Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Nové procesorové jednotky pro PLC Simatic S7-300

číslo 2/2006

Nové procesorové jednotky pro PLC Simatic S7-300

Poslední přírůstky do skupiny programovatelných automatů Simatic S7-300 od společnosti Siemens jsou vybavovány rozhraním Profinet. Tyto programovatelné automaty (PLC) tak lze efektivněji a především levněji integrovat i do komplexních řídicích sítí. Při použití sítě Profinet je možné podstatně zjednodušit a zpřehlednit komunikační toky, a to nejen na úrovni celopodnikových informačních kanálů, ale nyní také na úrovni komunikace mezi automaty a distribuovanými periferními jednotkami v samotném výrobním provozu. Orientace na síť Profinet tedy znamená orientaci na jedinou komunikační sběrnici použitelnou v rámci celého podniku, která vyhovuje všem požadavkům, s nimiž se lze v průmyslové automatizaci setkat, a navíc je plně kompatibilní s informačními systémy nadřazených úrovní (MES i ERP).

Profinet a trend k vertikální integraci dat

V porovnání s nyní rozšířenými typy průmyslových komunikačních sběrnic má uživatel sítě Profinet k dispozici rychlou komunikaci s distribuovanou přístrojovou technikou (i v reálném čase), možnost připojení většího počtu uzlů i větší datovou propustnost. Navíc může využít webové služby, které se osvědčily u klasických kancelářských informačních systémů, a výhody bezdrátové komunikace, jež se bouřlivě rozvíjí.

Obr. 1.

Obr. 1. PLC Simatic S7-300: CPU 315-2 PN/DP a periferní jednotka ET200S s integrovaným motorovým spouštěčem a měničem frekvence komunikující po Profinetu

V současnosti se neustále rozrůstají a vzájemně prolínají sítě nejrůznějších charakterů a obecně rostou komunikační funkce na všech úrovních průmyslové automatizace. Zatímco začátkem devadesátých let minulého století byly logické funkce převážně prováděny v autonomních automatech, nyní jsou stále častější automaty pracující ve společné síti. Zatímco dříve zprostředkovával spojení s nadřazenou úrovní zpravidla jediný „datový koncentrátor„, nyní je požadován jednoduchý přístup ke všem úsekům výrobního provozu, někde dokonce až na úroveň jednotlivých čidel a samotných akčních členů. Právě tyto současné trendy jsou významně podporovány zaváděním Ethernetu a na něm založených řešení, jako je Profinet.

Takto jednotná a integrovaná komunikace, sahající od provozní úrovně (výroby) po celopodnikové informační systémy, nabízí cestu k větší produktivitě a hospodárnosti výrobních procesů. Otevírá přitom nové cesty ke kontrole i optimalizaci chování strojů, zařízení i celých výrobních provozů, kde se možný prostor již zdál být v některých směrech zcela vyčerpán, a umožňuje také prohloubit interakci jednotlivých zařízení podílejících se na výrobě. Díky např. výkonnějšímu a efektivnějšímu zpracování provozních dat a stavů výrobního stroje lze provádět dokonalejší analýzy celého systému. To umožňuje lépe identifikovat slabá místa výrobního procesu a plánovat a realizovat vhodná opatření, např. v podobě redukce preventivní údržby a tím i odstávky technologického zařízení na základě sledování jeho skutečného stavu nebo flexibilní reakce na změny parametrů výrobku či výrobního procesu prostřednictvím přímého přístupu k jednotlivým konstrukčním uzlům a prvkům stroje či zařízení.

Obr. 2.

Obr. 2. Nová CPU 319-3 PN/DP s jedinečnou kombinací tří integrovaných rozhraní: Profibus-DP/MPI, Profibus-DP a Profinet

K tomu, aby bylo možné vyhodnocovat důležitá data v reálném čase, je nezbytná právě jejich vertikální integrace. Důležitá jsou proto vzájemná datová spojení jak mezi různými částmi strojů různých úrovní, tak i se systémy ve funkci operátorských rozhraní (HMI). Průmyslový Ethernet se zde doposud využíval spíše výjimečně a pouze v rozsáhlejších provozech. V současnosti se však lze stále častěji setkat s požadavky na použití Ethernetu i v menších sítích s periferními jednotkami distribuovaných automatizačních struktur, kde nahrazuje dosavadní proprietární průmyslové sběrnicové systémy.

Posun uvedeným směrem se bude s největší pravděpodobností dále zrychlovat. V jeho důsledku již nyní většina výrobců nabízí moduly s patřičným rozhraním i pro malé řídicí systémy, a dalším logickým krokem je proto integrace Ethernetu přímo do procesorových jednotek v PLC.

Nové jednotky řady Simatic S7-300

Uvedený trend sleduje se svými řídicími systémy Simatic i společnost Siemens. Největší výběr prvků pro průmyslovou automatizaci lze v jejím sortimentu nalézt ve střední výkonnostní třídě pod označením Simatic S7-300. V současné době společnost Siemens nabízí dvě procesorové jednotky (CPU) s rozhraním Ethernet. Jsou dodávány jednak ve standardním provedení s označením CPU 315-2 PN/DP (obr. 1) a CPU 317-2 PN/DP a jednak s označením S7-315F-2PN/DP a S7-317F-2PN/DP v bezpečnostním provedení, které splňuje požadavky IEC 62061, IEC 61508 až do SIL 3, EN 954 až do kategorie 4 a NFPA 79 – 2002.

Obr. 3.

Obr. 3. S novými procesorovými jednotkami (CPU) lze snadno, efektivně a s přijatelnými náklady realizovat distribuovanéřídicí struktury

Úplnou novinkou je CPU 319-3 PN/DP (obr. 2), která kombinuje tři integrovaná rozhraní: Profibus-DP/MPI, Profibus-DP a Profinet. Tato jednotka je to nejvýkonnější, co je v současnosti v řadě produktů S7-300 společnosti Siemens k dispozici. Je vhodná především pro náročnější úlohy s větším podílem komunikačních funkcí, pro rychlé regulační smyčky a obecně úlohy s požadavkem na velmi krátký cyklus výpočtu. Charakteristické pro ni je rychlé zpracování instrukcí a dostatečně výkonná vnitřní výbava (např. pracovní paměť o velikosti 1,4 MB či počty čítačů a časovačů srovnatelné s nejvýkonnějšími procesorovými jednotkami z vyšší řady Simatic S7-400). Rozhraní pro Profinet umožňuje provozovat až 32 aktivních spojení s partnerskými zařízeními po průmyslovém Ethernetu a připojit až 256 účastníků přes Profinet IO. Integrovaný čip Profinet ASIC Ertec 400 zajišťuje kratší doby odezvy v sítích Ethernet. Dále CPU 319-3 PN/DP nabízí podrobnou diagnostiku všech provozních stavů a rozšířený rozsah programových bloků, který je vhodný např. k usnadnění importu již existujících programů a jejich částí z jiných CPU. Také lze ve větší šíři využít inženýrské nástroje (E-SW) s možnostmi grafických nadstaveb usnadňujících programování a rovněž novou CPU v úlohách z oblasti Motion Control (např. sada softwaru Easy Motion Control pro řízení rychlosti a polohy s měniči frekvence řady Micromaster apod.). Pro svou výkonnost je CPU 319-3 PN/DP vhodná i jako náhrada či alternativa procesorů z nejvyšší a nejvýkonnější řady PLC značky Siemens s typovým označením Simatic S7-400.

Shrnutí

Díky novým typům PLC a jejich komponent bude možné snáze a stále častěji používat síť Ethernet dokonce i pro malé a středně velké instalace řídicích systémů (obr. 3). Různé mechanismy a komunikační služby dovolují již nyní prostřednictvím jedné linky a jednoho typu rozhraní paralelně komunikovat v rámci celopodnikových informačních systémů (MES, ERP apod.) a na úrovni řízených technologických zařízení a výrobních provozů.

Literatura:
[1] KOSEK, R.: Profinet – standard pro průmyslový Ethernet v automatizaci. Automa, 2005, roč. 11, č. 4, s. 10–11.

Ing. Rostislav Kosek,
Siemens, s. r. o.

Siemens, s. r. o.
divize Automatizace a pohony
Evropská 33a
160 00 Praha 6
tel: 233 032 411
http://www.siemens.cz/ad