Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Komunikace řídicích systémů Simatic S7

Automa 11/2001

Ing. Ivo Žižka, Siemens s. r. o.

Komunikace řídicích systémů Simatic S7

Řídicí systémy Simatic S7 nabízejí široké možnosti komunikace počínaje jednoduchým propojením dvou stanic sériovou linkou až po jejich zapojení v rozlehlých sítích s využitím výkonných sběrnicových systémů.

Obr. 1.

Z hlediska objemu a rychlosti přenosů lze komunikace v průmyslových systémech rozdělit na datové a procesní (technologické, field, feld – viz obr. 1).

Datové komunikace
Datové komunikace slouží k výměně dat mezi automatizačními systémy a jinými inteligentními partnery (PC apod.), přičemž přenos dat je většinou řízen událostmi (voláním příslušného komunikačního bloku ze systémové knihovny).

V rodině řídicích systémů Simatic S7 se používají různé komunikační služby a funkce, např. komunikace mezi programovacím zařízením a operátorským panelem (PG/OP), komunikační funkce S7, komunikace kompatibilní s rodinou S5 (send receive) a jiné standardní protokoly (OPC, MAP, FMS, Internet aj.).V průmyslovém prostředí se datové komunikace realizují po sítích MPI, Profibus a průmyslový Ethernet.

Na bázi TCP/IT jsou k dispozici jednoduchá a bezpečná řešení (tzv. ITlution) pro spojení se světem běžných informačních technologií při využití sítí Ethernet, ISDN nebo GSM.

Procesní komunikace
Výměna signálů s čidly a akčními členy v technologických provozech probíhá buď cyklicky, nebo lze jednotlivé přenosy iniciovat instrukcemi z řídicího systému.

Pro připojení k řídicímu systému jsou určeny sítě Profibus-DP a AS-Interface. Propojením na sběrnici EIB se otevírá možnost spojení technologických řídících systémů s moderními prostředky pro řízení technického vybavení budov.

Univerzální sériová spojení
Sériové komunikační linky umožňují propojovat velmi různorodé systémy prostřednictvím obecné sériové komunikace s volitelným protokolem. V rodině Simatic jsou pro tyto účely nabízeny sériové komunikační procesory a programové funkční bloky k jejich ovládání. V některých případech (např. S7-200 nebo S7-300C) je volně konfigurovatelné rozhraní zabudováno přímo v procesorové jednotce řídicí stanice (CPU).

Rozhraní MPI/PPI
Každá CPU rodiny Simatic je vybavena jedním z rozhraní MPI (Multipoint Interface) nebo PPI (Point-to-Point Interface ) navrženými především jako programovací vstup. Současně však tato rozhraní umožňují velmi levně vybudovat jednoduché sítě programovatelných automatů a přímo připojit prvky operátorských rozhraní (HMI – Human Machine Interface).

MPI je základním rozhraním systémů Simatic S7-300/400, M7 a C7 i operátorských panelů. Fyzické provedení sítě MPI odpovídá metalické síti Profibus s omezením podle typu CPU (např. řada S7-300 má typickou rychlost 187,5 kb/s, zatímco S7-400 může komunikovat rychlostí až 12 Mb/s).

PPI je programovací rozhraní pro Simatic S7-200 poskytující síťové možnosti s přenosem rychlostí do 187,5 kb/s po stíněné kroucené dvojici vodičů.

Simatic NET
Otevřené sběrnicové systémy z rodiny Simatic NET slouží především k vytváření výkonných komunikačních sítí v otevřených průmyslových řídicích systémech. Patří k nim známé sběrnice průmyslový Ethernet, Profibus, AS-Interface a EIB.

Připojení programovatelných automatů (PLC – Programmable Logic Controller) k sítím Simatic NET je fyzicky realizováno prostřednictvím rozhraní zabudovaných v CPU (např. DP-interface) nebo samostatných komunikačních procesorů nebo modulů (CP, IM).

Všechny komunikačních prvky se konfigurují a parametrizují graficky v aplikaci NetPro, která je nedílnou součástí vývojového prostředí STEP7.

Základní parametry otevřených sběrnic a rozhraní MPI jsou uvedeny v tab. 1.

Tab. 1. Základní výkonnostní parametry komunikací Simatic S7

  AS-Interface Profibus-DP Profibus-PA EIB MPI Profibus-FMS Průmyslový Ethernet
Počet účastníků do 62 periferií do 125 řízených se stovkami I/O do 125 řízených (celkem 3 875 periferií) do 64 v linii (celkem do 11 520 jednotek) do 32 do 126 stanic více než 1 000
Reakční doba do 10 ms typicky 1 ms typicky 200 ms typicky 100 ms      
Dosah 300 m elektricky 9,6 km, opticky 90 km 1,9 km linie až 1 000 m elektricky 100 m bez opakovče elektricky 9,6 km, opticky 90 km elektricky 1,5 km, opticky 200 km
Topologie linie, strom linie, strom, hězda, kruh (i redundantní) linie, strom, hvězda 15 oblastí (oblast má až 12 linií) linie linie, strom, hvězda, kruh (i redundantní) linie, strom, hvězda, kruh (i redundantní)

Průmyslový Ethernet
Sběrnicí v široké míře uznávanou a používanou pro přenosy dat od úrovně řízení procesů až po nadřazené lokální nebo rozlehlé sítě (více než 1 000 účastníků) je průmyslový Ethernet (IEEE 802.3 A 802.3u). Přenosovým médiem je kovový vodič (kroucený pár vodičů nebo koaxiální kabel) nebo optický kabel, v přípravě je i řada komponent pro bezdrátový přenos. Všechny nové komponenty sítí Simatic NET podporují přenosovou rychlost 10 nebo 100 Mb/s (tzv. Fast Ethernet).

Aktuální přenosovou rychlost jednotlivé uzly rozpoznají a přizpůsobí se k ní automaticky (autosensing).

Díky plnému duplexu se dosahuje zdvojnásobení objemu procházejících dat a vyloučení kolizí. Přepojování (switching) dovoluje dynamicky dělit jednu síť na několik segmentů a  přenášet několik telegramů souběžně.

Profibus
Sběrnice Profibus (IEC 61158/EN 50170) je určena pro střední rozsah komunikační výkonnosti. Vyskytuje se v několika podobách určených pro různé typy komunikujících zařízení, a to jako:

  • Profibus-FMS (Field Message Specifikation) s určením pro přenosy dat především mezi řídicími jednotkami.
  • Profibus-DP (Dezentrale Periferie) je protokol pro připojování vzdálených jednotek (např. vstupů a výstupů) s velmi rychlou odezvou. Díky možnosti synchronizovat cyklus sběrnice s přesností na zlomky milisekundy vyhovuje častým požadavkům regulačních úloh a úloh řízení polohy na vzorkování v přesných časových intervalech.
  • Profibus-PA (Process Automation) rozšiřuje možnosti sběrnice Profibus-DP o zabezpečený přenos dat včetně přenosu energie pro koncové členy, které mohou být umístěny v prostředí s nebezpečím výbuchu.

Stanice v sítích Profibus komunikují po stíněné kroucené dvojici vodičů nebo optickém kabelu rychlostí volitelnou do 12 Mb/s, popř. bezdrátově do 1,5 Mb/s.

AS-Interface
AS-Interface (EN 50295, specifikace V2.1) je jednoduchá síť určená pro binární i analogové snímače a výkonné prvky. V síti, kde jedno řídicí zařízení (master) řídí až 62 zařízení typu slave, je zaručena reakční doba do 10 ms, přičemž napájení i signál mohou být přenášeny po běžné stíněné dvoulince.

Protože použitý koncept safety at work vyhovuje i značným požadavkům kladeným z hlediska provozní bezpečnosti, lze prostřednictvím AS-Interface připojovat také např. centrální odpojovače, bezpečnostní závory apod.

EIB
EIB (EN 50090, ANSI EIA 776) je otevřená síť vyvinutá pro účely elektroinstalační techniky s decentrální strukturou s reakční dobou typicky asi 100 ms a s možností připojit i více než 1 000 účastníků. Převodník DP/EIB umožňuje realizovat přechod mezi EIB a sběrnicí Profibus-DP, a tím spojení s průmyslovými řídicími systémy.