Uhrzeitsynchronisation zwischen S7-300/400 (STEP 7 V5) und SINAMICS S120

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1 Applikationsbeschreibung 02/2014 Uhrzeitsynchronisation zwischen S7-300/400 (STEP 7 V5) und SINAMICS S120 SINAMICS S

2 Gewährleistung und Haftung Gewährleistung und Haftung Die Applikationsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Applikationsbeispiele stellen keine kundenspezifischen Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bieten bei typischen Aufgabenstellungen. Sie sind für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte selbst verantwortlich. Diese Applikationsbeispiele entheben Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieser Applikationsbeispiele erkennen Sie an, dass wir über die beschriebene Haftungsregelung hinaus nicht für etwaige Schäden haftbar gemacht werden können. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesen Applikationsbeispielen jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesem Applikationsbeispiel und anderen Siemens Publikationen, wie z.b. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang. Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr. Unsere Haftung, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der in diesem Applikationsbeispiel beschriebenen Beispiele, e, Programme, Projektierungs- und Leistungsdaten usw. verursachte Schäden ist ausgeschlossen, soweit nicht z.b. nach dem Produkthaftungsgesetz in Fällen des Vorsatzes, der groben Fahrlässigkeit, wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit, wegen einer Übernahme der Garantie für die Beschaffenheit einer Sache, wegen des arglistigen Verschweigens eines Mangels oder wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten zwingend gehaftet wird. Der Schadensersatz wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist jedoch auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit vorliegt oder wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit zwingend gehaftet wird. Eine Änderung der Beweislast zu Ihrem Nachteil ist hiermit nicht verbunden. Weitergabe oder Vervielfältigung dieser Applikationsbeispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von Siemens Industry Sector zugestanden. Vorsicht Die in diesem Beitrag beschriebenen Funktionen und Lösungen beschränken sich überwiegend auf die Realisierung der Automatisierungsaufgabe. Bitte beachten Sie darüber hinaus, dass bei Vernetzung Ihrer Anlage mit anderen Anlagenteilen, dem Unternehmensnetz oder dem Internet entsprechende Schutzmaßnahmen im Rahmen von Industrial Security zu ergreifen sind. Weitere Informationen dazu finden Sie unter der Beitrags-ID Beitrags-ID: , V1.0, 02/2014 2

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Gewährleistung und Haftung Aufgabe Übersicht Lösung Übersicht Hard- und Software-Komponenten Gültigkeit Verwendete Komponenten Funktionsweise Gesamtübersicht Ablauf der Uhrzeitsynchronisation Bedienung der Applikation Übersicht Literaturhinweise Ansprechpartner Historie Beitrags-ID: , V1.0, 02/2014 3

4 1 Aufgabe 1.1 Übersicht 1 Aufgabe 1.1 Übersicht Einführung/Einleitung SINAMICS Antriebe der Familie S120 haben im Gegensatz zu S7-300/400 Steuerungen keine Echtzeituhr (RTC = Real Time Clock ), die im ausgeschalteten Zustand weiterläuft. SINAMICS S120 Antriebe verwenden nach Hochlauf standardmäßig einen internen Zeitzähler auf der Basis Zeit seit Einschalten des Gerätes (Betriebsstundenzähler), z.b. um das Kommen / Gehen von Alarmen und Warnungen zu stempeln. Will man z. B. die Alarme von S7-300/400 Steuerungen und SINAMICS S120 Antrieben miteinander in Beziehung setzen, ist es vorteilhaft, wenn diese Meldungen mit vergleichbaren Uhrzeiten gestempelt werden. Beschreibung der Automatisierungsaufgabe Die Uhrzeit eines Antriebs soll auf die Echtzeituhr einer Steuerung synchronisiert werden. Nach erfolgter Synchronisation der Uhren wird der Antrieb auf die alternative Uhr umgestellt, die im UTC-Format ( Universal Time Clock ) arbeitet. Beitrags-ID: , V1.0, 02/2014 4

5 2 Lösung 2.1 Übersicht 2 Lösung 2.1 Übersicht Schema Die folgende Abbildung zeigt schematisch die wichtigsten Komponenten der Lösung: Abbildung 2-1 PG/PC 04:35:12 SIMATIC PN/DP Time sync. 00:20:48 04:35:12 STEP 7/ STARTER SINAMICS CU320-2 DP + CBE20 PROFINET / IE Um applikativ die Uhrzeit der S7-300/400 und des SINAMICS S120 zu synchronisieren, werden die folgenden in STEP 7 enthaltenen (System-) Funktionen verwendet. SFC 1 Mit der Systemfunktion SFC 1 kann die Uhrzeit der S7-300/400 ausgelesen werden. Als Rückgabewert liefert die Funktion das aktuelle Datum und die aktuelle Uhrzeit im Format DATE_AND_TIME. SFC 20 Mit der Systemfunktion SFC 20 kann der Inhalt eines Speicherbereichs (= Quellbereich) in einen anderen Speicherbereich (= Zielbereich) kopiert werden. Mit Hilfe dieser Funktion wird im SINAMICS S120 der PING (siehe Seite 9) gesetzt bzw. zurückgesetzt. FC 6 Die Funktion FC 6 extrahiert das Datenformat DATE aus dem Format DATE_AND_TIME. DATE liegt zwischen den Grenzen DATE# und DATE# Als Rückgabewert liefert die Funktion das aktuelle Datum in Tagen bezogen auf den Beitrags-ID: , V1.0, 02/2014 5

6 2 Lösung 2.1 Übersicht FC 8 Die Funktion FC 8 extrahiert das Datenformat TIME_OF_DAY aus dem Format DATE_AND_TIME. Als Rückgabewert liefert die Funktion die aktuelle Uhrzeit in Millisekunden. SFB 53 Mit dem SFB 53 ( WRREC ) kann ein Datensatz (hier: Datensatz 47) zu einer adressierten Komponente übertragen werden. Es kann sich dabei um zentral steckende Baugruppen oder um dezentrale Komponenten (PROFIBUS oder PROFINET IO) handeln. Mit Hilfe dieser Funktion können im SINAMICS S120 die benötigten Parameter azyklisch beschrieben werden. Auf den Aufbau und die Handhabung der verwendeten Funktionen wird in diesem Dokument nicht näher eingegangen. Für weitere Informationen hierzu verwenden Sie bitte die Online-Hilfe von STEP 7 sowie folgenden Link: Funktionshandbuch SINAMICS S120 (Kapitel ) Vorteile Die hier vorgestellte Lösung bietet Ihnen folgende Vorteile: Applikative Synchronisation der Uhren von SIMATIC CPU und SINAMICS S120 Antrieb. Alarme der S7-300/400 und des SINAMICS S120 können direkt in Beziehung zueinander gesetzt werden. Keine zusätzliche Hardware notwendig. Abgrenzung Diese Applikation enthält keine Beschreibung der allgemeinen Antriebsfunktionen des SINAMICS S120 der SIMATIC S7-300/400 Grundlegende Kenntnisse über diese Themen werden voraus gesetzt. Vorausgesetzte Kenntnisse Grundlegende Kenntnisse über die Projektierung von SIMATIC Steuerungen mit dem Engineeringsystem STEP 7 und die Projektierung von SINAMICS Antrieben mit STARTER bzw. SIMOTION SCOUT werden vorausgesetzt. Beitrags-ID: , V1.0, 02/2014 6

7 2 Lösung 2.2 Hard- und Software-Komponenten 2.2 Hard- und Software-Komponenten Gültigkeit Diese Applikation ist gültig für STEP 7 ab V5.x STARTER ab V4.x SIMOTION SCOUT ab V4.x S7-300 ab V3.x S7-400 ab V6.x SINAMICS S120 ab V4.x Verwendete Komponenten Hardware-Komponenten Tabelle 2-1 Komponente Anz. MLFB / Bestellnummer SIMATIC CPU PN/DP 1 6ES EK14-0AB0 V3.2.6 SINAMICS S120 CU320-2 DP 1 6SL MA00-0AA0 V4.5 CBE20 1 6SL AA00-2EB0 SIMOTION Trainingskoffer D ZB2470-0AE00 Das Beispielprojekt wurde mit den hier aufgeführten Hardware-Komponenten erstellt. Alternativ können auch andere, funktional gleichwertige Komponenten verwendet werden. Hierfür sind ggf. eine andere Parametrierung und eine andere Verdrahtung der Komponenten erforderlich. Software-Komponenten Tabelle 2-2 Komponente MLFB / Bestellnummer STEP7 6ES CC10-0YA5 V5.5 SP2 STARTER 6SL3072-0AA00-0AG0 V4.3.1 Drive ES Basic 6SW1700-5JA00-4AA0 V5.5 Beispieldateien und Projekte Die folgende Liste enthält alle Dateien und Projekte, die in diesem Beispiel verwendet werden. Tabelle 2-3 Komponente _Time_synchronization_SIMATIC_SINAMICS_V1_0.zip _Uhrzeitsynchronisation_SIMATIC_SINAMICS_V1_0_de.pdf STEP 7 Projekt Dieses Dokument Beitrags-ID: , V1.0, 02/2014 7

8 3 Funktionsweise 3.1 Gesamtübersicht 3 Funktionsweise 3.1 Gesamtübersicht Bei Verwendung der Uhrzeitsynchronisation zwischen S7-300/400 und SINAMICS S120 muss eines der SIEMENS Telegramme (390, 391 oder 392) für die Kommunikation zwischen der Control Unit und der SIMATIC CPU eingestellt werden (erkennbar an DO1.p0922 = 390, 391, 392). Alternativ kann auch ein Freies Telegramm auf Basis der o.g. Telegramme zwischen S7-300/400 und SINAMICS S120 projektiert werden (erkennbar an DO1.p0922 = 999 und gleichzeitig DO1.p2079 = 390, 391, 392). Wird kein Telegramm eingestellt oder eine freie Telegrammprojektierung verwendet, ist eine Uhrzeitsynchronisation nicht durchführbar! 3.2 Ablauf der Uhrzeitsynchronisation Die Synchronisation eines Antriebsgeräts erfolgt immer über die Control Unit (DO1). Die Uhrzeit ist dann implizit auf allen DOs dieser Control Unit wirksam. In der folgenden Abbildung wird die Synchronisation der Control Unit eines SINAMICS S120 gezeigt. Abbildung 3-1 PING SNAP State Diagram Synchronisation ping start timer ping --> snap WAIT for snap ping start timer ping --> snap WAIT for ping snap synchronize drive real time clock snap nop (no transaction) RTC-Synchronisations-Diagnose Echtzeituhr - Zeitsynchronisation SINAMICS 169_RTCsync.vsd Feature SINAMCIS 2 Beitrags-ID: , V1.0, 02/2014 8

9 3 Funktionsweise 3.2 Ablauf der Uhrzeitsynchronisation PING Im System SINAMICS wird die positive Flanke des DO1:CU_STW.Bit1 als PING definiert, sobald ein SIEMENS Telegramm 39x (d.h. 390, 391, 392) bzw. ein Freies Telegramm auf Basis der vorgenannten Telegramme projektiert ist. Hat die Control Unit (DO1) den PING erkannt, wird im Antrieb ein Timer gestartet. Vor Auslösen des PING muss jedoch der Parameter DO1.p3100 auf 1 (UTC- Zeitformat) gesetzt werden. Beim erstmaligen Setzen auf Format UTC wird im Antriebsgerät der Mechanismus zur Uhrzeitsynchronisation gestartet. Wird dies nicht in dieser Reihenfolge gemacht, kann es zu Fehlern beim Setzen der UTC-Zeit kommen (UTC-Zeit dann nicht betriebsbereit)! SNAP Mit dem SNAP wird der Zeitwert übertragen, der zum Zeitpunkt des PINGs in der Steuerung gültig war. Dieser wird nicht um die Laufzeit des PING -Signals von der Steuerung zum Antrieb korrigiert! Nach Erhalt des SNAP in der Control Unit des Antriebs ermittelt dieser die aktuelle Zeit aus dem Zeitwert des SNAPs sowie dem Zeitversatz (Timer im Antrieb) zwischen PING und SNAP. Das Setzen des UTC-Zeitformat und des PINGs, sowie die Übertragung des SNAP kann mittels des im Beispielprojekt enthaltenen Funktionsbausteins FB100 ( SYNC_SINAMICS_CU_TIME ) erfolgen. Das UTC-Zeitformat wird hierbei durch einen azyklischen Schreibauftrag einmalig im Parameter p3100 eingestellt (p3100 = 1 ). Der PING wird bei Verwendung eines der SIEMENS Telegramme 39x für die Kommunikation zwischen SIMATIC CPU und Control Unit durch Setzen des Bit 1 ( RTC real time synchronization PING ) in Steuerwort 1 ( STW1 ) der Control Unit aktiviert. Der SNAP wird durch azyklische Schreibaufträge auf Parameter p3101 übertragen. Der im Beispielprojekt verwendete Funktionsbaustein FB100 ( SYNC_SINAMICS_CU_TIME ) ist ein frei definierter FB und kann beliebig umbenannt werden. Der Funktionsbaustein stellt lediglich einen Lösungsansatz dar und kann, wenn notwendig, vom Anwender editiert werden. Beitrags-ID: , V1.0, 02/2014 9

10 4 Bedienung der Applikation 4.1 Übersicht 4 Bedienung der Applikation 4.1 Übersicht Mit Hilfe des im Beispielprojekt enthaltenen Funktionsbausteins FB100 ( SYNC_SINAMICS_CU_TIME ) kann die Uhrzeitsynchronisation zwischen S7-300/400 und SINAMICS S120 durchgeführt werden. Die Erstinbetriebnahme des SINAMICS S120 muss vor Beginn der Uhrzeitsynchronisation durchgeführt werden. Die Synchronisation der Uhren muss nach jedem Neustart des SINAMICS S120 ausgeführt werden. Gegebenenfalls muss die Uhr nach einer gewissen Zeit nachsynchronisiert werden (zur erforderlichen Häufigkeit des Nachsynchronisierens können hier keine Angaben gemacht werden). Bitte beachten Sie, dass die am SINAMICS S120 verwendeten Ein- und Ausgangsadressen des CU-Telegramms in HW-Konfig innerhalb des Prozessabbilds der S7-300/400 liegen müssen, da die Uhrzeitsynchronisation ansonsten nicht funktioniert! Passen Sie ggf. die Größe des Prozessabbilds der S7-300/400 in HW-Konfig an (Doppelklick auf die CPU > Lasche Cycle/Clock Memory )! Beitrags-ID: , V1.0, 02/

11 4 Bedienung der Applikation 4.1 Übersicht Tabelle 4-1 Nr. Aktion 1. Der Funktionsbaustein FB100 und dessen Instanz-Datenbaustein DB100 können aus dem Beispielprojekt entnommen und in ein bestehendes Projekt mit S7-300/400 und SINAMICS S120 eingefügt werden. Die Datenbausteine DB101, DB102 und DB103 dienen als Quelle für die Daten, die mit dem SFB 53 an den SINAMICS S120 übertragen werden. Die Datenbausteine sowie die benötigten Funktionen SFC 1, SFC 20, FC 6, FC 8 und SFB 53 müssen ebenfalls in das Projekt eingefügt und in die S7-300/400 geladen werden. 2. Der Funktionsbaustein FB100 wird anschließend im OB1 aufgerufen. Durch einmaliges Setzen des Eingangsparameters boexecute wird die Uhrzeitsynchronisation zwischen S7-300/400 und SINAMICS S120 angestoßen. Hierbei wird der Parameter p3100 im SINAMICS S120 auf den Wert 1 gesetzt und somit das Zeitformat auf UTC gestellt. Als Datenquelle für den SFB 53 dient der Datenbaustein DB101, der automatisch mit den notwendigen Daten initialisiert wird. Beitrags-ID: , V1.0, 02/

12 4 Bedienung der Applikation 4.1 Übersicht Nr. Aktion 3. Anschließend wird die Uhrzeit der S7-300/400 ausgelesen und auf Parameter p3101 des SINAMICS S120 übertragen. Als Datenquellen für den SFB 53 dienen die Datenbausteine DB102 und DB103, die ebenfalls automatisch mit den notwendigen Daten initialisiert werden. Der Parameter p3101 ist im STARTER nicht sichtbar! Über den Eingangsparameter STW1 muss die logische Eingangsadresse der Control Unit aus der Telegrammkonfiguration im STARTER angegeben, die das Steuerwort 1 repräsentiert. 4. Wird die Uhrzeitsynchronisation über den Eingangsparameter boexecute angestoßen, wird nach Schreiben des Parameter p3100 in Netzwerk 4 des FB100 der PING in Steuerwort 1 (Bit 1) der Control Unit automatisch gesetzt. 5. In Netzwerk 5 wird anschließend die aktuelle Uhrzeit der S7-300/400 mit Hilfe des SFC 1 gelesen und das aktuelle Datum in Tagen und die aktuelle Uhrzeit in Millisekunden mit den Funktionen FC 6 und FC 8 extrahiert. Beitrags-ID: , V1.0, 02/

13 4 Bedienung der Applikation 4.1 Übersicht Nr. Aktion 6. Das aktuelle Datum und die aktuelle Zeit werden danach in die Datenbausteine DB102 und DB103 transferiert. Diese dienen als Datenquelle für die Funktion SFB 53, mit deren Hilfe nun in Netzwerk 7 und 8 Datum und Uhrzeit an den SINAMICS S120 azyklisch übertragen werden ( SNAP ). 7. Nach erfolgreicher Übertragung der Daten an den SINAMICS S120 wird in Netzwerk 9 der PING in Steuerwort 1 (Bit 1) automatisch zurückgesetzt. Mit Zurücksetzen des Bits wird die übertragene Uhrzeit im SINAMICS S120 aktiv. 8. Nach erfolgreicher Synchronisation der Uhrzeiten ist in Parameter p3102 das aktuelle Datum sowie die aktuelle Uhrzeit sichtbar. p3102[0]: aktuelle Uhrzeit in Millisekunden p3102[1]: aktuelles Datum in Tagen 9. Im Diagnosepuffer der Control Unit ist zudem der Eintrag vorhanden, dass die Uhrzeit auf UTC-Zeitformat umgestellt wurde Beitrags-ID: , V1.0, 02/

14 5 Literaturhinweise 5 Literaturhinweise Tabelle 5-1 Themengebiet \1\ Siemens Industry Online Support \2\ Downloadseite des Beitrages Titel \3\ SINAMICS S120 (Funktionshandbuch 2013) 6 Ansprechpartner Siemens AG Industry Sector I DT MC PMA APC Frauenauracher Straße 80 D Erlangen mailto: profinet.team.motioncontrol.i-dt@siemens.com 7 Historie Tabelle 7-1 Version Datum Änderung V1.0 02/2014 Erste Ausgabe Beitrags-ID: , V1.0, 02/