Adaptacyjny system I/O Axioline działający w czasie rzeczywistym. Optymalizacja każdego używanego protokołu komunikacji

Rys. 1. Różne zastosowania wymagają systemów umożliwiających dostosowanie

Już dzisiaj należy myśleć o jutrze - zasada ta dotyczy nie tylko dobrego zabezpieczenia na starość, lecz odgrywa ważną rolę również w dziedzinie projektowania maszyn oraz urządzeń. Ponieważ cykle ulegają ciągłemu skracaniu, a paleta produkowanych wyrobów jest coraz większa, maszyny wymagają coraz większej elastyczności oraz możliwości w zakresie dostosowywania.

Dzięki temu można chronić inwestycje i zaoszczędzić czas podczas zmian w systemie. Korzyść powstaje powiem nie tylko ze względu na same innowacyjne technologie, lecz - z punktu widzenia użytkownika - dzięki możliwości dostosowania rozwiązania do jego maszyn i systemów automatyzacji. Jako innowacyjne odbierane jest to, co może łatwo, szybko i ekonomicznie rozwiązać określone zadanie.

TECHNOLOGIE ADAPTACYJNE POPRAWIAJĄ WŁAŚCIWOŚCI SYSTEMÓW

Rys. 2. Specjalna technologia magistrali lokalnej sprawia, że system Axioline jest odporny na zakłócenia elektromagnetyczne

Równo trzy lata po pomyślnym wprowadzeniu na rynek działającego w czasie rzeczywistym systemu I/O firmy Phoenix Contact, dzięki pozytywnym informacjom zwrotnym od pierwszych użytkowników, można stwierdzić, że Axioline spełnia niezbędne wymogi. Zapewnia on liczne możliwości, oferując użytkownikom z różnych branż, takich jak przetwórstwo drewna i metalu, technika pomiarowa i kontrolna, przemysł półprzewodnikowy lub energetyka wiatrowa, możliwości każdorazowego dostosowania do zadań związanych z automatyzacją (rys. 1).

W związku z tym system I/O Axioline ma trzy istotne właściwości: prosty sposób obsługi, trwałą konstrukcję oraz szybką transmisję danych. Ostatnią z wymienionych cech można osiągnąć dzięki szybkiej magistrali lokalnej wyposażonej w mechanizm synchronizacji. Aplikacja lub sterownik otrzymuje dane w czasie rzeczywistym, gdzie typowy czas cyklu wynosi około 10 mikrosekund. W związku z tym nadrzędna sieć wyznacza jedynie całkowity czas cyklu transmisji.

Trwała obudowa oraz elementy połączeń systemu I/O wyznaczają standardy pod względem właściwości mechanicznych i elektromagnetycznych. Jest to osiągane dzięki zastosowaniu materiałów obudowy wzmacnianych włóknem szklanym oraz specjalnych koncepcji ekranowania komunikacji magistrali lokalnej (rys. 2). Z kolei technika złączy Push In oraz montażu Plug & Play zapewnia łatwość obsługi modułów.

OBSZERNE PORTFOLIO MOŻNA ROZBUDOWAĆ RÓWNIEŻ POD WZGLĘDEM INNYCH SIECI

Rys. 3. Dzięki Axioline sieć EtherCAT jest szybsza, ponieważ mniejszy pierścień EtherCAT umożliwia krótsze czasy cykli

Oprócz standardowych we/wy cyfrowych i analogowych, portfolio Axioline obejmuje również moduły do rejestracji temperatury, z funkcją liczenia, do enkoderów inkrementalnych i absolutnych, jak również nowy, uniwersalny, szeregowy moduł komunikacyjny. Wkrótce dostępne będą ponadto szybkie wejścia cyfrowe.

Aby możliwe było szersze zastosowanie funkcji I/O z opisanymi technologiami, oferta produktów zostanie ponadto rozszerzona o moduły interfejsowe EtherCAT, Modbus TCP i Ethernet/IP, które dołączą do istniejących już elementów dla Profinet, Profibus i Sercos 3. Szczególną zaletą takich modułów dla systemu Axioline jest to, że funkcje systemowe udostępniane są w odpowiedniej sieci bez opóźnienia czasowego, zapewniając tym samym poprawę ogólnych właściwości sieci. Zostanie to przedstawione poniżej na przykładzie systemu EtherCAT.

DANE ETHERCAT TRANSMITOWANE SĄ SZYBCIEJ I W SPOSÓB SYNCHRONICZNY

Rys. 4. Ze względu na odporność Axioline sieć EtherCAT pozostaje dostępna również w przypadku zakłóceń w magistrali lokalnej

Dzięki wykorzystaniu lokalnej sieci systemu Axioline, sieci EtherCAT nie muszą być tak rozbudowane, co ma pozytywny wpływ na prędkości transmisji i wydajność. Aby uzyskać czasy cyklu rzędu 50 mikrosekund, sieć EtherCAT nie musi być wykorzystana w całej stacji Axioline - wystarczy, że jest podłączona do modułu głównego. Ponieważ czasy cyklu w magistrali lokalnej wynoszą jedynie kilka mikrosekund, a w głównym module stacji nie powstaje opóźnienie związane z przetwarzaniem, czas ulega skróceniu. Zwiększa to ogólną wydajność pracy sieci EtherCAT (rys. 3).

Rozdzielenie nadrzędnej sieci EtherCAT oraz podporządkowanej magistrali lokalnej jest korzystne również wtedy, gdy sieć działa w trybie synchronizacji. Zmniejszając wielkość sieci EtherCAT, zmniejsza się również jitter, a cała sieć pracuje bardziej synchronicznie. W zwykłej sieci EtherCAT w przypadku bardzo szybkich i synchronicznych procesów ze względu na jitter pojawia się jeszcze jedno wyzwanie.

Nie można mianowicie stwierdzić ze stuprocentową pewnością, czy dane są jeszcze aktualne, czy też już przestarzałe. Brakuje wciąż jeszcze niezawodnego mechanizmu informującego o ich aktualności. Zastosowanie stacji Axioline eliminuje tę niedogodność, przynajmniej w odniesieniu do danych I/O: z każdą cykliczną informacją przekazywany jest również "bit aktualności". Ponadto stosowana jest również procedura handshake, która zapewnia, że przekazywane dane są zawsze aktualne. Właściwości związane z synchronizacją sieci EtherCAT ulegają dalszej poprawie, ponieważ po wymianie modułu I/O Axioline nie ma potrzeby ponownej synchronizacji.

ZWIĘKSZONA DOSTĘPNOŚĆ APLIKACJI

Rys. 5. Do łącznika magistrali EtherCAT można podłączyć maks. 63 moduły Axioline

System Axioline sprawia, że sieć EtherCAT jest nie tylko szybsza i lepiej zsynchronizowana, ale również bardziej odporna i prostsza. Ze względu na szczególne właściwości kompatybilności elektromagnetycznej oraz konstrukcję mechaniczną sieć EtherCAT bazująca na stacjach Axioline jest sama w sobie bardziej odporna niż sieć bazująca na innych urządzeniach I/O. Ponadto wynikające z odsprzęgnięcia sieci EtherCAT oraz magistrali lokalnej przerwanie w obrębie stacji I/O nie ma niepożądanego wpływu na pierścień EtherCAT, lecz oddziałuje jedynie w sposób ograniczony lokalnie, jak również zdefiniowany przez użytkownika. Dzięki temu cała sieć jest bardziej odporna i wzrasta również dostępność maszyn i urządzeń (rys. 4).

Nadawanie jednoznacznego adresu w urządzeniu Axioline EtherCAT Slave upraszcza obsługę sieci EtherCAT, jeśli np. konieczna jest wymiana modułu uczestnika w ramach ingerencji serwisowej. Dzięki obrotowemu przełącznikowi kodującemu można ustawić stały adres EtherCAT, który w przypadku zmiany urządzenia jest po prostu przenoszony, bez konieczności ingerencji administratorskiej w obrębie sieci. Pozostaje więc stwierdzić, że system I/O Axioline przyczynia się do poprawy właściwości danej sieci komunikacyjnej - w tym przypadku sieci EtherCAT.

PODSUMOWANIE

Przyszłościowy system I/O musi dopasowywać się elastycznie do odpowiednich wymogów maszyn lub urządzeń i równocześnie optymalizować wykorzystywany system komunikacji jako szkielet rozwiązania służącego automatyzacji. Dzięki inteligentnemu połączeniu różnych technologii system Axioline spełnia całkowicie takie założenia. Jest on adaptacyjny, działający w czasie rzeczywistym i sprawia, że sieć EtherCAT staje się szybsza i bardziej niezawodna.

Carsten Henning
Phoenix Contact Electronics
www.phoenixcontact.pl