PLC
VÄYLÄT JA TAAJUUSMUUTTAJA Vacon_Bus Page 1 Vaasan AMK Ohjausjärjestelmien kehitys Sarjaliikenne PLC SELMA I/O SELMA I/O tai sarjaliikenne I/O +HART SULJETTU PROTOKOLLA Sovellutusohjelma suoritetaan järjestelmässä Vacon_Bus Page 2 Vaasan AMK Ohjausjärjestelmien kehitys Perussovellutukset suoritetaan järjestelmässä PLC AVOIN PROTOKOLLA Sovellutukset suoritetaan toimilaitteissa Vacon_Bus Page 3 Vaasan AMK Automaatioliitynnät 3-Rinnakkaista ohjauspaikkaa Paneli Ohjaus Indikoinnit Parametrointi I/O Ohjaus Indikoinnit Väylä Ohjaus Indikoinnit Parametrointi Vacon_Bus Page 4 Vaasan AMK Väylän edut Taajuusmuuttajasovellutukset Suorituskyky Operator Workplace Digitaalinen informaatio Tarkka Drives Objects PLC Toistettavissa Drives Application sw Broadcasting ohjearvoketjussa Ylläpito FCI I/O I/O Remote I/O Parametritiedot tietokannasta Muutokset automaattisesti kantaan Diagnostiikkatiedot 5 ms näytevälillä Vacon_Bus Page 5 Kaikki halutut tiedot Variaatioiden minimointi Käytettävyys Kustannukset Fieldbus Toteutus PLC Drives Application sw Vaasan AMK Case PFC-sovellutus Toiminnot Automaatti- ja käsiajo 1 Apukäyttö Signaalit: Valmis, Käy, Vika Ohje-, Olo- ja Lähtöarvo Ohjauspaikka ja start/stop Toteutus toiminnot tehdään taajuusmuuttajassa ei järjestelmässä Vacon_Bus Page 6 Vaasan AMK Case PFC-sovellutus Lähdöt 3 lähtöä Valmis-tieto korvataan apukäytön ohjauksella Oloarvo johdotetaan taajuusmuuttajaan ja järjestelmään Vaatii I/O-optiokortin Mutkikas ratkaisu Lopputulos Asiantunteva asiakas valitsee väyläkortin I/O-optiokortin sijaan. (Jos väyläliityntä on saman hintainen kuin I/O-optiokortti) Älyn vieminen alas lisää tiedonsiirron tarvetta Vacon_Bus Page 7 Vaasan AMK Siirrettävät tiedot Älyn vieminen alas lisää tiedon määrää (ks. Kone) Prosessin ohjausta40 % Ylläpito- ja käytettävyystietoja •Ennakoiva ylläpito •Laitediagnostiikka Prosessinohjauksesta tehdastietojen hallintaan •Konfigurointi ja parametrointitiedot •Prosessidiagnostiikka Vacon_Bus Page 8 Vaasan AMK Kenttäväylien tasot Laitteiden suunnittelu ja soveltaminen min MByte MAP Industrial Ethernet s 1/10s Tehdas KByte Tuotanto Byte Prosessi reaction time Vacon_Bus Page 9 Laite Bit ms data . Anturi FF Profibus -PA - FMS Interbus-S Profibus DP ASI CAN LON Vaasan AMK Prosessiautomaation väylät Anturiväylä Bitti ja sanatieto ~10 kpl:ssa Anturit suoraan Etäis I/O:n “Etäis I/O” Päivitysväli 1 ms Parikaapeli ~100 m Asennustekniikka Laiteväylä Bitti ja sana tieto ~100 kpl:ssa Etäis I/O Toimilaiteohjaukset Päivitysväli 5 ms Logiikan ohjelmakierto max 10 ms Pari-, coax-, kuitukaapeli ~ 1 km Kahdennettavissa mielellään Kaapeli Kortti Vacon_Bus Page 10 Vaasan AMK Prosessiautomaation väylät Prosessiväylä Bitti, sana ja tiedosto ~1000 kpl Logiikat ja Valvomot Päivitysväli ~50 ms Lukitustiedot Valvontainformaatio Pari-, coax-, kuitukaapeli ~ 1 km Kahdennettavissa aina Kortti Vacon_Bus Page 11 Tehdasväylä Bitti, sana, tiedosto, hakemisto Tietojen määrä “rajoittamaton” Office-verkko Päivitysväli ~1 s Tuotanto-, konfigurointi-, dokumenttitiedot Pari-, coax-, kuitukaapeli Globaali verkko Vaasan AMK Vacon_Bus Page 12 Vaasan AMK ISO/OSI- malli Kunkin kerroksen kapselointi Sanomarakenne Alempi kerros kapseloi ylemmän kerroksen sanoman datakentäksi Tehokkuus kärsii Siirrettävä bittimäärä moninkertaistuu Kehyksen pakkaus ja purkaus operaatio 7-kerroksinen taso ja kapselointi joka tasolla Käytetään vain tasoja, joita on pakko käyttää Kenttäväylien OSI-tasot Anturi- ja laiteväylässä 1,2,7 Toistin ja silta Prosessiväylissä yleensä myös 3 Kolmikerroksi nen taso Reititin Tehdasväylissä lisäksi 4,5,6 Päästä päähän valvonta Vacon_Bus Page 13 Vaasan AMK Laitteiden yhteensopivuus Taajuusmuuttaja ohjausjärjestelmän kannalta Interchangeability(Korvattavuus) Toimii hajautetussa sovellusympäristössä käyttäen yhteistä protokollaa, dataa ja toiminnallisuutta. Sovellus mukaan lukien korvaava laite, jatkaa toimintaansa kuten ennen, samoin dynaamisin ominaisuuksin. Vacon ja ACS Profibus-väyläliitännällä. Taajuumuttajia ajetaan taajuusohjeella. Sovellutus tehty logiikassa. Interoperability (Yhteistoiminnalisuus) Toimii hajautetussa sovellusympäristössä käyttäen yhteisiä käyttäjäkerroksen parametrejä ja dataa. Sovellus mukaan lukien korvaava laite. Jatkaa toimintaansa kuten ennen, mutta toisenlaisin dynaamisin ominaisuuksin, kun laite käyttää samoja standardoituja osia. Epästandardit optiot edellyttävät sovelluksen uudelleen ohjelmointia. Vacon ja ACS Profibus-väyläliitännällä, kummassakin sama sovellutusmakro. Esim. PFC. Vacon_Bus Page 14 Vaasan AMK Laitteiden yhteensopivuus Taajuusmuuttaja ohjausjärjestelmän kannalta Interworkability(Yhteistyökykyisyys) Tukee parametrien siirtoa laitteiden välillä perustuen samoihin parametrimäärittelyihin. Sovellus on uudelleen ohjelmoitava sisältämään korvaavan laitteen toiminnallisuudet ja dynaamiset vasteet. Vacon ja ACS Profibus-väyläliitännällä. Väylän kautta sirrettävät parametrit on määritelty. Esimerkiksi Start, Stop ja taajuusohjeen merkitys on kummassakin sama. Sovellutusohjelma puuttuu. Interconnectability (Yhteistoiminnalisuus) Toimii yhdessä toisten laitteiden kanssa. Sovellus on uudelleen ohjelmoitava sisältämään korvaavan laitteen yksilölliset parametrimäärittelyt, toiminnallisuudet ja dynaamiset vasteet. Vacon ja ACS Profibus-väyläliitännällä. Siirrettävät tiedot ja sovellutusohjelma määrittelemättä. Vacon_Bus Page 15 Vaasan AMK Laitteiden yhteensopivuus Taajuusmuuttaja ohjausjärjestelmän kannalta Compatibility(Yhteensopivuus) Toimii itsenäisesti häiritsemättä muita verkossa olevia laitteita. Vacon ja Profibus-liityntäinen tako/absoluuttianturi Vacon_Bus Page 16 Vaasan AMK Laiteprofiilit Osi-mallin puuttuva 8-kerros Määrittelevät ne ominaisuudet, jotka väylään liitettävällä laitteella on. Yhtenäistävät eri toimittajien tarjoamien laitteiden ominaisuuksia Samalla profiililla olevat laitteet ovat keskenään vaihtokelpoisia Interoperability takaa, että laitteessa on profiilin määrittelemät toiminnot Interchengeability takaa, että laite voidaan ongelmitta vaihtaa toisen toimittajan laitteeseen Helpottavat laitteen liittämistä väylään Vacon_Bus Page 17 Vaasan AMK Valintaperusteet Tietoliikenteen suorituskyky Luotettavuus Väylärakenteen pituus ,joustavuus ja nopeus Diagnostiikkamahdollisuudet Vacon_Bus Page 18 Valmistajariippumattomuus / avoin protokolla Levinneisyys, markkinaosuus Saatavuus nyt ja tulevaisuudessa Vaasan AMK Sanoman läpäisyaika (Tyyp.) Reaction Time 8 ms 1,5 MBaud 7 ms 6 ms 5 ms 4 ms 3 ms 2 ms 12 MBaud 1 ms 2 Vacon_Bus Page 19 4 6 8 10 12 16 24 32 DP-Slave Vaasan AMK Transparentti tiedonsiirto antureilta/toimilaitteilta tuotannonohjaukseen Tehda s Vasteajat taso Ethernet/TCP/IP < 1000 ms Area Controller TCP/IP/Ethernet PC/VME CNC Solu taso Vasteajat < 100 ms Kenttä -taso PROFIBUS-FMS VME/PC PLC PROFIBUS-DP DCS PROFIBUS-PA Vasteajat < 10 ms Vacon_Bus Page 20 Vaasan AMK PROFIBUS alentaa kustannuksia 40% 100% 100% 22% 27% 57% 50% 12% Suunnittelu 22% Asennus 23% Hardware 51% 0% Vacon_Bus Page 21 Namur, Source: PROFIBUS Nykyinen (4...20mA) Hardware Assembly Engineering AK 3.5 as well as practical experience from many applications Vaasan AMK PROFIBUS tuotteet ovat nopeassa kasvussa Hyväksyntä standardiksi EN 50 170 1300 1200 1100 Hyväksyntä PROFIBUS-DP DIN 19245 osa 3 Hyväksyntä PROFIBUS-FMS DIN 19245 osat 1+2 1000 PROFIBUS-DP Hyväksyntä PROFIBUS-PA DIN 19245 osa 4 900 800 700 PROFIBUS-FMS 600 500 FMS/DP yhdistelmätuotteet 400 300 200 100 PROFIBUS-PA Vacon_Bus Page 22 FMS DP yhdistelmä ht i.9 8 7 PA hu O ct 9 ht i.9 7 6 hu O ct 9 hu ht i.9 6 5 O ct 9 ht i.9 5 4 hu O ct 9 hu ht i.9 4 3 O ct 9 ht i.9 3 2 hu O ct 9 hu ht i.9 2 1 O ct 9 hu ht i.9 1 0 Vaasan AMK PROFIBUS PROTOKOLLA ISO/OSI- avoimen tiedonsiirtomallin mukaisesti Layer FMS User DP PA DP-Profiles PA-Profiles FMS Device Profiles DP-Extensions DP Basic Functions Application (7) Fieldbus Message Specification (FMS) (3)-(6) not used Fieldbus Data Link (FDL) Data Link (2) Physical (1) Vacon_Bus Page 23 * Ehdotus RS-485 / Fiber Optic EN 50 170 lisäykseksi A2 EN 50170 Osaan 2 äänestyksessä Q3 / 1998 IEC Interface* IEC 1158-2 Vaasan AMK PROFIBUS guidelines + profiles Overview of PROFIBUS-DP Profiles (1) Profile for NC/RC (Order No. 3.052) This profile describes how many manipulator and assembler robots are controlled via DP. Based on detailed sequence diagrams, motion and program control of the robots is described from the point of view of the higher-level automation facility. Profile for Encoder (Order No. 3.062) This profile describes linking PROFIBUS-DP to rotary encoders, angle encoders and linear encoders with single-turn or multi-turn resolution. Two classes of devices define basic functions and supplemental functions such as scaling, interrupt processing and expanded diagnostics. DP-Encoder ® PROCESS FIELD BUS Class 1 Vacon_Bus Page 24 Vaasan AMK Overview of PROFIBUS-DP Profiles (2) Variable-Speed Drive Profile (3.072) Leading manufacturers of drive technology have jointly defined the PROFIDRIVE profile. The profile specifies how the drives are to be parameterized and how the setpoints and actual values are to be transmitted. This enables drives from different vendors to be exchanged. The profile contains necessary specifications for speed control and positioning. It specifies the basic drive functions while leaving sufficient freedom for application-specific expansion and further developments. The profile describes the mapping of the application functions for DP or FMS. Operator Control and Process Monitoring (HMI) Profile (3.082) This profile of simple operator control and processing monitoring devices (HMI) specifies the linking of these devices via PROFIBUS-DP to higher-level automation components. The profile uses the extended PROFIBUS-DP functions for the communication. Vacon_Bus Page 25 Vaasan AMK PROFIBUS Protokolla PROFIBUS väylän saanti Protokolla (Layer 2) on sama kaikilla kolmella PROFIBUS vaihtoehdolla (FMS/DP/PA) Tämä mahdollistaa transparentin tiedonsiirron ja sallii erilaisten FMS/DP/PA verkkosegmenttien helpon yhdistämisen FMS/DP käyttävät samaa fyysistä mediaa (RS-485/FO) ne voidaan yhdistää samaan kaapeliin. Aktiivit asemat, Master laitteet PLC PC PLC PROFIBUS Vacon_Bus Page 26 Passiivit asemat, Slave laitteet Vaasan AMK PROFIBUS-DP ominaisuuksia: Suunniteltu korvaamaan PLC:n kallis I/O- liityntä Erittäin nopea, siirtää 1 kByte input ja output dataa alle 2 ms Tehokkaat työkalut helppoon konfigurointiin ja ylläpitoon Johtavien PLC toimittajien tukema Laaja tuotevalikoima: PLC, PC, I/O, käytöt, venttiilit, enkooderit Syklinen ja asyklinen tiedonsiirtosallittua Mono- ja multi-master verkot 244 tavua tulo ja lähtödataa asemaa kohti Vacon_Bus Page 27 Vaasan AMK Avoin konfigurointi Plug and Play PROFIBUS konfigurointi asema PLC GSD GSD GSD GSD GSD GSD Electronic Device Data Sheets (GSD-files) PROFIBUS Vacon_Bus Page 28 Vaasan AMK Tiedonsiirron ominaisuuksia (1) Nopea (H2), RS 485 Asynkroninen NRZ-tiedonsiirto, RS 485 Siirtonopeudet 9.6 kBit/s …. 12 MBit/s portaattain valittavissa Suojattu kierretty parikaapeli 32asemaa segmenttiä kohden, max. 127 asemaa sallittu väyläpituus: 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m Väyläpituus laajennettavissa toistimilla 10 km 9 napainen, D-liitin Vacon_Bus Page 29 Vaasan AMK PROFIBUS - Kaapelipituudet RS 485 Siirtonopeus kBit/s 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000 Segmentin pituus m (Kaapeli A) 1200 1200 1200 1000 400 200 100 Vacon_Bus Page 30 Toistimien avulla voidaan nostaa kaapelipituutta Vaasan AMK Väylän saanti Protokollan ominaisuuksia (1) Sekamuoto väylän saannissa Token Passing, valtuuden välitys Master laitteiden välillä Master - Slave Protokolla Master ja Slave laitteiden välillä Master Aktiivi asema millä on oikeus hallita väylää tietyn ajan (Token Hold Time) PLC PLC / PC Slave Slave laitteet vain vastaavat Masterin kyselyihin. Niillä ei ole oikeutta hallita väylää. e.g., I / O Vacon_Bus Page 31 Vaasan AMK Valtuuden välityksen, Token passing periaate Multi Master verkoissa valtuuden välityksellä, Token Passing, on varmistett että jokaisella masterilla on tarpeeksi aikaa tiedonsiirtotehtäviensä hoitoon. Tämän johdosta käyttäjä konfiguroi yleisen Target Token Rotation Time, (TTR) huomioiden kaikkien mastereiden tiedonsiirtotehtävät. Jokainen Master laskee käytettävissä olevan ajan siitä hetkestä kun se on saanut valtuuden, tokenin, seuraavan kaavan mukaisesti: TTH = TTR - TRR TTH = Token Hold Time, valtuuden pitoaika TTR = Target Token Rotation Time, valtuuden kiertoaika yleisesti TRR = Real Token Rotation Time, todellinen valtuuden kiertoaika Vacon_Bus Page 32 Vaasan AMK PROFIBUS-DP Multimaster järjestelmä Useat DP-Masterit voivat lukea DP-Slaven tietoja DP-Master (Class 2) DP-Master (Class 1) PROFIBUS-DP Multimaster järjestelmä käsittää: - usean Masterin (Class 1tai 2) - 1... max. 124 DP-Slavea - max. 126 laitetta samalla väylällä PC PLC CNC DP-Master (Class 1) PROFIBUS - DP Hajautetut tulot ja lähdöt Hajautetut tulot ja lähdöt PROFIBUS-P DP - Slave laitteet Vacon_Bus Page 33 Vaasan AMK PROFIBUS-DP Vasteaikoja anturilta käytölle 45% Drive 1ms väyläjakso 2% 45% 2% 6% 20ms muuntimen vasteaika PLC 20ms PLC Ohjelman kierto 1ms väyläjakso 3ms I/O tulosuodatus Kenttäväylän osuus: 4% Vacon_Bus Page 34 Vaasan AMK PROFIBUS-DP Vasteaikoja anturilta kontaktorille 67% Contactor 1.5% 26% 1.5% 4% 50ms viive 1ms väyläjakso PLC 20ms PLC Ohjelman kiertoaika 1ms väyläjakso 3ms I/O tulopiirien suodatus Kenttäväylän osuus: 3% Vacon_Bus Page 35 Vaasan AMK PROFIBUS-DP Perustoiminnot Master (Class 1) Master (Class 2) Get_Master_Diag Data_Exchange Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg Global_Control PLC Data_Exchange RD_Ind RD_Outp Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg Get_Cfg Global_Control Set_Slave_Add (opt) Vacon_Bus Page 36 PC/VME Data_Exchange RD_Inp RD_Outp Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg Get_Cfg Global_Control Set_Slave_Add Start_Seq Download Upload End_Seq Act_Para_Brct Act_Param Slave Vaasan AMK Implementation of a PROFIBUS-PA Field Device Interface (e.g. PROFIBUS-PA Interface for temperature transmitter) Bus connection to IEC 1158-2 technology I • PROFIBUS-PA Interfaces for Field devices are very small and require only a few ASICs • The use of low power Microcontrollers and the low power PROFIBUS ASICs reduces power consumption and ensures powering over the bus at less than 10 mA. • direct replacement of existing "Round Boards" is possible SIEMENS SIM 1 Vacon_Bus Page 37 SIEMENS SPC 4 Mitsubishi M16C D/A, A/D 0-10 V 0/4-20 mA Vaasan AMK Väylän pituus Väylän pituuden vaikutus tiedonsiirtonopeuteen AS-I CAN DeviceNet Interbus-S Profibus-DP 40 m 1 Mb/s 100 m 167 kb/s 500 kb/s 500 kb/s 12 Mb/s 200 m 1.5 Mb/s 250 m 250 kb/s 250 kb/s 400 m 500 kb/s* 500 kb/s 500 m 125 kb/s 125 kb/s 1000 m 50 kb/s 187.5 kb/s 1200 m 93.75 kb/s Vacon_Bus Page 38 Vaasan AMK Väylien taustatiedot TAUSTATUKI PÄHKINÄNKUORESSA Technology Developer PROFIBUS DP/PA PTO INTERBUS-S DeviceNet AS-I Fieldbus Foundation LonWorks Vacon_Bus Page 39 Phoenix Contact Allen-Bradley AS-I Consortium Fieldbus Foundation Echolon Corp. Year Introduced Governing Standard DP-1994, PADIN 19245 part 1995 3/4 1984 DIN 19258 Openness 1616 Products Products from over 400 vendors maalis.94 ISO 11898 &11519 6 chip vendors, 320 products Fall 1993 Submitted to IEC AS-II.C. Market item 1995 ISA SP50/IEC Chips/software TC65 from multiple vendors maalis.91 ASHRAE of Public BACnet documentation on protocol Vaasan AMK FYYSISET OMINAISUUDET ASENNUSTIEDOT PÄHKINÄNKUORESSA PROFIBUS DP INTERBUS-S DeviceNet AS-I Network Topology Physical Media Max. Devices Max. Distance (nodes) Linear bus, stub lines Twisted-pair or fiber 127 nodes 100m-1200m permitted if baud rate depending <1.5 Mb/s baud rate, 24 Km (fiber) Segmented with "T" Twisted-pair, fiber 256 nodes 400 m/segment, drops 12.8 Km total Trunkline/dropline with branching Bus, tree, star Twisted-pair for signal & power Unshielded twowire-cable Twisted-pair 64 nodes 500m 31 slaves 100 m, 300 m with repeaters 1900m @ 31.25K 500m @ 2.5M Twisted-pair, fiber, power line 32,000/domain 2000m @ 78 kbps Fieldbus Foundation Multidrop with bus powered devices LonWorks Bus, ring, loop, star Vacon_Bus Page 40 240/segment, 65,000 segments Vaasan AMK Siirto-ominaisuudet PROTOKOLLA PÄHKINÄNKUORESSA Communication Methods Transmission Properties PROFIBUS DP Master/slave up to 12 Mbps INTERBUS-S Master/slave with 500kBits/s, total frame transfer full duplex DeviceNet Master/slave, multi- 500 kbps, master, others Data Arbitration Transfer Method Size 244 bytes Token passing Error Diagnostics Checking 512 bytes None h.s., 16-bit CRC Segment location of CRC error and cable break CRC check Bus monitoring unlimite d block 8-byte Carrier-Sonac variable Multiple Access message 250 kbps, 125 kbps Data and power, EMI 31 slaves Master/slave resistant with 4 in with cyclic and 4 out polling HD4 CRC Station, module & channel diagnostics AS-I Master/slave with cyclic polling Fieldbus Foundation Client/server publisher/ subscriber, Event notification 31.25 kbps 1 Mbps 2.5Mbps 16.6 M Deterministic objects/d centralized evice scheduler, multiple backup 16-bit CRC LonWorks Master/slave 1.25 Mbs full duplex 228 bytes Carrier Sense, Multiple Access 16-bit CRC peer to peer Vacon_Bus Page 41 Manches Slave fault, ter Code, device fault hammin g-2, partly Remote diagnostics, network monitors, parameter status Database of CRC errors and device errors Vaasan AMK Kenttäväylien käyttöalue Vacon_Bus Page 42 Vaasan AMK AS-I parannetut ominaisuudet AS-Interface Versio 2.1 1. Enemmän slave profiileja 2. Aikaisemman 31 slaven sijasta nyt on mahdollista jopa 62 slavea. 3. Helpompi analogia laitteiden hallinta 4. Nopeampi ja helpompi vian havaiseminen Vacon_Bus Page 43 Vaasan AMK Gateway Gatewayt yhdistävät väylät: AS-i Gateways: AS-i/PROFIBUS Gateways AS-i/InterBus AS-i/DeviceNet AS-i/CANopen AS-i/Modbus Plus AS-i/Modbus AS-i Control - AS-i Master Vacon_Bus Page 44 Vaasan AMK Profibus - kuituverkon topologia Tähtirakenteinen profibus verkko OLM Vacon_Bus Page 45 Vaasan AMK Profibus - kuituverkon topologia Vikasietoinen profibus rengasverkko OLM Vacon_Bus Page 46 Vaasan AMK
© Copyright 2024