Ausbaustufen des Buskopplers im Multi-Configuration-Mode
Aufbau einer Serienmaschine
Serienmaschinen bestehen oft aus einem Maschinen-Teil, der immer in der Maschine vorhanden ist, und Maschinenerweiterungen, die optional hinzugefügt werden können. Diese Aufteilung gilt dann in der Regel auch sowohl für die Software (das Steuerungsprogramm) als auch für die Hardware (benötigte Prozess-Signale über Beckhoff-Busklemmen) der Maschine. Eine Maschine mit den Maschinenerweiterungen A, B und C, deren Prozess-Signale über den PROFIBUS DP von den Beckhoff-Buskopplern BK3110, BK3120 oder BK3520 eingelesen bzw. ausgegeben werden, könnte dann wie folgt aufgeteilt sein.
Die dargestellte Maschine besteht aus einer Steuerung (z. B. TwinCAT, S7-400, etc.), einer PROFIBUS DP-Masteranschaltung (z. B. FC3101, CP???, etc.), die die Prozess-Signale über den PROFIBUS DP sendet bzw. empfängt, sowie aus Buskopplern mit Busklemmen, die die Schnittstelle zu dem Maschinenprozess bilden. Die grau dargestellten Bereiche entsprechen den Teilen der Maschine, die immer vorhanden sind. Die Maschinenerweiterungen A, B und C sind rot, grün und blau gekennzeichnet. Dabei ist zu erkennen, dass zu jeder Maschinen-Erweiterung sowohl Software-Module innerhalb des Steuerungsprogramms als auch Prozess-Signale, die über Busklemmen an die Steuerung angeschlossen sind, gehören.
Da der Maschinenbauer nicht acht verschiedene Steuerungsprogramme für alle möglichen Kombinationen der Maschinenerweiterungen pflegen möchte, ist es sinnvoll, das Steuerungsprogramm so zu designen, dass entsprechend der verwendeten Maschinenerweiterungen die benötigten Softwaremodule aktiviert werden. Um ein Steuerungsprogramm für alle Ausbaustufen der Maschine erstellen zu können, ist es allerdings notwendig, dass gleiche Prozess-Signale immer auf gleichen Adressen im Prozessabbild der Steuerung erscheinen, unabhängig davon, welche Prozess-Signale in der verwendeten Ausbaustufe vorhanden sind. Bei herkömmlichen DP-Slaves ist in solchen Fällen immer eine andere Konfiguration der PROFIBUS DP-Masteranschaltung notwendig. In den folgenden Kapiteln wird erläutert, wie mit den Beckhoff-Buskopplern diese Problematik mit einer einzigen Konfiguration der PROFIBUS DP-Masteranschaltung gelöst werden kann.
Der Vorteil davon wäre, dass sich zwei Ausbaustufen einer Maschine nur noch durch die verwendete Hardware (Maschinenteile und Busklemmen), nicht aber durch die Software unterscheiden. Wenn eine Maschinenerweiterung vorgenommen wird, sind nur noch die zusätzlichen Busklemmen zu stecken und zu verdrahten sowie die entsprechende Erweiterung (z. B. über das MMI-Interface der Maschine) zu aktivieren, es sind keine Softwareänderungen mehr vorzunehmen.
Prozessabbild-Schnittstellen
Die Schnittstellen zwischen der Steuerung, PROFIBUS DP-Masteranschaltung, Buskoppler und Busklemmen bilden Prozessabbilder, in denen die Prozess-Signale nach bestimmten Algorithmen abgelegt sind.
Die Prozess-Signale eines DP Slaves (Buskoppler BK3110, BK3120 oder BK3520) werden immer in einem Data_Exchange-Telegramm übertragen (in dem die Ausgänge vom DP-Master gesendet und die Eingänge in der zugehörigen Telegrammantwort empfangen werden). In der PROFIBUS DP-Masteranschaltung werden die mit den Buskopplern ausgetauschten Prozessabbilder über eine Mapping-Vorschrift auf die Prozessabbilder der Steuerung abgebildet.
Prozessabbilder der Maschinenausbaustufen
Wie in dem folgenden Bild zu erkennen ist, verändert sich die Mapping-Vorschrift in der PROFIBUS DP-Masteranschaltung, je nachdem welche Maschinenerweiterungen verwendet werden (hier zwei Beispiele).
Um die Problematik der veränderten Mapping-Vorschrift zu lösen, wurde bei den Buskopplern BK3110, BK3120 und BK3520 die Möglichkeit geschaffen, das Mapping bereits im Buskoppler durchzuführen (Multi-Configration-Mode), so dass dieser unabhängig vom Busklemmenausbau immer das gleiche Prozessabbild mit dem PROFIBUS DP-Master austauscht.
Einstellung des Busklemmenausbaus im Buskoppler
Damit zwischen PROFIBUS DP-Master und Buskoppler unabhängig vom Maschinen- bzw. Busklemmenausbau immer das gleiche Prozessabbild übertragen wird, ist beim Multi-Configration-Mode des Buskopplers immer der Maximalbusklemmenausbau im PROFIBUS DP-Master zu konfigurieren. Diese PROFIBUS DP-Konfiguration wird beim Hochlaufen des PROFIBUS DP-Busses vom PROFIBUS DP-Master an den Buskoppler gesendet, der wiederum die empfangene PROFIBUS DP-Konfiguration mit seinem Busklemmenausbau vergleicht.
Wenn der Buskoppler jetzt nicht gerade im Maximalbusklemmenausbau betrieben wird, stimmt die PROFIBUS DP-Konfiguration nicht mit seinem Busklemmenausbau überein. Damit der Buskoppler trotzdem die Prozess-Signale seiner angeschlossenen Busklemmen auf das mit dem PROFIBUS DP-Master auszutauschende Prozessabbild abbilden kann, fehlt noch die Mapping-Vorschrift.
Da der Buskoppler die Prozess-Signale der Busklemmen nach einem festen Algorithmus (erst komplexe, dann digitalen Klemmen, jeweils in der gesteckten Reihenfolge) in das DP-Prozessabbild mappt, fehlt nur die Information, welche der per PROFIBUS DP-Konfiguration projektierten Busklemmen auch tatsächlich vorhanden sind. Diese Information kann über den azyklischen DPV1-Write oder bei PROFIBUS DP-Masteranschaltungen, die PROFIBUS DPV1 nicht unterstützen, über das 2-Byte-SPS-Interface übertragen werden. Der azyklische DPV1-Write ist in der Regel über Funktionsbausteine (TwinCAT: ADS-Write, S7 400: SFB 52 (lesen) und SFB53 (schreiben)) vom Steuerungsprogramm aus verfügbar. Das 2-Byte-SPS-Interface des Buskopplers wird direkt in das Prozessabbild der Steuerung gemappt. Sobald also eine Maschinenerweiterung aktiviert bzw. deaktiviert wird, kann das Steuerungsprogramm die zugehörigen Busklemmen aktivieren bzw. deaktivieren.
Beispiele wie oben, deaktivierte Klemmen sind gelb gezeichnet:
Zustandsübergänge im Buskoppler
Wenn im Multi-Configuration-Mode die empfangene PROFIBUS DP-Konfiguration nicht mit dem Busklemmenausbau übereinstimmt, setzt der Buskoppler das "statische Diagnose"-Bit in den PROFIBUS DP-Diagnosedaten und führt noch keinen Klemmenbuszyklus durch (IO-RUN-LED bleibt aus). Sobald die Klemmenzuordnung (aktiviert/nicht aktiviert) vom PROFIBUS DP-Master beschrieben wurde, führt der Buskoppler erneut eine Überprüfung der PROFIBUS DP-Konfiguration durch und geht automatisch in den zyklischen Datenaustausch (das "statische Diagnose"-Bit in den PROFIBUS DP-Diagnosedaten wird gelöscht und der Klemmenbuszyklus wird zyklisch durchgeführt (IO-RUN-LED geht während des Klemmenzyklus an)). Außerdem wird die Klemmenzuordnung im nicht-flüchtigen Speicher des Buskopplers abgelegt, so dass bei einem Restart des PROFIBUS DP kein erneutes Schreiben der Klemmenkonfiguration durch den PROFIBUS DP-Master notwendig ist.
