Basisinleiding. Edwin Slot. De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Transcriptie

1 1 Basisinleiding voor IO-link Edwin Slot

2 Basis inleiding voor IO-link

3 3 Overzicht Wat is IO-Link? Nieuwe mogelijkheden voor het verbinden van sensoren en actuatoren Toekomstige eisen en wensen Huidige situatie Stand van zaken omtrent IO-Link Samenvatting IO-Link consortium IO-Link producten Technologie Positie in de automatiseringspiramide Topologie en voorwaarden Technologie in detail Opslag van data Specificatiies Standaard parameters Profielen van de apparaten

4 4 Wat is? IO-Link master module Een nieuw bussysteem? - NEE! Een point-to-point verbinding I/O niveau sensoren/actuatoren 3-draads standaard aansluitkabel IO-Link sensor Het verzend Digitale/analoge procesdata Parameters Diagnose informatie standaard kabel

5 De communicatie standaard voor de laatste meters naar sensoren en actuatoren

6 6 Toekomstige eisen en wensen... bij toepassing van sensoren en actuatoren Universele verbinding Gestandaardiseerde set-up en documentatie bij opzetten van de systeem configuratie Gestandaardiseerde check, set-up en opslag van parameter settings Eenvoudige integratie van de diagnose informatie tot aan de sensor/actuator Reductie van kosten door inzichtelijkheid van het gehele systeem

7 7 Huidige situatie - 1. Bekabeling Verschillende aansluitmodules Analoge sensoren Analoge actuatoren Digitale sensoren/actuatoren Eventueel nieuwe modules plaatsen bij uitbreiding ingangen Speciale kabels voor I/O combinaties Conversie verliezen bij analoge signalen bar ma bar

8 Huidige situatie - 2. Systeemconfiguratie Slechts tot aan het veldbusniveau Manuele check van de hardware en software versies? V 1.2 V 2.3? V 1.2 Gelimiteerde systeem documentatie m.b.t. hardware configuratie Systeemcheck van de huidge configuratie is niet mogelijk Manuele check of vervangende componenten compatibel zijn

9 9 Huidige situatie - 3. Parameter setting Direct op het apparaat zelf Data is alleen locaal opgeslagen Toegang via de PLC is niet mogelijk Via leverancier specifieke interface Speciale configuratiesoftware Extra aansluitkabel Toegang via de PLC is niet mogelijk Via een veldbus interface Veldbus-specifieke hardware Additionele veldbus parameter setting Tijd en geld verslindende verbinding

10 10 Huidige situatie - 4. Systeem diagnose Errors (intern/extern) zijn niet vast te stellen Digitaal: detectie is niet mogelijk V: 0 V is een erkendewaarde 4 20 ma:0 ma staat mogelijk voorfoutin apparaat Diagnostiek met conventionele verbindingstechniek Directe verbinding met het apparaat In de PLC alleen beschikbaar als ongedefinieerde waarde Diagnostiek via een veldbus interface Vedlbus specifieke hardware Slechts in een klein aantal apparaten beschikbaar Ethernet veldbussen zijn (nog) duur

11 11 Huidige situatie - 5. Systeem kosten Combinatie van verschillende inputs en outputs Multi-polige(afgeschermde) verbindingen Complexe bekabeling Vervangende apparaten zijn meestal niet compatibel qua bekabeling Parameter setting/diagnose tot aan de sensor/actuator Veldbus specifieke hardware Veldbussen vereisen specifieke bekabeling Additionele inspanning nodig bij ontwikkeling Verschillende artikelnummers Beperkte keuze mogelijkheden per artikel Hoge kosten m.b.t. spare-voorraad Kosten voor de units zijn hoog

12 12 Situatie met IO-Link - 1. Bekabeling IO-Link poorten Schakelsignalen en gemeten waarden zijn beiden te kiezen/gebruiken Digitale p-schakelende sensoren zijn aan te sluiten in standaard I/O (SIO) mode Actuatoren en I/O combinaties Inputs en outputs zijn vrij te selecteren Verschillendeinputs en outputs zijn per unit toegestaan Direct schakelend signaalis mogelijkvia M12, pin 2 Een kabel voor alle apparaten Niet afgeschermde kabel voor standaard sensor PLC waarden zijn identiek als de sensor waarden. Geen conversie-verliezen bar IO-Link bar

13 13 Situatie met IO-Link - 2. Systeem configuratie IO-Link apparaten zijn centraal geprojecteerd Configuratie via veldbussen Systeem scan (bottom up) of offline configuratie (top down) FDT standaard software V 1.2 V 2.3 Automatische versie monitor van alle apparaten Fabrikant, apparaat en serienummer Documentatie via hardware configuratie IODD electronisch IO-Link database Checken van de huidige configuratie Automatische vergelijking met verwachte/actuele verbinding Compatibiliteit van vervangende apparaten IO-Link Device Description IODD Apparaten krijgen automatisch de settings van de vergelijkbare voorganger

14 14 Situatie met IO-Link - 3. Parameter setting Gestandaardiseerde toegang tot parameters in apparaten PLC toegang met standaard funktieblokken Door de veldbussen heen Parameters zijn ten allen tijde en overal op te vragen Direct via de apparaten Locaal of centraal via software Via een verbindingskabel; geen extra kabel nodig Via eenifm memory plug Parameters automatisch opgeslagen In de IO-Link master In het hogereniveau van de besturing In de ifm memory plug Parameter setting met de PLC configuratie software Parameters zijn vanuit de PLC te versturen naar de sensor/actuator Standaard vertaalslag voor IODD IO-Link Device Description IODD

15 15 Situatie met IO-Link - 4. Systeem diagnose Interne/externe errors zijn makkelijk te signaleren Automatische detectie bij IO-Link apparaten Diagnose voor IO-Link apparaten Meldingen, logboek en alarmeringen verstuurd aan veldbus Van de veldbus naar de PLC De status van het apparaat is weergegeven in scada software Standaard geïntegreerd in simpele apparaten Wire break Pressure sensor

16 16 Situatie met IO-Link - 5. Systeem kosten Een apparaat voor verschillende taken Integratie van digitale en analoge inputs alsook outputs Lage kosten per apparaat Verschillende meetwaarden Inputs en outputs zijn te versturen via de parameter setting Parameter setting/diagnose is geïntegreerd in bijna alle sensoren zonder dat er hoge kosten tegenover staan Lage extra kosten voor IO-Link apparaten IO-Link veldbusverbinding is goedkoper dan een analoge input kaart Tijdbesparing door parametersettings via de PLC of PC te realiseren Een bekabeling voor alle veldbussen Geen speciale verbindingen naar een veldbus nodig Somige IO-Link sensoren zijn binair aan te sluiten can currently be used with IO- Link

17 17 Samenvatting toekomstige eisen en wensen... bij toepassing van sensoren en actuatoren Aansluiting Economische verbinding van sensoren en actuatoren Systeem configuratie Gestandaardiseerde configuratie voor alle systemen Parameter setting Gestandaardiseerde function calls en data opslag Systeem diagnose Automatische integratie van status en events van apparaten IO-Link Device Description IODD Systeem kosten Eenvoud en standaardisering besparen kosten

18 1 Het IO-Link consortium IO-Link wordt ondersteund door veel bedrijven Versie 1.0 bestaat sinds 200 Versie 1.1 sinds januari 2010 IEC SDCI, midden-2010 Single-drop digitale communicatie interface voor kleinesensoren en actuatoren (draft)

19 Sensoren met IO-link

20 20 Producten,, IO-Link master IO-Link AS-i module Parameter opslag in the module Plug and Communication mode CTT2 slave AS-i 2 IO-Link poorten per module Configuratie, parameter setting en diagnose via acyclische benadering Snelle reactietijd van een schakelpunt per poort (<= 5 ms) Cyclic transmission of values Aansluiting van binairesensoren en actuatoren mogelijk Vervangende sensoren worden gedetecteerd ook in de SIO mode

21 21 Producten, IO-link master overzicht IO-link masters

22 22 Producten, IO-link optische, ultrasonoor...

23 23 Producten,, IO-Link temperatuur Intelligente temperatuur sensoren Calibratievrije temperatuursensoren Pt100/Pt1000 koptransmitter in verschillende combinaties mogelijk Analoge uitgang en driftbewaking Scantijden drift in te sellen IO-Link specificatie 1.0 en 1.1

24 24 Producten,, IO-Link druksensoren Geoptimaliseerde druksensor Druksensorvoormobiele- en hygiënische applicaties Resistent tegen schokken tot 1000 g Keuze uit schakelende of analoge uitgangen of combinaties Robuust, betrouwbaar en nauwkeurig IO-Link specification 1.0 en 1.1

25 25 Producten IO-link memory plug Data opslag in miniatuur formaat Snelle en simpele parameter setting van IO-Link sensoren Gemakkelijkkopiëren en opslaan van sensor data Check van de systeem configuratie tijdens opstart Universeletoepasbaarvoor IO-Link sensoren Re-writable zo vaak als gewenst ecolink M12 connector

26 26 Memory plug in detail LED status Voorwaarden Storingsparameters eenmalig of voor de eerste keer Continu storingsparameters Kopiëren van de parameter set Setting van de parameters van een vervangende sensor Herstellen van de parameter set Configureren via de teach button zonder zonder PC PC Schrijven via PC Uitlezen via PC Configureren via PC met met PC PC Overzicht van de werkingsindicaties

27 27 Status van de groene READ en WRITE LEDs LED off LED on LED flashes (1 Hz) LED flashes (4 Hz) LED flickers

28 2 Voorwaarden Niet ondersteund: Negatief-schakelende sensoren IO-Link actuatoren Werking i.c.m. met een IO-Link master Overschrijven van data is afgeschermd door een toegangscode Data opslag na de volgende handelingen: Voedingsspanning aanleggen Verbinden van de memory plug met de sensor Na opslaan van de parameters, sensorsignalen via pin 4 zijn ongewijzigd De fabrikant van de IO-Link sensor moet alle parameters ter beschikking stellen die nodig zijn bij vervanging van sensoren

29 29 Opslaan parameters voor de allereerste keer De memory plug is bij levering leeg/[write protected]) Verbindt de memory plug met de voedingsspanning U B MP is leeg [Write protected] Verbindt de memory plug met de sensor. U B De memory plug leest de parameter settings uit van de sensor en slaat ze op. Uitlezen U B Uitlezing beëindigd MP gevuld met data [Write protected] LED off LED on LED flashes (1 Hz) LED flashes (4 Hz) LED flickers

30 30 Continu opslaan van storingsparameters Memory plug in de [Read Write] mode MP is leeg [Read Write] MP gevuld met data [Read Write] Installeer de memory plug tussen sensor en PLC input; parameter setting van de sensor is veranderd (PP) L+ Out 2 Out 1 L- L+ P Out 2 Out 1 P L- Indiende voedingsspanning eraf is geweest en er weer is opgezet, leest de memory plug de veranderde parameter set P' en slaat deze op. P Lezen data in MP L+ Out 2 Out 1 L- P Uitlezing beëindigd MP gevuld met data [Read Write] LED off LED on LED flashes (1 Hz) LED flashes (4 Hz) LED flickers

31 31 Kopiëren van de parameter set Memory plug with data in the mode [Write protected] Verbindt de memory plug met de voedingsspanning U B MP gevuld met data [Write protected] Verbindt de memory plug met de sensor van hetzelfde type. De memory plug schrijft de parameter set naar de sensor. Schrijven vindt plaats U B Schrijven afgerond MP gevuld met data [Write protected] Herhaal de procedure zo vaak als u wilt. U B LED off LED on LED flashes (1 Hz) LED flashes (4 Hz) LED flickers

32 32 Parameters in een vervangende sensor zetten Memory plug met data in the mode [Write protected] of [Read Write] Verbindt de memory plug met de voedingsspanning U B MP gevuld met data [Write protected] MP gevuld met data [Read Write] Verbindt de memory plug met eensensor van het zelfde type. De memory plug schrijft de parameters naar de nieuwe sensor. U B Schrijven data In de [Read Write] mode moet de sensor de fabrieksinstelling bevatten. Uitwisseling is afgerond MP gevuld data [Write protected] MP gevuld met data [Read Write] LED off LED on LED flashes (1 Hz) LED flashes (4 Hz) LED flickers

33 33 Restoring a parameter set Memory plug met data in the mode [Write protected] Plaats de memory plug tussen de sensor en de PLC ingang. L+ Out 2 Out 1 L- De parameter set is gewijzigd (P P). L+ Out 2 Out 1 L- P P MP gevuld met data [Write protected] Indiende voedingsspanning eraf is geweest en er weer is opgezet, leest de memory plug de veranderde parameter set P' en slaat deze op. P Uitlezen data L+ Out 2 Out 1 L- P Uitlezen gestopt MP gevuld met data [Write protected] LED off LED on LED flashes (1 Hz) LED flashes (4 Hz) LED flickers

34 34 Configureren van de memory plug via de teach button L+ BN WH BK L- BU T Switchen tussen [Write protected] naar [Read Write] of verse versa: Houd de teach button ingedrukt voor meer dan 10 s en minder dan 13 s: Terug naar de fabrieksinstelling: Houd de teach button ingedrukt voor meer dan 15 s en minder dan 1 s: t [s] t [s]

35 35 Schrijven naar memory plug via PC FDT service programma Start de "ifm container in the pointto-point mode. Selecteer de offline modus. Selecteer het apparaat van welkeje de parameters wil schrijven naarde memory plug: Stel de parameters in zoals gewenst. Verbindt de memory plug via de IO-Link interface. Schrijf de parameter set naar de memory plug.

36 36 Uitlezen van de memory plug via PC Verbindt de memory plug via de IO-Link interface FDT service programma Start de "ifm container in de point-to-point mode Selecteer "Automatic device selection" De memory plug verstuurt zijn parameters naar de parametersettings in de software: De parameter set wordt getoond als waarden van de sensor De data is te veranderen en kan weer geschreven worden in de memory plug (schrijven naar de memory plug via PC).

37 37 Configureren van de memory plug via PC FDT service programma Start de "ifm container in de pointto-point mode. Selecteer de offline mode. Selecteer de memory plug uitde apparatenlijst Kies tussen de [Write protected] en [Read Write] voorde selectievan de juiste mode. Verbindt de memory plug via de IO-Link interface. Schrijf de parameter set naar de memory plug. Klikop "Reset" om de memory plug meteen terug te zetten naar de fabrieksinstelling Reset

38 3 Overzicht van de operation indications Fabrieksinstelling, MP is leeg [Write protected] MP is leeg [Read Write] MP gevuld met data [Write protected] MP gevuld met data [Read Write] MP schrijft de opgeslagen parameters naar de sensor MP leestde parameters van de sensor MP in de mode [Write protected] error in data uitwisseling MP is in de [Read Write] mode error in data uitwisseling Geen voedingsspanning De verbonden sensor is niet van het zelfde type alternately LED off LED on LED flashes (1 Hz) LED flashes (4 Hz) LED flickers

39 Technologie

40 40 Positie in de automatiserings pyramide

41 41 Topologie en voorwaarden hoger-niveau velbus AS-Interface, etc. Verbinding naar veldbussen via gateways Point-to-point IO-Link sensoren en actuatoren worden ondersteund IO-Link poorten IO-Link master In dit geval: AS-i veldmodule Binaire IO apparaten worden ondersteund standaard kabel point-to-point verbinding Binaire schakelaar IO-Link sensor IO-Link sensor IO-Link sensor/actuator binaire actuator binaire sensor

42 42 Technologie in detail combinatie met veldbussen Ethernet Profibus AS-i SIO

43 43 Technologie in detail - pin bezetting M12 connector conventioneel poort A Pin aansluiting Pin aansluiting 1 L+ 1 L+ 2 / analoog 2 / analoog 3 4 L -! 3 4 L - / IO-Link 5 n.c. 5 n.c. n.c. - not connected

44 44 Technologie in detail - data op pin 4 De standaard uitgang van schakelende sensoren kan gebruikt worden De sensor kan zowel een schakelend signaal als communicatiesignaal geven Verandering van een schakelende uitgang naar een communicatie uitgang is tijdens bedrijf mogelijk L C/Q L- Standaard I/O

45 45 Verlies in conventionele analoge waarden transmissie 5.50 Bedrading naar PLC input PLC Program A D µp D A 12. ma A D µp 5.63 bar scaling bar ma ma 5.50 Bedrading via de veldbus module 12. ma 1292 PLC Program A D µp D A µp µp 5.5 bar scaling bar ma

46 46 Transmissie van analoge waarden zonder verliezen met IO-Link 5.50 PLC IO-Link input PLC Program A D µp 5.50 bar µp 5.50 bar Visualisation bar Values are identical on all process displays 5.50 Veldbus module met IO-Link 5.50 bar 5500 PLC Program A D µp µp µp 5.50 bar Scaling bar

47 47 Data opslag Automatische parameter setting in geval van een vervangende sensor Backup: 1 parameter setting via tool/plc/menu 2 device event: DataStorageRequest 3 lezen van de parameters 4 opslaan van de parameters locally/remote 5 resetting DataStorageReqest Restoring the backup: A detecteren van een compatibel apparaat B parameter detectie veranderd: ID C schrijven van de parameters 4 C C A B AS-i

48 4 Specificatie max. 20 m Kabellengte tussen master - sensor: 20 m Medium: standaard sensor kabel, niet-afgeschermd 3-draads kabel Bekabelingsmogelijkheden: M12, M, M5, aansluitklemmen Physische transmissie laag: 24 V puls modulatie Data volume: van 1 bit (schakelingang) tot 32 bytes I/O procesdata 16-bit address room for data objects Data opslag: max. 2 kb in de master min. 2.3 ms Procesdata cyclustijd: min. 2.3 ms (2 bytes procesdata + 1 byte service data) Polling cyclus is vast te stellen via het apparaat (MinCycleTime)

49 49 Specificatie Communicatie via de schakelende ingang of uitgang Spanningsniveau gedefineerdt via gelimiteerde waardens Half duplex methode Baud rates: 4.; 3.4 en optioneel option 230 kbit/s, automatische detectie Communicatie mode (WakeUp): kortsluiting, max. 500 ma, ~0 µs Additioneel, electrisch geïsoleerde voedingsspanning (port B, optioneel) Pin Port A Pin Port B L+ / analogue L - / IO-Link n.c L+ U A + L - / IO-Link U A -

50 50 Standaard parameters MinCycleTime kortste tijdsinterval tussen 2 telegrammen, vastgelegd in de apparaten IO-Link revisie RevisionID voor het checken van de IO-Link versie en de uitwisselbaarheid ProcessDataIn Hoeveelheid aan data per sensor ProcessDataOut Hoeveelheid data per actuator Vendor ID Unieke identificatie van de fabrikant, IO-Link specificaties (ifm: 310, 0x136) Device ID Unieke identificatie van het apparaat, vrij toegekend door de fabrikant

51 51 Uitgebreide standaard parameters Naam fabrikant, fabrikant text Te lezen naam van de fabrikant, URL... Product naam, product ID Te lezen naam van het apparaat, artikelnummer Serienummer Hardware, firmware revisie Applicatie-specifieke naam Tekst van de eindgebruikerom aan tegeven omwelkapparaat het voor hem gaat

52 52 Profielen van de apparaten Beschrijft de data vanuit het apparaat en werkingsprincipe zodat de master weet wat het voor een apparaat is. Standaardiseerd de werking van apparaten van hetzelfde type "device class. Zijn vastgelegd voor verschillende apparaten door het IO-Link consortium. Verstuurt user data en parameters zoals gedefinieerd. Eenvoudige en gestandaardiseerde toegang tot proces data, parameters,... Vergemakkelijkt het werk en programmering. standardised device profile

53 53 Profielen van de apparaten - function classes Elk profiel omvat verschillende function classes Functions of a class support access to a group of parameters Example: FunctionClass [0x000] SensorIdentification VendorID (r) DeviceID (r) ProfileID (r) VendorName (r) ProductName (r) FirmwareRevision (r) ApplicationSpecificName (r/w) Functions of the class 0x000 support access to the parameters to the left reading (r) or reading and writing (r/w) This allows IO-Link devices to be addressed in a standardised manner

54 54 Profielen van de apparaten - profiel sensoren profiel van intelligente Voorbeeld profiel "smart sensor" Conventionele sensortype "intelligente sensor" analoge meetwaarde en schakelsignaal Onafhankelijk ten opzichte van de gemeten waarde Fabrikant-specifieke karakteristieken zijn mogelijk Optionele standaard functionaliteiten indien beschikbaar, staan beschreven in het profiel Smart sensor

55 55 Profielen van de apparaten - profiel sensoren Function classes van de "smart sensor profile" profiel van intelligente FunctionClass [0x000] SensorIdentification VendorID (r) DeviceID (r) ProfileID (r) VendorName (r) ProductName (r) FirmwareRevision (r) A.SpecificName (r/w) FunctionClass [0x003] SensorDiagnosis FunctionClass [0x004] TeachChannel FunctionClass [0x001] BinaryDataChannel BDC (r) SwitchPointLogic (r/w) SwitchingMode (r/w) S.PointHysteresis (r/w) SetPointValueSP1 (r/w) SetPointValueSP2 (r/w) PVinD (r) an own BDC object per switching signal parameters define how the switching signal reacts FunctionClass [0x002] ProcessDataVariable PVinD (r) PDV (r) Gradient (r) Offset (r) an own PDV object per analogue measured value here, parameters are saved for the transmission of the analogue value (example pressure). reading (r) or reading and writing (r/w)

56 56 Profielen van de apparaten - profiel sensoren profiel van intelligente Possible mapping of process data in the "smart sensor profile" using the example of a sensor with 2 switching signals and a process value 2 bytes IO-Link process data byte 0 byte II I 14 bit-process value (PDV) e.g. pressure in mbar SP2 SP1 (BDCs) process data of the sensor 1 analogue measured value, PDV (ProcessDataVariable) and 2 binary switching states, BDCx (BinaryDataChannels) are represented in 2 bytes IO-Link process data (mapped). The PLC receives the mapping via the profile. The programmer can immediately use the data.

57 57 Profielen van de apparaten profiel sensoren profiel van intelligente Proces data middels mapping in het "smart sensor profile" met een voorbeeld van een sensor met proceswaarden 2 bytes IO-Link process data byte 0 byte not used, value = bit-process value (PDV) e.g. pressure in mbar process data of the sensor 1 analogue measured value, PDV (ProcessDataVariable) is mapped in 2 bytes IO-Link process data. De PLC ontvangt de gegevens via het profiel. De programmeur kan direct beschikken over de data.

58 5 Profielen van de apparaten - conclusie Standaardisatie van data transmissies tussen IO-link apparaten en de PLC Toegankelijkheid tot procesdata en parameter data is sterk vereenvoudigd Fabrikant-onafhankelijk bij gebruikmaking van de standaard funktionaliteiten Gestandaardiseerde data transmissie van "intelligente" sensoren ongeacht het meetprincipe

59 Mogelijke applicaties? Te veel om op te sommen.