Aktuální vydání

celé číslo

07

2019

Řízení dopravy a budov

celé číslo

Komunikační modul Simatic Net CP 443-1 IT

Automa 5/2000

-sk-

Komunikační modul Simatic Net CP 443-1 IT

Na letošním veletrhu Amper 2000 získal ocenění Zlatý Amper také komunikační modul Simatic Net CP 443-1 IT firmy Siemens. Modul umožňuje programovatelným automatům řady Simatic S7-400 komunikovat současně s mnoha dalšími automatizačními prostředky a po síti Ethernet.

Obr. 1.

Nová technologie v podobě oceněného komunikačního modulu CP 443-1 IT přináší do řízení průmyslových procesů zcela nové dimenze. Především umožňuje, aby data z řízené technologie byla využívána daleko větším počtem zainteresovaných pracovníků, než doposud bylo možné. Je-li v široké míře používaný programovatelný automat (Programmable Logic Controller - PLC) řady Simatic S7-400 osazen tímto komunikačním modulem, postačuje k nahlédnutí do řídicího systému počítač připojený k celosvětové síti Internet. PLC poté může uživatele automaticky informovat o svém stavu, popř. poruše, i o aktuálních hodnotách technologických veličin přenosem údajů nebo textové zprávy na vzdálené místo s využitím internetu, služeb elektronické pošty (e-mail), mobilního telefonu anebo pageru. Při poruše řízené technologie je elektronickou poštou vyslána na libovolný počet adres (včetně mobilních telefonů) zpráva s přesnou specifikací poruchy, což umožní snazší a levnější operativní servisní zásah.

Použití
Díky vlastnímu procesoru plní modul CP 443-1 IT komunikační funkce, kterými by se kromě své základní pracovní zátěže jinak musel zabývat hlavní procesorový modul PLC, a současně umožňuje zřizovat doplňkové komunikační cesty. Zajišťuje komunikační služby na úrovni řízení výrobního procesu (s programovacími zařízeními, počítači, operátorskými panely a řídicími systémy typů Simatic S7 a Simatic S5) i směrem vzhůru do prostředí informačních technologií (prostřednictvím elektronické pošty a webových prohlížečů).

Konstrukce
Modul CP 443-1 IT je proveden s ohledem na použití v průmyslových provozních podmínkách. Jeho konstrukce vychází z osvědčeného konstrukčního uspořádání PLC řady Simatic S7-400 (obr. 1). Vyznačuje se zejména:

  • kompaktní konstrukcí s robustním plastovým pouzdrem nesoucím na čelní stěně:
    – 15kolíkovou zásuvku sub-D se zajištěním posuvnou lištou pro připojení k průmyslovému Ethernetu (AUI/TPI),
    – zásuvku RJ45 pro připojení k Ethernetu tam, kde nejsou kladeny přílišné požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu;

  • jednoduchou instalací do kterékoliv z pozic na nosiči modulů řady S7-400 a spojením s ostatními moduly prostřednictvím systémové sběrnice;

  • jednoduchým připojením vnější kabeláže konektorem sub-D s automatickým přepínání mezi rozhraním AUI (Attachement User Interface) a krouceným párem vodičů.

Komunikační služby
Procesor modulu CP 443-1 IT zajišťuje veškeré funkce související s přenosy dat prostřednictvím průmyslové sítě Ethernet. Úrovně (levels) 1 až 4 odpovídají mezinárodním standardům. Díky implementaci protokolů pro přenos dat ISO a TCP/IP může pracovat v režimu několika protokolů a zajišťovat v dalším podrobněji popsané komunikační služby v prostředí:

  • programovacích zařízení a operátorských rozhraní (PG/OP),
  • PLC řady Simatic S7,
  • kompatibilním s PLC řady Simatic S5,
  • informačních technologií (IT).

Komunikace PG/OP
S využitím komunikace typu PG/OP lze na dálku programovat všechny PLC typu Simatic S7 zapojené v síti.

Komunikace S7
Komunikace typu S7 je určena ke spojení s PLC řad S7-300 (pouze server), S7-400 (server a klient), operátorskými panely a PC (se Softnet S7 nebo S7-1613). Uskutečňuje se bez jakéhokoliv dalšího konfigurování modulu CP 443-1 IT. Využívá rozhraní send/receive a protokol TCP nebo UDP (kompatibilní se Simatic S5 – viz dále).

Komunikace kompatibilní se Simatic S5
Typ komunikace kompatibilní s komunikací PLC typu Simatic S5 je založena na úrovni 4 jako jednoduché a optimalizované rozhraní pro přenos až 8 KB dat na jednu výzvu. Pracuje s protokoly:

  • ISO,
  • TCP s RFC 1006 (např. CP 1430 TCP) a bez RFC 1006,
  • UDP (User Definable Protocol – protokol definovaný uživatelem) jako přenosovým protokolem pro CP 443-1 IT.

Komunikace kompatibilní se Simatic S5 se používá ke spojení s PLC Simatic S5, S7-300/400 a počítači (PC), a to včetně synchronizace reálného času po síti Ethernet. Nezbytné funkční bloky jsou součástí konfiguračního softwaru NCM S7 pro průmyslovou síť Ethernet (dodává se jako součást programovacího prostředí Step 7 V5.0 a vyšších) a musejí být začleněny do uživatelského programu S7. Funkce fetch/write dovoluje přímý přístup k datům v procesoru stejně jako u CP 1430. V praxi to znamená, že lze dále používat všechna dosavadní operátorská rozhraní.

Komunikace s IT
V prostředí IT komunikuje Simatic S7-400 s modulem CP 443-1 IT jako webový server se stránkami v jazyce HTML přístupnými prostřednictvím standardních prohlížečů. Implicitní webové stránky, předem vytvořené s využitím libovolného nástroje, se zavádějí do systému pomocí protokolu FTP (File Transfer Protocol). Sdělení elektronické pošty se odesílají z uživatelského programu příkazem FC.

Základní technické parametry
Základní technické parametry modulu CP 443-1 IT jsou, kromě již uvedených, tyto:

  • průmyslová síť Ethernet s plně duplexní komunikací rychlostí 10 nebo 100 Mb/s s automatickým přepínáním (ITP nebo AUI, pomocí redukce i běžný TP nebo tenký koaxiální kabel);
  • webový server s kapacitou 1 MB (z té asi 250 kB zaujímají skripty Java dodané výrobcem);
  • systém pro správu souborů s kapacitou 10 MB;
  • server TCP/IT a S7 - PG/OP s až 48 spojeními;
  • pracovní teplota 0 až 60 °C, relativní vlhkost 95 % při 25 °C;
  • mechanické provedení podle S7-400 (rozměry 25 × 290 × 210 mm, hmotnost asi 0,7 kg).

Výkonný systém pro správu souborů může pracovat jak se stránkami v jazyce HTML, tak např. se soubory obsahujícími dokumentaci ke stroji, uživatelskou nápovědu apod.

Činnost modulu

Webový server
Po instalaci do řídicího systému je třeba komunikační modul začlenit do hardwarové konfigurace systému (v programovacím prostředí Step 7 V5.0 nebo novějším). Nastaví se adresa IP, přenášené kanály (jsou-li použity symbolické názvy proměnných), přístupová práva, hesla a přihlašovací postupy. Modul je od výrobce vybaven vlastními webovými stránkami, což usnadní orientaci při vytváření uživatelských webových stránek.

Součástí dodávky je dále kompaktní disk s příklady, uživatelskými příručkami a ukázkovými programy v pěti jazykových mutacích. Vlastní webové stránky si uživatel vytváří obvyklým způsobem za pomoci běžně dostupného softwaru (např. FrontPage firmy Microsoft).

Odlišně se postupuje pouze při přenosu nebo nastavování proměnných z řídicího systému Simatic. V takovém případě se pro přenos používají skripty v jazyce Java dodané výrobcem modulu a je nutné zachovat strukturu některých adresářů.

K parametrizaci skriptů Java dodává výrobce vlastní software. Lze je také snadno parametrizovat ručně přímo ve zdrojovém tvaru HTML nebo pomocí běžných utilit, které obsahuje např. Microsoft FrontPage. Vše je přehledně popsáno v přiložené uživatelské příručce. Pro správnou funkci skriptů Java je důležité použít správnou verzi firmwaru procesorové jednotky (pozor při instalaci modulu do starších zařízení). Firmware je možné bez problémů aktualizovat stažením nové verze z webových stránek firmy Siemens. Program Step 7 obsahuje nástroj pro tento účel.

Dále existují skripty pro údržbu systému a kontrolní skripty. Je možné vyzkoušet zasílání kontrolních zpráv elektronické pošty na libovolné adresy. Přenos vytvořených stránek do komunikačního modulu je velmi jednoduchý. Je možné použít běžných klientů pro protokol FTP, např. známý Windows Commander.

Vytvořené stránky se uloží do paměti RAM, kde je možné je libovolně testovat a přepisovat (pozor na zachování doporučené struktury adresářů). Po odladění jsou uloženy do paměti Flash EPROM, kde jsou trvale uchovány. Prostřednictvím webových stránek lze v systému realizovat různé úrovně přístupových práv (např. jen číst, číst a zapisovat apod.).

Vzhledem k tomu, že rozhraní IT je firmou Siemens publikováno (uživatelská příručka ve formátu .PDF je na CD přiloženém ke každé kartě), může uživatel použít i vlastních skriptů Java. Přitom je třeba respektovat, že výrobcem jsou skripty Java napsány podle standardu firmy Sun, a vyžadují tudíž pro svoji funkci program Sun Java plug-in (nebo kompatibilní). Microsoft Java Virtual Machine není s uvedeným standardem kompatibilní. Netscape Navigator příslušnou podporu obsahuje. Do prostředí Microsoft Internet Explorer je nutné příslušný modul plug-in doplnit nebo napsat vlastní nový.

Elektronická pošta
Komunikační procesor umožňuje zasílat zprávy elektronické pošty na velký počet adres na základě událostí v systému. Vlastní postup zasílání a skladbu zpráv řídí program sestavený ve vývojovém prostředí Step 7 pomocí funkčních bloků dodaných výrobcem. Zde je možné různým událostem přiřadit různé zprávy a adresy. Počet a délka zpráv apod. jsou omezeny pouze kapacitou paměti v procesorové jednotce. Jestliže se použijí různé internetové služby (voláním 42060xxxxxxx@sms.paegas.cz, +42060xxxxxxx@sms.eurotel.cz, Gatemobil.cz apod.), lze zprávy doručit prostřednictvím mobilního telefonu, faxu apod.

Ostatní komunikační služby modulu
Ke shora uvedeným funkcím webového serveru a elektronické pošty dokáže modul CP 443-1 IT kromě samotného protokolu ISO vše, co umí běžný modul CP 443-1, tj. přenosový protokol TCP/IP, komunikaci s programovacími zařízeními operátorskými panely (PG/OP), komunikaci typu S7 a komunikaci kompatibilní s S5 (ISO, TCP/IP, UDP a send/receive).

Přínos komunikačního modulu CP 443-1 IT
Komunikační modul CP 443-1 IT určený pro řídicí systémy Siemens Simatic řady S7-400 představuje vrchol současné komunikační technologie na bázi Ethernet TCP/IP. V prodeji je také komunikační modul pro řídicí systémy Simatic S7-300, jichž je v provozu ještě mnohem více než PLC řady S7-400.

Modul CP 443-1 IT plnohodnotně nenahrazuje prostředky pro řízení procesů v reálném čase, ale je prvkem významně zjednodušujícím přístup k informacím na manažerské a řídicí úrovni. U méně náročnějších celků může převzít i funkci vizualizace. Uplatní se všude tam, kde se uživatel rozhodne vybudovat jednotnou informační podnikovou síť na základě internetových technologií (intranet).

Modul CP 443-1 IT je konstruován s ohledem na použití v průmyslovém prostředí:

  • přístupu k údajům z výroby chráněnému heslem slouží standardní webový prohlížeč, což pro zákazníka znamená menší náklady na software;

  • zprávy vázané na události se přenášejí standardními komunikačnímu technikami globální nebo místní elektronické pošty;

  • PLC řady Simatic S7-400 lze přímo integrovat prostřednictvím průmyslové sítě Ethernet s rychlostí až 100 Mb/s, a to i do komplexních systémů řízení;

  • možnost integrovat PLC řady Simatic S7-400 prostředky kompatibilními s řadou Simatic S5 znamená ochranu případných stávajících zákazníkových investic;

  • protože protokol TCP/IP je základem rozlehlých sítí (Wide Area Network – WAN), lze využívat i programování PLC na dálku, a to i po telefonní síti (např. ISDN);

  • jediný komunikační modul poslouží v různých aplikacích: pro programovací zařízení a PC, operátorské panely, PLC Simatic S5/S7 i prostředí IT.

Hodnotitelskou komisí soutěže o Zlatý Amper 2000 byly oceněny zejména komfortní obsluha a široká škála uživatelských funkcí modulu Simatic CP 443-1 IT. Modul podporuje nejnovější trendy řízení výroby a vertikální integrace dat v průmyslovém podniku s použitím internetových technik.

Literatura:

[1] SIEMENS: Simatic Net CP 443-1 IT communications processor. Preliminary information for Catalog IK 10-2000.

[2] SIEMENS, Praha: Tisková informace, 21. 4. 2000.

[3] TERINVEST, Praha: Tisková informace, 20. 4. 2000.

[4] http://www.siemens.de/net/ik-info

[5] SIEMENS, Pravda, V.: CP443–1 IT. Interní materiál, 2000.

[6] CB ELECTRIC, Juráš, P.: CP 443–1 IT. Firemní materiál. 2000.