Frequenzumrichter mit Profibus DP-V1 Protokoll für effiziente Antriebe

Maßgeschneiderter Telegramm-Austausch

EXKLUSIV in KEM
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Profibus DP ist ohne Zweifel der am häufigsten eingesetzte Feldbus in Europa. Ursächlich für die weitreichende Verbreitung des offenen Feldbus-Systems ist, neben den technischen Vorteilen, die heute immense Produktverfügbarkeit und vor allem die kontinuierlichen Implementierungen anwendungsorientierter Profile durch entsprechende Arbeitskreise innerhalb der PNO.

Darüber hinaus eröffnet nun die Protokollerweiterung Profibus DP-V1 für Betreiber und Anwender neue Perspektiven in Bezug auf Anlagentransparenz, Diagnose und Parametrierung.

Möglichkeiten von DP-V0
Seit nunmehr über zehn Jahren werden in unterschiedlichen Übertragungsbandbreiten die relevanten Maschinendaten (Prozess-, Diagnose- und Parameterdaten) zwischen Steuer- Mastern, zumeist SPS oder IPC, zyklisch mit den jeweiligen Teilnehmern unter Profibus DP-V0 ausgetauscht. Für die zeitkritischen Prozessdaten (Eingänge lesen, Ausgänge setzen, Start, Stopp usw.) ist die zyklische Bearbeitung in einem DP-V0 Netzwerk ideal geeignet.
Diagnose- und Parameterdaten sind für den Betrieb einer Anlage mindestens ebenso wichtig, jedoch werden diese erst dann im Steuerungs- sowie Visualisierungssystem benötigt, wenn Alarme auftreten oder es zum Austausch eines komplexen Feldgerätes kommt. Unter Profibus DP-V0 ist die Behandlung und Auswertung dieser ereignisbezogenen Daten nur bedingt effektiv. Sie belegen fortwährend den E/A-Bereich (PAW/PEW) der Masteranschaltung, werden mit geringem Informationsgehalt über das Netzwerk übertragen und erhöhen somit die Buszykluszeit des Systems.
Protokollerweiterung Profibus DP-V1
Gerade auch im Bereich der Antriebstechnik etabliert sich die Profibus Protokollerweiterung DP-V1 als ideale Unterstützung für Maschinenbauer und Betreiber. Moderne Antriebe verfügen meist über einige hundert Parameter, die auch bei einem Geräteaustausch anwendungsabhängig eingestellt werden müssen. Aus diesem Grund wurde bereits zu Beginn seitens der Profi-Drive-Arbeitsgruppe bei DP-V0 ein 8 Byte großer, zyklischer Parameterkanal definiert.
Dieser zyklische Parameterkanal (PCV) belegt aber fortwährend E/A-Bereiche des Masters. Mit der Einführung von V1 kann dieser zyklische Kanal entfallen, da die Parametrierung nun azyklisch arbeitend durchgeführt werden kann. Aus praktischer Sichtweise werden dadurch die ersten Vorteile von V1 sehr schnell klar. Durch den Wegfall des zyklischen 8-Byte-Parameterkanals wird in erheblichem Maße E/A-Bereich des Mastersystems eingespart.
Wurden die in der Maschine verwendeten Antriebe bisher mit dem Telegramm Typ1 (PPO-TYP 1) angesteuert, kann nun z. B. Typ 3 verwendet werden. Bei gleicher E/A-Breite einer SPS können bis zu dreimal mehr Antriebe angebunden werden.
Die für die Antriebstechnik verantwortliche Profidrive-Arbeitsgruppe der PNO hat im Zuge der Spezifikation des Profidrive-Profils drei neue Telegramm-Typen definiert (Typ 6, Typ 7, Typ 8). Bei diesen Telegrammtypen wurde deshalb auf den zyklischen Parameterkanal komplett verzichtet.
Abwärtskompatibilität DP-V1 zu V0
Danfoss Motion Controls hat bereits seit Beginn 2003 bei allen Antrieben durchgängige Profibus DP-V1 Schnittstellen implementiert. Die definierten Telegramm-Typen stehen jetzt bei allen Danfoss Frequenzumrichtern in vollem Umfang zur Verfügung und bieten somit dem Betreiber die Möglichkeit eines maßgeschneiderten Telegramm-Austausches für seine Applikation.
Beim Aufbau der Kommunika- tionsverbindung zwischen einem Master und Slave werden immer die gleichen Mechanismen (SET_Param;CHK_Config) durchlaufen, um dann letztendlich in den Data-Exchange zu gelangen. Innerhalb dieser Mechanismen werden die Informationen aus der GSD-Datei (Geräte-Stamm-Datei) und der vorgesehenen Konfiguration des jeweiligen Slaves zwischen diesem und dem Master abgeglichen.
Beim Verbindungsaufbau mit DP-V1 Geräten wurde das SET_Param Telegramm um drei Octets im Vergleich zu DP-V0 erweitert. Das bedeutet, dem angeschlossenen Slave wird hierdurch mitgeteilt, dass der Master auch DP-V1-Dienste nutzen möchte.
Wird bei einem Geräteaustausch nun ein DP-V1-fähiger Drive in das vorhandene DP-V0-Netzwerk eingebunden, ist beim Verbindungsaufbau durch die DP-V0 GSD-Datei sichergestellt, dass dieser Drive problemlos in einem DP-V0 Netzwerk arbeiten kann.
Funktionsweise von DP-V1
Die Übertragung von azyklischen Telegrammen kann z. B. von einem Master der Klasse 2 und einem DP-V1-fähigen Slave initiiert werden. Zunächst arbeitet der Steuermaster (Master-Klasse 1) seine projektierten Teilnehmer mittels Polling nacheinander ab. Sobald alle Slaves angesprochen, Global-Control-Command abgesetzt und der Gap-Update durchgeführt wurden, übergibt der Steuermaster das sog. Token (Buszugriffsrecht) an den Parametriermaster (Master-Klasse 2). Dieser tauscht nun die ereignisrelevanten Daten mit dem Slave aus.
Äquidistante Buszykluszeit
Der praxisorientierte Anwender fragt nun zu Recht nach der Buszykluszeit. Meist ist nicht die absolute Buszykluszeit maßgebend, sondern deren Wiederholgenauigkeit. Eine Vielzahl von DP-V1-fähigen SPS‘en/IPC´s bieten sogar die Möglichkeit bei der Projektierung einen äquidistanten Buszyklus einzustellen.
Bei der Netzwerk-Projektierung wird anhand von Eintragungen in der GSD-Datei der verwendeten Slaves eine Buszykluszeit errechnet (Ttr: Token Target Rota- tiontime). Dieser Zeit wird nun ein Zeit-Slot für azyklische Dienste hinzu addiert. Dieses Zeitfenster ist natürlich abhängig von der Anwendung des Netzwerkes. In Verpackungsmaschinen wird beispielsweise den azyklischen Diensten ein entsprechend kleines Fenster eingeräumt, da hier primär kurze Buszykluszeiten (schnelle Reaktion) im Vordergrund stehen. In anderen Branchen oder Anwendungen (Chemie, Gebäudeautomatisierung) kann dieses Fenster für azyklische Dienste entsprechend vergrößert werden.
DP-V1-fähiges Programmiertool
Durch ein Profibus DP-V1-fähiges PC-basiertes Programmiertool rundet Danfoss Motion Controls nun die Implementierung der DP-V1 Funktionalität der Drives ab. Das PC-basierte Engineering-Tool kann über einen Profibus-Zugang direkt an das vorhandene Profibus DP-V1 Netzwerk angeschlossen werden. Kosten für Umsetzer oder zusätzlichen Installations-Aufwand entfallen komplett, da die bereits vorhandene Profibus-Leitung als Übertragungsmedium genutzt werden kann.
Die PC-Software Motion Control Tool 10 (MCT10) arbeitet innerhalb des Profibus DP-V1 Netzwerks als Master Class 2, der über einen azyklischen Telegrammverkehr (MSAC_C2 / MS2) zu jedem der Danfoss Antriebe Verbindungen aufbauen kann, um so rasend schnell Parameter- und Diagnosedaten auszutauschen.
Selbst bei einer aktiven, azyklischen Verbindung von MCT10 (Master Class 2) zu den Danfoss Drives über das physikalisch gleiche Netzwerk wird der zyklische Verkehr des Steuermasters (Master Class 1, SPS/IPC) zu allen anderen Busteilnehmern zu keiner Zeit beeinflusst. Durch entsprechendes Einstellen der relevanten Busparameter innerhalb der Masteranschaltung kann sogar ein äquidistanter Buszyklus eingestellt werden, unabhängig ob MCT10 als Master Class 2 gerade azyklische Daten überträgt oder nicht.
Diagnose und Betrieb
Ferner unterstützen die Drives die erweiterte Diagnose bei V1. So werden beispielsweise bei Warnungen und Alarmen über den Profibus DP Diagnose-Mechanismus dem Anwender die Meldungen als Text in der SPS (IPC) visualisiert.
Bezüglich der unter DP-V1 definierten azyklischen Kommunikationsverbindung bieten die Antriebe die Möglichkeit, mehrere azyklische Verbindungen gleichzeitig einzugehen. Der Anwender hat hier die Möglichkeit, beispielsweise über eine azyklische Verbindung des Programmiertools Motion Control Tool 10 (MCT10) Parameter der Danfoss Frequenzumrichter zu verändern, um deren Auswirkung in der Applikation über eine weitere Verbindung mitzuschreiben (Logging).
Weitere Informationen
Frequenzumrichter/Profibus KEM 445
Portfolio Motion Controls KEM 446
Vorteile der DP-V1-Funktionalität Zunächst erscheinen die finanziellen Einsparungen hinsichtlich SPS´en (E/A-Bereich) und höhere Buseffizienz als die wesentlichen Vorteile der Erweiterung auf Profibus DP-V1. Bei der Implementierung der V1-Funktionalität geht Danfoss MC noch einige Schritte weiter.. Automatische Baudratenerkennung (von 9,6 kBaud bis 12 MBaud) und automatisches Einstellen des gewünschten Telegramm-Typs reduzieren so zwei von drei möglichen Fehlerquellen bei der Inbetriebnahme der Danfoss Antriebe. Nur die Teilnehmer-Adresse verbleibt dem Anwender als einzige Einstellung, um die Kommunikation erfolgreich zu etablieren.
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