Komunikace řídicích systémů Simatic S7

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.

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

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.