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1 Automation & Drives DeviceNet Harald Brück, SST-TS Juli 2003.

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Präsentation zum Thema: "1 Automation & Drives DeviceNet Harald Brück, SST-TS Juli 2003."—  Präsentation transkript:

1 1 Automation & Drives DeviceNet Harald Brück, SST-TS Juli 2003

2 2 Themenübersicht Anzeigen DeviceNet- Konfigurator OSI-Referenz-Modell Einstellungen Adresszuordnung Topologie, Kabel, Stecker Stromversorgung Merkmale Theorie und Objekte Kommunikations- arten Meldungsarten, I/O-Messages Hinweis: Mausklick auf OMRON führt zu diesem Bildschirm zurück. Meldungsrahmen, Zugriffsverfahren 5 Inbetriebnahme, Programmbeispiel 29 Explicit Messages und Objekte 45 Verbindungsaufbau, UCMM 50 Konfigurator Online 60 Manuelle Adresszuordnung 63 Explizite Meldungen mit der SPS 67 SPS über DeviceNet programmieren 65

3 3 Merkmale Serielles Bussystem mit Multi-Master und Echtzeit Möglichkeiten vom CAN-Bus abgeleitet. Meldungs- orientiert gegenüber Adress-orientiert (Broadcasting von Meldungen) Hohe Übertragungssicherheit (Hamming- Distanz = 6) Low-cost Hardware (Massenweise Verwendung in Fahrzeugen)

4 4 OSI Referenz Modell 4. Transportschicht 1. Physikalische Schicht 2. Datensicherungsschicht 3. Netzwerkschicht 5. Sitzungsschicht 6. Darstellungsschicht 7. Anwendungsschicht

5 5 Rahmen einer übertragenen Meldung Der Identifier definiert –Typ der Meldung –Priorität der Meldung (Identifier Priorität )

6 6 Meldungs-Übertragung Jeder Teilnehmer kann jede Meldung empfangen Das Meldungsfilter legt fest, welche Meldung akzeptiert wird

7 7 Bus-Zugriffsverfahren Alle Teilnehmer sind über die Busleitung in Form einer UND-Verknüpfung verbunden Nicht-destruktive Bitweise Arbitration

8 8 DeviceNet Topologie Bus mit Stichleitungen

9 9 DeviceNet Kabeltypen Das spezielle DeviceNet-Kabel muß verwendet werden, damit die Kommunikation gut funktioniert Für Hauptleitungen gibt es das dicke Kabel (Trunk-Line) für Stichleitungen gibt es das dünne Kabel (Drop-line)

10 10 Leitungslängen/Abschlußwiderstände Die maximale Netzwerklänge wird entweder durch den Abstand zwischen den beiden entferntesten Knotenpunkten oder den Abstand zwischen den Abschlußwiderständen bestimmt. Eine Stichleitung darf maximal 6 m lang sein.

11 11 Baudrate und Kommunikationsentfernung Die maximale Kabellänge ist von der Übertragungsgeschwindigkeit abhängig Die maximale Gesamtlänge der Stichleitung variiert mit der Kommunikationsgeschwindigkeit.

12 12 Spannungsversorgung für das DeviceNet Im Gegensatz zu anderen Netzen, muss das DeviceNet auch mit 24V versorgt werden. Wir empfehlen für ein Netz immer eine Spannungsversorgung mit ausreichender Kapazität zu verwenden. (Im Handbuch gibt es auch Vorschläge zur Verwendung mehrerer Spannungsversorgungen) Sollte der Spannungsabfall über lange Leitungen zu groß werden, empfehlen wir die Slaves nicht von der Spannungsversorgung des Netzes zu versorgen. Siehe folgende Seiten.

13 13 DeviceNet Stecker und Abzweigungen Combicon -Stecker und Verteilerleisten Combicon -Stecker für Multidrop (Mehrfachanschlüsse) TMSTBP2.5/5-STF-5.08 mit Abschlußwiderstand

14 14 Beispiel einer DeviceNet-Konfiguration

15 15 Übung 1: Aufbau des Netzes Verdrahten Sie die DeviceNet-Stecker Schließen Sie die Geräte zu einem Netzwerk zusammen. Schließen Sie die 24V Spannungsversorgung für das Netz an. Schließen Sie die Abschlußwiderstände an.

16 16 Anschluß der Stromversorgung (1) Die Elektronik in den Bus-E/A-Modulen benötgt bis zu 3 verschiedene Stromversorgungen (24VDC), da die elektronischen Schaltungen intern galvanisch getrennt sind. 1. Die Kommunikations-Spannungsversorgung für die Feldbusseite(V+, V-). 2. Spannungsversorgung für die interne Elektronik des Moduls(24VDC+,24VDC-). 3. Spannungsversorgung 24VDC für die Ein/-Ausgänge (V,G). 123

17 17 Anschluß der Stromversorgung (2) 1. Die Kommunikation (V+, V-), 2. Interne Elektronik (24VDC+,24VDC-) VDC für die Ein/-Ausgänge (V,G). Für die beide Anschlüsse (2) und (3) kann die gleiche Versorgung benutzt werden weil es noch einmal einen DC-DC-Wandler für die Versorgung der internen Elektronik (2) gibt. Wenn die Störungen auf der E/A-Ebene sehr groß sind, muß eine getrennte Versorgung für (2) und (3) verwendet werden

18 18 Anschluß der Stromversorgung (3) Wenn das DeviceNet-Kabel nicht sehr lang ist, oder es nur wenige Slave- Module gibt kann auch die 24V aus dem Buskabel zur Versorgung des Moduls benutzt werden. HINWEIS: Es darf auf keinen Fall die Versorgung vom DeviceNet-Kabel (1) mit der der E/A-Ebene (3) verbunden werden. 12

19 19 Einstellungen bei CS1W-DRM21 Die DeviceNet-Master-Baugruppe ist eine CPUBus-Baugruppe.

20 20 Einstellungen bei CS1W-DRM21

21 21 Einstellungen bei CS1W-DRM21 Adresse des Masters auf dem DeviceNet.

22 22 Einstellungen beim Slave Obwohl das DeviceNet ein Multi-Master-Bus ist, gibt es auch einfache Baugruppen, die sich normalerweise nicht selbstständig am Bus melden.

23 23 Einstellungen beim Slave Bei den Slave-Moduln wird mit den DIP-Schaltern 1-6 eine Adresse eingestellt.

24 24 Übung 2: Einstellungen Wählen Sie überall gleiche Baudrate. Stellen Sie die Baugruppennummer des Masters auf 0. (Erstellen Sie die E/A-Tabelle auf der SPS) Vergeben Sie die Busadressen; Master=00, Eingänge=01, Ausgänge=02, CPM2C-S=03.

25 25 Betriebsanzeigen (1) Der Master hat außer den beiden Status-LEDs auch eine 7-Segment-Anzeige. Wenn alles richtig ist, dann leuchten auf den Bus-E/A-Modulen die beiden LED MS und NS kontinuierlich grün. An der DeviceNet-Master-Baugruppe auf der SPS darf die 7-Segmentanzeige nicht blinken, sondern muß stetig die DeviceNet-Adresse des Masters anzeigen. Wenn Sie die DeviceNet- Adresse nicht verändert haben erscheint da 00. Der einfachste Fehler, der auftreten kann ist, daß die 24V-Spannungsversorgung für den Bus fehlt. Dann zeigt die 7-Segmentanzeige den Fehler E0.

26 26 Die Status-LEDs sind bei Master und Slave gleich. Betriebsanzeigen (2)

27 27 Betriebsanzeigen (3)

28 28 Adresszuordnung Im Master gibt es eine voreingestellte Adresszuordnung. Für jede Busadresse 1 Eingangswort und 1 Ausgangswort im Speicher. Den Busadressen von 0 bis 63 sind in der CS1/CJ1-Steuerung für den ersten Master die Adressen: 3200 bis 3263 für Ausgänge, und 3300 bis 3363 für Eingänge zugeordnet. Außerdem belegt die Baugruppe noch Speicher im Bereich für die CPUBus-Baugruppen. Bei Baugruppennummer 0 :1500 bis 1524 sowie D30000 und D30099.

29 29 Übung 3: Inbetriebnahme Bei der Inbetriebnahme wird davon ausgegangen, daß alle Bus-E/A-Module richtig verdrahtet wurden, und alle Einstellungen richtig gemacht wurden. Schalten Sie die Spannungsversorgung der Bus-E/A-Module und die SPS ein. Schalten Sie die SPS in den PROG/STOP-Modus. Führen Sie dann die Registrierung der E/A-Tabelle durch. Eigentlich funktioniert jetzt schon alles. Aber jetzt leuchten die beiden Punkte auf der 7-Segmentanzeige des Masters noch. Dies bedeutet, daß die Abfrageliste nicht aktiviert ist. Zum Testen und Ausprobieren kann man das so lassen. Der Master fragt jetzt immer nach neuen Teilnehmern auf dem Bus. Dies verzögert die Buszykluszeit erheblich. Ein anderes Problem ist, daß defekte Bus-E/A-Module nach dem Wiedereinschalten nicht erkannt werden. Deswegen muß im späteren Betrieb die Abfrageliste unbedingt aktiviert sein.

30 30 Übung 4: Abfrageliste aktivieren Wenn die SPS im Program-Modus ist, setzen Sie das Bit auf 1 mit dem Programmiergerät wenn Baugruppennummer 0 eingestellt ist. Die Kommunikation wird dann abgebrochen, die Abfrageliste wird registriert, und die Kommunikation wird dann nur noch mit diesen Modulen fortgesetzt. Ist die Abfrageliste schon aktiviert, muß sie erst deaktiviert werden wenn neue Teilnehmer dem Bus hinzugefügt werden sollen.

31 31 Übung 5: Programmierbeispiel Um ein Programmierbeispiel ausführen zu können nehmen wir eine beispielhafte Hardwarekonfiguration: CS1G-CPU__ mit CS1W-DRM21 DRT1-ID16-1 mit der Busadresse 1, SPS-Adresse 3301 DRT1-OD16-1 mit der Busadresse 2, SPS-Adresse 3202 Dieses Programm kopiert alle 16 Bits des Eingangs-Bus-E/A-Moduls auf die Adresse des Ausgangs-Bus-E/A-Moduls, solange der Slave1 am Bus funktioniert. Ist die Kommunikation unterbrochen, setzt das Programm alle Eingänge auf Null.

32 32 Wie funktioniert DeviceNet? (1) DeviceNet ist ein Verbindungs-basiertes Protokoll, d.h. alle Geräte müssen eine Verbindungsaufbau-Meldung schicken, bevor sie Informationen austauschen können. DeviceNet lehnt sich an die sogenannte Objekt- modellierung, d.h. jede Information ist so strukturiert, dass sie sich in einem anderen Objekt befindet. Mit Services (z.B. Get und Set) kann man auf die Objekte zugreifen und Informationen austauschen.

33 33 Vier Grundobjekte sind notwendig um Informationen auszutauschen: –Identity Objekt. Identifikations-Informationen (wie z.B. Vendor ID, Gerätetyp, Revision usw.) eines Gerätes sind darin gespeichert. Benutzer können die Informationen über den Bus auslesen. –Message Router. Dieses Objekt behandelt die empfangenen Expliziten Meldungen und routet diese zu den richtigen Zielobjekten. –DeviceNet Objekt. Dieses Objekt speichert alle Informationen, die das DeviceNet betreffen, z.B. MAC ID und Baudrate. –Connection Objekt. Dieses Objekt behandelt die Verbindungen des Geräts. (Link producer und Link consumer) Wie funktioniert DeviceNet? (2)

34 34 DeviceNet-Objekte Connection-Objects

35 35 Welche Kommunikationsarten gibt es auf dem DeviceNet? Der Benutzer kann zwischen verschiedenen Arten wählen: –Master/Slave, –Multi-Master und –Peer-to-Peer (fest aufgebaute Verbindung zwischen 2 DeviceNet-Geräten) oder –eine Kombinationskonfiguration je nach Gerätemöglichkeiten und Anwendungsanforderungen. Die Wahl der Konfiguration kann die Antwortzeit des Systems wesentlich beeinflussen.

36 36 Kommunikationsarten auf dem DeviceNet Master/Slave, Multi-Master Peer-to-Peer Die Wahl der Konfiguration kann die Antwortzeit des Systems wesentlich beeinflussen.

37 37 Client und Server Geräte können Clients oder Server oder beides sein. Clients und Servers können producers, consumers oder beides sein. In einem typischen Client -Gerät würde die Verbindung Anfragen produzieren und Antworten konsumieren. In einem typischen Server -Gerät würde die Verbindung Anfragen konsumieren und Antworten produzieren.

38 38 Welche Meldungsarten gibt es für den Benutzer? I/O Message ist eine Meldung, die zum ständigen Austausch der eigentliche E/A-Information des Geräts benutzt wird. Explicit Message ist eine Meldung die für sporadische Übertragung z.B. von Parametereinstellungen benutzt wird.

39 39 Was ist I/O-Messaging? I/O Message ist eine Meldung, die die eigentliche E/A- Information des Geräts enthält. Für einen "real time- Datenaustausch, haben die Antworten dieser Meldungen die höchste Priorität. Es enthält MAC ID, Anzahl der gesendeten und empfangenen Bytes.

40 40 Welche Übertragungsarten gibt es beim I/O Messaging? Polling, Bit-Strobe, Change-of-State und Cyclic Transmission

41 41 Polling Polling bedeutet, dass der Master nacheinander alle Daten abfragt und verteilt. Es ergibt sich eine Zykluszeit, die man auch fest vorgeben kann, wenn das pollen langsamer erfolgen soll. Dies ist die normale Betriebsart der Slaves und des Masters (mit oder ohne Abfrageliste).

42 42 Change-of-State Change-of-State bedeutet, dass ein Gerät nur Daten sendet, wenn sie sich geändert haben. Sollten sich die Daten über lange Zeit nicht ändern, muss man wissen, ob das Gerät noch funktioniert, also stellt DeviceNet eine einstellbare Heartbeat- Rate im Hintergrund zur Verfügung. Geräte schicken Daten wenn sie sich ändern oder der Heartbeat Timer abgelaufen ist. Damit der Bus bei schnellen Änderungen von einem Gerät nicht überlasted wird sollte auch eine Wartezeit festgelegt werden.

43 43 Cyclic Transmission Cyclic bedeutet, dass die Daten in äquidistanten Zeitabständen übertragen werden, mit einstellbarer Zykluszeit. Die Option Cyclic kann unnötige Datenübertragung vermeiden. Anstatt einen Temperatur- oder Analogeingang jede Sekunde zig- Mal abzufragen, kann man einstellen, dass die Daten mit der Zykluszeit gesendet werden, wie sie auch aufgenommen werden. Ein Temperatursensor in einem langsamen PID-Regelkreis mit einer Auffrischungsrate von 500 ms sollte auch die Cyclic- Rate auf 500 ms eingestellt haben. Das schafft nicht nur die Möglichkeit andere Geräte schneller zu bedienen, es ist auch genauer.

44 44 Bit Strobe Bit Strobe bedeutet, dass alle Slaves mit dieser Übertragungsart auf einmal ihre Daten an den Master senden. Der Master braucht nur ein Kommando für alle Slaves auf den Bus zu geben. Man erreicht auch eine Art von synchroner Übertragung dadurch.

45 45 Was ist Explicit Messaging? Explicit Message ist eine Meldung die hauptsächlich zur Übertragung von Parametereinstellungen benutzt wird. Diese Informationen sind vergleichsweise weniger wichtig gegenüber den I/O- Messages. Deswegen behindert diese Meldung nicht den Austausch von I/O- Messages auf dem Bus.

46 46 Adressierung der Objekte Ein Objekt ist hier im groben vergleichbar mit einer Speicherzelle in der SPS. Der Speicher der SPS ist geordnet in: –Bereiche: LR, HR, DM, EM –Banken: EMBank0, EM Bank1 –Adresse: 00000, 00126, … So sind auch die Objekte geordnet in: –Class –Instance –Attribute

47 47

48 48 Adressierung eines Objekts beim Explicit Messaging MAC ID = Teilnehmernummer Service code = lesen oder schreiben (get und set) Class ID = 8 Typen 01 = Information Instance ID = (meist =1 oder manchmal höher) –Attribute ID = (Adresse)

49 49 Explicit Message-Länge Max. Message- Länge CS1 Serie: CS1W-DRM21 –SEND(192): 267 Worte –RECV(193): 269 Worte –CMND(194): 542 Bytes C200HW-DRM21-V1, CS1 Serie, C200HX/HG/HE –IOWR(223): 160 Bytes

50 50 Verbindungsorientierter Meldungsaustausch Das DeviceNet- Kommunikations- Protokoll basiert auf der Idee der Verbindung. Man muss erst eine Verbindung mit einem Gerät herstellen, bevor man Daten austauschen kann. Um eine Verbindung aufzubauen enthält jedes DeviceNet-Produkt entweder einen Unconnected Message Manager (UCMM) oder einen Unconnected Port.

51 51 DeviceNet Kommunikations- Mechanismus DeviceNet beinhaltet zwei Kommunikationsmechanismen: UCMM-fähige und nicht UCMM-fähige. –UCMM (UnConnected Message Manager) -fähige Geräte, sind Geräte, die Daten im Peer-to-Peer Modus austauschen können. In anderen Worten, ein Gerät kann verschiedene Verbindungen gleichzeitig haben.

52 52 Nicht -UCMM -fähige Geräte sind Geräte, die nicht im Peer-to Peer Modus arbeiten können. Diese Produkte werden normalerweise als "Group 2 Only server" oder "Group 2 Only slave bezeichnet. Diese Geräte können keine Verbindungen zu mehr als einen Master herstellen. In anderen Worten, es kann nur von einem Master auf dieses Gerät zugegriffen werden. Der Master stellt eine Proxy-Verbindung her damit die Informationen des Slave wenn nötig auch anderen Geräten zugänglich gemacht werden kann. DeviceNet Kommunikations- Mechanismus

53 53 DeviceNet-Konfigurator-Funktionen Einstellungen in der Master-Baugruppe Konfiguration der Slaves Konfiguration des Netzes Überwachung und Fehlersuche im Netz Für alle DeviceNet-Slaves (auch anderer Hersteller) Für alle Omron-DeviceNet-Master

54 54 DeviceNet-Konfigurator, PC-Anforderungen IBM PC/AT oder kompatibel CPU:Pentium 166 oder höher Speicher: 32 Mbytes Festplatte: Minimum 15 Mbytes Betriebssystem: Windows 95, 98, NT4.0 oder 2000 Serielle Schnittstelle für CS1W-DRM21 / CJ1W-DRM21 PCMCIA-DeviceNet-Konfigurationskarte 3G8E2-DRM21 für C200HW-DRM21 oder CVM1-DRM21-V1

55 55 DeviceNet-Konfigurator 2 Fenster: Hardware-Baum mit allen Geräten, für die EDS-Dateien installiert wurden. Konfigurations-Fenster: Darstellung des zusammengestellten Netzes in grafischer oder Listen-Form. Hardware-BaumKonfigurations-Fenster TeilnehmernummerProduktbezeichnung zugeordneter Master

56 56 Übung 6: DeviceNet-Konfiguration editieren usw.... Offline editieren: Ziehen Sie ein Gerät nach dem anderen links vom Hardware-Baum rechts auf das Netzwerk. Rechte Maustaste zum Verschieben und anordnen Teilnehmeradresse ändern: Rechte Maustaste oder Device/Change Node Address

57 57 Übung 7: DeviceNet-Geräte registrieren Am einfachsten mit Assistenten (Wizard): Den Master selektieren Device / Parameter / Wizard oder Alle Fragen mit JA, Weiter, und OK beantworten. Danach sind alle Geräte fortlaufend registriert. Man kann die Slaves auch auf den Master ziehen oder die Parameter des Masters editieren mit doppelklick.

58 58 Master-Parameter Registerreiter: General Im oberen Fenster befinden sich die unregistrierten Geräte. Im unteren Fenster sind die registrierten Geräte. Mit den Pfeilen in der Mitte kann Geräte registrieren oder aus der Registrierung entfernen. Gleichzeitig sieht man die zugeordneten Adressen in der SPS. Unregistrierte Geräte Registrierte Geräte

59 59 CPM2C-S110-DRT - Slave-Parameter Doppelklicken auf den Slave oder Rechte Maustaste: Parameter/Edit Einstellbare Parameter: Einfache E/A-Geräte haben keine Parameter. Durch die EDS-Datei können auch Geräte anderer Hersteller eingestellt werden.

60 60 Übung 8: DeviceNet-Konfigurator Online Stellen Sie die Verbindung zur SPS mit einer seriellen Verbindung her. Wählen Sie die SchnittstelleSYSMAC CS1 I/F Port unter Option/ Select Interface. Bauen Sie die Verbindung auf, mit: Network/ Connect. Wählen Sie das Übertragungsprotokoll der verwendeten Schnittstelle.

61 61 Übung 8: Konfiguration Herauf/Herunterladen Alle Einstellungen für alle Teilnehmer können mit Network / Download heruntergeladen werden. (SPS müssen im Program-Modus stehen) Alle Einstellungen auf dem Netzwerk können mit Network/ Upload heraufgeladen werden. (Diese Funktion dauert einige Zeit) Man kann die Geräte auch einzeln Hoch- und Runterladen.

62 62 Übung 9: DeviceNet-Überwachung Der Master hat alle Informationen über das gesamte Netzwerk. Master auswählen Dann, Device/ Monitor Statusinformationen des Masters stehen im oberen Drittel und unter dem Registerreiter Unit Status Status für jeden Slave: Grau: Gerät nicht registriert Blau: Normale Kommunikation Rot: Kommunikationsfehler Detaillierte Info über einen Slave

63 63 Übung 10: Manuelle Adresszuordnung Man kann die Belegung der SPS-Adressen im Master verändern, z.B. so, daß sie der Zuordnung ohne Abfrageliste ähnlicher ist: Klicken Sie auf den Registerreiter: I/O Allocation (OUT) Markieren Sie die CPM2C Klicken Sie auf Edit. Ändern Sie die Adresse auf 3203 bei Allocated Automatisch erstellte Zuordnung: Neue, manuell erstellte Zuordnung:

64 64 Übung 11: Einzelmeldungen über den Konfigurator Mit dem Konfigurator kann man auf alle Objekte in einem Gerät zugreifen oder auch sogenannte Explizite Meldungen über den Bus schicken um Daten auszulesen oder zu beschreiben. Wählen Sie Tools/ Setup Parameters Suchen Sie sich die Daten aus dem Handbuch z. B CPM2C: W377 Kapitel 6 Tragen Sie ein : (z.B um DM 10 auszulesen, 2 Byte): Service Code:1C Class:2F Instance:3 Attribute:000A Data:02 Klicken Sie auf Send und unter Result erscheinen die Antwortdaten.

65 65 CPM2C-S110-DRT über DeviceNet programmieren Legen Sie im CX-Programmer- Projekt 2 SPS an: Die erste CS1/CJ1 mit dem DeviceNet-Master wird über Toolbus verbunden, und sollte keine weiteren Netzwerkkarten enthalten (um ohne Routing- tabellen arbeiten zu können) Die zweite CPM2C-S*-DRT wird über die Erste verbunden unter Netzwerktyp: [NeueSPS1] und bei den Kommunikationseinstellungen wird als FINS-Zieladress- Teilnehmer die DeviceNet- Adresse der CPM2C eingetragen. (0 geht nicht) ACHTUNG: Master und Slave-SPS dürfen auf dem DeviceNet nicht Teilnehmernummer 0 haben!

66 66 Konfigurationsbeispiel ohne Routing-Tabelle PC SPS Seriell, Toolbus CPM2C DeviceNet Seriell RS232 DRM CS1 Node 3 Node0

67 67 Übung 12: Explizite Meldungen mit der SPS Auch von einer CS1/CJ1-SPS kann man Objekt-Daten lesen oder schreiben mit Hilfe von Expliziten Meldungen. Bei der CS1/CJ1 muß der CMND- Befehl und einer der 8 Kommunikationsports benutzt werden, damit die Daten mit einem FINS-Befehl an den Master geschickt werden kann. Dieser setzt den FINS-Befehl in eine Explizite Meldung auf dem DeviceNet um.


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