ADAM-6000: družina pametnih ethernet vhodno-izhodnih modulov
Integracija avtomatizacijskih in poslovnih sistemov zahteva spremembo v arhitekturi odprtih krmilnih sistemov. V podjetju Advantech so prepričani, da bo integracija med avtomatizacijskimi in poslovnimi sistemi lahko dosežena samo z uporabo internetne tehnologije – ključni element enostavne integracije je skupna omrežna arhitektura. Kot najprimernejše omrežje za doseganje industrijske avtomatizacije je sprejet industrijski ethernet. Na podlagi teh dejstev vam Advantech ponuja družino ADAM-6000, družino pametnih ethernet vhodno-izhodnih modulov.
Erik Lakner, vodja programa OEM, Kolektor Synatec, d. o. o.
Igor Jug, produktni vodja, Kolektor Synatec, d. o. o.
|
Lastnosti: • Pametni ethernet I/O moduli |
Slika 1 – Integrirano upravljanje Peer-to-Peer in GCL
Nadzorna strategija se seli na dislocirane naprave
Trend selitev vhodno-izhodnih (I/O) enot na oddaljene lokacije je že dalj časa v porastu. Ena izmed prednosti, ki jih prinaša, je zmanjševanje stroškov ožičenja. Oddaljene I/O enote postajajo pametnejše in opremljene s krmilnimi funkcijami. Serija ADAM-6000 je načrtovana za izvedbo koncepta pametnih I/O blokov. Z vgrajeno logiko GCL (Graphic Control Logic), je serija ADAM-6000 revolucionaren, pameten I/O modul, ki je funkcijsko blizu nivoja senzorjev in aktuatorjev.
Pametne spletne ethernet I/O rešitve z mešanimi I/O-ji
Integracija avtomatizacijskih in poslovnih sistemov ter uvajanje e-proizvodne strategije zahteva premik v arhitekturi poslovnega sistema. E-proizvodnja zahteva odprt dostop do podatkov iz proizvodnje v realnem času. Za dosego enostavnega nivoja integracije med proizvodnjo in poslovnim sistemom, so potrebne nekatere temeljne spremembe v sistemih I/O. Pri e-proizvodnji se izkorišča moč internetnih tehnologij in sistemov I/O. Ti revolucionarni I/O sistemi bazirajo na spletnih tehnologijah, so inteligentni in imajo pravo kombinacijo vhodov in izhodov. Razvoj PLC-jev je potekal od logike I/O v enem ohišju do I/O-jev na oddaljenih lokacijah. Družina ADAM-6000 temelji na tem razvojnem konceptu.
Internet tehnologija je glavna tehnologija, ki omogoča komunikacijo med vsemi nivoji in naredi model senzordo-uprava realen. Dostop je lahko vzpostavljen iz katerekoli naprave, ki uporablja standardni brskalnik. Ker je spletna stran lahko nameščena v sistem I/O kot web I/O ni mogoče izvajati zgolj modela senzor-do-uprava, ampak tudi senzor-do-doma in celo senzor-do-mobilni zaslon. ADAM-6000 ethernet I/O moduli vsebujejo standardne vgrajene in uporabniško definirane spletne strani, ki dokazujejo moč web I/O.
Vpliv poslovnega modela po meri se širi v avtomatizacijo in pri tem načrtovanje I/O ni izjema. V zadnjih letih se je povprečna velikost PLC-jev zmanjšala. Trend so aplikacijsko orientirani, kompaktni I/O ji z različnimi kombinacijami vhodov in izhodov. Primerni mešani I/O-ji zmanjšajo stroške in trud pri inženiringu, instalaciji in vzdrževanju. S tem je tudi poenostavljena arhitektura in povečana zanesljivost sistema. Serija ADAM-6000 je tako popolna izbira, ki se sklada s specifičnimi zahtevami vertikalnih trgov.
Kako razviti programe
Slika 2 – Različne možnosti izgradnje sistema
Web-omogočena tehnologija postaja priljubljena v industriji
Ker so se internetne tehnologije in standardi v zadnjem desetletju hitro razvijali, predstavljajo web nadzorne tehnologije veliko priložnost za razširitev učinkovitih mrežnih upravljalnih tehnik.
Serija ADAM-6000 je opremljena z vgrajenim spletnim strežnikom, kar omogoča ogled podatkov kjerkoli in kdarkoli preko interneta. Poleg tega serija ADAM-6000 uporabnikom omogoča konfiguracijo uporabniško definiranih spletnih strani, prilagojenih različnim potrebam in aplikacijam. S to zmogljivo funkcijo ruši serija ADAM-6000 mejo med tradicionalno in večnivojsko arhitekturo v avtomatizaciji in omogoča uporabnikom dostop do podatkov v realnem času. To omogoča enostavno integracijo med proizvodnjo in poslovnim sistemom.
HMI poskrbi za prijazen uporabniški vmesnik ter za zmanjšanje stroškov in kompleksnosti avtomatizacijskih sistemov. Večina programske opreme HMI ima dodan spletni strežnik, ki omogoča dostop do HMI-prikazov iz oddaljenih lokacij, in sicer preko mreže s pomočjo spletnih brskalnikov. Uporabnik lahko vidi in uporabi identičen HMI iz kateregakoli računalnika priklopljenega na internet. Moduli družine ADAM-6000 so lahko enostavno integrirani v vse standardne programske opreme HMI, ki podpirajo protokol Modbus/TCP.
Programska podpora
Na podlagi standarda Modbus/TCP imajo moduli ADAM-6000 vgrajen Modbus/TCP strežnik. Advantech za serijo ADAM-6000 nudi program ADAM.NET Utility, knjižnico ADAM.NET in strežnik OPC. Sistem se lahko konfigurira preko ADAM.NET in se integrira v HMI z gonilnikom Modbus/TCP ali preko strežnika Modbus/TCP OPC. Prav tako se lahko ADAM.NET knjižnica uporabi za razvoj poljubnih aplikacij. Z zmogljivo funkcionalnostjo programa lahko uporabnik konfigurira vse ustrezne nastavitve, kot so razpon kanalov, kalibracija, IP-naslov, varnost, Peer-to-Peer in GCL (Graphic Control Logic).
Advantech nudi knjižnico ADAM.NET za programerje, ki razvijajo programe v platformi Microsoft Visual Studio.NET. Knjižnica nudi vrsto funkcij, vključno s komunikacijo, branjem podatkov, pisanjem podatkov, konfiguracijo strojne opreme in več.
Peer-to-Peer zahteve
V primerjavi z načinom uporabnik/strežnik, moduli Peer-to-Peer aktivno posodabljajo status vhodnega kanala za specifičen izhodni kanal. Gre za par modulov: en vhodni modul in en izhodni modul. Uporabniki lahko določijo mapiranje med vhodnim in izhodnim kanalom. Za tem bo vhodna vrednost aktivno prenesena na izhodni kanal.
Prednosti modulov Peer-to-Peer
• Krmilnik ni potreben: za module ethernet I/O brez funkcije Peer-to-Peer, je potreben krmilnik za branje podatkov iz vhodnega modula in kasnejše pošiljanje podatkov k izhodnemu modulu. S Peer-to-Peer rešitvami se krmilnik lahko odstrani, saj se podatki prenašajo samodejno. To ne le poenostavi postopek, temveč pomaga k zmanjševanju stroškov sistemske strojne opreme.
• Programiranje ni potrebno: za uporabo Peer-to-Peer modulov je potrebno konfigurirati le ustrezno nastavitev preko programa ADAM.NET. Nadaljne programiranje ni potrebno, s tem prispeva k zmanjševanju časa za sistemski razvoj
• Enostavno in prilagodljivo sistemsko ožičenje: ožičenje na velike razdalje je problematično. Če so PLC in senzorji daleč stran, mora biti za nekatere aplikacije v avtomatizaciji en oddaljen modul I/O postavljen v bližino senzorjev. Komunikacijsko omrežje mora povezovati PLC z oddaljenim modulom I/O, komunikacijska razdalja pa je močno omejena. Poleg tega so omrežja, ki jih nudijo proizvajalci PLC-jev, redko odprta. Peerto-Peer moduli lahko zamenjajo omejena in zaprta omrežja brez omejitev, saj izkoriščajo najbolj odprta in prilagodljiva ethernet omrežja.
Slika 3 – Prikaz klasične povezave med senzorji in PLC-ji ter napredna, oddaljena ethernet povezava
Zakaj je tehnologija Peer-to-Peer podjetja Advantech najboljša izbira?
• Prilagodljivo mapiranje kanalov: Moduli ADAM-6000 Peer-to-Peer imajo dva načina mapiranja: osnovni in napredni. Pri osnovnem načinu so kanali na enem vhodnem modulu neposredno mapirani na kanale na drugem posameznem izhodnem modulu. Pri naprednem načinu so kanali na enem vhodnem modulu lahko mapirani s kanali na različnih izhodnih modulih (slika 4).
• Hiter odzivni čas: Čas potreben za prenos podatkov od vhodnega do izhodnega modula je manj kot 1,2 milisekunde.
Peer-to-Peer rešitevZahteve Stranka ima tri podružnice v različnih državah. Za vsako podružnico so bile pri vhodih (k vratom) postavljene kamere. Na sedežu podjetja lahko osebe v nadzorni sobi nadzirajo vsaka vrata preko intraneta. Sedaj želijo nadgraditi sistem tako, da lahko na daljavo nadzirajo vsaka vrata, tako da je možno vsaka vrata nadzirati iz notranjosti nadzorne sobe na sedežu. Ker je razdalja med sedežem in vsako podružnica več tisoč kilometrov, je lahko za ta namen zelo težko vzpostaviti dodatno komunikacijsko omrežje.
Rešitev S pomočjo zgolj treh parov modulov ADAM-6000 Peer-to-Peer ethernet I/O (brez druge strojne opreme) je ta zahteva lahko enostavno rešena. Za vsak par ADAM-6000 modulov je en modul nameščen v notranjost nadzorne sobe sedeža in drugi v vsaki podružnici. Ko je modul na sedežu aktiviran, bo obvestil »uparjeni« modul podružnice naj odpre ali zapre vrata. Komunikacija temelji na ethernetu, tako da lahko stranka izkoristi njihovo obstoječo ethernet infrastrukturo.
Globalno povezovanje v enovit sistem |
• Napredna varnost: Uporabnikom omogoča, da izberejo kateri IP- ali MAC-naslov ima pooblaščen nadzor. To zagotavlja, da izhodni modul nadzira le njegov »uparjen« vhodni modul.
• Napredna zanesljivost: Ko je komunikacija med parom modulov ADAM-6000 Peer-to-Peer prekinjena, lahko digitalni izhodni modul generira predhodno določeno vrednost za zagotavljanje varnosti.
Slika 4 – Moduli ADAM-6000 Peer-to-Peer imajo osnovni in napredni način mapiranja
Uporaba ethernet I/O modulov kot krmilnik
Grafična pogojna logika GCL (Graphic Condition Logic) daje modulom ethernet I/O sposobnost krmiljenja. Uporabniki lahko določijo pravila nadzorne logike z uporabo grafičnega konfiguracijskega okolja v programu ADAM.NET Utility ter prenesejo določena logična pravila na module ADAM-6000 ethernet I/O. Po tem bo ta modul samodejno izvedel logična pravila tako kot samostojen krmilnik.
Za vsak modul ethernet I/O se lahko določi do 16 logičnih pravil. V konfiguracijskem okolju programa ADAM.NET Utility prikazujejo štiri grafične ikone štiri stopnje logičnega pravila: vhod, logika, izvedba in izhod (slika 5). Uporabnik lahko preprosto klikne na vsako ikono in prikaže se pogovorno okno, v katerem lahko konfigurira vsako stopnjo. Po zaključku vseh konfiguracij lahko uporabniki klikne na gumb za prenos določenih logičnih pravil na določen modul ethernet I/O.
Slika 5 – Prikaz programiranja s pomočjo GCL. V tem primeru: če imamo signal na DI3, ali je signal na DI4, ali je vrednost analognega vhoda AI0 večja od 5 V, bosta aktivna tako izhoda DO2 in AO1. Istočasno bo sporočilo poslano na določeni računalnik
ADAM-6000 GCL je najenostavnejši logični ethernet I/O
• Popolnoma grafično okolje za konfiguracijo: Za razliko od ostalih logičnih pripomočkov za konfiguracijo, ki temeljijo na besedilu, nudi GCL popoln pripomoček za grafično konfiguracijo, ki je enostaven za uporabo. S preprostim klikom na ikone, se lahko vse ustrezne konfiguracije izvedejo skozi prikazno pogovorno okno. GCL ni samo preprost za uporabo, temveč nudi tudi zelo zmogljive funkcionalnosti.
• Podpira tako lokalen kot oddaljen izhod: Ko uporabnik določi cilj izhodne stopnje (kot je digitalni izhod, analogni izhod, števni in pulzni izhod), lahko kot cilj izbere bodisi lokalni modul ali drugi oddaljen modul (slika 6).
Slika 6 – Lokalen in oddaljen izhod
• Kaskadna logika: Izhod enega logičnega pravila je lahko drugo pravilo. Zato so lahko različna pravila medsebojno kombinirana. GCL omogoča to funkcijo – kaskadna logika – ki pomaga ustvarjati več vhodnih števil logičnega pravila (slika 7). Tako lahko uporabniki določijo kompleksno logično arhitekturo za zadovoljevanje različnih zahtev, ki izvirajo iz uporabe.
Slika 7 – Kaskadna logika: če uporabniki kombinirajo pravilo 1 in pravilo 2 s pravilom 3, največje število vhodov postane 7 (dva vhoda za pravilo 3 bosta pravilo 1 in pravilo 2)
• Porazdeljena kaskadna logika: Uporabniki lahko dodelijo drugo pravilo kot izhod enega logičnega pravila. To »drugo pravilo« je lahko na istem modulu ali na drugem oddaljenem modulu. Tako lahko ena GCL logična arhitektura deluje po različnih modulih. Več modulov ethernet I/O se lahko integrira v en popoln logični sistem (slika 8).
Slika 8 – Kaskadna logika na oddaljenemu modulu
• Odziv: Uporabniki lahko določijo vhod in izhod logičnega pravila na isti notranji register. To daje GCL možnost odziva. Ožičenje strojne opreme ni potrebno (slika 9).
Slika 9 – Možnost uporabe povratne zanke
• Bogate I/O možnosti
| Analogni vhod | Termočlen, uporovni temperaturni detektor (RTD), napetost, tok |
| Analogni vhod | Napetost, tok |
| Digitalni vhod | Brezpotencialni kontakt, napetostni kontakt, števec/frekvenčni vhod |
| Digitalni vhod | PNP, NPN, relejski izhod, pulzni izhod |
• Hiter izvajalni čas: Lastnost GCL je izjemno kratek čas izvedbe logičnega pravila. Ko uporabniki izberejo lokalni izhod (vhodni in izhodni kanal sta na istem modulu), je čas procesiranja (vključno z zakasnitvijo vhoda, časom izvajanja enega logičnega pravila in zakasnitvijo izhoda) manj kot 1 milisekunda. Ko uporabniki izberejo oddaljen izhod (vhodni in izhodni kanal sta na različnih modulih), je skupni potrebni čas manj kot 3 milisekunde (vključno s časom procesiranja in komunikacije).
• Skaliranje analognega vhoda (slika 10): Pri konfiguriranju stanja analognega vhoda, nudi GCL funkcijo linearnega skaliranja za pretvarjanje izmerjene vrednosti napetosti/toka na vrednost inženirske enote (kot je temperatura ali tlak). Za tem lahko uporabnik uporablja vrednost inženirske enote za določanje logičnega stanja, kar je za uporabnika bolj primerno.
Slika 10 – Enostavno in hitro konfiguriranje v GCL
• On-line nadziranje: Ko uporabnik zaključi vse GCL-konfiguracije v programu ADAM.NET Utility, lahko preprosto klikne na gumb Run Monitoring (zaženi nadziranje). Nato lahko uporabnik vidi realno-časovno izvajanje logičnega pravila na modulih ADAM-6000. Poleg tega so prikazane tudi trenutne vrednosti vhoda. To v veliki meri pomaga enostavno vzdrževanje sistema.
• Pošiljanje sporočil: V GCL se lahko določi sporočila po meri. Ko bodo pogoji izpolnjeni bodo sporočila IP-modula in stanje I/O poslani na določen PC ali napravo.
• Lokalni DO status je lahko vhodni pogoj: V GCL je mogoče prebrati lokalno vrednost kanala DO in jo uporabiti v stanju vhoda. Tako lahko določite logično pravilo na podlagi lokalnega statusa DO.
GCL tipična aplikacija: Nadzor vodnega rezervoarjaDva modula ADAM-6000 sta edina strojna oprema uporabljena pri tej aplikaciji, drugi krmilniki ali računalniki niso potrebni. Modul ADAM-6017 se nahaja na strehi in je povezan s senzorjem, ki meri nivo vode v vodnem stolpu. Modul ADAM-6050 se nahaja v kleti in nadzira vodno črpalko. Ta dva modula sta povezana preko etherneta, zato ni potrebno dodatno ožičenje. Izkoriščeno je lahko obstoječe ethernet omrežje v zgradbi. GCL deluje na modulu ADAM-6017 in nenehno primerja nivo vode s specifično mejno vrednostjo. Če je nivo vode manjši od mejne vrednosti, bo vklopil kanala DO na modulu ADAM-6050 za zagon črpalke, ki bo napolnila rezervoar z vodo. Pisanje programa ni potrebno in konfiguriranje preko programa ADAM.NET Utility vzame le nekaj minut.
Na sliki grafični prikaz aplikacije nadzora vodnega rezervoarja |
Vse opisane lastnosti in več kot 1.000.000 prodanih modulov je zagotovilo kakovosti in uporabnosti modulov ADAM-6000. Na osnovi zelo uspešne družine modulov ADAM-6000 je Adavantech pred kratkim predstavil družino ADAM-6100, ki jo bomo predstavili v naslednji številki.
Literatura
- Advantech katalog; eAutomation Devices and Computing 2010-2011