Labor Feldbussysteme. Versuch PROFINET. Versuch PROFINET

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1 Lernziele Erste Erfahrungen sammeln mit der Konfigurations- und Programmiersoftware PC WorX Konfiguration eines PROFINET-Systems Programmierung eines PROFINET-Systems Messen des zeitlichen Verhaltens des PROFINET Fehlerdiagnose Kennenlernen weiterer Feldbus-Möglichkeiten am Beispiel INTERBUS Vorbereitung Arbeiten Sie diese Anleitung komplett durch und schreiben Sie für jede Aufgabe auf Ihre Vorbereitungszettel auf, wie Sie die jeweilige Aufgabe im Labor lösen wollen (z.b. mittels Verweisen auf die entsprechenden Seiten des Schnelleinsteigs). Arbeiten Sie das Dokument Ausschnitt_Schnelleinstieg_PROFINET_Starterkit.pdf durch (die Datei befindet sich im gleichen Verzeichnis auf dem Netz wie diese Laboranleitung). Listen Sie in der Vorbereitung die wichtigsten Schritte aus dem Schneileinstieg schriftlich auf, die Sie benötigen, um ein PROFINET-System mit einem neuen Projekt in Betrieb zu nehmen. Diese Schritte müssen Sie im Labor durchführen. Allerdings müssen Sie die Schritte aus dem Schnelleinstieg auf die aktuelle Laborkonfiguration anpassen. Arbeiten Sie die Vorlesung zum PROFINET durch und machen Sie sich mit den wichtigsten Eigenschaften des PROFINET vertraut! Schreiben Sie in der Vorbereitung auf, welche PROFINET-Varianten Sie kennen und wie sich diese unterscheiden. Schreiben Sie auf, welche Arten von Realtime-Kommunikation Sie beim PROFINET kennen und wie diese realisiert sind. Notieren Sie außerdem die PROFINET- Geräteklassen mit ihren Unterschieden. Bringen Sie zum Versuch einen USB-Stick mit, damit Sie Ihre Aufzeichnungen vom PC bzw. Oszilloskop für Ihren Laborbericht direkt abspeichern können! Erläuterung Versuchsaufbau Zur Durchführung dieses Versuchs stehen Ihnen ein PC mit dem Programmier- und Konfigurationssystem PC WorX, eine PROFINET-Hardware aus mehreren Komponenten und weitere Hilfsmittel zur Verfügung. Mit dem PC wird der Bus konfiguriert, die SW entwickelt und ggf. das Debuggen der Software durchgeführt. Im PC ist eine Ethernet-Netzwerkkarte eingebaut. Per TCP/IP-Verbindung wird hieran im Labor eine speicherprogrammierte Steuerung (SPS) ILC 350 PN der Firma Phönix Contact als PROFINET-Master angeschlossen. Bei PROFINET werden die speicherprogrammierbaren Steuerungen als IO-Controller und die angeschlossenen PROFINET-Module mit Ein-/Ausgangsbaugruppen als IO-Devices bezeichnet. Phönix bezeichnet außerdem die von uns benutzten Baugruppen zur dezentralen Ein-/Ausgabe als Inline-Baugruppen. In den Dokumenten werden folgende Abkürzungen verwendet: ILC: Inline-Controller: ILB: Inline-Block, PN: PROFINET, IB: INTERBUS, DI: Digital Input, DO: Digital Output, DIO: Digital Input/Output. Das folgende Bild zeigt den PROFINET-Versuchsaufbau im Labor. Seite 1

2 SPS-Board Bild 1: PROFINET-Versuchsaufbau im Labor (ohne PC, ohne Bedieneinheit) Peripherie-Board Es besteht aus dem SPS-Board mit der auf einer Hutschiene montierten SPS mit zugehörigen Ein-/Ausgabe- Baugruppen und einem daneben montierten managed Switch. Auf einem weiteren Peripherie-Board sind zwei Peripheriebaugruppen mit PROFINET-Interfaces montiert. IO-Controller ILC 350PN SPS mit Onboard-Inputs and Onboard Outputs FL Switch MCS 16TX Bild2: SPS-Board (IO Controller und Switch) Im oberen Teil des SPS-Boards befindet sich links die SPS mit 3 Eingangs-Baugruppen mit je 4 Kanälen (binären Eingängen) und einer Ausgabebaugruppe mit 4 Kanälen (binären Ausgängen). Rechts daneben folgt unmittelbar Seite 2

3 eine Spannungsanschaltbaugruppe, die die Spannung vom Netzteil zur SPS liefert. Alle 5 Baugruppen gehören direkt zur SPS und sind mit der CPU fest verbunden sind. An einigen der Eingangskanälen befinden sich Schalter mit denen diese Eingangskanäle auf 24V (logisch 1 ) gelegt werden können. Bei geöffneten Schaltern liegt an den Eingangskanälen 0V (logisch 0 ) an. Die Ein- und Ausgangsbaugruppen haben je Kanal eine LED. Diese zeigt an, ob an dem entsprechenden Ein- bzw. Ausgang aktuell 24V (logisch 1 ) oder 0V (logisch 0 ) anliegt. ILB PN 24 DI16 DIO16-2TX IO-Device mit Inputs und Outputs FL IL 24 BK-PN-PAC IO-Device mit Buskoppler zum INTERBUS und INTERBUS-Inputs und -Outputs Bild 3: Peripherie-Board mit PROFINET IO-Devices Auf dem Peripherieboard sind zwei PROFINET-Module montiert. Die linke Baugruppe in Bild 3 ist ein Kompaktmodul mit PROFINET-Interface, 16 binären Eingängen und 16 weiteren Kanälen die wahlweise als Einoder Ausgänge konfiguriert werden können. Die rechte Baugruppe in Bild 3 stellt den Übergang vom PROFINET zum INTERBUS da, d.h. einen Proxy. Sie enthält neben dem PROFINET-Interface einen INTERBUS- Buskoppler, an den eine binäre 4-Kanal-INTERBUS-Eingangsbaugruppe und eine binäre 4-Kanal-INTERBUS- Ausgangsbaugruppe angeschlossen sind. Dieses PROFINET-Modul ist mit weiteren INLINE-Baugruppen erweiterbar. Zusätzliche Baugruppen würden rechts bündig daneben montiert und mittels integrierter Kontakte unmittelbar mit den bestehenden Baugruppen verbunden. Die Ein-/Ausgabekanäle beider PROFINET-Module sind jeweils mit einer angeschlossenen Bedieneinheit mit Schaltern zur Eingabe sowie LEDs zur Ausgabe verbunden. Mit der Bedieneinheit können Sie mit Schaltern die Eingangssignale für 8 Eingänge des PROFINET-Teilnehmers (pro Eingang ein Schalter) einstellen. Sie können die Eingangssignale außerdem auch durch das Aufschalten Seite 3

4 einer externen Spannung an zugehörigen Buchsen vorgeben und die Ausgangssignale per Buchsen abgreifen. Unter anderem ist es damit möglich per Kabel einen Spannungswert an einem Ausgang abzugreifen und auf einen Eingang aufzuschalten. Alle Ein-/Ausgabe-Peripheriebaugruppen haben pro Kanal (egal ob Eingangs- oder Ausgangskanal) je eine LED an der Sie sehen, ob am jeweilige Eingang bzw. Ausgang eine logische 0 (LED aus) oder eine logische 1 (LED an) anliegt (positive Logik). Einstieg in PC WorX Den Einstieg in PC-Worx entnehmen Sie bitte aus dem Ausschnitt aus dem Schnelleinstieg zum PROFINET (SEPN) der Firma Phönix Contact. Arbeiten Sie diesen Ausschnitt aus dem Schnelleinstieg im Rahmen Ihrer Vorbereitung vollständig durch! Für das Labor benötigen Sie folgende wichtige zusätzliche Information zum Schnelleinstieg: In der IEC-Programmieransicht wird das Fenster Projektbaum eingeblendet (s. SEPN). Hier können Sie per Mausklicks innerhalb Ihres Projektes navigieren. Der Projektbaum besteht aus mehren Unterbäumen. Im Unterbaum Logische POEs (Programm-Organisations-Einheiten) liegen die Arbeitsblätter zum Deklarieren und Editieren von Variablen (MainV) und der Programmcode (MAIN). Im Unterbaum Hardwarestruktur finden Sie die Arbeitsblätter zu den Konfigurationselementen, den globalen Variablen und den Netzwerkvariablen. Durch Doppelkick auf MAIN gelangen Sie zum eigentlichen Programm. Die Demo-Programme sind in der Funktionsbausteinsprache geschrieben. Dies ist nur eine von 5 standardisierten Sprachen, mit denen Sie eine speicherprogrammierte Steuerung programmieren können. Wir verwenden sie im Labor, da sie sehr verwandt ist mit den Logikplänen, die Sie aus den Digitaltechnik-Vorlesungen kennen. In der Programmieransicht können Sie, wie im Schnelleinstieg beschrieben, die Programme im Rahmend des Labors programmieren. Wenn Sie eine Variable definieren, können Sie nach Doppelklick auf den entsprechenden Ein- bzw. Ausgang die Eigenschaften der Variablen festlegen. Variablen haben bei PC WorX einen Gültigkeitsbereich in dem die Variable bekannt ist. Variablen können nur lokal gültig sein, dass heißt sie sind nur im aktuellen Programmmodul bekannt oder sie können global gültig, d.h. für alle Programmmodule bekannt sein. Wir verwenden 3 Sorten von Variablen: Anwendervariable, die nur lokal vom Programm im Speicher verwendet wird Anwendervariable für ein externes Prozessdatum (Ein-/Ausgänge von Peripheriebaugruppen) Gültigkeitsbereich Lokal Lokal Global Lokale Default Default Variablengruppe Globale Variablengruppe STD_RES Default Systemvariable (Status-, Steuervariable oder Variable der CPU- Ein- und Ausgänge) STD_RES System Variables STD_RES Main Auto Verwendung VAR VAR_EXTERNAL VAR_GLOBAL VAR_GLOBAL_PG VAR_EXTERNAL Variablen werden auch global definiert, damit sie über den Bus übertragen werden, obwohl sie nur eine lokalen Gültigkeitsbereich haben und nur aus dem aktuellen Programmmodul verwendet Seite 4

5 werden können. Aus diesem Grund sollten Sie in diesem Fall neben der lokalen Variablengruppe auch die globale Variablengruppe auf die Gruppe eingestellt haben, in der die Variable angelegt werden soll. Mittels Doppelklick können Sie einem Ein- bzw. Ausgang eine Variable zuweisen. Im sich daraufhin öffnenden Fenster wählen zunächst den Gültigkeitsbereich ( Lokal oder Global ) aus. Anschließend wählen Sie die Gültigkeit (lokale und globale Variablengruppen) aus. Wollen Sie eine neue Variable erzeugen, geben Sie danach den Namen in das Namensfenster ein. Ist die Variable schon definiert, wählen Sie sie per Pull- Down-Menü neben dem Namens-Fenster aus (hier sehen Sie alle bereits definierten Variablen mit den selektierten Eigenschaften). Schließlich selektieren Sie die Verwendung der Variablen (per Pull-Down-Menü neben dem Verwendungsfenster). Die Verwendung muss erst nach dem Namen gewählt werden, da der Wert ansonsten wieder auf einen Default-Wert springt. Schließlich müssen Sie mit dem Datentyp noch den Datentyp der Variablen festlegen (BOOL für binäre Ein-/Ausgänge). Mit dem Feld Anfangswert können Sie der Variablen einen Anfangswert zuweisen. Wird der Wert während der Laufzeit des Programms nicht verändert, bleibt er konstant auf dem Anfangswert. Alle weiteren Felder müssen Sie im Labor nicht ändern. Wichtig: Achten Sie bei der Deklaration der Variablen jedes Mal sorgfältig auf alle Eigenschaften- Felder! Die Auswahl für die Variablen bleibt auch nach dem Schließen des Fensters für die Deklaration der nächsten Variablen erhalten. Prüfen Sie deshalb bei jeder Variable, die Sie erzeugen, ob die Auswahlfelder richtig angewählt sind, bevor Sie die Eingabe mit OK beenden! Bild 4: Deklaration der Eigenschaften einer Variable Ein in die SPS geladenes Programm wird anschließend von der SPS zyklisch abgearbeitet, d.h. die SPS arbeitet einmal alle Befehle durch und beginnt anschließend automatisch wieder von vorne. Dies führt die SPS vollkommen autark durch. Sie könnten die Verbindung zum PC nach dem Laden trennen oder den PC ausschalten und das Programm würde von der Steuerung nach wie vor selbständig bearbeitet werden. Änderungen am Programm müssen aber wieder mit dem PC-Entwicklungssystem durchgeführt werden. Das Programm muss anschließend erneut in die SPS geladen werden. Das Verhalten eines Programms können Sie durch Beobachten der Reaktionen der externen Ausgänge auf Änderungen der externen Eingänge beurteilen (s. SEPN). Sie können gleichzeitig Ihr Programm online mit Seite 5

6 dem PC-Entwicklungssystem debuggen (dafür ist natürlich eine dauerhafte Verbindung von PC und Steuerung notwendig). Gehen Sie dazu in die Programmieransicht, mit aufgerufenem Main-Fenster, so dass Sie Ihr Programm sehen können. Klicken Sie anschließend in der Menüleiste auf das Icon Debug ein/aus. Bevor Sie anschließend weitermachen, z.b. Ihr Programm ändern, müssen Sie den Debugger wieder ausschalten. Hinweis: Bei der SPS müssen Sie, wie im Schnelleinstieg beschrieben zunächst ein Programm erstellen und kompilieren (Make) oder ein fertiges Programm ohne Änderung kompilieren (Make). Damit sind die Variablen definiert, aber noch keinen Ein- und Ausgängen am Bus zugewiesen. Deshalb müssen Sie anschließend in der Prozessdatenzuordnung diese Zuweisung (Welche Variable wirkt an welchem Einbzw. Ausgang) vornehmen bzw. eine vorhandene Zuordnung ohne Änderung übernehmen. Anschließend müssen Sie in jedem Fall auch diese Zuweisung kompilieren (Make). Nachdem Sie beides (Programm und Prozessdatenzuordnung) kompiliert haben, können Sie anschließend beides zusammen in die Steuerung laden. Das gesamte Vorgehen ist so auch im Schnelleinstieg beschrieben. Versuchsdurchführung Ablauf: 1. Kennenlernen der Entwicklungsumgebung 2. Inbetriebnahme des PROFINET 3. Programmieren und Ausführen eines Programms 4. Messung des zeitlichen Verhaltens des PROFINET 5. Ethernettopologie erkennen 6. Diagnose bei Fehlern 7. Vorstellung weiterer INTERBUS-Möglichkeiten 1. Kennenlernen der Entwicklungsumgebung a) Selbständige Ausführung des Demo-Programms Demo1 Starten Sie die Entwicklungsumgebung PC WorX (Doppelklick auf Desktop-Icon PC WorX SP1. Schließen Sie ein ggf. geöffnetes Projekt mit dem Menüpunkt Datei Projekt schließen und öffnen Sie das Demo-Programm Demo1 (Menüpunkt Datei Projekt öffnen ; Verzeichnis geben wir im Labor bekannt). Ändern Sie das Demo-Programm Demo1 nicht! Kompilieren Sie das Demo-Programm, senden Sie es an die Steuerung und starten Sie es, in dem Sie eine Kalt-Start der Steuerung anwählen (s. SEPN). Das Demo-Programm Demo1 verwendet nur die zwei Schalter und zwar den an der SPS herausgeführten Schalter sowie den ersten Schalter der Bedienbox. Stellen Sie nun an den beiden Schalter alle möglichen Kombinationen ein und beobachten Sie das Ergebnis (Beobachten Sie neben der Bedienbox und der Bedientafel auch die LEDs der entsprechenden Peripherie-Ein-/Ausgabebaugruppe. Kommentieren Sie das Programm sowie das Ergebnis in Ihrem Laborbericht. Schauen Sie sich genau die Wechseln Sie in den Arbeitsbereich Prozessdatenzuordnung und schauen Sie sich die Zuordnung der Variablen zu den externen, physikalischen Kanälen an (s. SEPN). Notieren Sie die Zuordnung für den Laborbericht. Bisher haben Sie nur durch die externen LEDs beobachtet, wie sich Ihr Programm verhält. Sie sollten nun das Demo-Programm Demo1 auch online debuggen (s. SEPN). Kommentieren Sie das Ergebnis (Was zeigt der Debugger wo und wie?). Seite 6

7 2. Inbetriebnahme des PROFINET a) Neues Projekt anlegen Schließen Sie das offene Projekt (Menüpunkt Datei Projekt schließen ). Gehen Sie im Weiteren nach dem Ausschnitt aus dem Schnelleinstieg zum PROFINET (SEPN) der Firma Phönix Contact vor, wobei Sie die Einstellungen an den Laboraufbau anpassen. Außerdem programmieren Sie statt des Beispiels im Schnelleinstieg die weiter unten angegebene Aufgabe. Erzeugen Sie ein neues Projekt mit Ihrem Teamnamen. Mit einem Domain Postfix können Sie für alle Ihre IO-Devices einen Namenszusatz wählen, so dass die Devices später leicht zuzuordnen sind.wählen Sie einen passenden Domain Postfix (jeweils die ersten 3 Buchstaben aller Teammitglieder, z.b. JagRicWat.de ), der dann automatisch für alle eingefügten PROFINET IO-Devices in den PROFINET-Gerätenamen übernommen wird. Der IP-Adressbereich des Projekts muss so eingestellt werden (s. SEPN), dass die im Labor bekanntgegebene IP-Adresse Ihrer Station darin enthalten ist. b) Konfiguration der Kommunikation zwischen PC und IO Controller (ILC 350 PN) Wählen Sie in PC WorX im Menü Extras/PROFINET die Netzwerkkarte Ihres Rechners aus, die zur Kommunikation verwendet werden soll (die Netzwerkkarte wird Ihnen im Labor angegeben). Stellen Sie anschließend in den Gerätedetails des IO Controllers (ILC 350 PN) im Reiter IP Einstellungen die IP-Adresse ein, die Ihnen im Labor zu Ihrer Steuerung angegeben wird. Testen Sie, ob Ihr eingestellter Kommunikationsweg funktioniert durch Wechseln auf den Reiter Erweiterte Einstellungen. Der Test startet beim Reiterwechsel automatisch, kann aber auf dem neuen Reiter auch manuell angewählt werden. c) Einlesen der PROFINET IO-Devices Lesen Sie nun alle angeschlossenen PROFINET IO-Devices entsprechend der Anleitung im Schnelleinstieg ein. Übernehmen Sie alle gefunden IO-Devices und prüfen Sie anschließend für alle die PROFINET- Einstellungen. Notieren Sie sich für den Laborbericht die jeweilige Produktbezeichnung, die Funktionsbeschreibung, den DNS/PROFINET-Gerätenamen, die IP-Adresse, die Subneztmaske und die Aktualisierungszeiten der Ein- und Ausgänge. Tragen Sie die IP-Parameter und die Aktualisierungszeiten für den Laborbericht in die Vorlage im Anhang dieser Laboranleitung ein. Beim Einlesen der PROFINET IO-Devices vergibt das Projekt automatisch PROFINET-Gerätenamen und IP-Einstellungen in Abhängigkeit von den Einstellungen im Projekt. Übertragen Sie nun die PROFINET- Gerätenamen und IP-Einstellungen an die PROFINET IO-Devices. d) Einlesen der INTERBUS Ein PROFINET IO-Device in Ihrem Laboraufbau (FL IL 24 BL-PN-PAC) ist ein Übergang zum Interbus, ein Proxy. Hiermit ist es möglich, bereits vorhandene INTERBUS-Baugruppen in das System einzufügen. Lesen Sie nun die an diesem PROFINET-Modul angeschlossenen INTERBUS-Teilnehmer entsprechend des Schnelleinstiegs ein. Der INTERBUS, kann die Inline-Baugruppen automatisch nur gruppenweise erkennen. Die Auswahl um welche Inline-Baugruppe es sich tatsächlich handelt, muss manuell erfolgen. Im Laborversuch setzen wir die Inline-Eingangsbaugruppe IB IL 24 DI 4-ME und die Inline- Ausgangsbaugruppe IB IL 24 DO 4-ME ein. Seite 7

8 e) Projekt kompilieren, senden und Kaltstart durchführen nach Einlesen der Busstruktur Da Ihre Busstruktur nun fertig eingelesen ist, sollten Sie Ihr Projekt kompilieren, zum Controller senden und einen Kaltstart des Controllers durchführen (s. SEPN), damit Sie Fehler ggf. sofort erkennen. Geben Sie für Ihren Laborbericht im Vordruck auf der letzten Seite dieser Anleitung die IP-Parameter aller Geräte (DNS/PROFINET-Gerätenamen, IP-Adresse und MAC-Adresse) sowie die Aktualisierungszeiten der Ein- und Ausgänge an und zeichnen Sie in den Vordruck die bestehenden Ethernet-Verbindungen ein. Benennen Sie dabei am Switch auch die jeweilige PORT-Nummer. 3. Programmieren und Ausführen eines Programms a) Programmierung Statt des Beispiels im Schnelleinstieg programmieren Sie nun das folgende Programm: Hinweis: DE: Digitaler Eingang, DA: Digitaler Ausgang, BT: Bedientafel, BB: Bedienbox; Die Schalternummern (Eingänge) und LED-Nummern (Ausgänge) an den Bedieneinheiten beginnen mit 0, d.h. DE_BB_2 ist der dritte Eingang an der Bedienbox und DA_BT_1 der zweite Ausgang an der Bedientafel. Hinweis: Zur Eingabe der ersten beiden Zuweisungen klicken Sie auf der Programmieroberfläche mit der rechten Maustaste und wählen Sie im Pull-Down-Menü den Punkt Variable aus. Geben Sie dann die Variablen-Eigenschaften vor, wie oben (beim Einstieg in PC WorX) bzw. unten beschrieben. Geben Sie auf Seite 8

9 die gleiche Methode die Ausgangsvariable ein. Wählen Sie dann den Menüpunkt Objekte verbinden, klicken Sie mit der linken Maustaste erst auf den rechten Anschluss der Eingangs-Variable und dann auf den linken Anschluss der Ausgangs-Variable. Verwenden Sie wie dargestellt symbolische Variablen und weisen Sie diesen anschließend per Prozessdatenzuweisung die entsprechenden Ein- und Ausgänge zu. Wichtig: Bei den Anwendervariablen DE_x und DA_x wählen Sie wie in der Schnellansicht die Verwendung VAR_EXTERNAL, den Gültigkeitsbereich Lokal, die lokale Variablengruppe Default und die globale Variablengruppe Default. Die Systemvariablen ONBOARD_BIT_x, betreffen Ein- und Ausgänge, die direkt zur Steuerung gehören. Sie sind bereits als globale Variablen definiert. Zur Verwendung der ONBOARD_INPUT_BITs wählen Sie deshalb zuerst den Gültigkeitsbereich Gobal und die globale Variablengruppe System Variables. Anschließend können Sie die gewünschte ONBOARD_INPUT_BIT Variable im Pull-Down-Menü unter Name (Pfeil nach unten) auswählen. Die Auswahl für die Variablen bleibt auch nach dem Schließen des Fensters und für die Deklaration der nächsten Variablen erhalten. Prüfen Sie deshalb bei jeder Variable, die Sie erzeugen, ob die Auswahlfelder richtig angewählt sind! Laden Sie Ihr Programm und testen Sie es. Kommentieren Sie das Programm und das Ergebnis in Ihrem Laborbericht! b) Verändern der äußeren Beschaltung der Ein- und Ausgänge des Projekts Die erzeugten Ausgangssignale sollen nun direkt auf die Eingänge zurückwirken. Verbinden Sie dazu an der Bedientafel mit Kabeln den Ausgang DA0 mit dem Eingang DE1, DA1 mit DE2, DA2 mit DE3, DA3 mit DE4 und DA4 mit DE0. Stellen Sie den ONBOARD-INPUT Schalter 3 auf 1 und die Bedienbox-Schalter 0 und 2 auf 0! Laden und testen Sie Ihr Programm. Stellen Sie nun den Bedienbox-Schalter 7 auf 1 und beobachten Sie erneut das Verhalten Ihres Programms. Kommentieren Sie das Programm und das Ergebnis in Ihrem Laborbericht! 4. Messung des zeitlichen Verhaltens des PROFINET c) Messung des zeitlichen Jitters auf dem Bus (Beurteilung der zeitlichen Deterministik des PROFINET) Ihr Programm aus dem letzten Abschnitt soll weiterhin in der SPS laufen. Schließen Sie nun den Kanal 1 des Oszilloskops an den Ausgang DA0 und den Kanal 2 an DA1 an. Auf dem Kanal 1 beobachten Sie, wie sich der Pegel, d.h. der Spannungswert am Ausgang DA_0, periodisch in Form einer Rechteckschwingung ändert. Triggern Sie auf die positive Flanke auf Kanal 1 und beobachten Sie, wie stark der Abstand zwischen der Flanke auf Kanal 1, auf die Sie triggern, und darauffolgenden positiven Flanken des gleichen Signals über einen Zeitraum von ca. 1 Minute variiert, d.h. wie stark die Periode der Rechteckschwingung variiert. Bei einer zeitkritischen digitalen Regelung erwarten Sie, dass die Periode sehr konstant ist, d.h. dass Abtastzeitpunkte äquidistant also immer mit exakt dem gleichen zeitlichen Abstand (der Abtastzeit) eingehalten werden. Ein größerer Jitter in Folge der Busübertragung, d.h. eine zeitliche Veränderung des zeitlichen Abstands der Signalflanken, was einer schlechten zeitlichen Deterministik (Vorhersagbarkeit) entspricht, kann eine digitale Regelung negativ beeinflussen. Dokumentieren und kommentieren Sie das Ergebnis in Ihrem Laborbericht! Erläuterung: Der Jitter ergibt sich daraus, die zyklische Berechnung des SPS-Programms nicht mit der zyklischen Busübertragung synchronisiert ist. Die Verzögerungszeit zwischen dem Eintreffen der Daten auf der SPS und der Verarbeitung bzw. dem Ende der SPS-Programmbearbeitung und dem Versenden der Ergebnisse ist demnach nicht konstant. Seite 9

10 d) Messung der Laufzeit In Aufgabe 3c) haben Sie mit einem Kabel den Spannungswert am Ausgang DA_0 auf den Eingang DE_1 zurückgeführt. Nachdem die Flanke mit einer Aktualisierung der Ausgänge (PROFINET-Telegramm) zum DA_0 transportiert worden ist, wird sie demnach mit der nächsten Aktualisierung der Eingänge vom Eingang DE_1 zur SPS transportiert. Die SPS verwendet Ihn danach im zyklisch durchgeführten Programm und gibt das Ergebnis anschließend per PROFINET auf dem Ausgang DA_1 aus. Der Versatz zwischen einer positiven Flanke auf Kanal 1 und einer positiven Flanke auf Kanal 2 hängt demnach von der Aktualisierungszeit der Ein- und Ausgänge und der fehlenden Synchronität zwischen Buszyklus und SPS- Zyklus ab. Messen Sie mit dem Oszilloskop den zeitlichen Abstand zwischen der Flanke auf Kanal 1 und der zugehörigen Flanke auf Kanal 2 aus. e) Messung der Laufzeit bei geänderter Aktualisierungszeit der Ein- und Ausgänge Ändern Sie im Reiter PRROFINET Einstellungen in den Gerätedetails des PROFINET IO-Device ILB PN 24 DI16 DIO16-2TX die Aktualisierungszeiten der Ein- und Ausgänge auf z.b. 2ms. Messen Sie nun mit dem Oszilloskop erneut die Verzögerungszeit zwischen DA_0 und DA_1. Wie haben sich die Werte gegenüber der vorherigen Konstellation geändert? 5. Ethernettopologie erkennen Lesen Sie nun die Ethernet-Topologie entsprechend der Anleitung im Schnelleinstieg ein. Es werden nur Verbindungen automatisch gezeichnet, die zwischen Geräten mit laufendem Link Layer Discovery Protocol (LLDP) bestehen. Notieren Sie, auf welchen Geräten LLDP läuft. Die anderen Verbindungen müssen Sie, wie im Schnelleinstieg beschrieben, von Hand zeichnen. Fertigen Sie von der fertigen Ethernet- Topologie einen Screenshot für den Laborbericht an. Lassen Sie für den nächsten Teil des Versuchs die Ethernet-Topologie offen. 6. Diagnose bei Fehlern Oft muss bei Netzwerken und Feldbussystemen ein Fehler diagnostiziert werden. Schätzungen gehen davon aus, dass bis zu 80% der Fehler an der Verkabelung liegen. Hierfür gibt es Messgeräte mit denen die Verkabelung geprüft werden kann. Allerdings steht auch eine Vielzahl von Softwaretools zur Verfügung mit der Fehler lokalisiert werden können. Im Weiteren wollen wir das Verhalten der projektierten Anlage in einem Fehlerfall und die vorhandenen Möglichkeiten der Diagnose kennenlernen. Reaktionen des normalen Programms Gehen Sie in die Programmieransicht und in den Debug-Modus. Simulieren Sie nun den Ausfall einer PROFINET-Verbindung (z.b. Zerstörung durch Gabelstapler), in dem Sie die PROFINET-Verbindung zwischen dem Switch und der Baugruppe FL IL 24 BK-PN-PAC auftrennen. Was beobachten Sie in der Software bzw. an der Baugruppe? Gehen Sie in die Prozessdatenzuordnung. Was beobachten Sie dort? Stellen Sie die Verbindung wieder her und warten Sie ca. 5 Sekunden. Diagnose mit dem Diagnoseprogramm Diag+ Rufen Sie jetzt das Diagnoseprogramm Diag+ per Menübefehl Ansicht Diag+ auf. Stellen Sie, wie im Schnelleinstieg beschrieben eine Verbindung zum IO-Controller ILC 350 PN her und gehen Sie in die Ansicht Diagnosearchiv. Hier sehen Sie alle alten Meldungen. Wenn Sie auf eine Meldung per Maus selektieren, erhalten Sie im Fenster darunter genauere Details. Halten Sie davon einen Screenshot für den Laborbericht fest. Trennen Sie nun die Verbindung und stellen Sie eine Verbindung zum PROFINET- Seite 10

11 Modul FL IL 24 BK-PN-PAC her. Wählen Sie in diesem Fall die Ansicht Interbus-Diagnose. Im Reiter Lösungen können Sie ggf. aktuelle Fehler mit Hinweisen zur Abhilfe entnehmen. Im Reiter Busstruktur sehen Sie alle an dieses Modul angeschlossenen INTERBUS-Baugruppen. Bei Fehlern erscheint ein Ausrufezeichen im jeweiligen grünen Punkt des Moduls. Wenn Sie eine Ein-/Ausgabebaugruppe selektieren bekommen Sie nähere Details zur Baugruppe. Trennen Sie nun wieder die Ethernetverbindung zwischen Switch und PROFINET-Modul FL IL 24 BK-PN-PAC auf und beobachten Sie die Reaktion. Stellen Sie danach die Verbindung wieder her und beobachten Sie wiederum die Reaktion. Diagnose mit Hilfe der Ansicht der Ethernet-Topologie Zeigen Sie nun die Ethernet-Topologie an. Trennen Sie erneut die Ethernetverbindung zur Baugruppe und aktualisieren Sie die Topologie über das Kontext-Menü Topologie Aktualisieren nach klicken der rechten Maustaste. Stellen Sie die Ethernetverbindung wieder her und aktualisieren Sie erneut die Topologie. Beobachten Sie jeweils die Reaktion. Online-Diagnose und Reaktion durch das Programm selber Oft möchte man das Netzwerk auch live beobachten und bei Fehlern die Ausgänge automatisch in einen sicheren Zustand schalten. Ergänzen Sie deshalb Ihr Programm um die folgende Logik: Entnehmen Sie dabei dem Schnelleinstieg, wie Sie dem AND-Baustein einen dritten Eingang zufügen und die erforderlichen Eigenschaften der verwendeten Systemvariablen. Jede Eingangsvariable dieser Logik kennzeichnet, ob die dazugehörige Baugruppe funktioniert und die Signale der Baugruppe aktuell gültig sind. Die Ausgangsvariable PNIO_FORCE_FAILSAFE ermöglicht es im Fehlerfall alle Ausgänge aller noch funktionierenden IO-Devices in den sicheren Zustand (auf Null) zu schalten. Kompilieren Sie das Programm, laden Sie es in die Baugruppe und aktivieren Sie den Debug- Modus. Trennen Sie nun wieder die Ethernetverbindung zwischen Switch und PROFINET-Modul FL IL 24 BK-PN-PAC auf und stellen Sie danach die Verbindung wieder her. Beobachten Sie in beiden Fällen, den Status des Programms im Programmierfenster und den Status aller physikalischen Ausgänge inklusive des Ausgangs ONBOARD_OTUPUT_BIT0. Diagnose mit Hilfe des ping-kommandos Selbstverständlich können Sie die Erreichbarkeit einer Baugruppe auch mittels des ICMP-Befehls ping testen. Öffnen Sie dazu unter Windows das Eingabeaufforderungsfenster und testen Sie die Erreichbarkeit. Unterbrechen Sie die Ethernetverbindung zum Modul und testen Sie erneut die Erreichbarkeit. Stellen Sie anschließend die Verbindung wieder her. Diagnose mittels Port-Mirroring und Mitprotokollierung sowie Analyse der Kommunikation mit dem Programm Wireshark Eine weitere Diagnosemöglichkeit ergibt sich, in dem man den PROFINET-Switch im System so konfiguriert, dass er die Kommunikation an einem PORT auf einen anderen PORT spiegelt. An den Seite 11

12 zweiten PORT kann man dann einen passiven Netzteilnehmer anschließen, der den Protokollverkehr mitprotokolliert und analysiert. Dies kann z.b. mit dem Programm Wireshark durchgeführt werden. Im Labor hören wir die Kommunikation mit dem gleichen PC mit, mit dem wir auch das Programm in die SPS laden. Deshalb werden wir mehr Kommunikation sehen, als die reine Information die nur zwischen den Baugruppen ausgetauscht wird. Einstellen des PORT-Mirroring Ein wesentlicher Vorteil des PROFINET-Sytems besteht darin, dass die bekannten TCP/IP- Anwendungen auch auf dem PROFINET laufen. Der eingesetzte Switch ist ein managed switch der konfiguriert werden kann. Zur Konfiguration ist auf dem Switch ein Web-Server installiert. Sie können demnach auf den Switch mittels Internet-Browser zugreifen, in dem Sie im Browser als URL die IP-Adresse des Switches eingeben. Im Untermenü Switch Station PORTS Mirroring können Sie dann das eingestellte Mirroring ansehen und ggf. mit Passwort verändern. Berücksichtigen müssen Sie jedoch, dass das Mirroring Performance kostet. Der Switch in Ihrem System ist bereits so konfiguriert, dass er den Datenverkehr von und zum PORT an dem das IO-Device FL IL 24 BK-PN-PAC angeschlossen ist, auf dem PORT an dem der PC angeschlossen ist spiegelt. Sie müssen ihn also nicht umkonfigurieren. Mithören und Analysieren der Kommunikation mittels Wireshark Mithören können Sie den Datenverkehr z.b. mit dem Freeware-Tool Wireshark, dem Nachfolgeprogramm des Tools Ethereal. Starten Sie dafür das Programm Wireshark. Wählen Sie dann den Menüpunkt Capture Interfaces. Im sich öffnenden Fenster klicken Sie hinter der zu verwendenden Schnittstelle (wird Ihnen im Labor bekannt gegeben) auf Start. Wireshark startet dann eine Online-Aufzeichnung aller Telegramme, die diese Netzwerkkarte erreichen. Dies sind die Telegramme, die Ihr PC zur Steuerung sendet bzw. von ihr empfängt und außerdem die Telegramme, die der Switch mittels der Mirroring-Funktion ausgibt, also die Telegramme von und zum IO-Device FL IL 24 BK-PN-PAC. Stoppen Sie nach kurzer Zeit die Online-Aufzeichnung mittels des Menüpunktes Capture Stop. Nun können Sie die einzelnen Telegramme auswerten, die jeweils in einer Zeile stehen. Bei den PROFINET-Telegrammen ist als Source bzw. Destination jeweils Phoenix_ gefolgt von den letzten 6 Stellen der MAC-Adresse des Devices bzw. des Controllers angegeben. Sie sehen PROFINET-Telegramme vom IO-Controller zum IO-Device und zurück. Die zeitlichen Abstände sollten mit der Aktualisierungszeit der Ein- bzw. Ausgänge des IO- Devices übereinstimmen. Erzeugen Sie für Ihren Laborbericht einen Screenshot. 7. Vorstellung weiterer INTERBUS-Möglichkeiten Im Labor werden wir Ihnen außerdem einen Demo-Aufbau mit weiteren INTERBUS-Möglichkeiten vorstellen. Diese müssen Sie nicht im Laborbericht dokumentieren. Teilen Sie uns bitte Kritik und Verbesserungsvorschläge zum Labor und zu dieser Laboranleitung mit, damit wir das Labor für kommende Studenten verbessern können. Seite 12

13 Labor Feldbussysteme,, Vordruck zum Eintragen der IP-Parameter und der Ethernet-Verkabelung: DNS/PROFINET-Gerätename: IP-Adresse: MAC-Adresse: DNS/PROFINET-Gerätename: IP-Adresse: Aktualisierungszeit Eingänge: Aktualisierungszeit Ausgänge: Projekt: Erste IP-Adresse: Letzte IP-Adresse: Subnetzmaske: Hier bitte Ethernet-Verkabelung einzeichnen (am Switch mit PORT-Nummer) DNS/PROFINET-Gerätename: IP-Adresse: Aktualisierungszeit Eingänge: Aktualisierungszeit Ausgänge: DNS/PROFINET-Gerätename: IP-Adresse: Aktualisierungszeit Eingänge: Aktualisierungszeit Ausgänge: Seite 13