Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Czujnik odległości i IO-LINK – Unboxing zestawu startowego od ifm ZZ1100

1932 wyświetleń, autor: Piotr Gwiazdowski • iAutomatyka.pl.

Komunikacja w przemyśle jest ważna. Możemy mieć perfekcyjnie zaprojektowaną mechanicznie linię produkcyjną, świetne sterowniki, świetne peryferia, ale żeby to wszystko działało jak należy pojedyncze elementy muszą się ze sobą komunikować. W tym artykule przedstawię IO-Link – jedną z technologii, która ma szansę zrewolucjonizować komunikację na poziomie urządzeń peryferyjnych. Jeżeli bardziej interesuje Cię przekaz w formie wideo, to nagrałem na ten temat również film:

Zestaw startowy ► https://www.ifm.com/pl/pl/product/ZZ1100
Pliki GSDML ► http://bit.ly/2mdWDKZ
ifm electronic ► https://www.ifm.com/pl/pl

Zadaj pytanie do filmu

IO-Link – co i jak?

Chociaż IO-Link to projekt rozpoczęty już w 2009 roku, to nadal dla wielu pozostaje niezrozumiałą zagadką. IOLink to otwarty standard komunikacyjny, który został stworzony przez wielu producentów automatyki. Jest pierwszą technologią komunikacji dla czujników i aktuatorów, która została opisana w międzynarodowych normach (IEC 61131-9). Określa zarówno warstwę fizyczną komunikacji, jak i sposób w jaki przesyłane są dane.

Warstwa fizyczna

Pomysłodawcy IO-Linka przyjęli ciekawą strategię – jeżeli IO-Link ma faktycznie stać się uniwersalnym i stosowanym powszechnie standardem to najlepiej skorzystać z dobrze już znanych technologii i jedynie je ulepszyć. Dlatego pod względem fizycznym, przyłączeniowym IO-Link korzysta z popularnych złączy M5, M8 i M12, chociaż tak naprawdę w znacznej większości spotykane są te ostatnie. Do komunikacji z wykorzystaniem IO-Link wystarczą trzyżyłowe, nieekranowane przewody. Jak można zauważyć po tym opisie, IO-Link korzysta z już istniejącej w wielu fabrykach infrastruktury!

Przesył danych

W technologii IO-Link wyróżniamy dwa typy urządzeń:

  • IO-Link Master,
  • IO-Link Device.

Urządzenia w tym standardzie połączone są ze sobą w topologii gwiazdy. Do jednego urządzenia Master podłączamy wiele urządzeń końcowych (czujników lub aktuatorów), a urządzenia te mogą wymieniać dane jedynie ze stacją Master. Bez możliwości wzajemnej komunikacji.

Dane zbierane przez czujniki wysyłane są do wyspy IO-Link za pomocą sygnałów cyfrowych. Urządzenia przesyłają ramki danych, w których oprócz mierzonych wartości mogą być zawarte też inne informacje. Taki sposób przesyłania informacji stwarza możliwość zastąpienia tradycyjnych czujników analogowych czujnikami IO-Link, przy zachowaniu ich pełnej funkcjonalności. A nawet wprowadza kilka przewag nad komunikacją tradycyjną.

Zalety IO-Link

Osobiście w wykorzystaniu technologii IO-Link widzę trzy główne zalety:

  • Wymiana danych za pomocą sygnałów cyfrowych;
  • Przesyłanie ustandaryzowanych ramek danych;
  • Możliwość zdalnej parametryzacji i diagnostyki urządzeń końcowych;

Poniżej omówię dlaczego moim zdaniem są to aspekty, które mogą wprowadzić wartość dodaną do systemów sterowania.

Komunikacja cyfrowa

Tradycyjnie czujniki mierzące wartości analogowe po przetworzeniu ich przez np. linearyzację czy konwersję wysyłają do sterownika sygnał analogowy. Najczęściej są to sygnały napięciowe 0-10 V, lub prądowe 4-20 mA. Czujnik taki mierzy daną wartość, np. ciśnienie w jakimś zakresie. Dla najniższej wartości ciśnienia z tego zakresu wyśle sygnał prądowy o wartości 4 mA, a dla najwyższej 20 mA. Otrzymana na sterowniku wartości natężenia prądu musi zostać przetworzona na sygnał cyfrowy, zrozumiały dla procesora sterownika, a później na faktyczną wartość ciśnienia. Na każdym etapie tego procesu, zarówno podczas przesyłania sygnału analogowego jak i przy jego przetwarzaniu na sygnał cyfrowy dochodzi do strat w jakości sygnału. Aby wyeliminować część z tych strat stosuje się ekranowane przewody, czy drogie i dobre karty wejść analogowych do sterownika. IO-Link to technologia która już z czujnika do wyspy Master przesyła dane za pomocą sygnału cyfrowego. Co wiąże się z eliminacją tych strat.

Ramki danych

Jak już wspomniałem technologia IO-Link do przesyłania informacji używa ramek danych. Takie ramki przechowują w sobie informacje o mierzonej wartości (np. wspomnianym ciśnieniu), o stanie wyjścia cyfrowego (o ile czujnik takie posiada) oraz dane diagnostyczne. Dodatkowo wartości przesyłane w takiej ramce są faktyczną wartością pomiarową. Na przykład taka informacja o ciśnieniu jest faktyczną wartością ciśnienia w barach, nie abstrakcyjną wartością z zakresu 4-20 mA. Co więcej rozmiar danych w takiej ramce jest może wynosić maksymalnie aż 32 bajty! Dlatego możemy znaleźć urządzenia takie jak np. SD5500 (przepływomierz), które jednocześnie przesyłają dane o aktualnej wartości przepływu, sumarycznej wartości przepływu, ciśnieniu i temperaturze sprężonego powietrza. Żaden tradycyjny czujnik analogowy nie ma takiej możliwości.

Zdalna parametryzacja

Producenci urządzeń IO-Link najczęściej dostarczają środowiska inżynierskie do obsługi i konfiguracji swoich urządzeń. Środowisko do obsługi produktów firmy ifm, które mam na biurku, nazywa się LR Device. Za pomocą tego środowiska odnajdujemy wyspę Master i podłączone do niej urządzenia. Co ciekawe LR Device jest zdolne do wykrywania i parametryzacji czujników innych producentów. Na podstawie dalmierza O5D150 pokażę w jaki sposób zmienić odległość przełączającą wyjście cyfowe. W przypadku tradycyjnego czujnika należałoby podejść do linii produkcyjnej, ustawić wykrywany obiekt w pożądanej odległości od czujnika, a następnie używając fizycznego przycisku przyuczyć czujnik do wykrywania tej odległości. W przypadku naszego dalmierza wystarczy wpiąć się do sieci, w której znajduje się Master IO-Link, uruchomić LR Device, przejść do okna parametryzacji wybranego czujnika i wpisać inną wartość. Następnie jednym kliknięciem wgrać nową konfigurację na wyspę Master.

Jak rozpocząć pracę z IO-Link – zestaw startowy

Napisałem już czym jest IO-Link, wymieniłem jego zalety i może Cię tym tematem zainteresowałem. Jeżeli tak to teraz pokażę na podstawie zestawu startowego ZZ1100 od ifm jak rozpocząć wdrażanie IO-Linka w swoich aplikacjach.

Zacznę od wyjaśnienia czym jest ten zestaw startowy. Jest to zestaw zawierający Mastera IO-Link (AL1100), dalmierz laserowy (O5D150), o którym już wspominałem, pendrive z licencją LR Device, oraz wszystkie przewody niezbędne do połączenia się do sieci przemysłowej. W przypadku naszego zestawu startowego wyspa Master współpracuje z protokołem Profinet.

Kup zestaw startowy ZZ1100 na stronie ifm, oszczędź nawet 200 euro:
https://www.ifm.com/pl/pl/product/ZZ1100

Punkt 1 – konfiguracja IO-Link Master

Aby wyspa Master mogła komunikować się z urządzeniami w sieci przemysłowej należy nadać jej adres IP z tej sieci. Aby to zrobić podłączyłem wyspę do zasilania oraz do switcha przemysłowego, do którego jest podłączony sterownik PLC i mój komputer. Na potrzeby tego rozdziału wykorzystam popularny sterownik PLC Siemens z rodziny S7-1200. Warto zaznaczyć, że karta Ethernetowa komputera również powinna znajdować się w tej samej sieci. Następnie należy uruchomić środowisko LR Device i załadować konfigurację IO-Link. Na liście urządzeń powinien pojawić się Master IO-Link. Należy przejść do jego ustawień i ustawić adres IP oraz bramę.

Wgrywamy konfigurację i powinno działać.

Punkt 2 – dodanie wyspy do projektu

W środowisku do programowania sterownika (w naszym przypadku TIA Portal) należy załadować plik konfiguracyjny GSD wyspy IO-Link. Następnie do konfiguracji sprzętowej projektu dodajemy wyspę AL1100 i łączymy ze sterownikiem jak na zdjęciu.

Może istnieć konieczność określenia adresu IP wyspy w sterowniku.

Punkt 3 – dodanie urządzeń końcowych

IO-Link jest na tyle inteligentną technologią, że nie potrzebuje określenia dosłownie jakiego czujnika używamy. Należy przeanalizować dokumentację techniczną urządzenia aby dowiedzieć się jak długa jest ramka danych którą przesyła. Wtedy w konfiguracji sterownika określamy jedynie rodzaj i długość tej ramki. W dokumentacji naszego dalmierza O5D150 widać, że przesyła on ramkę danych o długości 2 bajtów i są to tylko dane wyjściowe.

Dane wyjściowe z czujnika to z perspektywy sterownika dane wejściowe. Zatem wśród ramek wejściowych odnajdujemy ramkę dwubajtową i dodajemy ją w konfiguracji sprzętowej portu, do którego podłączyliśmy dalmierz. Wgrywamy program do sterownika. Jeżeli wszystko zrobiliśmy poprawnie, to diody na wyspie i na sterowniku będą wskazywały poprawną pracę. Wybranie zbyt krótkiej ramki danych, lub ramki niewłaściwego typu spowoduje wystąpienie błędu.

Punkt 4 – odczytanie danych

Ok, podłączyliśmy czujnik do sterownika i nawet zrobiliśmy to poprawnie. Czas na odczytanie z niego danych aby możne je było użyć w procesie sterowania. W konfiguracji sprzętowej zerkamy na adres, na który trafiają zadeklarowane dane.

Na ten adres trafia cała ramka danych, która wg. dokumentacji na bicie zerowym zawiera informację o stanie wyjścia cyfrowego czujnika, kolejne trzy bity są nieistotne i dopiero następne bity przechowują informację i zmierzonej odległości. Załóżmy, że to te właśnie dane chcemy przetwarzać dalej w programie. Napiszę prostą funkcję, która odczyta zmierzoną odległość i przekaże ją na wyjście z tej funkcji.

W nowej funkcji dodaję zmienną wejściową typu WORD (2 bajty), oraz zmienną wyjściową również typu WORD (dodatkowe bity zostaną nadpisane zerami). Cała funkcja jest prosta. Aby oczytać odległość należy pozbyć się pierwszych czterech bitów z odczytanego słowa. Na szczęście TIA Portal ma wbudowany blok do przesuwania danych o określoną liczbę bitów w prawo. W związku z tym przesuniemy naszą ramkę danych o 4 bity w prawo.

Dane wyjściowe przypiszę do zmiennej z bloku danych i wyświetlę je w Watchtable. Zmienię sposób wyświetlania liczb na dziesiętny. Dzięki temu mogę w łatwy sposób porównać wartość wyświetlaną na ekranie do wartości, którą pokazuje wyświetlacz dalmierza.

I od razu potwierdza się to co wspomniałem. Wartość otrzymywana w ramce danych jest wartością odległości podaną w centymetrach. Bez żadnego przeliczania.

Dokładnie tak samo odczytuje się dane z dużo bardziej skomplikowanych urządzeń. Na biurku mam wspomniany przepływomierz. Z jego dokumentacji technicznej wynika, że przesyła on ramkę danych o długości 16 bajtów. Każdy bajt jest dobrze opisany w dokumentacji, można nawet powiedzieć, że zobrazowany graficznie.

I tak na pierwszych trzech słowach mamy informacje o przepływie – chwilowym i sumarycznym, na 5 o temperaturze, a na 7 o ciśnieniu. Wartości te są przeskalowane aby nie ograniczać się do pobierania liczb całkowitych. I tak wartość odczytanej temperatury wystarczy przemnożyć przez jedną setną aby odczytać i móc przetwarzać w programie informacje o temperaturze sprężonego powietrza.

Oprogramowanie inżynierskie

W artykule wspomniałem już, że Master IO-Link możemy sparametryzować za pomocą środowiska inżynierskiego LR Device, które jest dołączone do zestawu startowego. Warto tutaj wspomnieć o tym, czym cechuje się LR Device. Jest to oprogramowanie służące do parametryzacji urządzeń IO-Link. Jego interfejs jest bardzo prosty, z lewej strony programu mamy drzewo z Masterami IO-Link i podłączonymi do nich urządzeniami końcowymi. Podłączając się komputerem z LR Device w sieć, w której działa więcej niż jeden Master IO-Link ifm, otrzymujemy dostęp do parametryzacji wszystkich Masterów w sieci i urządzeń IO-Link do nich podpiętych.

LR Device służy do parametryzacji nie tylko czujników firmy ifm, ale też urządzeń IO-Link innych firm. Ważne aby podłączenie urządzenia IO-Link odbyło się poprzez Master IO-Link z ifm, gdyż tylko z nim LR Device nawiąże poprawnie połączenie.

Aby parametryzować urządzenia IO-Link, najpierw należy zadbać o instalację pliku IODD w LR Device. Lista plików IODD do wszystkich urządzeń IO-Link z ifm jest automatycznie aktualizowana. Wgranie plików IODD urządzeń innych firm może odbywać sie na trzy sposoby. Pierwszy z nich to podpięcie urządzenia IO-Link do Mastera i próba połączenia się z urządzeniem. Jeśli oprogramowanie nie wykryje zainstalowanego pliku IODD, automatycznie zaproponuje przeszukanie internetowej bazy plików IODD i instalację pliku. Druga opcja to wbudowany w LR Device IODD Online Catalog, za pomocą którego można przejrzeć zarówno zainstalowane pliki, jak i wszystkie dostępne w bazie danych pliki producentów urządzeń z IO-Link. Pozwala to na instalację pliku opisowego do danego urządzenia, podgląd parametrów i ich wstępne ustawienie offline, z możliwością zapisu parametrów do pliku.

Ostatnia możliwość to ręczna instalacja pliku od producenta, którego urządzenie nie znajduje się w internetowej bazie danych.

Co więcej LR Device umożliwia podejrzenie uproszczonej wizualizacji pracy urządzenia. Na poniższym zdjęciu jest pokazana właśnie wizualizacja dalmierza ifm.

Widać na niej zmierzony dystans w centymetrach przedstawiony na wykresie słupkowym oraz stan wyjścia cyfrowego z czujnika. Na wykresie poniżej te dwie wartości są przedstawione na przebiegu czasowym.

Urządzenia IO-Link

W skład zestawu startowego IO-Link wchodził dalmierz. Wspomnę też o innych urządzeniach IO-Link, które na potrzeby napisania tego artykułu i realizacji filmu dostałem od firmy ifm.

Czujnik nachylenia JN2200

JN2200 to czujnik nachylenia, który może badać odchylenie w dwóch osiach. Podawane odchylenie jest miarą kąta pomiędzy wartością bazową, którą można skalibrować, a aktualną. Wartość odchylenia mierzona jest od -180 do 180 stopni. Co ciekawe urządzenie może zostać sprametryzowane do pomiaru wibracji zamiast kąta wychylenia.

W środowisku LR Device można podejrzeć uproszczoną wizualizację działania czujnika, gdzie w dwóch słupkach podany jest kąt wychylenia oraz stan wyjść cyfrowych z czujnika. W zakładce ustawień można zmienić sposób działania na pomiar wibracji, lub wychylenia, oraz między innymi ustawić przy jakim wychyleniu ma zostać wysterowane wyjście cyfrowe.

Czujnik pojemnościowy KI6000

Czujnik pojemnościowy i IO-Link? Co może ulepszyć technologia IO-Link w czujniku, który od zawsze był cyfrowy? Otóż czujnik KI6000 w swojej ramce danych oprócz informacji o stanie wyjścia cyfrowego wysyła także informację o sile mierzonego sygnału. To tak jak w tradycyjnych czujnikach. Po zbliżeniu do czujnika jakiegoś elementu zmienia się pojemność układu pomiarowego w czujniku. I najczęściej używając pokręteł na obudowie czujnika określamy przy jakiej pojemności ma zostać wysterowane wyjście cyfrowe. Nasz czujnik IO-Link działa tak samo, z tym, że może przesłać do sterownika również wartość tej pojemności. Dzięki temu można chociażby rozróżniać obiekty, które pojawiły się w zasięgu działania czujnika, czy ich odległość.

Z poziomu pokręteł na obudowie czujnika można wybrać rodzaj przełączania NC/NO oraz punkt przełączania (czułość). Ifm przesłał nam czujnik pojemnościowy razem z makietą pozwalającą przetestować jego działanie.

Przepływomierz SD5500

O tym przepływomierzu wspomniałem już kilka słów zarówno w filmie jak i w artykule. Muszę przyznać, że to urządzenie zrobiło na mnie piorunujące pierwsze wrażenie. W jednej ramce danych, przesyłanej za pomocą jednego, trzyżyłowego przewodu udostępnia aż 16 bajtów danych z informacjami o chwilowym przepływie, przepływie sumarycznym, temperaturze i ciśnieniu medium. Można więc powiedzieć, że to urządzenie jest w stanie zastąpić trzy tradycyjne czujniki analogowe, a jednocześnie oszczędza nam miejsca w pamięci sterownika, które musielibyśmy przeznaczyć na zliczanie sumarycznego przepływu.

Co więcej zamontowane w dowolnym miejscu hali produkcyjnej na rurce ze sprężonym powietrzem dzięki zastosowaniu ekranu pozwala na odczyt „na żywo” parametrów przez operatorów, czy pracowników utrzymania ruchu.

Więcej urządzeń pracujących w standardzie IO-Link znajdziesz w ofercie firmy ifm:
https://www.ifm.com/pl/pl/category/055

Podsumowanie

We wstępnie napisałem, że IO-Link wydaje się być technologią, która może zrewolucjonizować komunikację na poziomie czujników i aktuatorów. W kolejnych częściach artykułu wymieniałem zalety IO-Linka i podawałem przykłady, które mogą robić wrażenie. Biorąc je pod uwagę można powiedzieć, że IO-Link jest przyszłością i kwestią czasu jest kiedy wyeliminuje tradycyjne czujniki analogowe i cyfrowe. Dlatego warto zapoznać się z tą technologią już teraz i zacząć jej wdrażanie.

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.
4 października 2019 / Kategoria: , , ,
  • Autor: Piotr Gwiazdowski • iAutomatyka.pl
  • Redaktor Naczelny iAutomatyka.pl
    Inżynier automatyki i robotyki, z doświadczeniem jako pracownik utrzymania ruchu. Pasjonuje mnie pisanie, produkcja wideo i dzielenie się wiedzą. Swoje pasje i umiejętności inżynierskie łączę poprzez pracę dla portalu iAutomatyka.pl
  • Profil Autora

Reklama

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Uciążliwe zadania pracowników a robotyzacja – jak uczynić pracę lepszą? CASE STUDY

Uciążliwe zadania pracowników a robotyzacja – jak uczynić pracę lepszą? CASE STUDY

>KLIKNIJ<

Jak zorganizować pracę w fabryce? – Fabryki w Polsce

Jak zorganizować pracę w fabryce? – Fabryki w Polsce

>KLIKNIJ<

Gdy brakuje fachowców… (edukacja i automatyzacja)

Gdy brakuje fachowców… (edukacja i automatyzacja)

>KLIKNIJ<

Komunikacja sterowników Siemens S7 i Rockwell ControlLogix bez dodatkowych konwerterów

Komunikacja sterowników Siemens S7 i Rockwell ControlLogix bez dodatkowych konwerterów

>KLIKNIJ<

Technologia dla linii produkcyjnych o bardzo dużych wymaganiach. Technologia track B&R

Technologia dla linii produkcyjnych o bardzo dużych wymaganiach. Technologia track B&R

>KLIKNIJ<

Napędy i silniki dla przemysłu spożywczego i napojów

Napędy i silniki dla przemysłu spożywczego i napojów

>KLIKNIJ<

Historia regulatorów PID w automatyce przemysłowej by DWI motion

Historia regulatorów PID w automatyce przemysłowej by DWI motion

>KLIKNIJ<

Uruchomienie używanego robota KUKA KRC2 – miniporadnik

Uruchomienie używanego robota KUKA KRC2 – miniporadnik

>KLIKNIJ<

Jakie czujniki chronią pompy zanurzeniowe?

Jakie czujniki chronią pompy zanurzeniowe?

>KLIKNIJ<

Kiedy warto stosować coboty?

Kiedy warto stosować coboty?

>KLIKNIJ<

Jak powstają ŚWIETLIKI DACHOWE? – Fabryki w Polsce

Jak powstają ŚWIETLIKI DACHOWE? – Fabryki w Polsce

>KLIKNIJ<

Klimatyzacja szaf sterowniczych i mistrzostwo oszczędności

Klimatyzacja szaf sterowniczych i mistrzostwo oszczędności

>KLIKNIJ<

TwinSAFE – miniporadnik dla początkujących

TwinSAFE – miniporadnik dla początkujących

>KLIKNIJ<

Technologia cyfrowego bliźniaka – szybsze uruchomienie maszyny

Technologia cyfrowego bliźniaka – szybsze uruchomienie maszyny

>KLIKNIJ<

Szkolenie z podstaw techniki napędowej i falowników z DWI MOTION – relacja

Szkolenie z podstaw techniki napędowej i falowników z DWI MOTION – relacja

>KLIKNIJ<

Automatyka przemysłowa

Automatyka przemysłowa

>KLIKNIJ<

Kryzys koronawirusa szansą dla Twojej firmy. Poznaj zalety robotyzacji

Kryzys koronawirusa szansą dla Twojej firmy. Poznaj zalety robotyzacji

>KLIKNIJ<

Nowy poziom techniki przemieszczeń liniowych

Nowy poziom techniki przemieszczeń liniowych

>KLIKNIJ<

RENEX Group dystrybutorem JBC

RENEX Group dystrybutorem JBC

>KLIKNIJ<

Ri4Power Rittal – inteligentny system prądowy

Ri4Power Rittal – inteligentny system prądowy





MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • Routery Ubiquity serii RK2x to rozwiązania zapewniające funkcjonalności zdalnego dostępu serwisowego, które mogą być użyte z dowolnym urządzeniem automatyki. Routery Ubiquity o symbolach RK20, RK21 i RK22, to modele umożliwiające zdalny ser...
  • Łatwe w obsłudze narzędzie do diagnostyki i wdrażania nowych rozwiązań mapp Cockpit firmy B&R to zaawansowane, a zarazem łatwe w użyciu narzędzie do uruchamiania maszyn i usuwania ewentualnych usterek. Rozwiązanie – oparte na standardow...
  • RPI-1ZI-U24A, to przekaźnik  instalacyjny wytrzymujący maksymalny prąd załączania 120A w czasie 20ms. Przekaźnik ten dedykowany jest do załączania obwodów o wysokim prądzie początkowym, w szczególności do obwodów oświetleniowych, potwi...
  • Ekonomiczne monitorowanie i sterowanie, teraz także dzięki panelom 2 generacji. Dzięki odpowiedniemu doborowi funkcji HMI, panele Basic 2 generacji stanowią doskonałe rozwiązanie przy produkcji maszyn lub w małych aplikacjach przemysłowych....
  • ÖLFLEX® CLASSIC 110 – elastyczny przewód sterowniczy do różnych zastosowań, w płaszczu z PVC, aprobata VDE, odporność na oleje, 300/500 V, również do YSLY lub YY CPR: informacje pod adresem www.lapppolska.pl Certyfikat zgodności VDE z...
  • PR200 to uniwersalne i łatwe w obsłudze urządzenie zaprojektowane w plastikowej obudowie do montażu na szynie DIN jako alternatywa dla PLC. Przekaźnik jest dostępny w kilku wersjach dla napięcia stałego i przemiennego. Jest wyposażony w cyf...



KATEGORIE ARTYKUŁÓW
POLECANE ARTYKUŁY
Wydarzenia