profinet io

C E N T R U M S Z K O L E N I O W E S Y S T E M Ó W A U TO M AT Y K I
System PROFINET IO ma już za sobą ponad 5 lat obecności na rynku. W tym czasie
opublikowanych zostało kilka specyfikacji. Organizacja PROFIBUS&PROFINET International (PI) podała, że w ostatniej specyfikacji (wersja 2.3, październik 2010) udało
się uwzględnić wszystkie dotychczas zgłoszone przez użytkowników sugestie dotyczące funkcjonalności tego systemu.
Nie oznacza to, że rozwój systemu został zakończony, ale przede wszystkim, że mamy
do czynienia z rozwiązaniem dopracowanym i stabilnym.
Celem tego artykułu jest przedstawienie najważniejszych cech systemu PROFINET IO,
ze szczególnym uwzględnieniem zawartych w najnowszej specyfikacji.
PROFINET IO
Stabilne rozwiązanie dla
automatyzacji fabryk
i procesów
Rozwój standardu PROFINET
Pierwsze publikacje opisujące
koncepcję PROFINET (w tamtym okresie nazywanym PROFIBUS on Ethernet) pojawiły się na początku ubiegłej
dekady. Opisywały one koncepcję komunikacji pomiędzy systemami sterowania w oparciu o model komponentów – Component Based Automation
(PROFINET CBA, specyfikacja PROFINET w wersji 1.x).
W późniejszym okresie koncepcja ta została rozszerzona o wymianę
danych procesowych pomiędzy systemem sterowania, a urządzeniami
peryferyjnymi poprzez sieć Ethernet
nazwaną PROFINET IO (specyfikacje
w wersji 2.x).
Pierwotna specyfikacja PROFINET
IO opisywała podstawową funkcjonalność, co oznaczało m.in. definicję:
• sposobu opisu funkcjonalności urządzenia w postaci pliku GSDML
• zasad identyfikacji stacji w systemie
(Device Name), przypisywania nazw
i adresów (protokół DCP)
• mechanizmu inicjalizacji komunikacji
pomiędzy stacjami
• sposobu diagnostyki systemu (informacje diagnostyczne zwracane przez
urządzenia, diagnostyka z poziomu
stacji inżynierskiej).
Pierwsze urządzenia obsługujące
protokół PROFINET IO pojawiły się na
rynku w 2005 roku. Były to jednostki centralne (CPU) obsługujące funkcjonalność IO Controller (jednostka
nadrzędna w sieci) oraz systemy roz-
proszonych we/wy, obsługujące funkcjonalność IO Device.
Początkowo oferta rynkowa w zakresie nowych produktów nie rozwijała
się zbyt dynamicznie co spowodowane
było przede wszystkim pracami nad kolejnymi wersjami standardu. Sytuacja
zmieniła się po opublikowaniu specyfikacji w wersji 2.2, która obowiązywała
przez ponad 3 lata.
Warto również podkreślić, że
PROFINET jest częścią standardów IEC
61158 oraz IEC 61784. W standardach
tych, jako Communication Profile CP
3/3 opisywany jest PROFINET CBA oraz
jako CP 3/4-6– PROFINET IO.
Jak wspomniano na wstępie,
w standardzie PROFINET udało się
uwzględnić sugestie ze strony użytkowników końcowych oraz producen-
tów urządzeń. Dodatkowo na rozwój
tego standardu miały i w dalszym
ciągu mają, doświadczenia związane
z eksploatacją rozwiązań bazujących
na protokole PROFIBUS DP.
Innowacje w zakresie PROFINET
z punktu widzenia użytkownika końcowego można podzielić na dwa nurty:
rozwój możliwości diagnostycznych
oraz rozbudowa możliwości funkcjonalnych systemu.
Możliwości diagnostyczne
systemu PROFINET IO
Jednym z kierunków rozwoju standardu PROFINET było uproszczenie,
w porównaniu z rozwiązaniami konwencjonalnymi (np. PROFIBUS DP),
diagnostyki systemu zarówno w zakresie lokalizacji usterek jak i przywrócenia
pierwotnej funkcjonalności systemu.
W tym zakresie, najnowsze urządzenia
obsługujące standard PROFINET IO,
oferują poniżej opisane możliwości.
Ilustracja 1: Rozwój standardu PROFINET
Detekcja połączeń pomiędzy
stacjami
Funkcjonalność pozwalającą stacjom wykryć partnerów dołączonych
do poszczególnych portów Ethernet.
PROFINET wykorzystuje w tym celu
protokół LLDP (Link Layer Discovery
Protocol) opisany w standardzie IEEE
802.1AB.
Urządzenia obsługujące LLDP gromadzą lokalnie informacje o wykryIlustracja 2: Porównanie bieżącej i zadanej topologii w narzędziu inżynierskim
tych partnerach. Zebrane dane można
Ilustracja 2: Porównanie bieżącej i zadanej topologii w narzędziu inżynierskim
odczytać korzystając z protokołu SNMP
Możliwość opisu informacji diagnostycznych w pliku GSDML
(Simple Network Management Protocol) z poziomu narzędzia inżynierPliki GSDML są wykorzystywane przez narzędzie inżynierskie przede wszystkim na etapie konfigurac
skiego lub dedykowanego programu
Możliwość opisu informacji diagnosystemu.
W pliku GSDML
producent
opisuje także informacje diagnostyczne zwracane przez urządze
diagnostycznego. Na podstawie
zgrostycznych
w pliku GSDML
(urządzenie
błędu
definiowane
są opisy oraz
madzonych informacji aplikacja
może zwraca kod błędu, zaś w pliku GSDML dla kodów
pozwala
inżynierowi
uruchamiającemu
podpowiedzi
opisujące
możliwe
przyczyny
błędu).
w sposób graficzny lub tabelaryczny
Pliki GSDML są wykorzystywane
lub diagnozującemu system zaoszczęprzedstawić strukturę sieci.
przez narzędzie inżynierskie przede
dzić czas potrzebny na poszukiwanie
tymnainformacjom
narzędzie
w trakcie diagnostyki
systemu
może inie
tylko wyświe
Dodatkowo, jeżeli Dzięki
dla sieci
wszystkim
na etapieinżynierskie
konfiguracji systedokumentacji
dla urządzenia
wyszukinumer
błędu,
ale
również
udostępnić
opis
błędu
wraz
z
informacją
o
możliwej
jego
przyczynie.
Takie
etapie jej projektowania zdefiniowamu. W pliku GSDML producent opisuje
wanie opisów dla zgłaszanych błędów.
rozwiązanie
pozwala
inżynierowi
uruchamiającemu
lub
diagnozującemu
system
zaoszczędzić
czas
na została struktura połączeń, to dziętakże informacje diagnostyczne zwraDalszym rozwinięciem tego rozdla urządzenia i wiązania
wyszukiwanie
opisów dla
zgłaszanych błę
ki odczytaniu informacjipotrzebny
z urządzeńna poszukiwanie
cane przezdokumentacji
urządzenie (urządzenie
jest możliwość
przygotowao aktualnie dostępnych połączeniach
zwraca kod błędu, zaś w pliku GSDML
nia przez system inżynierski zestawu
Dalszym
rozwinięciem
tego błędu
rozwiązania
jest możliwość
przygotowania
przez system
zesta
i porównaniu ich z zadanymi,
można
dla kodów
definiowane
są opisy
danych dla systemów
HMI inżynierski
(panele
danych
dla
systemów
HMI
(panele
operatorskie,
systemy
SCADA)
pozwalających
na
wyświetlanie
w prosty sposób zlokalizować miejsce,
operatorskie, systemy SCADA) pozwaoraz podpowiedzi opisujące możliwe
komunikatów
związanych
PROFINET
Jedynym wymaganym
wt
w którym występuje problem
typu diagnostycznych
na IO.
wyświetlanie
komuniprzyczyny błędu,
ilustracja 3).z urządzeniamilających
brak połączenia lub dołączona
niewłaśkatówdane
diagnostycznych
tym informacjom
narzęwypadku
krokiem jest Dzięki
uruchomienie
aplikacji przygotowującej
diagnostycznezwiązanych
dla zintegrowane
ciwa stacja, ewentualnie projekcie
niewłaściwie
z urządzeniami PROFINET IO. Jedynym
inżynierskie w trakcie diagnostysystemudzie
HMI.
połączone porty Ethernet urządzeń
wymaganym w tym wypadku krokiem
ki systemu może nie tylko wyświetlić
(ilustracja 2).
jest uruchomienie aplikacji przygotonumer błędu, ale również udostępnić
wującej dane diagnostyczne dla zinteopis błędu wraz z informacją o możligrowanego w projekcie systemu HMI.
wej jego przyczynie. Takie rozwiązanie
Ilustracja 3: Dekodowanie informacji diagnostycznych na podstawie danych z pliku GSDML.
Ilustracja 3: Dekodowanie informacji diagnostycznych na podstawie danych z pliku GSDML
Automatyczna konfiguracja wymienianych urządzeń
Automatyczna konfiguracja wymie-
sprowadza się do prac o charakterze
To tylko niektóre z możliwości,
nianych urządzeń
mechanicznym
(wymiana należy
interfejsu)
w skrajnym wypadku
Standardowo,
wymieniając uszkodzony
interfejs PROFINET
w jego zamienniku
wpisać pełną diagnoi elektrycznym (ewentualne doprowastykę systemu można będzie przeproidentyfikator w sieci PROFINET (Device Name). W zależności od producenta lub modelu interfejsu
Standardowo, wymieniając uszkodzenie zasilania).
wadzić z poziomu przeglądarki stron
komunikacyjnego
czynność ta może być realizowana na kilka sposobów. internetowych, co oznacza również:
dzony interfejs PROFINET należy
w jego zamienniku wpisać identyfikator
Diagnostyka urządzeń lub systemu
z dowolnego komputera, a przede
Nazwę
wpisać
programowo
korzystając
z aplikacji
obsługującej protokół
DCPz (typowo
w sieci można
PROFINET
(Device
Name).
bez konieczności
wykorzystana
wszystkim
dowolnegobędzie
miejscato– jenarzędzie
inżynierskie
wykorzystywane
do
konfiguracji
systemu
sterowania).
Mniej
popularnym
wśród poW zależności od producenta lub modedykowanych aplikacji
dynym wymaganiem jest dostępne
producentów
sposobem
jest
przechowywanie
nazwy
na
wyjmowalnym
nośniku
(karta
pamięci)
i
tym do
delu interfejsu komunikacyjnego czynłączenie do sieci Ethernet w
i dostęp
ność ta może
być realizowana
na kilka interfejsPonieważ
urządzenianie
wyposażosystemu,
który powinien
być diagnozowypadku
użytkownik
wymieniając
komunikacyjny
musi korzystać
z komputera
w celu
sposobów. nazwy, a jedynie musi przenieść
ne są w interfejs
Ethernet,z pozwala
to uszkodzonego
wany (wymagana
możezamiennika
być odpowiedprzypisania
kartę pamięci
interfejsu
do jego
można wpisać
programona zaimplementowanie
nia konfiguracja zabezpieczeń).
(podNazwę
warunkiem,
że karta
nie została producentowi
uszkodzona).
wo korzystając z aplikacji obsługującej
w nich funkcjonalności serwera WWW.
protokół DCP (typowo będzie to naFunkcjonalność ta może być wykorzyDiagnostyka interfejsu Ethernet
Okazuje się także, że w przypadku wymiany uszkodzonego interfejsu na nowy (z aktywnymi
rzędzie inżynierskie wykorzystywane
stana do konfiguracji urządzenia (tyz wykorzystaniem protokołu SNMP
ustawieniami
jeżeli w systemie
PROFINET
do konfiguracji fabrycznymi)
systemu sterowania).
powy przypadek
dla zdefiniowana
urządzeń infra- została zadana topologia, nazwa
dla
urządzenia
zostać
wpisana przez
jednostkę
IO przełączniki
Controller.lub
Takie rozwiązanie
znacznie
upraszcza
Mniej
popularnymmoże
wśród
producenstruktury
Ethernet np.
Urządzenia
obsługujące
detekcję
itów
przyspiesza
obsługę
systemu
PROFINET
ponieważ
usunięcie
awarii
sprowadza
się
do
prac
o
charakterze
sposobem jest przechowywanie
interfejsy radiowe), ale również może
połączeń z wykorzystaniem protokonazwy na wyjmowalnym
nośniku
(karwykorzystana(ewentualne
do jego diagnostyki.
łu LLDPzasilania).
gromadzą lokalnie zebrane
mechanicznym
(wymiana
interfejsu)
i być
elektrycznym
doprowadzenie
ta pamięci) i w tym wypadku użytkowUrządzeniem, w którym wbudoo „sąsiadach” informacje w postaci
nik wymieniając interfejs komunikawany serwer WWW może zaoferować
MIB (Management Information Base).
cyjny nie musi korzystać z komputera
najwięcej z punktu widzenia diagnoDane te są czytane z urządzenia z wyw
celu
przypisania
nazwy,
a
jedynie
styki
jest
IO
Controller
(implementokorzystaniem protokołu
SNMP.
Diagnostyka urządzeń lub systemu bez konieczności wykorzystana dedykowanych
aplikacji
musi przenieść kartę pamięci z interwany typowo w CPU).
Protokół SNMP (Simple Network
fejsu uszkodzonego do jego zamienniSerwer WWW może w tym wyManagement Protocol) może zostać
Ponieważ urządzenia wyposażone są w interfejs Ethernet, pozwala to producentowi na
ka (pod warunkiem, że karta nie zostapadku pozwolić na podgląd statusu potakże wykorzystany do diagnostyki inzaimplementowanie
w nich funkcjonalności
serwera
WWW.
Funkcjonalnośćterfejsu
ta może
być wykorzystana
ła uszkodzona).
szczególnych
urządzeń
peryferyjnych
Ethernet
urządzenia. Dzięki
do konfiguracji
urządzenia
(typowy przypadek
infrastruktury Ethernet
np. przełączniki
lub
Okazuje się także,
że w przypadku
(PROFINET,dla
aleurządzeń
również PROFIBUS).
tej funkcjonalności
można pozyskać
interfejsy
radiowe),
ale
również
może
być
wykorzystana
do
jego
diagnostyki.
wymiany uszkodzonego interfejsu na
z urządzeń min. informacje statystyczW prosty sposób można sprawdzić,
nowy (z aktywnymi ustawieniami fane dla interfejsu Ethernet. Przykładem
które z urządzeń nie pracuje prawidłobrycznymi) jeżeli w systemie PROFINET
takich informacji są tryb pracy portu
wo i ewentualnie jakie usterki zgłasza.
zdefiniowana została zadana topolo(pracuje/nie pracuje), ilości pakietów
WEB serwer może także udostępnić
gia, nazwa dla urządzenia może zostać
zakwalifikowanych jako uszkodzone
informację o bieżącej topologii sieci,
(np. ze względu na niezgodność CRC).
wpisana przez jednostkę IO Controller.
pozwolić na jej porównanie z topologią
Dane te udostępniane są nie tylko
Takie rozwiązanie znacznie upraszzadaną, a tym samym możliwa będzie
______________________________________________________________________________________________________
przez
urządzenia końcowe (np. staje
cza
i
przyspiesza
obsługę
systemu
lokalizacja
problemów
na
poziomie
INTEX Sp. z o.o. | 44-100 Gliwice, ul. W. Pola 16 | Tel. 032 2307516 | Fax 032 2307517 | [email protected] | www.intex.com.pl | NIP: 631-000-88-84
we/wy),
ale |również
przez
elementy
PROFINET
usunięcie
awarii
zarej. pod nrponieważ
KRS 0000134132
w Sądzie
Rejonowympołączeń.
w Gliwicach, X Wydział Gospodarczy Krajowego Rejestru
Sądowego
Kapitał zakł:
200.000
PLN
PROFINET …. - wersja 110310 - strona 4/12
(w oparciu o rozwiązania producenta, STP/RSTP lub MRP) oraz połączeń radiowych (wykorzystując
RSTP).
Manager
Ilustracja 4: Przykład wykorzystania MRP.
Ilustracja 4: Przykład wykorzystania MRP. Możliwe jest stworzenie połączeń nadmiarowych w systemie nie zawierającym
elementów infrastruktury sieciowej, a jedynie sterownik i jego peryferia.
infrastruktury sieciowej (przełączniki,
funkcje rozszerzone o nowe możliwogotowanym projektem (dokumentacją
interfejsy radiowe).
ści, których nie sposób zaimplemendo systemu).
Wykorzystując dedykowaną aplitować w urządzeniach z klasycznym
kację typu klient SNMP lub serwer OPC
Szybkie uruchomienie wymiany
interfejsem. Najważniejsze to:
dla protokołu SNMP, dane te można
danych procesowych (Fast Startup)
w sposób cykliczny pozyskiwać z urząMożliwość automatycznej konfi______________________________________________________________________________________________________
dzeń w celu ich dalszej analizy lub wiUrządzenia obsługujące tę funkguracji urządzeń obiektowych na
INTEX Sp. z o.o. | 44-100 Gliwice, ul. W. Pola 16 | Tel. 032 2307516 | Fax 032 2307517 | [email protected] | www.intex.com.pl | NIP: 631-000-88-84
zualizacji.
cjonalność
będą gotowe do wymiany
podstawie
zadanej
konfiguracji
zarej. pod nr KRS 0000134132 w Sądzie Rejonowym w Gliwicach, X Wydział Gospodarczy Krajowego Rejestru Sądowego | Kapitał zakł: 200.000 PLN
Przykładowo, korzystając z serdanych procesowych w czasie nie dłużPROFINET …. - wersja 110310 - strona 6/12
wera OPC dla protokołu SNMP można
szym niż 500ms od momentu podania
Funkcjonalność ta bazuje na opiz przełączników sieciowych (switchy)
zasilania.
sanej wcześniej detekcji połączeń poGotowość do wymiany danych
pobierać informację o pakietach odmiędzy stacjami oraz automatycznej
procesowych
po podaniu zasilania jest
rzuconych (przekłamanych), aby zlokonfiguracji wymienianych urządzeń.
parametrem,
który może mieć istotkalizować segmenty sieci narażone na
Dzięki tej funkcjonalności inżynier
ny
wpływ
na
wydajność rozwiązań
zakłócenia.
uruchamiający system nie będzie muwariantowych.
Typowym
przykładem
W przypadku interfejsów radiosiał przypisywać nazw (Device Name)
może
być
robot
z
wymiennymi
narzęwych, w ten sam sposób można poposzczególnym urządzeniom IO Device
dziami.
Jeżeli
każde
z
narzędzi
zawiera
bierać informację o jakości łącza radio(w sieci PROFIBUS DP konieczne jest
stację IO Device, to w standardowym
wego (moc sygnału, jakość, prędkość
ustawienie adresu w urządzeniu przed
przypadku stacja ta będzie gotowa do
transmisji, ale również - w przypadku
uruchomieniem komunikacji).
wymiany danych procesowych po czaklienta - informacje związane ze zmiaW celu wykorzystana tej funkcjosie kilku sekund (typowo 6-7 sek) od
ną punktu dostępowego).
nalności konieczne jest zdefiniowanie
Wszystkie te dane można na
momentu zasilenia. Dzięki funkcjonalw projekcie topologii sieci PROFINET,
bieżąco udostępniać w systemie HMI
ności szybkiego rozruchu czas ten moża następnie połączenie urządzeń zgod(pracującym jako klient OPC). Udona znacznie skrócić
nie z zadaną topologią. Spełniając te
stępnianie użytkownikowi końcowemu
wymagania uruchomienie komunikacji
Możliwość tworzenia połączeń
tego typu informacji z pewnością pow systemie PROFINET IO może spronadmiarowych pomiędzy stacjami
zwoli na podjęcie działań prewencyjwadzić się do zainstalowania na obieknych w związku z pogarszającą się np.
cie nowych urządzeń, połączenia ich
Ponieważ system PROFINET wyjakością połączenia radiowego, ewenzgodnie ze zdefiniowanym projektem
korzystuje
interfejsy Ethernet do łątualnie pojawiającymi się pakietami
i wgrania konfiguracji do jednostki IO
czenia
stacji,
konfigurując system możodrzuconymi w przypadku interfejsów
Controller.
na
tworzyć
połączenia nadmiarowe
kablowych.
Jeżeli konfiguracja części procesowej (np. moduły we/wy w stacji
w zakresie dozwolonym przez wykorozproszonych we/wy) będzie zgodna
rzystywane urządzenia. Typowe możliwości w tym zakresie to tworzenie
z projektem, jednostka IO Controller
Funkcje protokołu PROFINET IO
sieci o strukturze pierścieniowej, z wysamodzielnie
przypisze
nazwy,
zainiedostępne w PROFIBUS DP
korzystaniem mechanizmu zarządzania
nicjalizuje skonfigurowane stacje IO
Device i rozpocznie wymianę danych
pierścieniem, specyficznego dla produSystem PROFINET, jako następca
procesowych.
centa urządzeń (ring redundancy), lub
standardu PROFIBUS, korzysta z doDzięki tej funkcjonalności można
tworzenie sieci o dowolnej strukturze
świadczeń zebranych w aplikacjach,
znacznie przyspieszyć uruchomienie
(np. pajęczyny) i zarządzanie połączew których PROFIBUS był i w dalszym
komunikacji w systemie PROFINET IO
niami nadmiarowymi przy pomocy
ciągu jest stosowany.
i jednocześnie wymusić połączenia poprotokołu STP/RSTP (Spanning Tree
PROFINET oferując sprawdzone
między urządzeniami zgodnie z przyProtocol/Rapid Spanning Tree Protocol
ądzeń peryferyjnych. Nie są wymagane dodatkowe elementy (PN/PN Coupler,
raz konfiguracja i oprogramowanie połączeń komunikacyjnych.
- IEEE 802.1D). Rozwiązania te jednak
są stosowane na poziomie elementów
infrastruktury sieciowej (przełączniki,
interfejsy radiowe), nie są zaś implementowane w urządzeniach końcowych np. IO Controller, czy IO Device.
Typowym dla systemu PROFINET
sposobem zarządzania połączeniami
nadmiarowymi jest wykorzystanie protokołu MRP (Media Redundancy ProIO Controller + IO Device
IO Controller + IO Device
= I-Device
= I-Device
tocol IEC 62439-2). Protokół ten jest
obsługiwany nie tylko przez elementy
infrastruktury sieci Ethernet, ale również przez stacje IO Controller oraz
adku sterownik odpowiedzialny za obsługę części technologicznej nie musi dodatkowo
IO Device. Dzięki temu możliwe jest
funkcji bezpieczeństwa (chociaż taki przypadek również jest możliwy).
stworzenie połączeń nadmiarowych
IO Device
IO Device
IO Device
IO Device
IO Device
IO Device
w systemie nie zawierającym elemenPNController
IO system 1
PN IO system 2
IO
tów infrastruktury sieciowej, a jedynie
Ilustracja
5: Funkcjonalność
I-Device części
przykład
zastosowania. nie musi dodatkowo
padku sterownik
odpowiedzialny
za obsługę
technologicznej
sterownik i jego peryferia (ilustracja 4).
Ilustracja 5: Przykład zastosowania
I-Device również jest możliwy).
ć funkcji bezpieczeństwa
(chociażfunkcjonalności
taki przypadek
Warto podkreślić, że połączenia
IO Controller
urządzeń peryferyjnych IO Device – Shared
Device
nadmiarowe
w sieci PROFINET są możIO Controller
liwe niezależnie od wykorzystywanego
INET IO przewiduje możliwość odpytywania urządzeń peryferyjnych przez kilka medium,
stacji czyli dla połączeń bazujących
zięki tej funkcjonalności możliwe jest połączenie w ramach pojedynczej stacji IO
na Device
kablach miedzianych i światłowoIO Controller
olowanych przez różne sterowniki.
dowych (w oparciu o rozwiązania producenta, STP/RSTP lub MRP) oraz połączeń radiowych (wykorzystując RSTP).
likacją dla tej funkcjonalności jest integracja w ramach stacji IO Device (np. napęd)
IO Controller
sowych kontrolowanych przez standardowy sterownik (np. sterownik ruchu - motion
Funkcjonalność pozwalająca na
modułów odpowiedzialnych za kontrolę funkcji bezpieczeństwa (np. bezpieczne bezpośrednią wymianę danych
Shared IO Device
pędu, bezpieczne ograniczenie prędkości) kontrolowanych
przez dedykowany sterownik
pomiędzy systemami sterowania
Shared IO Device
.
Ilustracja 6: Współdzielenie urządzeń w PROFINET IO.
(I-Device)
owo zwiększyć elastyczność systemu możliwa jest również konfiguracja sterownika jako
, współdzielone urządzenie (połączenie funkcjonalności I-Device oraz Shared Device).
W przypadku linii produkcyjnych, w ramach których pracuje wieShared IO Device
le maszyn wyposażonych we własne
_______________________________________________________________________________________
nfiguracji sterownik może pracować jako IO Controller, czyli
odpytywać
Shared
IO Deviceskojarzone z nim
systemy sterowania, często zachodzi
-100Device
Gliwice,i ul.
W. Pola 16 być
| Tel.odpytywanym
032 2307516 | Fax
032 2307517
| [email protected]
| www.intex.com.pl
IO
dodatkowo
przez
systemy
(pracować
jako IO | NIP: 631-000-88-84
Ilustracja
6: Współdzielenie
urządzeńnadrzędne
w PROFINET
IO. Sądowego
wymiany danych pomiędzy
00134132 w Sądzie
Rejonowym
w Gliwicach,
X (Shared
WydziałDevice)
Gospodarczy
Krajowego
Rejestru
| Kapitał zakł:potrzeba
200.000 PLN
Ilustracja
6: Współdzielenie
urządzeń
w PROFINET
IO
sterownikami. Najczęściej sterowniki
PROFINET …. - wersja 110310 - strona 7/12
kowo zwiększyć elastyczność systemu możliwa jest również konfiguracja sterownikatejako
współpracują również z własnymi
IO Controller
IO Controller
urządzeniami peryferyjnymi (we/wy,
ne, współdzielone urządzenie (połączenie funkcjonalności
I-Device oraz Shared Device).
napędy, wyspy zaworowe) w ramach
sieci PROFIBUS. Ponieonfiguracji sterownik może pracować jako IO Controller, czyli odpytywać skojarzonededykowanej
z nim
waż
a IO Device i dodatkowo być odpytywanym przez systemy nadrzędne (pracować jako
IOłączenie wielu systemów PROFIBUS z wielu powodów nie jest zalecane
do komunikacji pomiędzy sterownikami, wykorzystywane są moduły sprzęIO Controller
IO Controller
gające DP/DP Coupler.
Stosowanie modułów sprzęgających w PROFIBUS jest konsekwencją braku obsługi przez ten protokół
bezpośredniej wymiany danych procesowych pomiędzy jednostkami DP
I-Device + Shared Device
Master Class1. Jednocześnie nie są dostępne interfejsy dla sterowników, które w tym samym czasie obsługiwałyby
tryb DP Master Class1 oraz DP Slave.
Identyczne rozwiązanie jest dostępne dla sieci PROFINET w postaci
PN/PN Coupler, chociaż w systemie
PROFINET najczęściej nie występują
ograniczenia, które wymuszałyby fiIO Device
IO Device
I-DeviceIO
+Device
Shared Device
zyczny podział sieci integrujących steIlustracja 7: Jednoczesne wykorzystanie funkcjonalności I-Device i Shared Device.
Ilustracja 7: Jednoczesne wykorzystanie funkcjonalności I-Device i Shared Device
rowniki z ich peryferiami.
Dlatego też uzasadniona jest implementacja funkcjonalności IO Controller oraz IO Device w ramach jednej
stacji. Rozwiązanie takie nazywane jest
I-Device (Intelligent CPU as IO Device).
Dzięki tej funkcjonalności wymiana
danych pomiędzy sterownikami sprowadza się do konfiguracji podobnej do
konfiguracji urządzeń peryferyjnych.
Nie są wymagane dodatkowe elementy (PN/PN Coupler, okablowanie) oraz
konfiguracja i oprogramowanie połączeń komunikacyjnych (ilustracja 5).
Współdzielenie urządzeń peryferyjnych IO Device – Shared Device
Standard PROFINET IO przewiduje możliwość odpytywania urządzeń peryferyjnych przez kilka stacji
IO Controller. Dzięki tej funkcjonalności możliwe jest połączenie w ramach
pojedynczej stacji IO Device modułów
kontrolowanych przez różne sterowniki (ilustracja 6).
Przykładową aplikacją dla tej
funkcjonalności jest integracja w ramach stacji IO Device (np. napęd) modułów procesowych kontrolowanych
Profil PROFIenergy: zarządzenie
zużyciem energii
przez standardowy sterownik (np.
sterownik ruchu - motion controller)
oraz modułów odpowiedzialnych za
kontrolę funkcji bezpieczeństwa (np.
bezpieczne zatrzymanie napędu, bezpieczne ograniczenie prędkości) kontrolowanych przez dedykowany sterownik bezpieczeństwa.
W tym wypadku sterownik odpowiedzialny za obsługę części technologicznej nie musi dodatkowo obsługiwać funkcji bezpieczeństwa (chociaż
taki przypadek również jest możliwy).
Aby dodatkowo zwiększyć elastyczność systemu możliwa jest również konfiguracja sterownika jako inteligentne, współdzielone urządzenie
(połączenie funkcjonalności I-Device
oraz Shared Device, ilustracja 7).
W takiej konfiguracji sterownik
może pracować jako IO Controller, czyli
odpytywać skojarzone z nim urządzenia IO Device i dodatkowo być odpytywanym przez systemy nadrzędne (pracować jako IO Device).
Profil, to opcjonalna funkcjonalność, którą producent urządzenia
może zaimplementować w swoim
urządzeniu. Dzięki profilowi PROFIenergy możliwe jest programowe sterowanie rozpływem mocy w instalacji
poprzez wyłączanie i załączanie urządzeń wykonawczych. Funkcje opisane
przez ten profil dedykowane są dla
kilku aplikacji: oszczędzania energii
w czasie krótkich lub długich przerw
planowanych (przerwy posiłkowe, postój w czasie dni wolnych), przerw niezaplanowanych (np. w czasie awarii)
oraz dodatkowo do pomiaru i wizualizacji obciążenia.
Sterowanie wyłączaniem lub
załączaniem obwodów mocy może
odbywać się z poziomu programu
w sterowniku lub z dedykowanej aplikacji pracującej na komputerze PC.
Praktyczne doświadczenia wykazały,
że korzystając z tej funkcjonalności
w przygotowanej pod tym kątem instalacji, można osiągnąć znaczne oszczędności w zakresie zużycia energii.
IO Controller
IO Device 1
IO Device 2
IO Device 3
IO Device 4
miejsce w sieci
dla IO Device 4
dla IO Device 3
dla IO Device 4
dla IO Device 2
dla IO Device 3
dla IO Device 4
dla IO Device 1
dla IO Device 2
dla IO Device 3
dla IO Device 4
czas
Ilustracja
8: Packing
Działanie
mechanizmu
Dynamic Frame Packing w PROFINET IO.
Ilustracja 8: Działanie mechanizmu Dynamic
Frame
w PROFINET
IO
Podstawowa korzyść wynikająca z DFP, to zwiększenie przepustowości systemu poprzez ograniczenie
ilości przesyłanych danych dodatkowych (adresy nadawcy, odbiorcy, dane organizacyjne).
system redundantny dozwolone są konfiguracje obejmujące topologię liniową, gwiazdy, drzewa,
pierścieniową z wykorzystaniem dedykowanych protokołów zarządzających połączeniami nadmiarowymi.
Jednym z wariantów może być pełna nadmiarowość na poziomie infrastruktury sieciowej.
Ilustracja 9: Dostępne konfiguracje systemów redundantnych.
Ilustracja 9: Dostępne konfiguracje systemów redundantnych
Specyfikacja
przewiduje
3 warianty redundancji:
Należy podkreślić,
że wszystkie
pozwala stacji IO Controller w jednej
(Fieldbus Integration),
omówione funkcje są nie tylko opisaramce przesyłać informacje przezna• synchronizacja czasu i dodawanie
– 2 interfejsy
IO Controller
w dwu
sterownikach)
wspólną sieć
wymieniają
ne w specyfikacji,
ale również
zostały (zainstalowane
czone dla wielu
(maksymalnie
do 63)przez znacznika
czasu
(Time sync/Time
informacje
ze
stacjami
IO
device
wyposażonymi
w
pojedynczy
lub
podwójny
interfejs
sieciowy,
zaimplementowane przez niektórych
urządzeń IO Device. Jednocześnie instamp).
producentów w oferowanych urządzeformacje z wielu urządzeń IO Device
2 interfejsy
IO Controller
w dwu sterownikach)
sieci wymieniają
niach.–Dzięki
nim z pewnością
system (zainstalowane
mogą być grupowane
w postaci jednejprzez niezależne
W przypadku
konfiguracji/resterowaniainformacje
wykorzystujący
PROFINETIO device
ramkiwyposażonymi
adresowanej dowstacji
IO Con-interfejs
konfiguracji
systemu bez zatrzymania
ze stacjami
podwójny
sieciowy,
oferuje znacznie wyższą funkcjonaltroller.
definiowane są mechanizmy pozwalaność w
porównaniu
Mechanizm
dlasterownikach)
przypadku ko-przez jące
na:
– 4
interfejsy zIOrozwiązaniem
Controller (zainstalowane
w dwu
niezależne
sieci wymieniają
konwencjonalnym,
nie koniecznie
po-IO device
munikacji
IO Controllerw ->
IO Device lub podwójny
• dodawanie
lub usuwanie
urządzeń
informacje
ze stacjami
wyposażonymi
pojedynczy
interfejs
sieciowy.
ciągając za sobą wyższe koszty.
przedstawiony jest na ilustracji nr 8.
z aktywnej konfiguracji jednostki IO
Podstawowa
korzyść wynikająca
Controller,
Specyfikacja PROFINET IO System Redundancy
nie opisuje
mechanizmów synchronizacji
pomiędzy
z DFP, to zwiększenie przepustowości
• wymianę urządzeń na ich identyczny
kontrolerami (systemami sterowania), te pozostają w gestii producenta systemu.
systemu poprzez ograniczenie ilości
zamiennik,
Nowe możliwości wprowadzoprzesyłanych danych dodatkowych
• dodawanie lub usuwanie modułów
zagadnieniem
istotnym w przypadku aplikacji procesowych jest integracja „klasycznych”
neKolejnym
w specyfikacji
2.3
(adresy nadawcy, odbiorcy, dane orw ramach stacji IO Device,
systemów magistralowych. W tym wypadku
wykorzystana
została
dobrze znana
i obecna
od samego
ganizacyjne).
W pojedynczej
ramce
• wymianę
modułów
w ramach stacji
początku
koncepcja
W przypadku
automatyzacji
szczególnie
istotne są moduły proxy
przesyłane
mogą być procesów
dane dla wielu
Opublikowana
w proxy.
październiku
IO Device,
dla specyfikacja
sieci PROFIBUS
DP, Foundation
Fieldbus
HART. ramka ta „węurządzeń.oraz
Dodatkowo
2010
2.3 systemu
PROFI• zmianę parametrów dla modułów
drując” od kontrolera do urządzeń peNET definiuje nowe możliwości w zalub kanałów w stacji IO Device.
ryferyjnych będzie ulegała skróceniu,
kresie przede wszystkim dwu obszarów
zastosowań: aplikacji wymagających
ponieważ każde z urządzeń „zabierze”
Wszystkie te operacje powinny
z ramki dane przeznaczone dla siebie.
bardzo, krótkich czasów odświeżania
być możliwe bez zakłócania komuniW identyczny sposób będzie odinformacji (np. systemy sterowania rukacji z pozostałymi urządzeniami w rabywało się zbieranie informacji z urząchem) oraz automatyzacji procesów.
mach systemu lub modułami w ramach
______________________________________________________________________________________________________
dzeń peryferyjnych, z jedyną różnicą
Rozwiązaniem oferowanym w systacji IO Device. Część z tych operacji
– ramka
przechodząc
urządzenia
stemie
dla najbardziej
wybyła
możliwa w urządzeniach
zgodnych
INTEXPROFINET
Sp. z o.o. | 44-100
Gliwice, ul. W.
Pola 16 | Tel.
032 2307516
| Fax 032przez
2307517
| [email protected]
| www.intex.com.pl
| NIP: 631-000-88-84
zarej. pod nrzKRS
0000134132
w Sądzie
Rejonowym
w Gliwicach,
X Wydziałswoją
Gospodarczy
Krajowego Rejestru
Sądowego | Kapitał
zakł: 200.000
będzie
zwiększała
zawartość,
magających
punktu
widzenia
cyklu
z wcześniejszą
specyfikacją,
dla PLN
innych
PROFINET każde
…. - wersja
110310 - strona
ponieważ
z urządzeń
doda11/12
do
odpytywania urządzeń peryferyjnych
konieczne były rozszerzenia.
jest tzw. tryb RT_Class_3, nazywany
niej własne dane.
Redundancja systemu w PROFIrównież IRT (Isochronous Real Time)
Nowym zakresem aplikacji dla
NET IO obejmuje mechanizmy, któoption high performance.
systemu PROFINET IO w niedalekiej
re powinny być zaimplementowane
Parametrem, który z pewnością
przyszłości z pewnością będzie autow urządzeniach IO Controller oraz IO
zauważy inżynier konfigurujący system
matyzacja procesów. Funkcjami, które
Device. Funkcjonalność ta jest niezajest cykl wysyłania informacji, który
zostały uwzględnione w specyfikacji
leżna od konfiguracji sieci Ethernet
w tym przypadku można ustawić na
2.3 oraz dokumentach uzupełniająwykorzystywanej przez system.
poziomie minimum 250μs (stacja co
cych, z myślą o tym obszarze zastosoW przypadku struktury sieci
250μs będzie wysyłała informacje do
wań są:
Ethernet wykorzystywanej przez sypartnera).
• konfiguracja/rekonfiguracja systemu
stem redundantny, dozwolone są konAby dodatkowo zwiększyć przebez jego zatrzymywania (CiR – Confifiguracje obejmujące topologię liniopustowość systemu PROFINET IO,
guration in Run),
wą, gwiazdy, drzewa, pierścieniową
w najnowszym standardzie zdefinio• redundancja na poziomie systemu
z wykorzystaniem dedykowanych prowano rozszerzenia trybu RT_Class_3
(PROFINET IO System Redundancy).
tokołów zarządzających połączeniami
w postaci mechanizmu DFP (DynaFunkcje te uzupełniają już dostępne:
nadmiarowymi. Jednym z wariantów
mic Frame Packing). Mechanizm ten
• integracja systemów magistralowych
może być pełna nadmiarowość na po-
Szkolenia otwarte z zakresu:
SIEMENS SIMATIC S7-300/400
SIEMENS SIMATIC S7-1200
SIEMENS SIMATIC S7-200
SIEMENS SIMATIC S5
SIEMENS SIMATIC HMI
SIEMENS SIMATIC PCS7
SIEMENS NAPĘDY
Szkolenia niezależne od
zastosowanego sprzętu:
PROFIBUS & PROFINET
OPC
INDUSTRIAL ETHERNET
AS-INTERFACE
Ponad 20.000 uczestników
Szkolenia dla urzędów pracy
i w ramach projektów EFS
Audyty i wykrywanie błędów
sieci PROFIBUS
Narzędzia diagnostyczne
i komponenty infrastruktury
dla sieci PROFIBUS
i PROFINET
Approved Partner firmy SIEMENS
Akredytowana jednostka
PI Competence Center oraz
PI Training Center
INTEX Sp. z o.o.
ul. Portowa 4
44-102 Gliwice
Tel. 32 230 75 16
Fax 32 230 75 17
[email protected]
www.intex.com.pl
Podsumowanie
System PROFINET IO z pewnością okres dojrzewania ma już za sobą
i powinien być postrzegany jako rozwiązanie kompletne, które podobnie
jak jego poprzednik – PROFIBUS DP,
może zostać wykorzystane do rozwiązywania zadań związanych z automatyzacją aplikacji o skrajnych wymaganiach.
Korzystając z funkcjonalności
RT_Class_3 (IRT option high performance), system już dzisiaj jest stosowany w zaawansowanych rozwiązaniach związanych ze sterowaniem
ruchem, a kiedy na rynku pojawią się
urządzenia obsługujące DFP, pozwoli
na projektowanie jeszcze bardziej złożonych rozwiązań wykorzystujących
systemy rozproszone.
Standardowa funkcjonalność systemu PROFINET pozwoli na projektowanie systemów o bardziej przejrzystej
strukturze i wyższej funkcjonalności
w porównaniu z rozwiązaniami klasycznymi.
Kiedy w urządzeniach zostanie
w pełni zaimplementowana funkcjonalność opisana w standardzie 2.3
wraz z uzupełnieniami system PROFINET, można będzie również wykorzystać do automatyzacji procesów.
Warto w tym miejscu podkreślić,
że jednym z podstawowych założeń dla
standardu PROFINET jest pełna kompatybilność z Ethernet IEEE 802.3. Oznacza to, że w skrajnym wypadku (nie
uwzględniając zagadnień związanych
z wydajnością) urządzenia z interfejsem PROFINET można dołączać do dowolnej infrastruktury Ethernet i komunikacja pomiędzy nimi będzie działać.
mgr inż. Artur Szymiczek
INTEX Sp. z o.o.
RTIFIED
CE
EX
Szkolenia zamknięte,
wyjazdowe, doradztwo
i konsultacje
ziomie infrastruktury sieciowej.
Specyfikacja przewiduje 3 warianty redundancji (ilustracja 9):
• 2 interfejsy IO Controller (zainstalowane w dwu sterownikach) przez
wspólną sieć wymieniają informacje
ze stacjami IO device wyposażonymi
w pojedynczy lub podwójny interfejs
sieciowy,
• 2 interfejsy IO Controller (zainstalowane w dwu sterownikach) przez niezależne sieci wymieniają informacje
ze stacjami IO device wyposażonymi
w podwójny interfejs sieciowy,
• 4 interfejsy IO Controller (zainstalowane w dwu sterownikach) przez niezależne sieci wymieniają informacje
ze stacjami IO device wyposażonymi
w pojedynczy lub podwójny interfejs
sieciowy.
Specyfikacja PROFINET IO System
Redundancy nie opisuje mechanizmów
synchronizacji pomiędzy kontrolerami
(systemami sterowania), te pozostają
w gestii producenta systemu.
Kolejnym zagadnieniem istotnym
w przypadku aplikacji procesowych
jest integracja „klasycznych” systemów magistralowych. W tym wypadku wykorzystana została dobrze znana
i obecna od samego początku koncepcja proxy. W przypadku automatyzacji procesów szczególnie istotne są
moduły proxy dla sieci PROFIBUS DP,
Foundation Fieldbus oraz HART.
PE
RT