Open-Source Kommunikationslösung Datenaustausch zwischen PC und ethernetfähiger S7-Steuerung

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1 Open-Source Kommunikationslösung Datenaustausch zwischen PC und ethernetfähiger S7-Steuerung Siemens Automatisierungskreis Markus Friedrich, Sebastian Kain, Martin Merz, Thomas Fiala Informationstechnik im Maschinenwesen Prof. Dr.-Ing. Klaus Bender

2 Open-Source-Kommunikationslösung mit ethernetfähiger S7-Steuerung 1. Umfeld 2. Nutzungsszenarien 3. Anforderungen 4. Ansätze 5. Umsetzung Folie 2 / 11

3 Umfeld komplexer Automatisierungssysteme Planungsebene Leitebene Zellenebene Steuerungsebene Aktor-/Sensorebene Trend zur vertikalen Integration Integration vorhandener Systeme online Kommunikation (Geschwindigkeit) heterogene Komponentenlandschaft unterschiedliche Hersteller Variantenvielfalt der Geräte Produktionsprozess Methoden für den Zugriff auf Daten unterer Ebenen meist herstellerspezifisch Folie 3 / 11

4 Nutzungsszenarien von Kommunikationsschnittstellen Leitsystem Teilanlage Steuerung Prozess Information Material Teilanlage Steuerung Prozess Teilanlage Steuerung Prozess Während der Inbetriebnahme Inbetriebnahme einzelner Komponenten Stimulation der Komponentenschnittstellen Zugriff auf einzelne Komponenten zur Fehlerlokalisation Im laufenden Betrieb Anbindung zum Fertigungsmanagementsystem Überwachung von Komponenten, Prozessdiagnose Effizienzsteigerung durch spezifische Toolunterstützung Folie 4 / 11

5 Kommunikationsarchitektur z.b. Anwendungsfall Monitoring im Betrieb Teilanlage Anwendungsebene Verwaltungsebene Schnittstelle Kommunikationsebene Treiber Aktor Sensor Feldebene Feldgerät Prozess einheitliche Schnittstelle zur PC-Applikation gerätespezifischer Austausch und Kapselung der Kommunikationsebene Folie 5 / 11

6 Anforderungen Toolunterstützung der vorgestellten Anwendungsfälle bedeutet Integration und Kommunikation in heterogenem Umfeld anwenderspezifische PC-basierte Softwarewerkzeuge Nichtfunktionale Anforderungen Anwendungsebene Verwaltungsebene Kommunikationsebene Feldebene Schnittstelle Treiber Feldgerät herstellerübergreifend Plattformunabhängigkeit Verzicht auf spezielle Hardware- und proprietäre Softwarelösungen kein zusätzlicher Projektierungsaufwand Funktionale Anforderungen offene Schnittstelle zur Integration in unterschiedliche Applikationen Wiederverwendbarkeit und Portierbarkeit der Softwarewerkzeuge online Beobachten und Steuern online Datenaustausch Folie 6 / 11

7 Kommunikation mit S7 Steuerungen OPC (COM, DCDOM) zusätzliche Softwarekomponenten, Projektierungsaufwand meist Plattformbindung an Windows-Systeme (D)COM geringe Performanz Kommunikationsprotokolle basierend auf HTTP/Java-Applets Socketverbindungen über Kommunikationsbausteine über fetch/write-funktion meist mächtiger Funktionsumfang häufig Plattformbindung mit zusätzlicher Software oft zusätzlicher Aufwand zur Integration und Projektierung geringe Performanz S7-Programmbibliotheken ProDave (Siemens AG), ACCON-AGLink (Deltalogic) NoDave (open-source) Folie 7 / 11

8 Einordnung in ISO-OSI Schichtmodell generische Schnittstelle (get, set) Anwendung S7 Protokoll Darstellung ProDave ACCON AGLink NoDave Sitzung Transport TCP* UDP Socket Vermittlung Sicherung Bitübertragung IP Industrial Ethernet * zusätzlich RFC 1006 Standard Folie 8 / 11

9 Konzept S7 Programmbibliothek LibNoDave (teilweise) Implementierung des S7-Protokolls zu S7-200, 300 und 400 Kommunikation über MPI, Industrial Ethernet Verfügbar für Linux, Windows Entwickler: Thomas Hergenhan plattformunabhängige Implementierung ANSI-C++ Objektorientiert Modular Vorteile Nutzung vorhandener Schnittstellen Standard-Ethernet Änderung des SPS-Programms nicht erforderlich flexible Programmiersprache Anwendungsebene Verwaltungsebene Kommunikationsebene Feldebene Schnittstelle Treiber Feldgerät Folie 9 / 11

10 Prototypische Umsetzung Step7 Symboltabelle als Basis Zugriff durch Variablennamen über Webservice Auflösung in get-/set-funktion Ermittlung zusätzlicher Parameter auf Basis der geladenen Symboltabelle Initialisieren der Verbindung mit NoDave Umwandlung der empfangenen Daten in String (bei get-funktion) Rückübermittlung der Daten von Webservice Folie 10 / 11

11 Zusammenfassung und Ausblick Prototypische Umsetzung des Softwarekonzepts mittels Webservice: Zugriff auf Datenbausteine, Eingänge, Ausgänge, Timer, Zähler einer Siemens S7-315F Vernetzung durch Ethernet sorgt für eine modulare und einfache Anpassung bzw. Erweiterung des Systems Umsetzung entsprechend dem vorgestellten Konzept für Steuerungen und intelligenter Feldgeräte unterschiedlicher Hersteller einheitlicher Zugriff auf ein heterogenes Automatisierungssystem Ausblick Aufbau eines Demonstrators für heterogene AT-Komponenten Verwendung der Kommunikationsschnittstelle für z. B. Leitsystemanwendungen, Middleware-Server, Matlab und LabView Folie 11 / 11

12 Open-Source Kommunikationslösung Datenaustausch zwischen PC und ethernetfähiger S7-Steuerung Siemens Automatisierungskreis Markus Friedrich, Sebastian Kain, Martin Merz, Thomas Fiala Informationstechnik im Maschinenwesen Prof. Dr.-Ing. Klaus Bender