrétně EtherNet/IP v případě bezpečnostního PLC SamosPRO využívá příjmu a odesílání předdefinované struktury paketu, kterou může částečně programátor / uživatel doupravit (dodefinovat). V praxi to znamená, že na straně SamosPRO systému se přenášejí zvolené vnitřní stavy programu, stavy vstupů I/O modulů, stavy výstupů I/O modulů apod., které se vysílají v rámci standardní ethernetové TCP/IP komunikace k příjemci. Tím může být průmyslový systém (PLC nebo průmyslové PC se SCADA), ale také jen např. jednoduchý TCP/IP softwarový terminál běžící na obyčejném PC. Z pohledu běžné TCP/IP komunikace prostě jde jen o příjem přesně definovaného sledu dat, které SamosPRO vyšle a PC s danou IP adresou a TCP kanálem zase přijme a je jen na programu či uživateli PC, aby opět správně dekódoval, co jaký bajt konkrétně znamená.

Základní definice, struktura a posloupnost dat pro snadnou konfiguraci zařízení přímo podporujících EtherNet/IP je uvedená v tzv. EDS konfiguračním souboru, který je v případě SamosPRO k dispozici ke stažení na stránkách výrobce Wieland Electric GmbH.

Zprovoznění modulu SP-EN-IP není nijak extrémně náročné, ani z pohledu nastavení ethernetové komunikace, ani z pohledu nastavení vysílaných (komunikovaných) dat, ani z pohledu fyzického napojení do sítě ethernet. K tomu slouží hned dva připojovací porty RJ-45 označené jako "PORT 1" a "PORT 2", které pracují podobně jako u switche, tedy pro možnost připojení dvou ethernetových kabelů, např. jeden do lokální LAN sítě a druhý například přímo do lokálního počítače (např. pro potřebu testování).

Ale ještě před hardwarovým složením systému SamosPRO je nejlepší nejdříve zapnout v PC vývojový a konfigurační systém "samosPLAN" a zde vytvořit stávající či nový projekt a vložit /přetáhnout v režimu okna "Hardware Configuration" na plochu modul s označením "SP-EN-IP" ten je na výběr v záložce "Modules". On sám se zařadí na správné místo SamosPRO sestavy a přesně stejnou pozici modulu ve SamosPRO sestavě je nutné i fyzicky dodržet, jinak modul nebude pracovat a bude stále indikovat chybnou funkci. V mém případě se modul SP-EN-IP sám zařadil na místo hned vedle CPU jednotky a odsunul I/O modul až na místo třetí a stejně to musí být zapojeno i ve skutečnosti.

Konfigurační okna pro SamosPRO EtherneNet/IP komunikační modul v programovacím PC softwaru SamosPLAN (nastavení množství přenášených dat a IP adres a komunikační formát s nadřazeným systémem).

Přidáním modulu se objeví nové okno s názvem "SP-EN-IP Gateway", které slouží ke kompletnímu nastavení modulu, jak ze strany TCP/IP komunikačních parametrů, tak ze strany i struktury přenášených dat. V mé standardní konfiguraci je automaticky přednastaven přenos stavů všech vstupů a výstupů připojeného I/O modulu, které mají v nastavovacím okně "Hardware Configuration" přiřazeny / nadefinovány nějaké konkrétní funkce a stavy programu, které byly jako registry vloženy do "zapojení" programu vytvářeném v okně "Logic Editor".

Příklad konfigurace jednoduchého SamosPRO systému se základu CPU jednotkou SP-SCON, komunikačním modulem SP-EN-IP a I/O modulem SP-SDIO84. Bity přenášené přes připojený komunikační modul se objevují a jsou k dispozici v programovacím okně "Ladder Editor" jako další vstupy a výstupy, které jsou k dispozici navíc mimo hardwarových vstupů a výstupů I/O modulu.

Přenos / vysílání paketu aktuálních dat (tzv. Input Data Set registry) je pak dle nastavení možné automaticky periodicky v nastaveném časovém intervalu (aktivovat ale lze i z PC vysláním hexa příkazu 00E1 do SamosPRO) nebo pak základě z PC vyslaného požadavku (hexa příkazu 00F1).

Také je možné z PC vyslat požadavek zápisu dat do tzv. Output Data Set registrů (hexa příkazem 00E2), které lze číst v programu SamosPRO a využít jako nebezpečnostní řídící proměnné. Syntaxe a použití příkazů je pak popsáno v podrobném manuálu "Gateways", který je společný pro všechny SamosPRO komunikační moduly.

Komunikační modul SP-PROFIBUS-DP

Tzv. Gateway modul SP-PROFIBUS-DP se liší od výše uvedeného hlavně klasickým 9pinovým D-SUB konektorem zapojeným dle Profibus-DP normy, tedy komunikační kanál na pinech 3 a 8, a pak dva otočné přepínače pro hardwarové nastavení adresy, kterou je však možné nastavit i softwarově přes PC software samosPLAN, ale tato adresa platí pouze v případě, že je hardwarová nastavená na 0. Tak zní definice výrobce a tak to i opravdu v praxi funguje.

Ostatní věci ohledně zprovoznění na straně safety PLC SamosPRO jsou obdobné jako u SP-EN-IP gateway.

Komunikační parametry a struktura dat / paketu jsou pak standardně definovány GSD souborem, který je volně k dispozici na webových stránkách výrobce a z pohledu přenášených informací prakticky obsahuje stejné údaje, jako výše uvedený EtherNet/IP přenos.

Konfigurační okna pro jednoduchý SamosPRO systém s komunikačním modulem SP-PROFIBUS-DP v programovacím PC softwaru SamosPLAN (konfigurace hardwaru PLC, Profibus-DP komunikační adresy a adresy přenášených dat).

Formát vysílacího Profibus-DP datového paketu přenášeného mezi PLC SamosPRO a nadřazeným systémem tak, jak se zobrazuje a je možné jej donastavit v PC programovacím softwaru "samosPLAN" (vlevo pro data vysílaná ven ze SamosPRO a vpravo dat zapisovaná do SamosPRO). Vytvořenou strukturu, včetně přiřazených tagů označení jednotlivých bitů lze exportovat v SIEMENS .seq formátu pro snadné načtení do PLC Siemens.

Příklad načtení konfiguračního GSD souboru SamosPRO gateway modulu SP-PROFIBUS-DP do PLC systémů Siemens.

Závěr

Wieland SamosPRO představuje kompaktní řady modulárních programovatelných bezpečnostních automatů obsahující i výběr průmyslových sběrnic, ze kterých lze složit i složité kontrolní systémy, resp. přizpůsobit velikost a provedení požadavkům daného zabezpečovaného stroje či výrobní linky.

Kompletní sortiment komponent jednotek a modulů pro SamosPRO lze v ČR zakoupit u společnosti Schmachtl CZ s.r.o. se sídlem v Jesenici u Prahy. Zároveň děkuji za jeho zapůjčení pro účely testování.

Více detailních informací o popisu komunikace gateway modulů SamosPRO, včetně těch zde výše uvedených najdete v přiloženém manuálu http://automatizace.hw.cz/files/story_automat/10702/samosprogateways.pdf