Průmyslová automatizace, odborné texty, recenze

Sada pro bezdrátové propojení Profibus DP sběrnice se skládá z jednoho vysílače a jednoho až tří příjmačů podle potřeby a složitosti sítě pro řadu viBlu 200. Řada viBlu 100 je omezena rychlostí a jen jednou stanicí Slave. 

Na obrázku je sada vysílače, označená Master, která obsahuje samotný adaptér viBlu 200, programovací USB kabel, CD s parametrizačním softwarem, manuál a adaptér pro DIN lištu. Sada příjmače je naprosto shodná, jen nese označení Slave.

Anténa je dodávána zvlášť, ovšem není to proto, že by na Vás chtěl výrobce nějak šetřit, ale právě naopak, jedná se o běžnou WI-FI anténu kterou si můžete koupit v různých variantách podle Vaší potřeby a skutečného umístění zařízení.

Výběr nejdůležitějších technických parametrů zařízení viBlu 200/100:

• Napájení 18-30VDC/100mA max.
• Rychlost Profibus 9.6 kbps-1.5 Mbps / pro viBlu 100 9.6 kbps-187.5 kbps
• Profibus protokol DPv0 and DPv1.
• Rádio interface Bluetooth v pásmu 2,4GHz.
• Konektor antény RP-SMA.
• Maximální vzdálenost pro spojení cca 100m.
• Maximální počet Slave stanic 3 pro viBlu 200, nebo 1 pro viBlu100.
• Diagnostika pomocí LED.
• IP20.
• Provozní teplota 0 - 60°C.
• Protokol DPV0 and DPV1.

Sestava ET200S se Slave stanicí viBlu 200. Spodní modrá LED informuje o spárování a spojení s Master viBlu200 stanicí, vlevo nahoře pak zelená LED signalizuje probíhající komunikaci mezi I/O ET200S a master CPU S7-315DP.

Profibus DP připojení je pomocí klasického 9pin konektoru shora vedle antény, dole pak vidíme svorkovnici napájení a USB port pro parametrizaci. 

Tady už master viBlu 200 přímo u CPU Simatic. Než se ale propracujeme k tomuto výsledku, že vše svítí jak má a periferie ET200S se chová naprosto stejně jako při připojení kabelem, chvilku to potrvá. Musíme totiž obě viBlu stanice naparametrizovat pomocí speciálního software RadioParam. 

Instalace software v prvotní verzi 1.00 je bezproblémová a je hotova během několika okamžiků. Jiná věc je instalace USB ovladače. 

USB ovladač si nainstalují samotné Windows po připojení stanice do USB portu počítače. Instalují se dvě věci, jednou ovladač a podruhé COM port, takže celý cyklus instalace ovladače musíte projet dvakrát, což může být pro někoho neobvyklé překvapení.

Teprve až Windows ukončí instalaci i "sériového portu" bude vše OK.

Celý parametrizační program se spouští pouze v jednom okně, v horní části se po připojení modulu nastaví možnost spojení pomocí USB portu. Tohle probíhá automaticky, nemusíte se o nic starat, jen přepínáte kabel do viBlu stanice kterou potřebujete.

Hlavní a jediné okno programu. Některé nastavení nejsou ve zmenšenině náhledu přesně viděl, proto si dále ukážeme zvlášť možnosti nastavení pro Master viBlu stanici, a následně pro Slave.

Je potřeba dávat pozor, kde jsme zrovna připojeni, několikrát se mě stalo, že jsem parametrizaci pro Slave nahrál do Mastera a naopak. Program Vás na to totiž nijak neupozorní a zahájení nahrávání parametrů do modulu nelze žádným způsobem přerušit. Nic vážného se ale nestane, jen Vás to trochu zdrží.

Význam středních tlačítek je jasný, jen je škoda, že není v modré horní části okna vidět název právě otevřeného souboru s parametry. Výrobce nás ale ujistil, že se jedná o první verzi software, v následující budou tyto drobnosti upraveny.

Při prvním připojení je nutno nahrát nastavení z modulu, abychom získali jeho sw verzi, hw verzi, sériové číslo a MAC adresu.

Důležité je nastavit adresu stanice. Nejedná se ale o Profibus adresu, nýbrž o "rádiovou adresu". Pro přehlednost jsme měli rádiové adresy shodné s poslením dvojčíslím výrobního čísla viBlu, tedy 46 u Mastera.

Adresa partnera se nastaví automaticky po vyplnění parametrů v okně Slave pro připojení Point-to-point, tedy jeden Master a jen jeden Slave. Můžeme ale použít multi režim, tedy pro více slave stanic, pak u partnerské adresy je stále 0. Oba režimy nastavení jsou shodné, a je jen na Vás co si vyberete. neboť i pro multi režim máme klidně jen jednu stanici Slave, ostatní jsou deaktivivány. To vše ale uvidíme dále.

Velmi důležité je zatržítko "Activate PB diagnostic", které použijeme v případě využívání diagnostiky viBlu z PLC programu. Jednoznačně se ukázalo jako nutné pro profesionální použití, ale o tom dále. Adresy 2 a 10 jsou v tomto případě Profibus adresy, jak je máme nakonfigurovány v HW konfigu Step 7.

RF výkon nastavený na maximum, zajistí nejvyšší možnou vzdálenost spojení, cca 100 metrů.

Profibus filter time zatím necháme standardně, dá se s parametrem pohrát později. Mimochodem v manuálů máte možnost nastavení od 0 do 255 ale do políčka je možno zadat jen 99, chybky vývojářů Helmholz, opět po konzultaci bude tento detail v další verzi sw opraven.

A na závěr u nastavení master stanice si necháme volbu "Assignment of PB addres", tedy přiřazení profibusových adres do systému.

"Assignment of PB addres" je nejdůležitější volba, bez které nepojede Profibus komunikace. Rádiové spojení bude OK, ale I/O periferie si ani "neškrtne". Musíme proto vyplnit řádně tabulku Profibus adres všech účastníku komunikujících přes viBlu. Je nejvýš vhodné vyplnit tabulku přesně podle počtu účastníků, pokud totiž přidáte něco navíc, třeba "do rezervy", spojení se rázem velmi zpomalí, až za hranici použitelnosti. To je přesně jeden z důvodů, proč použít pro skutečnou aplikaci v PLC diagnostiku, kde následně vyhodnotíme, že se něco děje, že se zpomalují odezvy atp.

Opět nejdříve po připojení na Slave modul si nahrajeme nastavení modulu do PC obdobně jako u Master viBlu modulu.

Proti Master stanici nám zde přibylo nastavení MAC adresy, abychom se trefili se spojením přesně na náš modul.

Tohle je nastavení z multi režimu, kde máme nahoře tři záložky Slave a u každé zatržítko s jasnou funkcí. Můžeme taky bez problémů využít i PTP pokud máme jen jednu Slave viBlu stanici.

Software nám hodnoty které nejsou správné pro funkci označí červeně, takže okamžitě vidíme, kde je ještě chybka.

Po nahrátí parametrů do modulu se komunikace chytne, Profibus Slave stanice "ožijí" a vše je rázem OK. Opravdu, jede to ihned, není s tím žádný problém.

Tady bychom mohli skončit v případě, že máme viBlu jen na hraní. Pro profesionální použití ve skutečné aplikaci je diagnostika nezbytná. Takže nejdříve nás čeká klasická instalace gsd souboru pro viBlue z přiloženého CD.

K dispozici pro komunikaci s viBlu je 32bytes na jednoho Master účastníka. Nainstalované další viBlu zařízení se v HW konfigu Step7 občas obtížně hledají.

Žádné velké možnosti parametrizace v HW konfiguraci nemáme, vše funguje bez problémů. Jediné co nás zajímá, jsou I/O viBlu, tady u nás nastaveny na 270/270.

V konfiguraci můžeme vidět i jednu periferii B&R automation řady X20 typ BC0063. Při bezdrátovém připojení se tato I/O periferie připojila do Profibus sítě, ale nepodařilo se jí občas řádně zpracovat konfigurační příkaz od Mastera. Všechny ostatní zkoušené moduly fungovaly bezchybně, vypadalo to na individuální nastavení interface B&R, které jsme s našimi prostředky nemohli správně odladit.

Pro komunikaci cyklické výměny dat v PLC Simatic využijeme v PLC programu Siemens bloky SFC14 a SFC15. Čtení dat z Profibus periferíí začíná na adrese 270, tedy 10Ehex, viz. HW konfigurace Step 7.

Komunikační protokol připomíná v nedávné době testovaný bezpečnostní modul PNOZmulti. Do jednoho byte pro zápis dat do viBlu vložíme číslo diagnostického bloku, který chceme mít v přijatém telegramu. V posledním přijatém byte potom je označení bloku, který telegram obsahuje. Důležitý je blok 0, blok 2 a hlavně blok 3, který udává dobu odpovědi jednotlivých Profibus stanic. Tato se totiž při ztrátě signálu nebo výpadcích některých Slave neúměrně prodlužuje takže ji potom v PLC programu můžeme hlídat a ošetřit. Detailní popis všech diagnostických bloků viBlu najdete v přiloženém manuálu, následný seznam bloků slouží jen pro rychlou představu.

Block 0: General diagnostic data
Block 1: Slave addresses
Block 2: State of PROFIBUS connections to slaves
Block 3: Response times of the slaves
Block 4: Number of RF repeat telegrams
Block 5: Number of retries because of RF disturbance
Block 6: Number of retries on DP side
Block 7: Average data transmission rate 

Pokud v Networku 2 zjistíme číslo diagnostického bloku, můžeme si jej uložit do správného komentovaného DB v PLC. A tak podobně pro další bloky. 

Pro ukázku kousek DB PLC programu, kde se nám ukládá viBlu diagnostický blok 0.

V první části přehledné VAT tabulky vidíme přečtený diagnostický blok 0, kde nám třeba druhý byte říká, kolikrát byla viBlu stanice zapnuta, v našem případě 26x.

V další části pak diagnostický blok 1 udává Profibus adresy na síti, desítka je viBlu adaptér, adresa pět patří periferii ET200S. A tak dále jsem pokračoval až k poslednímu diagnostickému bloku sedm. Tady jsem narazil na drobnou nepřesnost v manuálu, který říká, že vždy v prvním a následujícím byte je stav Slave 1, 2 atd. Není to tak, v prvním byte je vždy stav viBlu adaptéru tedy adresy 10, ostatní Slave začínají až v následujícím byte. Je to přesně poznat podle diagnostikované adresy. To je ale jen detail, záleží v podstatě jen na "úhlu pohledu".

Při takovém testu nás zajímal skutečný dosah v praxi a odolnost proti rušení. Celou sestavu bezdrátové periferie ET200S jsme napájeli z pěti plochých baterií a hurá do terénu. Za jeden zdroj rušení poslouží dálkově ovládaný model auta a jeho motorek, jako další využijeme stožár vysokého napětí. Odběr z baterií se pohyboval okolo 100mA, po odpojení viBlu klesl zhruba na polovinu.

V této variantě se nějaké rušení subjektivně projevilo až u samé hranice dosahu signálu. 

Snídaně v trávě. Zajímavé, že tráva byla největší nepřítel dosahu. Pokud se celá I/O jednotka ukryla i s anténou v porostu, příjem se rapidně zhoršil. Vysoké napětí, pod kterým se pokus odehrával, nemělo na činnost jednotky žádný viditelný vliv. Tato část je zaznamenána i na videu na konci článku.

Periferie na zahrádce. Ještě by to mohlo samo zalévat nebo třeba okopávat.

Vysílač jsme pro ztížení podmínek ukryli v dílně částečně za plechovou skříní a cca 40cm cihlovou zdí. Antény byly ponechány v základním provedení, nevyužili jsme ani možnosti prodlouženého magnetického stojánku. Přesto všechno byl dosah při plném výkonu subjektivně cca 40m. Na přímou viditelnost nebude problém se dostat na garantovaných 100m.

Je třeba si uvědomit, že pro využití bezdrátu platí běžné zásady pro šíření rádiových signálů, tedy neumisťovat mezi vysílač a příjmač zbytečné překážky, v rozváděčích a skřínkách používat antény s prodloužením, které vystrčíme na skříň, atd. Ideální je samozřejmě přímá viditelnost z antény na anténu.

viBlu s ET200S při výpadku Profibus sítě.

viBlu s ET200S v přírodě u VN.