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IO连接智能化:自动化系统通信传感器

2009/5/13/08:54 来源:中国仪器仪表信息网

    慧聪教育网迄今为止,与智能接近传感器进行通信的唯一方法,是把它们直接连接到一台单独的PC上,因为这种新型智能只能停留在接口上,它无法进一步发展,因为已没有了发展余地。现代自动化系统不具备传感器与控制级之间标准双向通信的优点。

    新的通信技术使得自动化系统电缆更通畅、更智能化。

    传感器,例如接近开关等,已经产生了很大的变化。它们体积更小,通信距离更长。用于对传感器进行精确设置的微控制器驱动“示范”过程,取代了繁琐而粗略的电位计同步,诊断功能也得到了扩展,包括了对污垢沾染的预警功能。

    不过,为了充分利用这些诊断和参数信息中的新进展,必须把它们运用到自动化系统中。除了基本的开关转换信号,i/o模块和传感器之间的接口必须能对诊断及参数数据进行转换。只有这样,传感器的性能才能得到最大限度的发挥。

    迄今为止,与智能接近传感器进行通信的唯一方法,是把它们直接连接到一台单独的PC上,因为这种新型智能只能停留在接口上,它无法进一步发展,因为已没有了发展余地。现代自动化系统不具备传感器与控制级之间标准双向通信的优点。

    因此,传感器安装之后,在新机械进行传输之前或试运行阶段,必须手动对其进行参数设置。

    用于控制传感器参数的PC,也正是存贮这些参数的地方。由此带来的问题显而易见:当传感器(或执行器)需要更换时,若技师不能找到参数文件的备份,那就麻烦了。他必须在新设备中重新键入这些数据。

    传感器的诊断功能如何呢?

    很少有技师会让自己的小型电脑一直连接在运行的传感器上,因此通常不太可能进行持续诊断。一些传感器的确提供了诊断输出信号,但这需要一根独立的I/O线路。很多终端用户不愿意增加机械I/O线路的数量,但不这么做,就不能实现有效的传感器预维护。

    双向通信

    为了在自动化系统中使用智能传感器,Profibus组织发明了一项称为I/OLink的新技术。出于需要,IO连接通信是依附于存在已久的标准二进制传感器接口之上。通过IOLink,标准传感器接口实际上具备了一个附加的双向通信功能,使用户能发送参数和“指导”信号到传感器,并接收传感器回馈的诊断信息。

    这是传感器控制方法上的重大变革。在过去,使用者不得不将他们的PC(或一些专用工具)直接连接到传感器上以交换参数值。现在他们可以挪走自己的PC并通过自动化系统与传感器进行直接通信。

    通过与独立传感器或执行器进行工厂范围的综合通信,IOLink使得用户能利用自动化方案来解决问题。而且,传感器或执行器与I/O模块之间的线路仍同原来一样,为点对点连接。它并不包括新总线系统。传感器仍然通过电缆供电。供电电压的一个简单叠加便能实现传感器与控制系统间的双向数据传输。

    IOLink传感器可直接连接到具有IO连接卡的PLC系统,或通过现场总线模块连接到现场总线系统。

    IOLink是一种低成本的通信机制。开发商对传感器和执行器接口的经济应用投入的特殊关注不亚于I/O模块。第一个组件在2006年由HannoverFair进行了展示,如今很多欧洲制造商将它们IO连接传感器及连接模块首次投入了市场。

    安装

    在安装阶段,由于只需在控制层和传感器/执行器之间安装一条标准无屏蔽三芯电缆,这便简化了工程师的操作。且老式传感器和新型IO连接传感器可同时连接到这条标准三线电缆上。这样,二进制交换设备和多层次信号灯便可连接到相同的电缆上。现有的传感器接口仍维持其兼容性,使IO连接传感器可与老式传感器并行工作。然后,便可在具有全IO连接范围功能的IOLink主机或诸如标准数字I/O设备这样的标准组件上对其进行操作。

    模拟信号线路也变得更简单,它不必再连接屏蔽电缆,而是连接到同一根三芯电缆上。这便节省了对不同电缆类型进行储备的花费,也降低了线路开销。它还显著降低了安装过程中的错误发生风险。IOLink接口是源自接近开关标准接口(IEC60947-5-2),安装时无需使用其他工具。

    工程,试运转

    在过去,必须在PC上利用制造商提供的软件对智能传感器和执行器进行本地设置及参数化。如今,对IOLink设备的设置和参数化,可以通过在PC工作站或控制室使用工程工具,例如西门子的STEP7软件来实现。由于传感器及执行器参数以相同的数据格式存贮在工程中心,这就确保了参数的可复制性。

    如果中央工程工具中没有传感器数据,可以从制造商提供的GSD或IODD文件夹中将其输入。然后,用户可选择使用中央工程工具来执行参数化。用STEP7作为例子,参数化是通过端口设置器或使用TCI(工具调用接口),在传感器制造商提供的工具的协助下完成的。当经由TCI来进行参数化时,数据即可存贮为制造商支持的格式。

    IOLink也为试运行阶段带来了重大改进。由于标准三芯电缆的使用,线路故障几乎可以完全排除,工程师只需在起动阶段检查IOLink的连接状况即可。另外,他/她可使用工程工具对IOLink设备的可达性进行测试。当机械中有若干设备使用相同的配置时,可复制这一配置并发送给另外的设备。

    试车工程师对设备进行参数化是具有高度灵活性的。他们能现场地对设备进行直接编辑和“指导”。稍后,他们将决定把哪些设定数据读入中央工程工具,并存储在工具中。

    透明诊断

    现在,可在运行过程中对IOLink传感器进行设置,进一步提高了机械效率。这使得试车工程师可在系统运转时将其调整到最优性能——这是一个重大的改进。并且,由于可通过总线对数据进行直接访问,而不必在设备上进行参数调整,设置过程也将缩短。当运行某项操作时,用户能接收整个全透明系统的诊断信息,上到控制层,下到传感器及执行器层。

    例如,当一台机械故障时,就可以在控制层精确地识别导致机械停转的传感器。这对维护工程师很有帮助,因为他们能带上适当的替换部件前去维修。新安装的传感器能自动从控制系统接收其参数值,自动参数化及传感器故障预警大大缩短了机械的停转时间。

    IO连接接口的关键技术数据

    连续的点对点接口

    线路接口

    最大电缆长度:20m,非屏蔽标准传感器电缆

    传感器/执行器平均电流消耗:200mA

    遵照连续U

    ART协议,通信贯穿于24VDC脉冲调制

    通信模式

    过程数据(循环):

    典型值:2字节输入数据及2字节输出数据

    最大值:32字节输入数据及32字节输出数据

    确定性时间响应:

    典型值:2ms周期,16位分辨率(过程数据)

    不干扰开关信号所需的数据(诊断数据,参数数据)

    完整性等级:2

    可选模式:开关模式

    实时开关信号

    只能在通信期间参数化

    世界首家采用IOLink接技术的工厂

    德国Bramsche的DunniGmbH是世界首家采用了IO连接技术的工厂。这个餐桌装饰品制造公司在其包装线上采用了IO连接工艺。这种系统由包装系统综合公司meurerVerpackungssysteme代理。

    在新包装线上,有若干光电追踪接近开关在与Profibus环境中的控制器进行通信。室内型触摸屏界面显示出传感器信号。操作员认为,结合了IO连接通信技术的HMI大大简化了机械操作,为终端用户提供了更大的适应性、操作可靠性以及实用性。

    诸如传感器扫描间隔之类的参数,可在运转过程中从自动控制系统调出,传送到传感器并在必要时显示在面板上。

    meurer工程师指出,设备运行时,IOLink传感器通信在两个区域中较为重要,一是当系统转换于不同包装工序间需要实时进行调节时;二是在作预防性维护和故障纠正时。

    有了自动化系统,就不必在每次工序改变时对传感器做机械的再调整,它们的设置将全部从一个工序复制到另一工序。再者,出现问题时,机械操作员通过触摸面板上传感器的图像和读取诊断信息(用条线图形表示的传感器信号品质),就能立即诊断出问题所在。同时也能读取到开关输出状态、污染等级、短路电路显示以及偏差信息或其他传感器的干扰等信息。

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