Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

https://iautomatyka.pl/wp-content/uploads/2022/07/PILZ-PSS-u2-iAutomatyka-00.jpg

PILZ PSS u2 czyli sygnały bezpieczne i standardowe w komunikacji Profinet z PROFIsafe


Rozproszone wyspy IO to w dzisiejszych czasach nic nadzwyczajnego. Są wręcz najpopularniejszym rozwiązaniem pozwalającym na redukcję okablowania. Sensory i aktuatory za pomocą krótkich odcinków przewodów podłączone są do takiej wyspy IO, która umieszczona jest w ich względnie bliskim otoczeniu. A dalej? Sygnały wymieniane są cyklicznie już w pełni drogą cyfrową przez jakiś konkretny protokół komunikacyjny. Rozwiązanie idealne: tanio, bez przekłamań w pomiarach i szybko, bo nawet z cyklem 1ms.

Ostatnio postanowiliśmy w iAutomatyka zorganizować mały przegląd różnych urządzeń komunikujących się w standardzie sieci Profinet. W ten sposób trafiła do nas wyspa zdalnych IO od firmy PILZ. A dokładniej PSS u2 P0 F/S PN2 wyposażona w moduły bezpieczne i standardowe. Firma PILZ w świecie komponentów automatyki kojarzona jest od razu z elementami bezpieczeństwa. Osoby znające tą firmę raczej się ze mną zgodzą, iż jest to rynkowy lider w dziedzinie bezpiecznej automatyzacji, za którą idą lata doświadczenia. Ich najbardziej rozpoznawalnym produktem jest przekaźnik bezpieczeństwa PNOZ, którego historia sięga 1987 roku. Natomiast wyspy zdalnych we/wy i systemów sterowania z serii PSS powstały za sprawą PSS 3000 w 1995 roku. W 2009 roku seria PSS 4000 wprowadziła oprócz sterowania standardowego również funkcje bezpieczeństwa.

A tymczasem dzisiaj mamy najnowszą odsłonę wyspy zdalnych we/wy PSS u2. System IO PSS universal2 to kontynuacja technologii znanej z pierwszej generacji tj PSS universal. Znajdziemy tu odpowiedniki modułów głównych oraz sygnałowych. To czym różnią się obie serie to dopracowana, przyjazna mechanika, obsługa i diagnostyka, dzięki czemu system jest jeszcze bardziej uniwersalny.

Zobacz poniżej czym może się ona pochwalić. A potem pokażę Ci jak ją skonfigurować do pracy w sieci Profinet.

Budowa PSS u2

System PSS u2, to jak większość obecnych systemów zdalnych wysp IO, system modułowy. Mamy moduł komunikacyjny i podłączone do niego moduły sygnałowe. Maksymalna konfiguracja wyspy może zawierać 64 moduły I/O. Dzięki nim w jednym systemie zdalnych we/wy zawrzemy sygnały z czujników i aktuatorów oraz bezpieczne dla kurtyn, styczników czy E-stop.

Natomiast najważniejszy w całej wyspie jest moduł komunikacyjny. Za jego pomocą dane przysyłane są do sterowników PLC. W serii PSS u2 dostępne są narazie 4 warianty modułów komunikacyjnych: 2 do Profinet (PN, PN2) i 2 do EthernetIP (EIP, EIP2). Wersje PN2/EIP2 obsługują również bezpieczne moduły wejść analogowych i pozwalają na podłączenie większej ilości modułów safety (do 24 zamiast 12 jak w przypadku PN/EIP). Dodatkowo EIP2 obsługuje BOOTP. Natomiast PN2 od PN odróżnia fakt obsługi funkcjonalności Profinet-u jaką jest Shared device.

Moduły rozszerzeń

Jak wspomniałem zestaw może zostać rozbudowany do 64 modułów IO.  Pośród modułów dla standardowej aplikacji sterowania znajdziemy moduły wejść/wyjść sygnałów cyfrowych w różnych wariantach liczby sygnałów oraz funkcji podstawowych lub z rozszerzoną diagnostyką i zabezpieczeniami przed przeciążeniem. Dla sygnałów analogowych przewidziano opcje z obsługą sygnałów napięciowych, prądowych lub z możliwością przełączania w konfiguracji. Dostępny jest także moduł dla sygnałów temperaturowych RTD. Całość zwieńcza moduł komunikacji IO-Link.

Ciekawsze są natomiast moduły dla aplikacji bezpieczeństwa. W końcu to sprzęt od PILZ! Pojedynczy moduł wejść cyfrowych obsłuży 8 sygnałów. Posiada funkcjonalność monitorowania niezgodności i wyjścia impulsów testowych pozwalające sprawdzić ciągłość obwodu. Jest też dodatkowo odporny na zwarcia. Moduły wyjściowe dostępne są w wersjach półprzewodnikowych (0,5A i 2A) jak i przekaźnikowych. Każdy moduł wyjściowy ma możliwość ustawienia opóźnienia wyłączenia osobno dla każdego kanału. Moduły są odpowiednio zabezpieczone przeciążeniowo i zwarciowo.

Moduły standardowe od tych dla aplikacji bezpieczeństwa w systemie PSS u2 rozróżnimy po kolorze. Bezpieczne są w kolorze modułu komunikacyjnego, czyli po prostu żółte. Moduły standardowe można powiedzieć, że są lekko zielonkawe (przydałaby się kobieca opinia tutaj 😀 ).

PSS u2 w sieci Profinet

Moduł komunikacyjny dla sieci Profinet, ze względu na przeznaczenie do pracy w aplikacjach bezpieczeństwa, oczywiście obsługuje także PROFIsafe. Dla tych, którzy nie znają PROFIsafe powiem tylko, że jest to dodatkowa warstwa programowa pozwalająca przesyłać informacje w aplikacjach bezpieczeństwa, która dba o to, by przesłane dane były integralne, a sama komunikacja bezpieczna i deterministyczna czasowo. Stopień bezpieczeństwa jaki oferuje to do SIL3 /PL „e”. Odnośnie samego Profinet-u dostępny jest  oczywiście standardowy tryb wymiany danych czyli RT (Real Time) oraz IRT (Isochronous Real Time), który uzyskuje jeszcze szybsze czasy cyklów wymiany danych (od 250µs nawet do 31.25µs).

Natomiast moduł Profinet-owy obsługuje funkcjonalność protokołu, która może być przydatna przy łączeniu modułów standardowych i bezpiecznych. Chodzi o wspomniane już shared device. Pozwala ona na współdzielenie danych jednej wyspy zdalnych IO między wiele sterowników PLC. Dane dzielone są na zasadzie praw dostępu do danego modułu wyspy. Pozwala to na konfigurację, w której jeden sterownik mógłby „czytać” moduły bezpieczne i realizować funkcje bezpieczeństwa. Natomiast inny niezależnie monitorowałby lub sterował procesem. Ale to oczywiście tylko przykład.

Fizycznie Profinet bazuje na Ethernecie. Wymiana danych odbywa się za pomocą miedzianych przewodów ze złączami RJ45. Urządzenie zgodnie ze standardem posiada wbudowany dwuportowy switch, dzięki któremu zrealizujemy Ethernet-owy odpowiednik magistrali. Niestety nie obsługuje on protokołu redundancji połączeń MRP (Media Redundancy Protocol).

Urządzenie wykonane jest w stopniu ochrony IP20, zatem nie jest przystosowana do montażu bezpośrednio w środowisku panującym zazwyczaj w przemyśle – pozostaje montaż w szafie sterowniczej. Model zasilania urządzenia został rozdzielony na zasilanie elektroniki wyspy oraz te dostarczane do urządzeń peryferyjnych.

Przygotowanie do konfiguracji

Czas przejść do praktycznej części tego artykułu. Zgodnie z zapowiedzią, poniżej umieszczam tutorial z konfiguracji komunikacji wyspy PSS u2 ze sterownikiem Siemens S7-1500 w oprogramowaniu TIA Portal i… PASconfig. Dokładnie! Do konfiguracji oprócz  standardowego pliku opisu urządzenia GSDML potrzebujemy jeszcze oprogramowania PASconfig, w którym choćby zmienimy zakresy dla modułów sygnałów analogowych czy F-adresów. Oba niezbędne pliki pobierzemy bezpośrednio ze strony pilz.com.

Strona główna -> Sterowniki programowalne -> Systemy I / O PSSuniversal 2 – moduły komunikacyjne -> PSSuniversal 2 – moduły komunikacyjne -> PSS u2 P0 F/S PN2

W sekcji Do pobrania  w zakładce Device description files znajdziemy plik GSDML. W zakładce Software znajdziemy oprogramowanie PASconfig, które niestety ściągnąć mogą jedynie zalogowani użytkownicy. Założenie konta trwa dosłownie moment, więc nie będzie to żadna przeszkoda. Program instalujemy przez uruchomieniem TIA Portal.

Ustawienia sieciowe w TIA Portal

Czas na konfigurację w środowisku programowania sterownika, czyli TIA Portal. Posiadany przeze mnie sterownik to CPU 1511F-1PN. Jest to sterownik safety obsługujący Profisafe – w końcu podłączamy również wyspę safety PSS u2 firmy PILZ. Rozpoczynamy od dodania sterownika do nowo utworzonego projektu zgodnie z jego numerem katalogowym:

W moim przypadku pozostawiam domyślne ustawienie bez hasła (wiąże się z tym warning przy kompilacji). Normalnie oczywiście warto zabezpieczyć nasze dzieło hasłem, aby nikt nieuprawniony czegoś nie wykradł lub co gorsza podegrał błędny program Również domyślnie ustawiona pozostaje funkcjonalność F-capability activated:

Następnie importujemy pobrany plik GSDML do programu w analogiczny sposób jak dla wszystkich innych urządzeń przeznaczonych do współpracy w sieci Profinet. Po imporcie znajdziemy nasz model wyspy PSS u2 w bibliotece:

Umieszczenie w projekcie polega na prostym przeciągnij i upuść. Kolejnym krokiem jest przypisanie do sterownika i ustawienie rzeczywistej topologii sieciowej połączeń (zakładka główna Topology view). Niestety wyspa PSS u2 z obecnym firmware mimo posiadania dwóch portów RJ45 nie obsługuje protokołu MRP. Zatem nie wykorzystamy połączenia w topologii pierścienia. Opisane powyżej kroki przedstawiono na screenach poniżej:

Skoro nie konfigurujemy MRP, to w konfiguracji sieciowej pozostało sprawdzić ustawienia adresów IP i maski sterownika oraz wyspy PSS u2 oraz nazw w sieci Profinet. W sieciach tych ruch TCP/IP wykorzystywany jest jedynie w celu nawiązania komunikacji i diagnostyki. Ustawienia adresów IP i maski można dla każdego z tych urządzeń zmienić w konfiguracji sprzętowej, tak jak poniżej. Oczywiście należy pamiętać aby pochodziły one z jednej podsieci!

Właściwa komunikacja procesowa odbywa się przy użyciu Profinet RT (Real Time). Jest to rodzaj komunikacji cyklicznej, w której stacje podrzędne co określony interwał czasowy emitują ramki z danymi procesowymi. Sterownik nie generuje, żadnych zapytań jak ma to miejsce w przypadku sieci Profibus. Aby taka komunikacja była możliwa, każde urządzenie w sieci ma nadaną unikalną nazwę. TIA Portal domyślnie sam nadaje te nazwy, lecz oczywiście możemy zmienić je według własnych preferencji i nazwać np. oznaczeniami szaf sterujących, w których dane urządzenie się znajduje.

Nazwy te zostałyby wgrane automatycznie w momencie downloadu hardware-u. Natomiast ja podchodzę do sprawy ostrożnie i wgrywam do każdego urządzenia pojedynczo podłączając się bezpośrednio lub sprawdzając adres MAC (w sytuacji, gdy nie jestem na obiekcie – zawsze jakiś inny pracownik pomoże i sprawdzi MAC 😉 ). Samą czynność w TIA Portal można wykonać na kilka sposobów, ale zawsze dotrzemy w to samo miejsce. Jeden z nich na zrzutach poniżej:

I pozostaje uzupełnić odpowiednimi danymi, zgodnymi z tym, co podaliśmy wcześniej w konfiguracji:

Jeśli chcemy, aby dane z naszej wyspy były przesyłane w wspomnianym wcześniej trybie IRT, musimy ją aktywować. Domyślnie jest ona dezaktywowana. Aktywacja odbywa się zarówno na sterowniku jak i wyspie IO danego urządzenia w jego ustawieniach sprzętowych:

Nie będę rozważał już konfiguracji funkcjonalności shared deviceMoże kiedyś przy okazji innego urządzenia to zrobię ;). Tymczasem konfigurację sieciową mamy już skończoną. Sporo może się tego wydawać, ale starałem się rozbić to na najmniejsze możliwe kroczki. W końcu to tutorial dla początkujących. Profesjonalista sam będzie wiedział co robić ;).

Konfiguracja modułów rozszerzeń wyspy PSS u2

Konfiguracja modułów rozszerzeń nieco odbiega od standardowej. Mimo, że wykonywałem różne konfiguracje sprzętowe w TIA Portal, to przyznaję, że w tym przypadku przy pierwszym podejściu się wyłożyłem :P. Nie zrobiłem czegoś, o czym zaraz wspomnę w dalszej części tego tutorial-a.

Poszczególne moduły w wyspie dodajemy oczywiście w widoku Device view.

Lecz należy zwrócić na pewne aspekty uwagę:

  • w zakładce Device overview znaleźliśmy dwa obszary dla modułów. W kolumnie slot znajduje się informacja, która pozwala określić czy jest on przeznaczony dla modułu bezpiecznego czy nie. Oczywiście moduły bezpieczne umieszczamy w slotach do tego przeznaczonych (oznaczonych PROFIsafe).
  • moduły weźmiemy z katalogu, w którym zauważ, że występują zdublowanie oznaczone moduły bezpieczne (zawierające żółty element) i te same z ikoną standardowego (niebieski element) modułu sygnałowego.
  • moduły standardowe nie zostały zdublowane w katalogu,
  • w katalogu znajduje się także moduł dystrybuujący zasilanie, więc nie możemy go pominąć w konfiguracji jeśli taki występuje.

Zatem po kolei. Najpierw dodamy moduły safety i ustawimy im F-adresy. Moduły dodajemy dokładnie w takiej samej kolejności jak zamontowane są w naszej wyspie. Jak to wygląda w moim przypadku możesz porównać ze zdjęciami powyżej. Dokładnie jest to:

EF 8DI -> EF 2DO TP 2A -> EF 2DO R 8A

Należy zwrócić jeszcze uwagę na adresację dotyczącą submodułów safety. Po nich identyfikowany jest konkretny submoduł danej wyspy. Z tego względu musisz ustawić je tak, aby się nie dublowały. Możliwa numeracja to 1…65534. Dodatkowo bardzo ważny jest też adres pierwszego submodułu w wyspie, gdyż za jego pomocą nawiązywana jest komunikacja przez oprogramowanie PASconfig. Adres wprowadzamy w ustawieniach każdego modułu w zakładce PROFIsafe i polu F_Dest_Add. Dodatkowo w tym momencie możemy od razu ustawić pożądane adresy wejść i wyjść dla submodułów.

Dalej przechodzimy do dodania modułów w sekcji „standardowej”.

UWAGA: Dodajemy tu też moduły sygnałów bezpiecznych (odpowiedniki z katalogu oznaczone jako standardowe) i dla sygnałów standardowych. Wszystko ponownie w kolejności analogicznej do fizycznej konfiguracji umieszczenia modułów w wyspie. Pamiętamy też o modułach dystrybuujących zasilanie. 

I ponownie czas na kilka spostrzeżeń:

  • zauważ, że moduły bezpieczne nie mają już przydzielonych obszarów danych. To akurat wydaje się w miarę zrozumiałe, gdyż zostały przydzielone dla odpowiedników powyżej,
  • Sloty 4 i 9 pozostały puste ze względu na to, że moduły przekaźnikowe umieszczone na slotach 3 i 8 fizycznie zajmują tyle miejsca co dwa zwykłe moduły,
  • dla modułu IO-Link Master dodałem obszar 128IN/128OUT. Skąd wiedziałem, że taki będzie ok? Musi on współgrać z tym, podanym w oprogramowaniu PASconfig, co dokładniej pokaże za chwilę.

Ponownie jest to moment, w którym możemy zmienić organizację obszarów danych dla poszczególnych modułów wedle uznania. Ja na cele tutorial-a zostawiam domyślne. Konfigurację komunikacji i modułów w TIA portal mamy zakończoną.

PASconfig

Czas uruchomić zainstalowane oprogramowanie dostarczane przez PILZ. Możemy to zrobić wprost z TIA Portal co jest nawet dobrą opcją, gdyż od razu przekazana zostanie konfiguracja F-adresów z naszego projektu i porównana z tą w urządzeniu. Będzie też od razu możliwość ich zmiany na właściwe. Dlatego korzystając z mechanizmu TCI (Tool Calling Interface), wywołujemy PASconfig.

Po otwarciu od razu dostajemy informację o niezgodności adresów. Wyspa musi być oczywiście podłączona do naszego komputera oraz sama adresacja IP musi umożliwiać nawiązanie komunikacji. Zgodnie z sugestią wgrywamy nową konfigurację F-adresów:

Mały wstęp do oprogramowania PASconfig. Oprogramowanie to pozwala konfigurować hardware i software naszej wyspy. Zmienimy za jego pomocą wspomniane F-adresy, adres IP czy chociażby ustawienia modułów (typ sygnału mA<->V, wykrywanie przerwania przewodu, filtrowanie sygnałów, opóźnienie wyłączenia) i wiele innych. Mi osobiście bardzo spodobała się zakładka Terminal configuration. Nie muszę szukać w dokumentacji czy wypinać modułu by sprawdzić na jego obudowie sposób podłączenia do niego sygnałów. Wygodne, szybkie, proste i przejrzyste:

Wróćmy do głównego tematu konfiguracji z S7-1500. Jako, że PASconfig uruchomiliśmy z poziomu TIA Portal, to nasza konfiguracja została przekazana automatycznie (jeśli nie skorzystalibyśmy z TCI w TIA Portal to możemy ręcznie skonfigurować wyspę dodając odpowiednio moduły i wykonując resztę konfiguracji). Mamy widoczne wszystkie moduły w takiej samej kolejności, a F-adresy zostały już zsynchronizowane. Możemy wprowadzić pożądane ustawienia dla modułów rozszerzeń zgodnie z wymogami. Ja nic nie podłączam do wyspy więc wyłączyłem detekcję otwartego obwodu na module EF 2DO TP 2A oraz sprawdziłem obszar we/wy dla modułu IO-Link, dla którego wszystkie 4 porty pozostawiłem wyłączone:

Po ustawieniu wszystkiego tak jak chcemy możemy wgrać konfigurację. Jeśli zmiany zostały też wykonane w obrębie modułów failsafe, niezbędne będzie podanie hasła do wgrania konfiguracji.

UWAGA: Domyślne hasło to „pssu”

Robimy mały powrót do TIA Portal, kompilujemy konfigurację i wgrywamy do sterownika. Pojawiły się spodziewane ostrzeżenia o braku skonfigurowanego hasła, ale to pomijamy 😉

Przechodząc w podgląd Online widzimy, że nasza wyspa PSS u2 od PILZ widoczna jest w systemie w sposób poprawny i nie zgłasza żadnego błędu. Możemy to również ocenić po stanie diod widocznych zarówno na sterowniku PLC jak i wyspie PSS u2.

Podsumowanie

W procesach przemysłowych i maszynach, dziedzinę safety uznałbym jako odrębną specjalizację. Trzeba posiadać ogromną wiedzę, doświadczenie i umiejętność logicznego myślenia, a także znać się trochę na ludzkiej psychologii, aby ocenić występujące w danym miejscu ryzyko sytuacji zagrażających zdrowiu i życiu. Firma PILZ, jest właśnie z tego znana i oprócz pełnego katalogu wyspecjalizowanych produktów, w swoich szeregach posiada mnóstwo specjalistów, którzy mogą wspomóc w rozwiązaniu danego zagadnienia.

Natomiast jeśli chodzi o wyspę PSS u2, jest to solidny sprzęt spełniający wszystkie przemysłowe standardy. Mechanicznie możemy odłączać sam blok zacisków lub zdemontować moduł bez konieczności rozpinania podstawek. Jest to napewno przydatne, gdy jest potrzeba wykonania lub późniejszego już sprawdzenia przewodów, czy wymiany modułu. Także rozdzielony model zasilania pozwoli odseparować poszczególne element systemu.

Stronę software-ową niemal z marszu udało się skonfigurować do pracy ze sterownikiem Siemens w środowisku TIA Portal. Oczywiście pod tym kątem, jak w każdym urządzeniu, występują pewne różnice, ale nie jest to jakaś kosmiczna technologia, żeby tego nie ogarnąć. Szkoda tylko, że wyspa ta nie obsługuje MRP, ale może wraz z rozwojem, czy następnymi update-ami firmware-u to się zmieni 🙂 .

A tymczasem zapraszam również do naszego filmu z przeglądem urządzeń działających w sieci Profinet, w który mówimy nie tylko PSS u2 ale i o innych fajnych profinetowych urządzeniach. Zapraszam:

 



Utworzono: / Kategoria: , , ,
  • Autor: Pawel Zadroga • iAutomatyka.pl
  • Redaktor w iAutomatyka.pl Jestem absolwentem kierunku Automatyki i Robotyki na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. Głównym obszarem moich zainteresowań była mechanika, dopóki nie odkryłem ile radości dają urządzenia automatyki! Głównie styczność mam z Mitsubishi Electric, EATON, Siemens, WAGO, Webhmi i kilka innych.
  • Profil Autora
  • http://www.iautomatyka.pl/

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!



PRZECZYTAJ RÓWNIEŻ



NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

Reklama



POLECANE FIRMY I PRODUKTY
  • Nowe modułowe sterowniki programowalne PLC firmy Eaton umożliwiają producentom maszyn i systemów opracowywanie nowoczesnych koncepcji automatyki, zwłaszcza w połączeniu z systemem XN300 I/O i panelem dotykowym XV300. Modułowy sterownik zape...
  • Sterowniki kompaktowe, modułowe i zintegrowane, CODESYS V3 (programowanie, wizualizacja, komunikacja), Krótkie cykle czasowe, EtherCAT, BACnet (opcjonalnie), Modbus, CANopen, Porty szeregowe: RS232, RS485, 2 konfigurowalne karty Ethernet, W...
  • Kurs zaczyna się od uniwersalnych porad związanych z czytaniem schematów elektrycznych. Następnie, Agata stopniowo wprowadzi Cię w zagadnienia związane z wykorzystaniem oprogramowania podczas tworzenia kompletnej dokumentacji elektrycznej. ...
    Link: Terminy
  • 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...
  • Seria FX-100 Czujniki z serii FX-100 to najlepsze rozwiązanie pod względem stosunku jakości do ceny. Wyposażone są w funkcje szybkiego uczenia, co pozwala użytkownikom w szybki i prosty sposób przystosować czujnik do pracy z nieskomplikowan...
  • Urządzenia XV300 wyposażone są w przemysłowe wyświetlacze wysokiej rozdzielczości z technologią wielodotyku. To, w połączeniu z precyzyjnym i intuicyjnym interfejsem użytkownika, umożliwia operatorom pracę od zaraz. Dodatkowo te wysoko wyda...