Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt anhand von DeviceNet den Netzwerkaufbau mit Produkten von Delta EMC. Anhand von Beispielen lernen Anwender ohne Vorkenntnisse der Delta EMC Automatisierungsplattform schnell die notwendigen Kenntnisse für den Entwurf und die Anwendung von DeviceNet-Feldbusnetzwerken. Schlüsselwörter: DeviceNet, Scanlist 1. Einleitung: Feldbusnetzwerke für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind eine wichtige Technologie für die SPS-Entwicklung und -Anwendung. Feldbusse ermöglichen den Einsatz von SPS in übergeordneten Manufacturing Execution Systems (MES) in industriellen Umgebungen und bieten Anwendern dadurch größere Vorteile. Die Feldbustechnologie, die als Revolution in der Steuerungstechnik gilt, hat seit ihrer breiten Anwendung Ende des 20. Jahrhunderts in der Fertigungsindustrie zunehmend an Bedeutung gewonnen und ist weltweit zu einem wichtigen Thema in der Automatisierungstechnik geworden. Feldbusbasierte intelligente Automatisierungsinstrumente für industrielle Prozesse und moderne offene Automatisierungssysteme bilden die Systemarchitektur einer neuen Generation vollständig offener Automatisierungssteuerungssysteme. Derzeit existieren mehr als zehn international anerkannte Feldbusse mit jeweils eigenen Charakteristika und Anwendungsbereichen. Dieser Artikel beschreibt anhand von DeviceNet den Netzwerkaufbau mit Produkten von Delta EMC. 2. Einführung in DeviceNet DeviceNet ist ein Feldbusstandard, der von Rockwell Automation in den USA entwickelt wurde. Derzeit sind über 300 Unternehmen als Mitglieder der ODVA registriert. Weltweit bieten mehr als 500 Unternehmen DeviceNet-Produkte an. Als leistungsstarkes Protokoll nimmt DeviceNet derzeit eine führende Marktposition in den USA und Asien ein, und seine Systemlösungen verzeichnen auch in Europa ein signifikantes Wachstum. Das DeviceNet-Protokoll ist einfach aufgebaut und relativ kostengünstig zu implementieren, bietet aber dennoch eine extrem hohe Leistung für Systeme, die den Feldbus der niedrigsten Ebene nutzen (z. B. Netzwerke aus Sensoren, Aktoren und zugehörigen Steuerungen). DeviceNet-Geräte reichen von einfachen Lichtschranken bis hin zu komplexen Vakuumpumpen, die in der Halbleiterfertigung eingesetzt werden. Wie bei anderen Protokollen besteht die grundlegendste Funktion des DeviceNet-Protokolls im Datenaustausch zwischen Geräten und ihren zugehörigen Steuerungen. Daher basiert diese Kommunikation auf einem verbindungsorientierten Kommunikationsmodell (Punkt-zu-Punkt- oder Mehrpunktübertragung). DeviceNet kann daher sowohl im Master-Slave- als auch im Multi-Master-Modus betrieben werden. DeviceNet-Nachrichten werden hauptsächlich in Prozessnachrichten mit hoher Priorität (E/A-Nachrichten) und Verwaltungsnachrichten mit niedriger Priorität (Direktnachrichten) unterteilt. Beide Nachrichtentypen können durch Segmentierung Daten beliebiger Länge übertragen. Ein DeviceNet-Netzwerk mit Baudraten von 125 k, 250 k und 500 k unterstützt bis zu 64 Knoten. Die Geräte können über ihre eigene Stromversorgung oder über den DeviceNet-Bus mit Strom versorgt werden. Die vordefinierte Master/Slave-Verbindung eignet sich für einfache DeviceNet-Slave-Geräte. Als Teilmenge des DeviceNet-Protokolls unterstützt sie Direktnachrichten vom Master zum Slave, Polling-E/A-Nachrichten, bitselektierte E/A-Nachrichten sowie Statusänderungs-/zyklische E/A-Nachrichten vom Slave zum Master. Der verbindungslose Nachrichtenverwaltungsport (UCMM) und dynamisch generierte Direkt- und E/A-Verbindungen eignen sich für komplexere Slave-Szenarien, in denen Slaves mehrere Master unterstützen und Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu anderen Geräten aufrechterhalten können. Start- und Herunterfahrnachrichten sind speziell für sicherheitsrelevante Systeme konzipiert. Die Offline-Verbindungseinrichtung vereinfacht die Konfiguration unkonventioneller Komponenten. DeviceNet-Kommunikation und -Anwendungen basieren auf einem Objektmodell. Vordefinierte Objekte vereinfachen den Datenaustausch zwischen Geräten verschiedener Hersteller. Durch die Bildung von Gerätegruppen profitieren Anwender von einer weiteren Standardisierung. Basierend auf dem ISO-OSI-Modell (Open Systems Interconnection) spezifiziert die DeviceNet-Spezifikation neben Schicht 7 (Anwendungsschicht) auch Teile von Schicht 1 (Transceiver) und Schicht 0 (Übertragungsmedien) und bietet damit einen Standard für die physische Verbindung von DeviceNet-Knoten. Das Protokoll spezifiziert Steckverbinder, Kabeltypen, Kabellängen sowie kommunikationsbasierte Anzeige- und Bedienelemente und deren Gehäuseformen. Ein DeviceNet-Netzwerk mit Baudraten von 125 kbit/s, 250 kbit/s und 500 kbit/s unterstützt bis zu 64 Knoten. Die Geräte können über eine eigene Stromversorgung verfügen oder über den DeviceNet-Bus mit Strom versorgt werden. 3. Delta Electromechanical Products Feldbus-Design-Anforderungen 3.1 Softwareanforderungen ☆ WPL SOFT 2.09 — SPS-Programmiersoftware; ☆ ELinkConfigurator — DeviceNet-Netzwerkkonfigurationssoftware. 3.2 Hardwareanforderungen ☆ PS02 — Netzteilmodul ☆ DVP28SV — SPS-Master ☆ DNET-SL — Master-Kommunikationsmodul ☆ DT01-S — S-Type Slave-Kommunikationsmodul ☆ DNA02 — MODBUS/DeviceNet-Konvertierungsmodul ☆ RTU-DNET — Remote-I/O-Kommunikationsmodul ☆ DVP12SA — Slave-SPS ☆ DVP14SS — Slave-SPS ☆ DVP16SP — Slave-I/O ☆ VDF007M21A — Slave-Frequenzumrichter ☆ DTB9696 — Slave-Temperaturregler ☆ Standard-Netzwerkkabel (für Feldanwendungen ein spezielles Kabel verwenden) ☆ 120-Ohm-Widerstand × 2 4 Delta Electromechanical Products DeviceNet Hardware-Einstellungen 4.1 Netzwerkverbindungsdiagramm Abbildung 1 ist ein Beispieldiagramm für ein Netzwerk mit 1 Master und 4 Slaves. Wo: SPS-28SV ist die Masterstation, Knotenadresse ist 00. SPS-12SA ist Slave-Station 1. SPS-14SS Slave 2. Frequenzumrichter – VFD007M Slave 3. Temperaturregler – DTB9696 Slave 4. Remote-I/O-Modul – 16SP Slave 5. 4.2 Einrichtung von Slave 1: Slave 1 ist über DT01 mit dem Bus verbunden. Die Anschlussbelegung von DT01 ist in Abbildung 2 dargestellt. Zwischen den Pins 2 und 4 ist ein 120-Ohm-Widerstand geschaltet. Die Einstellung der DT01-Knotenadresse ist in Abbildung 3 dargestellt (Bereich: 00 bis 63); hier wird sie auf 01 gesetzt. Die Kommunikationsbaudrate von DT01 ist auf 500 kbit/s eingestellt (siehe Abbildung 4) . 4.2 Einrichtung von Slave 2: Slave 2 ist ebenfalls über DT01 mit einer 14SS-SPS verbunden. Die Knotenadresse ist auf 02 eingestellt. 4.3 Einrichtung von Slave 3: Slave 3 ist über einen DNA02 mit einem Wechselrichter VFD007M verbunden. Wechselrichter-Parametereinstellungen: Bevor Sie den Wechselrichter der VFD-M-Serie mit dem DNA02 verbinden, stellen Sie die Kommunikationsadresse des Wechselrichters auf 01 und das Kommunikationsformat auf 38400; 8,N,2;RTU ein (diese Kommunikationsrate und dieses Format sind fest; andere Kommunikationsraten und -formate sind ungültig; die Einstellungen sind in Tabelle 1 dargestellt). DNA02-Einstellungen: Stellen Sie zunächst die Pins 1, 2 und 3 des DIP-Schalters des DNA02 auf die Positionen „EIN“, „AUS“ bzw. „AUS“, um anzuzeigen, dass das an den DNA02 angeschlossene Downstream-Gerät der Wechselrichter ist. Stellen Sie anschließend die Pins 4 und 5 des DIP-Schalters des DNA02 auf „OFF“ und „OFF“, um den Kommunikationsmodus zwischen DNA02 und dem Wechselrichter VFD-M auf RS-485 einzustellen (siehe Abbildung 5). Die Knotenadresse ist auf 04 eingestellt. 4.5 Einstellungen für Slave-Station 4: Slave 4 ist über einen DNA02 mit einem Temperaturregler DTB9696 verbunden. Einstellungen für den Temperaturregler: Bevor Sie den Delta-Temperaturregler an den Bus anschließen, stellen Sie die Kommunikationsadresse des Temperaturreglers auf 01, das Kommunikationsformat auf 38400; 7,E,1;ASCII (diese Datenrate und dieses Format sind fest; andere Datenraten und Formate sind ungültig) und den Wert von 0810H auf FF00H ein, d. h. die Schreibkommunikation ist aktiviert. DNA02-Einstellungen: Stellen Sie die Pins 1, 2 und 3 des DIP-Schalters auf „EIN“, „EIN“ bzw. „AUS“. Dies signalisiert, dass das an DNA02 angeschlossene Downstream-Gerät der Temperaturregler ist. Stellen Sie anschließend die Pins 4 und 5 des DIP-Schalters von DNA02 auf „AUS“ bzw. „AUS“. Dadurch wird die Kommunikation zwischen DNA02 und dem Temperaturregler VFD-M auf RS-485 eingestellt. Die Knotenadresse ist auf 04 eingestellt. 4.6 Slave-5-Einstellungen: Slave 5 ist über ein RTU-DNET als Remote-I/O mit einem 16SP verbunden. Stellen Sie die Knotenadresse auf 05 ein und schließen Sie einen weiteren 120-Ohm-Abschlusswiderstand an das RTU-DNET an. 5 DeviceNet-Softwarekonfiguration für elektromechanische Produkte von Delta : Nach dem Einrichten des DeviceNet-Netzwerks konfigurieren Sie die DeviceNet-Netzwerkgeräte mit der Software ElinkConfigurator. Wenn Sie den COM1-Anschluss Ihres PCs bereits mithilfe des mitgelieferten seriellen Kommunikationskabels mit der COM1-Schnittstelle des Delta SV-Hosts verbunden haben, gehen Sie wie folgt vor: (1) Doppelklicken Sie auf die Datei „ElinkConfigurator.exe“, um die ElinkConfigurator-Software zu starten (siehe Abbildung 6). (2) Wählen Sie „Setup“ >> „Kommunikationseinstellungen“ >> „Systemkanal“. Daraufhin öffnet sich das Dialogfeld „Serielle Schnittstelleneinstellungen“ (siehe Abbildung 9). Legen Sie hier die Kommunikationsparameter zwischen PC und SV-Host fest, z. B. „Serielle Schnittstelle“, „Kommunikationsadresse“, „Kommunikationsrate“ und „Kommunikationsformat“. Klicken Sie nach der korrekten Einstellung zur Bestätigung auf „OK“ (Abbildung 7). (3) Klicken Sie auf die Schaltfläche „Online“. Die ElinkConfigurator-Software beginnt nun mit dem Scannen des gesamten Netzwerks (siehe Abbildung 8). (4) Bewegt sich der Fortschrittsbalken im Dialogfeld nicht, ist die Kommunikationsverbindung zwischen PC und SV-SPS entweder nicht korrekt oder die serielle Schnittstelle wird von anderen Programmen auf dem PC verwendet. Nach Abschluss des Scans wird die Meldung „Netzwerksuche abgeschlossen“ angezeigt. Anschließend werden die Symbole und Gerätenamen aller gescannten Knoten im Netzwerk in der Softwareoberfläche angezeigt (siehe Abbildung 9) . (5) Um die E/A-Kommunikation zwischen der DVPDNET-Masterstation und der DeviceNet-Slave-Station herzustellen, muss zunächst die E/A-Datenlänge der DeviceNet-Slave-Station konfiguriert werden. Im Folgenden wird anhand des Beispiels DNA02 (für VFD-M-Wechselrichter) veranschaulicht, wie die E/A-Datenlänge der DeviceNet-Slave-Station konfiguriert wird, um den E/A-Datenaustausch zwischen der DVPDNET-Masterstation und der DeviceNet-Slave-Station zu realisieren. Doppelklicken Sie auf den Knoten 04NODE in Abbildung 11. Das Dialogfeld aus Abbildung 10 wird angezeigt. Stellen Sie die Eingangs- und Ausgangsgröße jeweils auf 4 Byte ein, aktivieren Sie „Abfrageeinstellung“ und klicken Sie anschließend auf „OK“, um zu bestätigen. Damit ist die Kommunikation mit der DeviceNet-Station 1 abgeschlossen. Konfiguration der E/A-Länge der Slave-Station (DNA02+VFD-M-Wechselrichter). (6) Doppelklicken Sie auf das Symbol „DVPDNET“. Das Dialogfeld „Scannermodul-Konfiguration“ wird angezeigt (siehe Abbildung 11). In der Liste auf der linken Seite sehen Sie die aktuell verfügbaren Geräte. (7) Verschieben Sie die DeviceNet-Slave-Geräte aus der Liste auf der linken Seite in Abbildung 11 in die Scanliste der DVPDNET-Master-Station. Die einzelnen Schritte sind: Wählen Sie das DeviceNet-Slave-Gerät aus und klicken Sie anschließend auf das Symbol „">", wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Im Anschluss an diesen Schritt können die DeviceNet-Slave-Knoten nacheinander in die Scanliste der DVPDNET-Masterstation verschoben werden (siehe Abbildung 12). (8) Nachdem der konfigurierte DeviceNet-Slave in die Scanliste der DVPDNET-Masterstation verschoben wurde, wird er automatisch den Ein- und Ausgängen der Masterstation zugeordnet (siehe Abbildung 13). Klicken Sie auf einen beliebigen Knoten in der Scanliste, um zu sehen, dass er DVPDNET zugeordnet ist. Die Ein- und Ausgänge sind direkt den Speicheradressen des SV-Hosts zugeordnet und können für die WPLSoft-Programmierung verwendet werden. (9) Nachdem Sie überprüft haben, ob keine Fehler vorliegen, klicken Sie auf „OK“ und laden Sie die Konfiguration auf DVPDNET herunter. Befindet sich der SV-Host während des Downloads im Status „RUN“, erscheint ein Warnhinweis (siehe Abbildung 13). (10) Klicken Sie auf „OK“, um den Download abzuschließen (Abbildung 14). [ALIGN=CENTER][ALIGN] (11) Nach Abschluss des Downloads erscheint ein Warnhinweis, der Sie fragt, ob die SPS gestartet werden soll (Abbildung 15). Klicken Sie auf „OK“. Die LEDs „MS“ und „NS“ des RTU-DNET leuchten grün. Die Kommunikationsstationsnummer des DVPDNET wird angezeigt. Die DeviceNet-Konfiguration ist nun abgeschlossen. 6. SPS-Programmierung: Gemäß der Adresszuordnung zwischen den einzelnen Slave-Stationen und der Master-Station 28SV in Abbildung 14 kann jede Slave-Station programmiert werden. Im Folgenden finden Sie ein einfaches Steuerungsprogramm: Selbstverständlich kann dem gesamten Netzwerk auch eine benutzerfreundliche Mensch-Maschine-Schnittstelle hinzugefügt werden (siehe Abbildung 16) . 7. Fazit: Dieser Artikel beschreibt anhand einer Fallstudie detailliert den Entwurfsprozess eines DeviceNet-Feldbusnetzwerks auf Basis elektromechanischer Produkte von Delta. Aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit, Echtzeitfähigkeit und Zuverlässigkeit hat sich das Busnetzwerk als bevorzugte Lösung für elektromechanische Feldprodukte von Delta etabliert. Das DeviceNet-Busprodukt von Delta ist einfach zu konfigurieren und leicht zu programmieren, sodass jeder Benutzer auch ohne Vorkenntnisse schnell mit der Anwendung beginnen kann.