Co jsou I/O jednotky TBEN-S ?

TBEN-S společnosti Turck jsou velmi zajímavé vzdálené I/O moduly, které se vyznačují tzv. multiprotokolovým komunikačním rozhraním na straně připojení k vzdálenému nadřazenému PLC či PC.

V praxi to znamená, že každý I/O modul TBEN-S má ethernetové rozhraní s automatickým rozlišením typu průmyslové sběrnice, která se na něj připojí. Odpadá tedy na straně I/O modulu jakékoliv nastavování nebo nutnost volit konkrétní typ modulu při jeho objednávání. Vnitřní elektronika modulu po zapnutí automaticky rozpozná, do jaké sítě je připojen a aktivuje příslušný komunikační protokol. V současné době jsou podporovány tři druhy sběrnic, které využívají ethernet jako přenosový kanál: Profinet, Modbus-TCP a průmyslová verze ethernetu EtherNet/IP. Protože každý I/O modul v sobě současně obsahuje i vnitřní switch a dva připojovací konektory, lze síť/sběrnici velmi snadno propojit z modulu do modulu.

Druhou velkou výhodou modulů TBEN-S je kompaktní provedení skleněnými vlákny vyztuženého plastového pouzdra s šířkou 32 mm a délkou 144 mm v krytí IP67 nebo i IP69k. Moduly tak lze ve všech případech a aplikacích přímo přišroubovat na nijak nekrytá místa linky a není tedy nutné instalovat další nákladné skříně. Z těchto důvodů jsou nejen připojovací konektory vstupů/výstupů v podobě kruhových konektorů M8 nebo M12 (dle konkrétního provedení), ale i konektor napájení 24 VDC a i ethernetové konektory jsou v šroubovacím provedení M8 (4pinové). Takovému použití pak samozřejmě koresponduje i provozní teplotní rozsah -40 °C až +70 °C.

V nabídce je  široký sortiment variant typů modulů, které se však liší pouze počet a druhem připojovacích vstupů a výstupů, které poskytují. Mohou tak být vybaveny 8 digitálními dvoustavovými vstupy, výstupy nebo jejích kombinací, 4 analogovými nebo 2 technologickými kanály. Analogové vstupy jsou univerzální, na jeden kanál tak lze připojit proudové či napěťové signály nebo teplotní čidla jako jsou RTD nebo termočlánky.

Vedle digitálních a analogových signálů jsou k dispozici i moduly s IO-Link, RFID, sériová komunikace nebo čítače. Každý vstup či výstup pak má svoji LED indikaci informující o aktivaci, chybě a přetížení.

Příklad typického zapojení konektorů jednotek TBEN-S1: 2 napájecích, 2 ethernetových, 8 připojovacích I/O konektorů.

Všechny vstupy/výstupy jsou pak průběžně monitorovány vnitřní diagnostikou s cyklickým buferem pro záznam problémů a nestandardních stavů, které lze pak po sběrnici přečíst. Navíc součástí každého modulu je i interní web-server k možnosti přímého zobrazení stavů a hodnot z běžného počítače nebo i chytrého telefonu bez nutnosti využívat samotné průmyslové sběrnice. To je výhoda pro servisní a montážní procedury ladění, zprovozňování a hledání závad.

Ukázka některých základních provedení vzdálených I/O modulů Turck TBEN-S.

Možnosti použití

Vzdálené moduly vstupů a výstupů (I/O moduly) jsou vhodným řešením ve všech případech, kdy je použita jedna centrální řídící jednotka (např. PLC či průmyslové PC) pro řízení prostorově rozsáhlého stroje nebo častěji rozlehlé výrobní linky. Místo toho, aby bylo nutné ke každému snímači, stroji a zařízení jednotlivě pokládat oddělené kabely z centrální skříně, je možné položit jen jeden komunikační kabel průmyslové sběrnice a jeden napájecí kabel 24VDC. Na ně pak postupně sériově  napojit jednotlivé moduly vzdálených vstupů a výstupů fyzicky umístěných do míst, kde je nutné připojit výstupy snímačů, přivést řídící signály elektrických nebo pneumatických akčních členů nebo digitalizovat a přenášet naměřené analogové hodnoty.

Například na každý dopravník tak je možné připevnit jeden modul poskytující 8 vstupů a 8 výstupů a ne do něj připojit signály (vstupy a výstupy) pouze nejbližších čidel a zařízení. Jde tak pouze o to vhodně pozičně v délce linky rozmístit a upevnit I/O moduly poskytující potřebný počet vstupů nebo výstupů.

Lze tak sestavit výrobní linku složenou z mnoha desítek metrů transportních dopravníků převážející výrobky z výrobního stroje do skladu, přičemž v průběhu jejich přepravy jsou ještě jednotlivě baleny v balícím stroji, kontrolovány z pohledu jejich kvality (váženy, měřeny, kontrola složení, barvy apod.), etiketovány, následně dále skládány do hromadného balení (beden, krabic apod.), opět etiketovány atd. Přičemž na transportní cestě jsou výhybky spojující výstupy z několika výrobních strojů nebo seperátory pro vyřazování nevyhovujících produktů, které také musí být řízeny.

Webové ovládací rozhraní

Základní výhodou I/O jednotek TBEN-S je vestavěné nastavovací rozhraní. Vyhledat TBEN-S jednotku či více jednotek na lokální LAN síti pro připojení na jejich web je možné pomocí bezplatné aplikace "Turck Service Tool".  Tak bezpečně najde všechny Turck připojené moduly (někdy i další zařízení na stejné LAN) a to i v případě, že TBEN jednotky mají nastavený režim DHCP nebo mají nastavenou IP adresu na jiném segmentu adres, než je že IP adresa připojeného počítače. Vyhledávání je tedy spolehlivé.

Přes utilitu "Turck Service Tool" lze zařízení nejen na síti najít, ale i rychle zjistit jejich stav funkce.

Zde byl ale doporučoval koupit originální kabel pro průmyslový ethernet, tedy na jedné straně osazený kruhovým ethernet konektorem M8, který se zašroubuje do TBEN jednotky a na druhé straně s klasickým konektorem RJ-45 pro zapojení do LAN. "Na koleně zbastlené kabely" totiž nemusí vždy spolehlivě fungovat, o čemž jsem se osobně přesvědčil. Pro klidnou práci tedy doporučuji zakoupit originální kabel.

Po vstupu na web TBEN-S zařízení s danou IP adresou je možné v režimu bez přihlášení jen prohlížení parametrů, tedy nelze je měnit. Také se nezobrazují všechny položky menu. Celé menu a i možnost změny nastavení komunikačních parametrů i funkce vstupů a výstupů se objeví a aktivují. Standardní defaultní heslo přednastavené od výrobce je klasické "password".

Mezi základní položky, jakými jsou změna IP adresy, masky a komunikační brány, je možné změnit a i zablokovat podporu průmyslových protokolů. Standardně jsou aktivované všechny tři, tedy EtherNet/IP, Modbus-TCP i Profinet, přičemž volba, který se pro komunikaci nakonec použije je automatická. Nicméně například dle mých zjištění tak automatika někdy dělá problémy, například v případě Modbus-TCP protokolu, kdy první vyslaná žádost o přečtení dat z Masteru je označena v Masteru jako chybná komunikace a až následný druhá odeslaný žádající paket vykazuje správnou odpověď. V takových situacích, kdy víte, že jiný komunikační protokol nebude potřeba, je vhodné ostatní na webu zařízení deaktivovat.

Z webou jednotky se ovládá kompletní nastavení ethernetových rozhraní i aktivují /  vypínají funkce a vlastnosti komunikačních protokolů.

Mimo nastavení je pak na webu kompletní přehled komunikačních adres pro Modbus-TCP i posloupnost dat v paketu pro EtherNet/IP i Profinet. Nicméně pro Profinet je samozřejmě k dispozici na stránkách výrobce i GSD XML soubor.

Popis komunikace průmyslových protoků je přímo na webu každé jednotky popsaný pro ten konkrétní daný typ = není potřeba listovat manuály.

Dále je na webu každé jednotky i diagnostika, nastavení i testovací rozhraní vstupů a výstupů. Lze si zobrazit stav vstupů, ovládat stav výstupů (tedy konektorů, které jsou nastaveny jako výstupy) a hlavně v případě jednotky TBEN-S1-8DXP je možné nastavit jaký konektor se má kovat jako vstup a který jako výstup. Každý je totiž "obojetný". Nicméně jiné jednotky mohou  mít předem přesně nadefinované, co jsou vstupy a co jsou výstupy, jako např. typ TBEN-S1-4DIP-4DOP.

Vstupy a výstupy lze sledovat a výstupy z webu jednotky po přihlášení i ovládat.

U některých vstupů pak lze vybrat a nastavit některé speciální funkce, jako například funkci čítače s měřením frekvence přicházejících pulsů. To se hodí například pro připojení inkrementálního rotačního enkodéru. Zajímavá je i funkce LATCH, která na každém vstupu si pamatuje, zda byl či nebyl aktivován od posledního vymazání této informace.

Na některých vstupech lze vybrat rozšířené funkce - zde například funkci rychlého čítání pro čítání počtu a frekvence pulsu na daném vstupu.

U některých výstupů lze zase například  aktivovat PWM funkci. Parametry těchto funkcí lze také číst/ovládat přes výše uvedené sběrnice, tak že například přes MODBUS-TCP lze nejen číst aktuální stav vstupů zapnutý/vypnutý, ale průběžně i číst stav čítače i aktuální frekvenci pulsů a i stav čítače mazat.

Na některých výstupech lze vybrat rozšířené funkce - zde například PWM výstup.

Programování ARGEE

Všechny jednotky TBEN-S mají v sobě implementovanou funkci programování, umožňující vytvářet buď jednoduché logické operace a práce se vstupy a výstupy (v základním režimu) nebo i poměrně složité operace matematicko-logické operace s funkcemi čítačů a časovačů a definování proměnných i podprogramů v režimu ARGEE PRO. V něm již lze TBEN-S využívat jako malé kompaktní PLC. Dokonce v poslední verzi ARGEE 3 lze i vytvářet struktury dat typu pole (maticové zápisy) a i vlastní datové proměnné.

Blíže se na praktické možnosti programování ARGEE podíváme v 3. díle.

Závěr 1. dílu

Jednotky TBEN-S1 jsou zajímavé svojí promyšlenou flexibilní konstrukcí vhodnou hlavně pro průmyslové výrobní linky. Integrovat současně do každého modulu průmyslové sběrnice EtherNet/IP, Modbus-TCP a Profinet s ještě navíc automatických rozlišením protokolu, není běžná věc. Snadno je tak lze napojit na většinu PLC i HMI panelů dnes téměř všech výrobců. Navíc využití nevyužité kapacity řídícího procesoru jednotky pro možnosti programování i poměrně náročnějších matematických a logických funkcí v režimu ARGEE PRO je také dobrý nápad vhodný například pro realizaci řízení dopravníků.

V příštím 2. dílu se prakticky podíváme na MODBUS-TCP komunikaci s jednotkami TBEN-S1 z PC a z HMI.

Ve 3. díle si pak blíže ukážeme možnosti ARGEE programování.

Odkazy:

• Webové stránky výrobce Turck s jednotkami TBEN-S: https://pdb2.turck.de/cz/DE/groups/000000370001ace200010023