Новая сеть Automation Platform с поддержкой IO–Link от Festo

Платформа автоматизации Festo

Стандартизация сетевых протоколов становится еще сложнее, когда мы принимаем во внимание различия уровней архитектуры системы управления. В машине, например, может быть использован протокол IO-Link на базовом уровне, PROFINET на среднем уровне и OPC-UA через Ethernet для связи с облаком. Новое семейство продуктов для удаленного ввода-вывода CPX-AP-I от компании Festo решает сразу несколько задач: подключение устройств IO-Link, обеспечение высокоскоростной связи с облаком и интеграцию в хост-систему ПЛК в одном простом комплекте оборудования.

Опорной сетью при этом выступает новый протокол Automation Platform (АР), который реализован на чипсете собственной разработки Festo AP-ASIC. Реализация протокола прямо на кристалле позволяет добиться высоких скоростей передачи данных (200 Mбод) на каждом из трех портов. Для сравнения: это в два раза быстрее текущих скоростей Ethernet-базированных промышленных протоколов. Команда разработчиков Festo создала собственный чипсет и протокол, выполнив обязательное условие простой, быстрой и недорогой интеграции оборудования Festo в количестве до 500 устройств на одном шлюзе промышленной сети.

Festo планомерно развивает новые продукты для автоматизации, такие как сервоприводы, контроллеры движения, пневмоострова и датчики, и встраивание чипсета обеспечивает работу таких устройств в реальном времени, а также сбор больших данных (BigData) с минимальной дополнительной стоимостью.

Система CPX-AP-I от Festo

Система удаленного ввода-вывода IP65/67 CPX-AP-I от Festo состоит из нескольких элементов. Шлюз промышленной сети обеспечивает соединение с сетями PROFINET, PROFIBUS, EthernetIP, EtherCAT или Мodbus, а также гарантирует интеграцию в соответствующую хост-систему. При этом ниже данного шлюза используется AP-сеть, а сама система ввода/вывода становится стандартной. Таким образом, решается вопрос стандартизации на уровне систем ввода/вывода, пользователь получает список материалов по данному направлению. А входы и выходы отражаются так, как будто они принадлежат хост-системе, вне зависимости от используемого ПЛК. Доступны следующие модули (рис. 1): шинные модули (PROFINET, PROFIBUS, EthernetIP, EtherCAT, ModbusTCP -> AP), цифровые входы и выходы (8DI, 4DI4DO, 4DI), аналоговые входы (4AI-U-I-RTD, по току, напряжению и температуре), модули IO-Link-мастера (4IOL) и уникальные AP-модули для пневмоостровов (для VTUG и MPAL).

Рис. 1. Пример системы CPX-AP-I с шинным модулем PROFINET -> AP, цифровыми модулями 4DI4DI M8, 8DI M12 и пневмоостровом VTUG с AP-модулем

Прямое встраивание пневмоостровов в систему AP снижает совокупную стоимость решения, а также упрощает интеграцию пневматики для пользователей. Такая система позволяет исключить необходимость подключения катушек распределителей к модулям удаленных выходов или отказаться от дорогостоящих модулей промышленных сетей на каждом пневмоострове (PROFINET, EthernetIP, EtherCAT и т. д.).

Каждый модуль подключается кабелем по стандарту CAT6e, который соответствует электромагнитным требованиям систем с частотой 125 МГц и подготовлен для подвижных применений в высокоскоростных гибких кабельных каналах. Благодаря разделению кабелей питания и передачи данных разработчик может выбрать вариант поведения системы в экстренных ситуациях. Система подготовлена для таких топологий, как «дерево», линейная, «звезда». Максимальная длина кабеля между станциями может составлять 50 м (на данный момент доступны кабели до 15 м). Максимальным количеством подключаемых модулей на один сетевой шлюз будет 500 (пока 79).

Интеграция IO-Link

Никакая промышленная система сбора данных не может быть полностью реализованной без интеграции IO-Link. Система CPX-AP-I от Festo не является исключением: модуль IO-Link-мастера встраивается прямо в AP-сеть. Такой подход позволяет компаниям цифровизировать все вплоть до самого нижнего уровня датчиков и приводов. Данные и параметризация проходят через AP-сеть, а затем в промышленный интерфейс в головной ПЛК и даже в облако при использовании шлюза «Интернета вещей» от Festo — CPX-IOT-Gateway (рис. 2).

Рис. 2. Типовая архитектура инеграции CPX-AP-I в промышленную сеть и в облако

Устройства с IO-Link сегодня становятся более популярными, чем аналоговые. Многие производители отдают предпочтение устройствам с IO-Link благодаря улучшенной диагностике, сокращенному времени установки и более эффективной наладке. Так, весь ассортимент устройств с IO-Link от Festo — контроллеры шаговых двигателей, двухпозиционные электроприводы, пневмоострова, регуляторы давления, датчики давления, расхода и положения — легко интегрируется в систему CPX-AP-I, обеспечивая надежную связь устройств Festo с промышленной сетью и облаком.

Большие данные

Для промышленного оборудования нехарактерна задача транслировать видео через сеть. Однако научно-технический прогресс учит нас тому, что требования к пропускной способности сетей с течением времени экспоненциально растут. Протокол Festo AP не только предоставляет достаточно высокую скорость для работы с видео, но и, благодаря многоканальному подходу, способен обеспечить возможность параметризации объема данных как в реальном времени, так и вне его. Такой подход позволяет избежать потерь и настроить детерминированное поведение при работе с циклическими данными, а также делает доступными нециклические данные для задач предиктивного обслуживания.

Например, уже предусмотрены функции мониторинга целостности кабелей (рис. 3), меток времени входов/выходов, времени цикла приводов, температуры окружающей среды. Все это позволит пользователям сократить эксплуатационные затраты, время простоя оборудования, а также оптимизировать время цикла и повысить производительность.

Рис. 3. Функции мониторинга CPX-AP-I для реализации предиктивного обслуживания

Таким образом, продукты с использованием AP-технологии будут созданы в соответствии с требованиями цифровых производств и потому получат преимущества по сравнению с традиционными ограниченными решениями с IO-Link или EtherCAT.

Программное обеспечение

Программный комплекс Festo Automation Suite — новый универсальный инструмент, который обеспечивает параметризацию, программирование и обслуживание всех новых устройств Festo. Среди таких устройств — механика, сервоприводы, программируемые контроллеры движения, удаленные входы/выходы. Вместе с CPX-AP-I также появился обновленный плагин для Festo Automation Suite. Пользователи могут применять и уже существующие у них инструменты, такие как, например, TIA portal от Siemens. Но стоит отметить, что Festo Automation Suite позволяет провести наладку и тестирование оборудования даже без наличия ПЛК.

Будущее технологии AP

Со скоростью передачи данных в 200 Мбод и временем цикла 15 мкс система AP полностью готова не только для обмена данными ввода/вывода, но и для управления синхронизированным перемещением. И это не просто совпадение: Festo является разработчиком и производителем сервоконтроллеров и серводвигателей. С чипсетом Festo AP-ASIC будущее оптимизированных IoT-систем управления перемещением, пневматических устройств и приводов, кажется, стало вполне определенным.