Beckhoff BK4 4000, BK4 4010, BK4 4500 InterBus Koppler Technische Dokumentation
Im Folgenden finden Sie eine kurze Beschreibung von InterBus Koppler BK4 4000, BK4 4010, BK4 4500. InterBus Koppler sind ein universelles Bindeglied zwischen einem Feldbus-System und der Sensor/Aktorebene. Sie ermöglichen die Steuerung von bis zu 64 elektronischen Reihenklemmen für verschiedene Signalformen, die flexibel miteinander kombiniert werden können.
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InterBus Koppler
BK4000
Gültig für alle BK4xxx Buskoppler
Technische Dokumentation
Version 1.3
24.10.2006
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1. Vorwort
Hinweise zur Dokumentation
Haftungsbedingungen
Lieferbedingungen
Copyright
Sicherheitshinweise
Auslieferungszustand
Erklärung der Sicherheitssymbole
2. Grundlagen
Das Beckhoff Busklemmen-System
Die Schnittstellen
Spannungsversorgung
Einspeisung Powerkontakte
Powerkontakte
Feldbusanschluß
Konfigurations Schnittstelle
K-Bus Kontakte
Potentialtrennung
Die Betriebsarten des Buskopplers
Mechanischer Aufbau
Elektrische Daten
Die Peripheriedaten im Prozeßabbild
Inbetriebnahme und Diagnose
ID- Code und ID-Länge
Lauf- und Reaktionszeiten
3. InterBus-Koppler BK4000 im InterBus S
Systemvorstellung
Das Medium: Stecker und Kabel
Konfiguration der Master
4. Anhang
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5
Beispiel: Zusammenstellung eines Prozeßabbildes im Buskoppler 24
Darstellung der Analogsignale im Prozeßabbild 26
5. Support und Service
Beckhoff Firmenzentrale
28
28
2 BK4000
Vorwort
Vorwort
Hinweise zur Dokumentation
Diese Beschreibung wendet sich ausschließlich an ausgebildetes Fachpersonal der Steuerungs- und
Automatisierungstechnik, das mit den geltenden nationalen Normen vertraut ist. Zur Installation und Inbetriebnahme der Komponenten ist die Beachtung der nachfolgenden Hinweise und Erklärungen unbedingt notwendig.
Haftungsbedingungen
Das Fachpersonal hat sicherzustellen, dass die Anwendung bzw. der Einsatz der beschriebenen Produkte alle Sicherheitsanforderungen, einschließlich sämtlicher anwendbaren Gesetze, Vorschriften, Bestimmungen und Normen erfüllt.
Die Dokumentation wurde sorgfältig erstellt. Die beschriebenen Produkte werden jedoch ständig weiterentwickelt. Deshalb ist die Dokumentation nicht in jedem Fall vollständig auf die Übereinstimmung mit den beschriebenen Leistungsdaten, Normen oder sonstigen Merkmalen geprüft. Keine der in diesem
Handbuch enthaltenen Erklärungen stellt eine Garantie im Sinne von § 443 BGB oder eine Angabe über die nach dem Vertrag vorausgesetzte Verwendung im Sinne von § 434 Abs. 1 Satz 1 Nr. 1 BGB dar.
Falls sie technische Fehler oder Schreibfehler enthält, behalten wir uns das Recht vor, Änderungen jederzeit und ohne Ankündigung durchzuführen. Aus den Angaben, Abbildungen und Beschreibungen in dieser Dokumentation können keine Ansprüche auf Änderung bereits gelieferter Produkte gemacht werden.
Lieferbedingungen
Es gelten darüber hinaus die allgemeinen Lieferbedingungen der Fa. Beckhoff Automation GmbH.
Copyright
©
Diese Dokumentation ist urheberrechtlich geschützt. Jede Wiedergabe oder Drittverwendung dieser
Publikation, ganz oder auszugsweise, ist ohne schriftliche Erlaubnis der Beckhoff Automation GmbH verboten.
BK4000 3
Vorwort
Sicherheitshinweise
Auslieferungszustand
Die gesamten Komponenten werden je nach Anwendungsbestimmungen in bestimmten Hard- und Software-Konfigurationen ausgeliefert. Änderungen der Hard-, oder Software-Konfiguration, die über die dokumentierten Möglichkeiten hinausgehen sind unzulässig und bewirken den Haftungsausschluss der
Beckhoff Automation GmbH.
Erklärung der Sicherheitssymbole
In der vorliegenden Dokumentation werden die folgenden Sicherheitssymbole verwendet. Diese Symbole sollen den Leser vor allem auf den Text des nebenstehenden Sicherheitshinweises aufmerksam machen.
Gefahr
Dieses Symbol weist darauf hin, dass Gefahren für Leben und Gesundheit von
Personen bestehen.
Dieses Symbol weist darauf hin, dass Gefahren für Maschine, Material oder Umwelt bestehen.
Achtung
i
Hinweis
Dieses Symbol kennzeichnet Informationen, die zum besseren Verständnis beitragen.
4 BK4000
Grundlagen
Grundlagen
bis zu 64 Busklemmen mit jeweils 2 E/A-Kanälen für jede Signalform dezentrale Verdrahtung der
E/A-Ebene
IPC als Steuerung
Buskoppler für alle gängigen Bussysteme
Norm - C Schienen
Montage
Modularität
Anzeige des Kanalzustands
K-Bus
Endklemme
Das Beckhoff Busklemmen-System
Das Busklemmen-System ist das universelle Bindeglied zwischen einem
Feldbus-System und der Sensor/Aktorebene. Eine Einheit besteht aus einem Buskoppler als Kopfstation und bis zu 64 elektronischen Reihenklemmen, wovon die letzte eine Endklemmen ist. Für jede technische Signalform stehen Klemmen mit jeweils eins bis zu vier E/A-Kanälen zur Verfügung, die beliebig gemischt werden können. Dabei haben alle Klemmtypen die gleiche Bauform, wodurch der Projektierungsaufwand sehr gering gehalten wird. Bauhöhe und Tiefe sind auf kompakte Klemmenkästen abgestimmt.
Die Feldbustechnik erlaubt den Einsatz kompakter Steuerungsbauformen.
Die E/A-Ebene muß nicht bis zur Steuerung geführt werden. Die Verdrahtung ist dezentral mit minimalen Kabellängen durchführbar. Den Installationsstandort der Steuerung können Sie im Bereich der Anlage beliebig wählen. Durch den Einsatz eines Industrie PCs als Steuerung läßt sich das
Bedien- und Beobachtungselement zur Hardware realisieren. Der Standort der Steuerung kann deshalb ein Bedienpult, eine Leitwarte oder ähnliches sein. Die Busklemmen stellen die dezentrale Ein/Ausgabeebene der Steuerung im Schaltschrank dar. Der Leistungsteil der Anlage wird über das
Bussystem gesteuert. Die Busklemme ersetzt die konventionelle Reihenklemme als Verdrahtungsebene im Schaltschrank. Der Schaltschrank kann kleiner dimensioniert werden.
Das Beckhoff Busklemmen-System vereint die Vorteile eines Bussystems mit den Möglichkeiten der kompakten Reihenklemme. Busklemmen können an allen gängigen Bussystemen betrieben werde und verringern so die
Teilevielfalt in der Steuerung. Dabei verhalten sich Busklemmen wie herkömmliche Teilnehmer dieses Bussystems. Alle Leistungsmerkmale des jeweiligen Bussystems werden unterstützt.
Die einfache und platzsparende Montage auf einer Norm-C Schiene und die direkte Verdrahtung von Aktoren und Sensoren ohne Querverbindungen zwischen den Klemmen standardisiert die Installation. Dazu trägt auch das einheitliche Beschriftungskonzept bei.
Die geringe Baugröße und die große Flexibilität des Systems der Busklemme ermöglichen den Einsatz überall dort, wo auch eine Reihenklemme zur Anwendung kommt. Jede Art von Ankopplung, wie analoge, digitale, serielle oder der Direktanschluß von Sensoren kann realisiert werden.
Die modulare Zusammenstellung der Klemmleiste mit Busklemmen verschiedener Funktionen begrenzt die Zahl der ungenutzten Kanäle auf maximal einen pro Funktion. Mit einer zwei Kanal Modularität wird in den meisten Fällen das Optimum der Kosten pro Kanal in bezug auf die gesamte
Einheit erreicht. Auch die Möglichkeit der Potentialtrennung durch Einspeiseklemmen hilft, die Anzahl der ungenutzten Kanäle gering zu halten.
Die integrierten Leuchtdioden zeigen in Sensor/Aktor-Nähe den Zustand jedes Kanals an.
Der K-Bus ist der Datenweg innerhalb der Klemmleiste. Über sechs Kontakte an den Seitenwänden der Klemmen wird der K-Bus vom Buskoppler durch alle Klemmen geführt. Die Endklemme schließt den K-Bus ab. Der
Benutzer muß sich keinerlei Wissen über die Funktion des K-Bus oder die interne Arbeitsweise von Klemmen und Buskoppler aneignen. Viele lieferbare Software-Tools erlauben eine komfortable Projektierung, Konfiguration und Bedienung.
BK4000 5
Grundlagen
Potential - Einspeise-
Klemmen für potentialgetrennte Gruppen
Das Prinzip der Busklemme
Über drei Powerkontakte wird die Betriebsspannung an nachfolgende
Klemmen weitergegeben. Durch den Einsatz von Potential - Einspeiseklemmen, können Sie die Klemmleiste in beliebige potentialgetrennte
Gruppen gliedern. Die Einspeiseklemmen ohne Diagnose werden bei der
Ansteuerung der Klemmen nicht berücksichtigt, sie dürfen an beliebiger
Stelle in die Klemmleiste eingereiht werden.
In einer Klemmleiste können Sie bis zu 64 Klemmen einsetzen, Potential -
Einspeiseklemmen und Endklemme mit eingeschlossen.
Buskoppler für verschiedene Feldbussysteme
Verschiedene Buskoppler lassen sich einsetzen, um die elektronische
Klemmleiste schnell und einfach an unterschiedliche Feldbussysteme anzukoppeln. Auch eine nachträgliche Umrüstung auf ein anderes Feldbussystem ist möglich. Der Buskoppler übernimmt alle Kontroll- und Steuerungsaufgaben die für den Betrieb der angeschlossenen Busklemmen notwendig sind. Die Bedienung und Konfiguration der Busklemmen wird ausschließlich über den Buskoppler durchgeführt. Feldbus, K-Bus und E/A-
Ebene sind galvanisch getrennt.
Wenn der Datenaustausch über den Feldbus zeitweise ausfällt, bleiben
Zählerstände erhalten, digitale Ausgänge werden gelöscht und analoge
Ausgänge nehmen einen Wert an, der bei der Inbetriebnahme für jeden
Ausgang getrennt konfigurierbar ist.
6 BK4000
Grundlagen
Der InterBus-Koppler
BK4000
Die Schnittstellen
Ein Buskoppler besitzt sechs unterschiedliche Anschlußmöglichkeiten.
Diese Schnittstellen sind als Steckverbindungen und Federkraftklemmen ausgelegt.
24 V DC an die obersten
Klemmen „24 V“ und „0 V“ unteren 3 Klemmpaare zur
Einspeisung maximal 24 V maximal 10 A
Federkontakte an der Seite
Spannungsversorgung
Die Buskoppler benötigen zum Betrieb eine 24 V Gleichspannung. Der
Anschluß findet über die oberen Federkraftklemmen mit der Bezeichnung
„24 V“ und „0 V“ statt. Über die Versorgungsspannung werden neben der
Buskopplerelektronik über den K-Bus auch die Busklemmen versorgt. Die
Spannungsversorgung der Buskopplerelektronik und die des K-Bus sind galvanisch getrennt von der Spannung der Feldebene.
Einspeisung Powerkontakte
Die unteren sechs Anschlüsse mit Federkraftklemmen können zur Einspeisung der Peripherieversorgung benutzt werden. Die Federkraftklemmen sind paarweise mit einem Powerkontakt verbunden. Die Einspeisung zu den Powerkontakten besitzt keine Verbindung zur Spannungsversorgung der Buskoppler. Die Auslegung der Einspeisung läßt Spannungen bis zu
24 V zu. Die paarweise Anordnung und die elektrische Verbindung zwischen den Speiseklemmkontakten ermöglicht das Durchschliefen der Anschlußdrähte zu unterschiedlichen Klemmpunkten. Die Strombelastung
über den Powerkontakt darf 10 A nicht dauerhaft überschreiten. Die
Strombelastbarkeit zwischen zwei Federkraftklemmen ist mit der Belastbarkeit der Verbindungsdrähte identisch.
Powerkontakte
An der rechten Seitenfläche des Buskopplers befinden sich drei Federkontakte der Powerkontaktverbindungen. Die Federkontakte sind in Schlitzen verborgen um einen Berührungsschutz sicher zu stellen. Durch das Anreihen einer Busklemme werden die Messerkontakte auf der linken Seite der
Busklemme mit den Federkontakten verbunden. Die Nut/Federführung an der Ober- und Unterseite der Buskoppler und Busklemmen garantiert sichere Führung der Powerkontakte.
BK4000 7
Grundlagen
9 polige Sub-D
Buchsenleiste
9 polige Sub-D Steckleiste serielle Schnittstelle unter der Frontklappe
6 Kontakte an der Seite
3 Potentialgruppen:
Feldbus
K-Bus
Peripherieebene
Aufbau der Potentialebenen im Busklemmen-System
Feldbusanschluß
Auf der linken Seite befindet sich eine abgesenkte Frontfläche. Hier können die typischen InterBus - Verbindungsstecker eingesteckt werden. Eine ausführliche Beschreibung der Feldbusschnittstellen finden Sie im Kapitel
„Das Medium: Stecker und Kabel“.
Konfigurations Schnittstelle
Auf der unteren Seite der Frontfläche sind die Standardbuskoppler mit einer RS232-Schnittstelle ausgerüstet. Der Miniaturstecker kann mit einem
Verbindungskabel und der Konfigurationssoftware KS2000 mit einem PC verbunden werden. Die Schnittstelle erlaubt das Konfigurieren der analogen Kanäle. Die Funktionalität der Konfigurationsschnittstelle ist ebenfalls
über den Feldbus mit dem SPS - Interface zu erreichen. Das SPS - Interface besteht aus zwei zusätzlichen Bytes die mit in die Prozeßdaten eingeblendet werden.
K-Bus Kontakte
Zur Verbindung zwischen dem Buskoppler und den Busklemmen besitzt der Buskoppler Goldkontakte an der rechten Seite. Durch das Aneinanderstecken der Busklemmen kontaktieren die Goldkontakte automatisch die
Verbindung zwischen den Busklemmen. Die Spannungsversorgung der K-
Bus - Elektronik in den Busklemmen und der Datenaustausch zwischen dem Buskoppler und den Busklemmen übernimmt der K-Bus. Ein Teil des
Datenaustauschs findet über eine Ringstruktur innerhalb des K-Bus statt.
Das Auftrennen des K-Bus, beispielsweise durch ziehen einer der Busklemmen, öffnet den Ring. Ein Datenaustausch auf dem K-Bus ist nicht mehr möglich. Der InterBus bekommt einen Modulfehler gemeldet und kann zu Diagnosezwecken weiter betrieben werden. Besondere Mechanismen ermöglichen den Buskoppler die Unterbrechungsstelle im K-Bus zu lokalisieren und anzuzeigen.
Potentialtrennung
Die Buskoppler arbeiten mit drei unabhängigen Potentialgruppen. Die Versorgungsspannung speist galvanisch getrennt die K-Bus - Elektronik im
Buskoppler und den K-Bus selbst. Aus der Versorgungsspannung wird weiter die Betriebsspannung für den Betrieb des Feldbus erzeugt.
Anmerkung: Alle Busklemmen haben eine galvanische Trennung zum K-
Bus. Der K-Bus ist dadurch vollständig galvanisch gekapselt.
8 BK4000
Grundlagen
Anlaufverhalten des
Buskopplers
Die Betriebsarten des Buskopplers
Nach dem Einschalten überprüft der Buskoppler in einem „Selbsttest“ alle
Funktionen seiner Bauteile und die Kommunikation des K-Busses. Während dieser Phase blinkt die rote I/O-LED. Nach dem erfolgreichen Selbsttest beginnt der Buskoppler die angesteckten Busklemmen zu testen „Busklemmentest“ und liest die Konfiguration ein. Aus der Konfiguration der
Busklemmen entsteht eine interne, von außen nicht zugängliche, Aufbauliste. Für den Fall eines Fehlers geht der Buskoppler in den Betriebszustand „STOP“. Die I/O ERR - LED blinkt. Nach dem fehlerfreien Hochlauf geht der Buskoppler in den Zustand „Feldbusstart“. Die I/O RUN - LED leuchtet.
Der Buskoppler kann nach der Fehlerbeseitigung nur durch erneutes Einschalten oder einen Feldbus - Reset (wird automatisch vom Master ausgelöst) in den normalen Betriebszustand gebracht werden.
BK4000 9
Grundlagen
Maße eines Buskopplers
Mechanischer Aufbau
Das System der Beckhoff - Busklemme zeichnet sich durch geringes Bauvolumen und hohe Modularität aus. Für die Projektierung muß ein Buskoppler und eine Anzahl von Busklemmen vorgesehen werden. Die Baumaße der Buskoppler sind unabhängig vom Feldbussystem. Durch die
Verwendung großer Stecker, wie zum Beispiel einige hoch aufbauende
Busstecker für den InterBus kann die Gesamthöhe der Gehäuse überschritten werden.
Montage und Anschluß
10
Die Gesamtbreite der Anwendung setzt sich aus der Breite des Buskopplers mit der Busendklemme und der Breite der verwendeten Busklemmen zusammen. Die Busklemmen sind je nach Funktion 12 mm oder 24 mm breit. Die Höhe über alles von 68mm wird durch die Frontverdrahtung in
Abhängigkeit von der Drahtstärke um ca. 5 mm bis 10 mm überbaut.
Der Buskoppler und alle Busklemmen können durch leichten Druck auf einer C-Tragschiene mit 35mm aufgerastet werden. Die einzelnen Gehäuse können durch einen Verriegelungsmechanismus nicht mehr abgezogen werden. Zum Entfernen von der Tragschiene entsichert die orangefarbene
Zuglasche den Rastmechanismus und ermöglicht ein kraftloses Abziehen der Gehäuse. Arbeiten an den Busklemmen und am Buskoppler dürfen nur im ausgeschalteten Zustand durchgeführt werden. Durch das Ziehen und
Stecken unter Spannung kann es kurzzeitig zu undefinierten Zwischenzuständen kommen. (Zum Beispiel ein Reset des Buskopplers.)
An den Buskoppler können auf der rechten Seite bis zu 64 Busklemmen angereiht werden. Beim Zusammenstecken der Komponenten ist darauf zu achten, die Gehäuse mit Nut und Feder aneinander gesetzt, zu montieren.
Durch das Zusammenschieben der Gehäuse auf der Tragschiene kann keine funktionsfähige Verbindung hergestellt werden. Bei richtiger Montage ist kein nennenswerter Spalt zwischen den angereihten Gehäusen zu sehen.
Der rechte Teil der Buskoppler ist mechanisch mit einer Busklemme vergleichbar. Acht Anschlüsse an der Oberseite ermöglichen die Verbindung mit massiven oder feindrähtigen Leitungen. Die Verbindungstechnik wird mit einer Federkrafttechnik realisiert. Das Öffnen der Federkraftklemme wird mit einem Schraubendreher oder einem Dorn durch leichten Druck in die Öffnung über der Klemme durchgeführt. Der Draht kann ohne Wider-
BK4000
Powerkontakte
Isolationsprüfung
PE Powerkontakt
Grundlagen stand in die Klemme eingeführt werden. Durch Rücknahme des Druckes schließt sich die Klemme automatisch und hält den Draht sicher und dauerhaft fest.
Die Verbindung zwischen Buskoppler und Busklemmen wird durch das
Zusammenstecken der Komponenten automatisch realisiert. Die Übertragung der Daten und die Versorgung der intelligenten Elektronik der Busklemmen übernimmt der K-Bus. Die Versorgung der Sensorik/Aktorik wird bei den digitalen Busklemmen über die Powerkontakte durch geführt. Die
Powerkontakte stellen durch das Zusammenstecken eine Versorgungsschiene dar. Beachten Sie die Schaltpläne der Busklemmen, einige Busklemmen schleifen diese Powerkontakte nicht oder nicht vollständig durch
(z.B. analoge Busklemmen oder digitale 4 Kanal Busklemmen). Die Einspeiseklemmen unterbrechen die Powerkontakte und stellen den Anfang einer neuen Versorgungsschiene dar. Der Buskoppler kann auch zu Einspeisung der Powerkontakte eingesetzt werden.
Der Powerkontakt mit der Bezeichnung „PE“ kann als Schutzerde eingesetzt werden. Der Kontakt ist aus Sicherheitsgründen beim Zusammenstecken voreilend und kann Kurzschlußströme bis 125A ableiten.
Beachten Sie, daß aus EMV - Gründen die PE - Kontakte kapazitiv mit der
Tragschiene verbunden sind. Das kann zu falschen Ergebnissen und auch zur Beschädigung der Klemme bei der Isolationsprüfung führen. (z.B.: Isolationsdurchschlag an einem 230V - Verbraucher zur PE - Leitung.) Die PE
- Zuleitung am Buskoppler muß zur Isolationsprüfung abgeklemmt werden.
Um weitere Einspeisestellen für die Prüfung zu entkoppeln, können die
Einspeiseklemmen aus dem Verbund der übrigen Klemmen mindestens
10mm herausgezogen werden. Die PE - Zuleitungen müssen in diesem
Fall nicht abgeklemmt werden.
Der Powerkontakt „PE“ darf nicht für andere Potentiale verwendet werden.
BK4000 11
Grundlagen
Elektrische Daten
Die InterBus-Koppler unterscheiden sich durch ihre Ausbaustufe. Die feldbusspezifischen elektrischen Daten sind in diesem Kapitel aufgeführt. Die folgenden Daten unterscheiden sich durch eine Standard- und eine Economy - Variante (BK4000 und BK4010). Die Economy - Variante ist in der
Anzahl der E/A-Punkte begrenzt. Daraus ergibt sich die fehlende Möglichkeit andere als digitale Ein- und Ausgänge anschließen zu können.
Technische Daten
Spannungsversorgung
Eingangsstrom
InterBus-Koppler BK4000/BK4500
24 V, - 15% + 20%
Economy - Koppler BK4010
Ausgangsstrom K-Bus
Potentialtrennung
Anzahl der Busklemmen digitale Peripheriesignale analoge Peripheriesignale
Peripheriebytes
105 mA typ. ( 30 digi. Ein- / 20 Ausgänge )
900 mA max.
1750 mA max.
85 mA typ.
300 mA max.
500 mA max.
500 Veff (K-Bus / Versorgungsspannung der Peripherie)
64 inkl. Potentialeinspeiseklemmen und Endklemme
256 Ein- und Ausgänge
32 Ein- und Ausgänge
64 Ein- und 64 Ausgangsbyte
Konfigurationsschnittstelle
vorhanden für KS2000
Baudraten
Normkonform 500 KBaud
256 Ein- und 256 Ausgänge
--
32 Ein- und 32 Ausgangsbyte
Spannung Powerkontakt
24V DC / AC
Strombelastung Powerkon.
10 A
Spannungsfestigkeit
Gewicht typ.
500 Veff (Powerkontakt / InterBus-Signalspannung), ankommende Schnittstelle
170g
Betriebstemperatur
Lagertemperatur
0°C ... +55°C
-20°C ... +85°C
relative Feuchte
95% ohne Betauung
Vibrations/Schockfestigkeit
gemäß IEC 68-2-6 / IEC 68-2-27
EMV-Festigk. Burst / ESD
gemäß EN 61000-4-4 / EN 610000-4-2, Grenzwerte nach EN 50082-2-4
Einbaulage
beliebig
Schutzart
IP20
Stromaufnahme auf dem
K-Bus
Die Busklemmen benötigen für den Betrieb der K-Bus - Elektronik Energie vom K-Bus die der Buskoppler liefert. Entnehmen Sie dem Katalog oder den entsprechenden Datenblättern der Busklemmen die Stromaufnahme vom K-Bus. Beachten Sie dabei den maximalen Ausgangsstrom des Buskopplers, der für die Versorgung der Busklemmen zur Verfügung steht.
Durch eine spezielle Versorgungsklemme kann an einer beliebigen Stelle erneut in den K-Bus eingespeist werden. Wenden Sie sich für den Einsatz einer Versorgungsklemme bitte an den technischen Support der Firma
Beckhoff.
12 BK4000
Grundlagen
Digitale Signale
(bitorientiert)
Analoge Signale
(byteorientiert)
Sondersignale und
Schnittstelle
Defaultzuordnung der
Ein-/Ausgänge zum
Prozeßabbild
BK4000
Die Peripheriedaten im Prozeßabbild
Der Buskoppler ermittelt nach dem Einschalten die Konfiguration der gesteckten Ein/Ausgangsklemmen. Die Zuordnung zwischen physikalischen
Steckplätzen der Ein/Ausgangskanälen und den Adressen des Prozeßabbildes wird vom Buskoppler automatisch durchgeführt.
Der Buskoppler erstellt eine interne Zuordnungsliste in der die
Ein/Ausgangskanäle eine bestimmte Position im Prozeßabbild besitzen.
Unterschieden wird hier nach Ein- und Ausgängen und nach bitorientierter
(digitale) und byteorientierter (analoge, bzw. komplexe) Signalverarbeitung.
Es werden zwei Gruppen mit je nur Ein- bzw. Ausgängen gebildet. In einer
Gruppe befinden sich unter der niedrigsten Adresse die byteorientierten
Kanäle in aufsteigender Reihenfolge. Hinter diesem Block befinden sich die bitorientierten Kanäle.
Die digitalen Signale sind bitorientiert. Das heißt, jedem Kanal ist ein Bit im
Prozeßabbild zugeordnet. Der Buskoppler erstellt einen Speicherbereich mit den aktuellen Eingangsbits und sorgt für das sofortige Herausschreiben der Bits eines zweiten Speicherbereiches, der für die Ausgangskanäle zuständig ist.
Die exakte Zuordnung der Ein- und Ausgangskanäle zum Prozeßabbild der
Steuerung wird im Anhang in einem Beispiel ausführlich erläutert.
Die Verarbeitung der analogen Signale ist grundsätzlich byteorientiert. Die analogen Ein- und Ausgangswerte werden in einer Zweibytedarstellung im
Speicher abgelegt. Die Werte werden in „SIGNED INTEGER“ oder „Zweierkomplement“ dargestellt. Der Zahlenwert „0“ steht für den
Ein/Ausgangswert „0V“, „0mA“ oder „4mA“. Der Maximalwert des
Ein/Ausgangswertes wird in der Standardeinstellung durch „7FFF“ hex wiedergegeben. Negative Ein/Ausgangswerte, z.B. -10V werden als „1000“ hex abgebildet. Die Zwischenwerte sind entsprechend proportional zueinander. In Abhängigkeit von der tatsächlichen Auflösung werden nicht alle
16 Bit des verwendeten Datenwortes genutzt. Bei einer tatsächlichen Auflösung von 12 Bit sind die letzten Bits für Ausgänge ohne Wirkung und für
Eingänge werden sie „0“ gelesen. Desweiteren besitzt jeder Kanal ein Kontroll- und Statusbyte. Das Kontroll- und Statusbyte ist das höchstwertige
Byte. Das Kontroll- und Statusbyte wird in der Defaulteinstellung des Inter-
Bus - Kopplers nicht gelesen. Ein analoger Kanal wird mit 2 Byte im Prozeßabbild dargestellt. Durch die Software KS2000 kann für alle oder für jeden Kanal einzeln das Kontroll- und Statusbyte mit eingeschaltet werden.
Ein Buskoppler unterstützt Busklemmen mit weiteren Schnittstellen, wie
RS232, RS485, Inkrementalencoder oder andere. Diese Signale können wie die oben genannten analogen Signale betrachtet werden. Teilweise ist für die Sondersignale eine Bitbreite von 16 nicht ausreichend. Der Buskoppler kann jede Bytebreite unterstützen. Mit der Software KS2000 kann die wirksame Bytelänge der Busklemmen voreingestellt werden.
Nach dem Einschalten ermittelt der Buskoppler den Umfang der angesteckten Busklemmen und erstellt eine Zuordnungsliste. In dieser Liste werden die analogen und digitalen Kanäle, zwischen Ein- und Ausgängen unterschieden, von einander getrennt zusammengestellt. Die Zuordnung beginnt links neben dem Buskoppler. Die Software im Buskoppler sammelt die Einträge der einzelnen Kanäle zur Erstellung der Zuordnungsliste von links nach rechts zählend einzeln ein.
13
Grundlagen
Die Zuordnung unterscheidet vier Gruppen:
1.
2.
3.
4.
Funktionstyp des Kanals
Analoge Ausgänge
Digitale Ausgänge
Analoge Eingänge
Digitale Eingänge
Zuordnungsstufe
byteweise Zuordnung bitweise Zuordnung byteweise Zuordnung bitweise Zuordnung analoge Ein/Ausgänge stehen stellvertretend für andere komplexe mehrbyte Signal-Busklemmen. Die Bytelänge dieser Klemmen kann mit der
Software KS2000 verstellt werden.
Die Aufteilung des Prozeßabbildes im Buskoppler im Überblick:
Die Variable „x“ stellt die Anzahl der analogen Kanäle dar. Ein Kanal hat im default ein Wort mit 16 Bit. Die Variable „y“ steht stellvertretend für die
Anzahl der Worte mit digitalen Daten. Sie berechnet sich aus: y = ( Ganzzahliges Ergebnis ( Anzahl der digi. Kanäle / 16) + 1 )
Ausgangsdaten im Buskoppler
A0
...
...
Ax
Ax+1
Ax+y byteorientierte Daten bitorientierte Daten
Eingangsdaten im Buskoppler
E0
...
...
Ex
Ex+1
...
...
Ex+y byteorientierte Daten bitorientierte Daten
Der Weg von den E/As zum
Prozeßabbild im InterBus
Der Buskoppler führt eine automatische Zuordnung der E/As der Klemmen zu dem Prozeßabbild im InterBus - Protokoll durch. Das Bild zeigt dafür symbolhaft eine Zuordnungsliste. In besonderen Anwendungsfällen kann mit der Konfigurationssoftware KS2000 die Zuordnungsliste beliebig ver-
ändert werden.
Die Zuordnungsliste im Master hat die gleiche Wirkung. Ein byteweise
Zuordnung ist ab der Phoenix Contact Firmwareversion 4.0 möglich. Die
Mastersoftware CMD ab Version 4.0 ist dazu notwendig. Die Einstellung
über FB in der SPS ist möglich, wie jedoch wegen der großen Komplexität nicht zu empfehlen.
14 BK4000
Grundlagen
Datenkonsistenz
Komplexe
Signalverarbeitung
Berechnung der wirksamen
Länge
Daten bezeichnet man als konsistent, wenn sie inhaltlich zusammengehören. Inhaltlich gehören zusammen:
1. das High - und das Low-Byte eines Analogwertes (Wortkonsistenz),
2. Kontroll/Statusbyte und das dazugehörige Parameterwort für den Zugriff auf die Register. (z.B.: 3 Byte Ein/Ausgang für einen analogen Kanal)
Die Datenkonsistenz ist im Zusammenspiel von Peripherie und Steuerung grundsätzlich zunächst nur für ein Byte sichergestellt (für die meisten IBS -
Master besteht die Konsistenz für ein Wort). Das heißt, die Bits eines Bytes werden zusammen eingelesen oder werden zusammen ausgegeben. Der
InterBus transportiert alle Daten aller Ein- und Ausgänge in einem Zyklus.
Nach fehlerfreier Übertragung stehen die Daten für die Steuerung zur Verfügung. Praktisch realisiert der Master das „zur Verfügungsstellen“ durch
Umschalten vom alten Datenblock auf den jetzt aktuellen. Greift die Steuerung zum Zeitpunkt der Umschaltung auf den Datenbereich zu, liest sie einen Teil der alten und einen Teil der neuen Daten. Da die Steuerungen
Wort- oder sogar nur Byteweise auf den Speicher zugreifen entsteht die entsprechende Datenkonsistenz. Für die Verarbeitung digitaler Signale ist eine byteweise Konsistenz ausreichend. In Fällen der Übertragung von
Werten mit einer Länge über 8 Bit, z.B. Analogwerte, muß die Konsistenz ausgeweitet werden. Zu beachten ist die richtige Art der Übernahme der konsistenten Daten vom Master des Bussystems in die Steuerung. Ausführliche Beschreibung der richtigen Vorgehensweise liefert das entsprechende Bedienhandbuch zum Mastersystem.
Alle byteorientierten Signalkanäle wie RS232, RS485 oder Inkrementalenkoder, arbeiten zum Teil mit Bytelängen von mehr als zwei Bytes. Die
Handhabung ist, vom Längenunterschied abgesehen, immer vergleichbar mit den analogen Signalen.
Die größere Anzahl der Ein- oder Ausgänge bestimmt die im InterBus wirksame Länge. Entsprechen die Anzahl der Ein- und Ausgänge einander nicht, werden restlichen Worte als „Leerworte“ in das Prozeßabbild eingeblendet. Gelesen werden diese Worte mit dem Inhalt „0000hex“, das
Schreiben auf diese Adressen bleibt ohne Wirkung. ( Wobei die Daten
übertragen und im Speicher des Buskopplers abgelegt werden.)
BK4000 15
Grundlagen
Blinkcode
Fehler
Fehlerstelle
Die Diagnose LEDs
Lokale Fehler
16
Inbetriebnahme und Diagnose
Nach dem Einschalten überprüft der Buskoppler sofort die angeschlossene
Konfiguration. Der fehlerfreie Hochlauf wird durch das Verlöschen der roten LED „I/O ERR“ signalisiert. Das Blinken der LED „I/O ERR“ zeigt einen
Fehler im Bereich der Klemmen an. Durch Frequenz und Anzahl des Blinkens kann der Fehlercode ermittelt werden. Das ermöglicht eine schnelle
Fehlerbeseitigung.
Zur Statusanzeige besitzt der Buskoppler zwei Gruppen von LEDs. Die obere Gruppe mit vier LEDs zeigt den Zustand des jeweiligen InterBus
Systems an. Die Bedeutung der „Feldbusstatus-LEDs“ wird in den entsprechenden Kapiteln dieses Handbuches erläutert, sie entspricht den feldbus-
üblichen Anzeigen.
Auf der rechten oberen Seite des Buskopplers befinden sich zwei weitere grüne LEDs zur Anzeige der Versorgungsspannung. Die linke LED zeigt die 24V Versorgung des Buskopplers an. Die rechte LED signalisiert die
Versorgung der Powerkontakte.
Zwei LEDs, die „I/O-LEDs“, im Bereich unter den oben genannten Feldbusstatus-LEDs dienen der Anzeige der Betriebszustände der Busklemmen und der Verbindung zu diesen Busklemmen. Die grüne LED leuchtet, um den fehlerfreien Betrieb anzuzeigen. Fehlerfrei bedeutet, daß auch die
Kommunikation mit dem Feldbussystem fehlerfrei läuft. Die rote LED blinkt zur Fehleranzeige mit zwei unterschiedlichen Frequenzen. Der Fehler ist in folgender Weise in dem Blinkcode verschlüsselt:
schnelles Blinken
Start des Fehlercodes
erste langsame Sequenz
Fehlercode
zweite langsame Sequenz
Fehlerargument
Fehlercode Fehlerargument
1 Impuls
2 Impulse
3 Impulse
4 Impulse
0
1
2
0 n (n > 0)
0
5 Impulse
0 n n
6 Impulse
0 n (n > 0)
Beschreibung
EEPROM-Prüfsummenfehler
Überlauf Inline-Code-Buffer
Unbekannter Datentyp programmierte Konfiguration falscher Tabelleneintrag / Buskoppler
Tabellenvergleich (Klemme n) falsch
Klemmenbus Kommandofehler
Klemmenbus Datenfehler
Bruchstelle hinter Klemme n (0: Koppler)
Klemmenbus Fehler bei Registerkommunikation mit Klemme n mehr als 32 Worte Datenbreite am Buskoppler gesteckt
Die Anzahl der Impulse im Fehlersegment zeigt die Position der letzten
Busklemme vor dem Fehler an. Passive Busklemmen, wie zum Beispiel eine Einspeiseklemme ohne Diagnose, werden nicht mitgezählt.
Durch die Beseitigung des Fehlers beendet der Buskoppler die Blinksequenz nicht. Der Betriebszustand des Buskopplers bleibt „Stop“. Nur durch
Ab- und Einschalten der Versorgungsspannung kann der Buskoppler neu gestartet werden.
Das Ziehen und Stecken von Busklemmen aus dem Verbund ist nur im abgeschalteten Zustand zulässig. Die Elektronik der Busklemmen und des
Buskopplers ist weitgehend vor Zerstörungen geschützt, Fehlfunktionen und Schädigungen können beim Zusammenstecken unter Spannung jedoch nicht ausgeschlossen werden.
BK4000
Grundlagen
Feldbusfehler
Defaulteinstellung
Änderung durch KS2000 beachten
Die oberen vier LEDs zeigen die Betriebszustände der InterBus - Kommunikation an. Die unteren zwei LED sind Anzeigen für die lokale Kommunikation zwischen Buskoppler und Busklemmen. (wie oben erläutert)
Ein Zusammenhang zwischen der unteren grünen I/O RUN-LED und dem
Feldbus besteht jedoch, wenn der Buskoppler in die Betriebsart „SYN-
CHRON“ geschaltet ist. Die I/O RUN-LED leuchtet dann nur zusammen mit dem Zugriff auf den internen K-Bus. D.h. die grüne I/O RUN-LED leuchtet erst mit dem Beginn des Datenaustausches über den Feldbus. Das bedeutet der Feldbus muß auf den Buskoppler zugreifen. In der Defaulteinstellung ( FREERUN ) des Buskoppler besteht der Zusammenhang nicht. Die
I/O RUN - LED in diesem Zustand unabhängig vom InterBus - Status.
Die Feldbusstatus - LEDs zeigen die Betriebszustände des Feldbusses an.
Die Funktionen des InterBus Systems werden durch die LED „ready“, „BA“,
„RC“ und „RD“ wiedergegeben.
Die Bedeutung der LEDs des BK4000 ready BA
leuchtet aus
RC
aus
RD
aus
Bedeutung
Der Buskoppler ist betriebsbereit
Abhilfe
leuchtet leuchtet leuchtet aus leuchtet aus leuchtet leuchtet aus aus aus leuchtet aus aus
Fernbus aktiv
Datenübertragung mit Master läuft ankommende Fernbus-Verbindung ist aufgebaut, keine Kommunikation leuchtet weiterführender Fernbus ist abgeschaltet, durch Kabelfehler oder durch den Master aus Keine Funktion, Spannungsausfall
Kabelunterbrechung oder
Kurzschluß suchen, Master umschalten.
Die grüne I/O-LED leuchtet zusammen mit dem Zugriff auf den internen K-
Bus. Der Buskoppler fragt jedoch die Konfiguration der Busklemmen nach dem Einschalten ab und führt keinen Datenaustausch mit den Klemmen durch. Das heißt, die rote I/O-LED erlischt nach fehlerfreiem Hochlauf, ohne das die grüne I/O-LED leuchten muß. Die grüne I/O-LED leuchtet dann erst mit dem Beginn des Datenaustausches. (siehe oben)
ID- Code und ID-Länge
ID-Code und ID-Länge
Struktur des InterBus -
ID-Code
Im ID-Zyklus, der zur Initialisierung des InterBus-Systems durchgeführt wird, geben sich die angeschlossenen Teilnehmer mit ihrer Funktion und ihrer Bytelänge zu erkennen. Der InterBus-Koppler stellt seine Länge im
InterBus nach dem Einschalten in der Initialisierungsphase der Busklemmen fest und bildet einen entsprechenden ID - Code. Der InterBus-Koppler meldet sich als digitaler oder analoger „Fremdankoppler“ mit variabler Länge. Die Länge ergibt sich aus der Art und Anzahl der gesteckten Busklemmen.
Der InterBus - ID - Code besteht aus 2 Byte. Das MSB beschreibt die Länge der Datenworte die übertragen werden. Die Bits 13, 14 und 15 können
Meldungen übertragen. Das LSB beschreibt die Art des Busteilnehmers in
Bezug auf Signalart und andere Leistungsmerkmale wie, Fernbus / Peripheriebusteilnehmer, PCP, ENCOM oder DRIVECOM. Der InterBus -
Koppler BK4000 verwendet sechs ID für Ein/Ausgänge, Ein- und Ausgänge (x1hex, x2hex, x3hex). Die ID werden abhängig von der Art, analog
BK4000 17
Grundlagen oder digital, der Busklemmen verwendet (3xhex, 0xhex). Das sind die
Kennungen für Fernbusteilnehmer von Fremdherstellern.
Befinden sich analoge und digitale Klemmen an einem BK4000 verwendet der Buskoppler die analoge Kennung 3xhex. Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht.
Signalart
Digital
Digital
Digital
Analog
Analog
Analog
Signalrichtung
EINGÄNGE
AUSGÄNGE
EIN/AUSGÄNGE
EINGÄNGE
AUSGÄNGE
EIN/AUSGÄNGE
HEX-Wert
02
01
03
32
31
33
Die Längeninformation wird automatisch von 0 bis 32 Worte kodiert. Standardlänge bis 9 Worte wird von jedem Busmaster unterstützt. Die Anzahl bis 32 Worte wird nur ab der Firmware Version 3.20 unterstützt. Beachten
Sie bitte, Längen größer 10 Worte
18
Abhängig von der Konfigurationssoftware für die InterBus-
Masteranschaltungen wird die Länge und der ID - Code getrennt eingegeben oder als ein Wert im „16 Bit hex - Format“.
Die meisten Konfigurationsprogramme erlauben das Einlesen der tatsächlichen Konfiguration über den Master. Die folgende Tabelle zeigt die Möglichkeiten des Längencodes:
Länge der gesteckten Peripherie
0
1 Wort
2 Worte
3 Worte
4 Worte
5 Worte
6 Worte
7 Worte
8 Worte
9 Worte
10 Worte
11 - 12 Worte
13 - 14 Worte
15 - 16 Worte
17 - 24 Worte
25 - 32 Worte
Registerbreite im ID-Code
0
1 Wort
2 Worte
3 Worte
4 Worte
5 Worte
6 Worte 1)
7 Worte 1)
8 Worte
9 Worte
10 Worte 1)
12 Worte 1)
14 Worte 1)
16 Worte 1)
24 Worte 1)
32 Worte 1)
BK4000
Grundlagen
Anmerkung:
Registererweiterung
Steuerungs- / Master
1) Die Datenbreiten werden erst ab der Firmware Version 3.20 von den
Anschaltungen der SPS und ab der Treiberversion 2.0 von der PC-Karte unterstützt.
Der Peripheriedaten-Block eines Buskopplers kann in den InterBus-
Masteranschaltungen mit den Firmwareversionen unter 4.0 nur als ein zusammenhängender Block mit einer Basisadresse im Prozeßabbild platziert werden. Alle folgenden Daten des Blockes werden den fort folgenden
Adressen zugeordnet.
Die unterschiedliche Länge des Buskopplers wird durch eine Registererweiterung realisiert. Die Anzahl der Zusatzregister wird durch den internen
Mikroprozessor geschaltet. Die Länge wird nach dem Einschalten oder einem Reset ermittelt und als Zahlenwert ein einen Baustein zur Registererweiterung geschrieben. Eine Veränderung der Länge ist nicht ohne Unterbrechung des Datenaustausches auf dem InterBus möglich. Der
BK4000 muß durch einen Reset neu gestartet werden. Die Umkonfigurierung des Masters auf die neue Länge ist notwendig. In der Autokonfigurationsbetriebsart mancher InterBus - Master läuft der Master auch nach der
Veränderung der Länge einzelner Slaves an, wenn dadurch keine Überschneidung der Adressen entsteht.
Lauf- und Reaktionszeiten
Die Übertragung der Signale vom Eingang in die Steuerung und von der
Steuerung zu den Ausgängen benötigt eine Laufzeit. Sie setzt sich aus verschiedenen Teilen zusammen: Übertragung von der Steuerung in den
Master; Übertragung über den InterBus und Übertragung vom Buskoppler zu den Ausgängen; für den Rückweg gilt das in umgekehrter Weise.
Die Reaktionszeit vom der Steuerung zum Master entnehmen Sie bitte den
Angaben des Masterherstellers. Die neu übertragenen Daten werden erst nach der vollständigen Übertragung eines Zykluses gültig.
Die Reaktionszeit TIBS auf dem InterBus setzt sich wie folgt zusammen.
Die Konstanten SW, M, N und TBIT bilden die Summe für die Zykluszeit in ms. Die Reaktionszeit ist „Worst case“ 2 x Zykluszeit, da erst nach Ende des Zyklus die Daten gültig werden.
TIBS = ( SW + (13 * ( 6 + N ) + 1,5 * M ) x TBIT ) * 2
SW = 0,2 ms
M = Anzahl der Buskoppler
N = Anzahl der wirksamen Bytelänge
TBIT = 0,002 ms
Beachten Sie die Anzahl der Bytes und nicht die Wortlänge in der Berechnung der Zeiten.
Hinweis:
Beachten Sie besondere Verzögerungen bei Übertragungsfehlern. Der
InterBus benötigt 5 Zylkuszeiten bis die nächsten gültigen Daten ausgetauscht werden können.
BK4000 19
Grundlagen
K-Bus Reaktionszeit
Die Reaktionszeit auf dem K-Bus wird durch das Schieben/Lesen und Sichern der Daten bestimmt. Die folgende Tabelle enthält Meßwerte für typische Aufbauten. Die Hochrechnung auf größere Anzahlen ist möglich.
4
8
12
16
20
24
28
32
4
4
0
0
0
0
0
0
0
0
Am Buskoppler gesteckte Klemmen
Digital
OUT
4
8
12
16
20
24
28
32
Digital
IN
0
0
0
0
0
0
0
0
Analog
IN/OUT
0
0
0
0
0
0
0
0
4
8
12
16
20
24
28
32
0
0
0
0
0
0
0
0
4
8
12
16
20
24
28
32
4
4
0
0
0
0
0
0
0
0
Laufzeit auf dem K-Bus
T_Zyklus
(us)
150
170
170
200
200
220
220
245
150
180
180
200
200
230
230
250
170
195
220
250
275
300
325
350
1 (KL3202) 630
2 (KL3202) 700
20 BK4000
InterBus-Koppler BK4000 im InterBus S
InterBus-Koppler BK4000 im InterBus S
Systemvorstellung
System-Konfigurationen und Gerätetypen
Das InterBus - System ist als Datenring mit einem zentralen Master/Slave-
Zugriffsverfahren aufgebaut. Es hat die Struktur eines räumlich verteilten
Schieberegisters. Jedes Gerät ist mit seinen Registern unterschiedlicher
Länge ein Teil dieses Schieberegisterringes, durch den die Daten seriell vom Master aus hindurch geschoben werden.
Die Verwendung der Ringstruktur bietet dabei die Möglichkeit des zeitgleichen Sendens und Empfangens von Daten. Die beiden Datenrichtungen des Ringes sind in einem Kabel untergebracht.
Jeder Teilnehmer im InterBus - System hat ein ID-Register (Identifikationsregister). In diesem Register sind Informationen über den Modultyp, die
Anzahl der Ein- und Ausgangsregister sowie Status- und Fehlerzustände enthalten.
Grundsätzlich kennt das InterBus-System zwei Betriebsarten:
-
Den ID-Zyklus, der zur Initialisierung des InterBus-Systems und auf
Anforderung durchgeführt wird. Im ID-Zyklus liest die Anschaltbaugruppe von allen Geräten am Bussystem die ID-Register aus und baut anhand dieser Informationen das Prozeßabbild auf.
-
Den Datenzyklus, dem eigentlichen Arbeitszyklus, der die Datenübertragung abwickelt. Im Datenzyklus werden von allen Geräten die Eingabedaten aus den Registern in die Anschaltbaugruppe und Ausgabedaten von der Anschaltbaugruppe zu den Geräten übertragen.
Der InterBus-Club führt eine große Zahl von unterschiedlichen ID-Codes.
Diese ID-Codes sind bis auf 6 ID-Codes für Ankoppler von digitaler und analoger Peripherie von Phoenix Contact belegt. Eine Hersteller-
Identifikation über den ID-Code ist somit nicht möglich. (Ausführliche Erläuterungen im Kapitel „ID-Code und ID-Länge“). Die Handhabung der Inter-
Bus-Koppler BK4000 unterscheidet sich nicht von den Geräten anderer
Hersteller.
Das Medium: Stecker und Kabel
Anschluß Fernbus
Der InterBus unterscheidet zwischen Fernbus, Peripheriebus und Installationsfernbus. Der InterBus-Koppler ist mit der Fernbusschnittstelle ausgestattet. Der Interbus-Koppler besitzt eine ankommende und abgehende
Schnittstelle auf der Basis von D-SUB - Stecker und Kupplung. abgehender Fernbus,
9-poliger D-SUB-Stecker
Kabel ankommender Fernbus,
9-polige D-SUB-Kupplung
Belegung an Stecker und
Kupplung des
Fernbuskabels
/DO
DO
/DI
DI
COM
6 grün
1 gelb
7 rosa
2 grau
3 braun
5
Brücke
9
Brücke
6
1
7
2
3
/DO
DO
/DI
DI
COM
BK4000^ 21
InterBus-Koppler BK4000 im InterBus S
BK4500 Interbus Koppler mit LWL Anschluß
Lichtwellen Leiter: Für Anwendungen in stark störbehafteter Umgebung, sowie zur Vergrößerung der Reichweite wurde vom InterBus-Club die Spezifikation einer auf Lichtwellenleitern basierenden Übertragungstechnik erarbeitet. Bei Einsatz des Beckhoff Interbus Buskoppler mit LWL Anschluß (BK4500) werden F-SMA Stecker eingesetzt, die Länge zwischen zwei Stationen beträgt in diesem Falle 1-40 m. Zu beachten ist, das der
Schiebeschalter zum Ein- und Ausschalten der weiterführenden Schnittstelle in die entsprechende Position geschaltet wird. Ist der BK4500 die letzte Interbus Station im Ring muß der Schalter in die Position OFF/END gebracht werden, befindet sich der BK4500 an einer Position im Ring muß der Schalter in die Position ON/NEXT gebracht werden.
BK4500
RS-422 Übertragung nach Interbus-Norm
Grundlegende
Eigenschaften
Netzwerk
Topologie
Medium
Modulanzahl
Ring mit integrierter Rückleitung
Abgeschirmtes verdrilltes Kabel 3 x Twisted Pair mit Schirmung
256
zwischen zwei
Stationen
Gesamtlänge
Übertragungsgeschwindigkeit
400 m
12,8 km
500 Kbit/s
Steckverbinder
9-Pin D-Sub Stecker und 9 Pin D-Sub Buchse
Verkabelung für
InterBus
In Systemen mit mehr als zwei Moduln werden alle Module hintereinander verdrahtet. An den Leitungsenden muß das Buskabel mit Widerständen
BK4000
InterBus-Koppler BK4000 im InterBus S
Software für die
Masterkonfiguration
Sicherstellung der
Datenkonsistenz
Interbus Normkonform
abgeschlossen werden, diese befinden sich in jedem Modul. Ein Brücke im
Stecker der Weiterführenden Schnittstelle signalisiert dem Buskoppler, daß noch ein weiteres Modul folgt.
Um den Betrieb unterbrechungsfrei durchführen zu können, dürfen keine
Stecker gezogen werden und alle Module im Ring müssen betriebsfähig sein.
Konfiguration der Master
Der InterBus - Koppler erstellt, wie schon oben erläutert, einen Datenbereich mit Ein- und Ausgangsbytes. Die Zuordnung zwischen Kanälen der
Busklemmen und den Bits und Bytes des Prozeßabbildes wird vom Buskoppler durchgeführt.
Der InterBus - Master tauscht mit jedem InterBus - Koppler einen zusammenhängenden Eingangs- und Ausgangsdatenblock aus. Die Zuordnung der Bytes aus diesem Datenblock zu den Adressen des Prozeßabbildes wird über Datenbausteine der SPS oder die Konfigurationssoftware IBS
SYS SWT oder IBS CMD SWT G3 und G4 der Firma Phoenix Contact durchgeführt. Für andere Master sind die entsprechenden Tools der Hersteller zu benutzen.
Master / Software Konfigurationssoftware Hersteller
SPS-Anschaltungen
Versionen < 4
PC - Anschaltung
Version < 4
SPS-Anschaltungen
Versionen >4
PC-Anschaltungen
Versionen >4
IBS SYS SWT
IBS CMD SWT G3
IBS SYS SWT
IBS CMD SWT G3
IBS CMD SWT G4
IBS CMD SWT G4
Phoenix Contact
Phoenix Contact
Phoenix Contact
Phoenix Contact
Die Datenkonsistenz der Daten einer Station ist durch das Übertragungsprotokoll des InterBus sichergestellt. Die Konsistenz über das gesamte
Prozeßabbild ist durch das synchrone Abtasten sichergestellt.
Der asynchrone Zugriff der Steuerungs-CPU (meist SPS) auf den Datenbereich des InterBus Masters kann es zu Inkonsistenzen kommen. Der
Zugriff auf 16 Bit Worte und zum Teil auch 32 Bit Doppelworte ist durch die meisten InterBus Master sichergestellt. Für weitere Ausführungen zu besonderen Zugriffsverfahren auf die Masteranschaltungen ziehen Sie bitte die Handbücher der entsprechenden Hersteller zur Klärung heran.
Gebräuchliche SPS-Anschaltungen sind die S5-Baugruppen IBS S5 DCB und IBS S5 DSC als InterBus Master.
Besonders komfortable ist sind die Master der Firmware Version 4.0 zu bedienen. Die Konfigurationssoftware CMD erlaubt die Einstellungen unter
Windows vorzunehmen. Die Byte und auch Bit weise Zuordnung der Peripherie Daten im Adressbereich der Steuerung ist möglich. Die Datenkonsistenzen sind in Gruppen wählbar.
Die BK4xxx arbeiten mit dem SUPI 3 (Serielles Universelles Pripherie Interface) Protokollchip. Der SUPI 3 Protokollchip wickelt das komplette Interbus Protokoll ab. Der SUPI 3 bietet gegenüber den Vorgänger Versionen (SUPI 2) ein erweitertes Diagnose- und Fehlermanagement. Bitte entnehmen Sie den Handbüchern zu den eingesetzten Interbus Mastern welche Funktionalitäten der SUPI 3 Chips unterstützt werden.
BK4000^ 23
Anhang
Anhang
Beispiel: Zusammenstellung eines Proze-
ßabbildes im Buskoppler
Ein Beispiel erläutert die Zuordnung der Ein- und Ausgangskanäle zum
Prozeßabbild. Der Beispielaufbau soll aus folgenden Bus-Klemmen-
Baugruppen bestehen:
Der Buskoppler erstellt bei dieser Konfiguration die unten folgende
Zuordnungsliste
Position
POS00
POS01
POS02
POS03
POS04
POS05
POS06
POS07
POS08
POS09
POS10
POS11
POS12
POS13
POS14
POS15
POS16
POS17
POS18
POS19
POS20
POS21
Funktionsbaugruppe auf der Schiene
Buskoppler
Digitale Eingänge 2 Kanäle
Digitale Eingänge 2 Kanäle
Digitale Eingänge 2 Kanäle
Digitale Eingänge 2 Kanäle
Digitale Eingänge 2 Kanäle
Digitale Eingänge 2 Kanäle
Digitale Ausgänge 2 Kanäle
Digitale Ausgänge 2 Kanäle
Digitale Ausgänge 2 Kanäle
Analoge Eingänge 2 Kanäle
Analoge Ausgänge 2 Kanäle
Analoge Ausgänge 2 Kanäle
Analoge Eingänge 2 Kanäle
Einspeiseklemme
Digitale Eingänge 2 Kanäle
Digitale Eingänge 2 Kanäle
Digitale Eingänge 2 Kanäle
Digitale Ausgänge 2 Kanäle
Digitale Ausgänge 2 Kanäle
Analoge Ausgänge 2 Kanäle
Endklemme
InterBus -, DeviceNet - und Profibus - Koppler bilden in der Defaulteinstellung nur 16-Bit-breite Signalkanäle ab. Das KONTROLL/STATUS - BYTE ist nicht verfügbar. D.h. z.B. eine analoge Eingangsklemme mit 2 Kanälen erscheint mit 2 x 16 Bit im Prozeßabbild. Das SPS - Interface ist nicht in das Prozeßabbild integriert. Die Abbildungen bezüglich der Byteadressen und der Zuordnungen stellen sich entsprechend anders dar, wenn KON-
TROLL/STATUS aktiviert ist.
Teil für byteorientierte
Daten, Analoge Ausgänge
relative
Byteadresse
0, 1
2, 3
4, 5
6, 7
8, 9
10, 11
Bitposition
keine keine keine keine keine keine
Prozeßabbild in der
Steuerung
Position im Block
A0, A1
A2, A3
A4, A5
A6, A7
A8, A9
A10, A11
POS11
POS11
POS12
POS12
POS20
POS20
24 BK4000
Anhang
Teil für bitorientierte Daten,
Digitale Ausgänge
Teil für byteorientierte
Daten, Analoge Eingänge
Teil für bitorientierte Daten,
Digitale Eingänge
12
12
13
13
12
12
12
12 relative
Byteadresse
12
12
Bitposition
4
5
6
7
0
1
2
3
0
1
relative
Byteadresse
0, 1
2, 3
4, 5
6, 7
Bitposition
keine keine keine keine
relative
Byteadresse
9
9
9
9
9
9
9
9
10
10
8
8
8
8
8
8
8
8
Bitposition
4
5
6
7
0
1
2
3
0
1
4
5
6
7
0
1
2
3
Prozeßabbild in der
Steuerung
A12
A12
A12
A12
A12
A12
A12
A12
A13
A13
Position im Block
POS07
POS07
POS08
POS08
POS09
POS09
POS18
POS18
POS19
POS19
Prozeßabbild in der
Steuerung
Position im Block
E0, E1
E2, E3
E2, E3
E2, E3
POS10
POS10
POS13
POS13
Prozeßabbild in der
Steuerung
E9
E9
E9
E9
E9
E9
E9
E9
E10
E10
E8
E8
E8
E8
E8
E8
E8
E8
Position im Block
POS05
POS05
POS06
POS06
POS15
POS15
POS16
POS16
POS17
POS17
POS01
POS01
POS02
POS02
POS03
POS03
POS04
POS04
Die Positionen POS14 und POS21 sind in Bezug auf den Datenaustausch nicht relevant. Sie erscheinen nicht in der Liste. Wird ein Byte nicht vollständig genutzt, z.B.: E8, füllt er Buskoppler die restlichen Bits des Bytes mit Nullen auf.
BK4000 25
Anhang
Ausgangsdaten im Buskoppler
Eingangsdaten im Buskoppler
Die Aufteilung des Prozeßabbildes im Buskoppler im Überblick:
A0
...
...
A11
A12
A13 byteorientierte Daten bitorientierte Daten
E0
...
...
E7
E8
...
...
E10 byteorientierte Daten bitorientierte Daten
Die hier aufgeführten Basis - Adressen E0 und A0 gelten als relative Adressen oder Adressen im Buskoppler. In der Busmaster Software kann der
Basis-Adresse des Buskopplers eine Basis - Peripherieadresse zugeordnet werden. Alle folgenden Adressen werden automatisch in Abhängigkeit von der Länge der tatsächlichen Datenworte den fortlaufenden Adressen zugewiesen.
Ab Firmwareversion 4.0 der InterBus - Anschaltungen:
Die Adressen können durch den Busmaster an frei wählbarer Stelle im
Prozeßabbild der Steuerung erscheinen. Die Konfigurationssoftware der
Master ermöglicht die beliebige Zuordnung der Bytes zu den Adressen des
Prozeßabbildes der Steuerung.
Darstellung der Analogsignale im Proze-
ßabbild
Jeder analoger Kanal besteht aus drei Eingangsbytes und drei Ausgangsbyte, im Prozeßabbild benötigt ein analoger Kanal jedoch im Standardfall nur ein Datenwort. Diese zwei Byte repräsentieren den Wert als signed
Integer, d.h. 15 Bit mit Vorzeichen. Das Datenformat wird unabhängig von der tatsächlichen Auflösung benutzt. Als Beispiel: Bei einer Auflösung von
12 Bit sind die niederwertigsten vier Bit ohne Bedeutung. Durch die Konfigurationssoftware KS2000 kann zu beliebigen Kanälen das dritte Byte mit ins Prozeßabbild eingeblendet werden. Das niederwertige Byte hat Kontroll und Statusfunktionen. Mit dem Kontrollbyte lassen sich verschiedene Betriebsarten einstellen. Die niederwertigen sechs Bit können als Adressierungsbits benutzt werden. Die Adressierung dient dem Beschreiben und
Lesen eines Registersatzes. Der Registersatz hat 64 Register und erlaubt die Einstellung unterschiedlicher Betriebsparameter. Wie zum Beispiel die
Auswahl eines Thermoelementtypes oder die Darstellung des Wertes in einem anderen Zahlenformat.
26 BK4000
E/A-Bytes eines
Analogkanals im Prozessabbild
Bedeutung des
Kontroll/Statusbytes für den Zugriff auf das Registermodell
Registersatz eines
Analogkanals
Anhang
Ausgangsbyte 1 Ausgangsbyte 0 Kontrollbyte
Eingangsbyte 1 Eingangsbyte 0 Statusbyte
BIT 7 0 = NORMALMODE, 1 = KONTROLLMODE
BIT 6
0 = READ, 1 = WRITE
BIT 5
Registeradresse, MSB
BIT 4
Registeradresse
BIT 3
Registeradresse
BIT 2
Registeradresse
BIT 1
Registeradresse
BIT 0
Registeradresse, LSB
0
63
47
31
16
15
0
OFF
GA
Lenght
SET
IN
SoftwareVers.
Typ
Anwenderbereich
Herstellereinstellungen
Typ
Hilfsprozeßabbild
Diese Darstellung ist nicht im Default des Buskopplers erreichbar. Die
Software KS2000 ist notwendig.
Die Bedeutung der Register und der Statusbytes sind in den entsprechenden Datenblättern der Busklemmen erläutert. Das Modul ist vom Aufbau für alle Busklemmen mit umfangreicherer Signalverarbeitung gleich.
BK4000 27
Support und Service
Support und Service
Beckhoff und seine weltweiten Partnerfirmen bieten einen umfassenden Support und Service, der eine schnelle und kompetente Unterstützung bei allen Fragen zu Beckhoff Produkten und Systemlösungen zur
Verfügung stellt.
Beckhoff Support
Der Support bietet Ihnen einen umfangreichen technischen Support, der Sie nicht nur bei dem Einsatz einzelner Beckhoff Produkte, sondern auch bei weiteren umfassenden Dienstleistungen unterstützt:
• weltweiter Support
•
•
Planung, Programmierung und Inbetriebnahme komplexer Automatisierungssysteme umfangreiches Schulungsprogramm für Beckhoff Systemkomponenten
Hotline:
Fax:
+ 49 (0) 5246/963-157
+ 49 (0) 5246/963-9157
E-Mail: [email protected]
Beckhoff Service
Das Beckhoff Service Center unterstützt Sie rund um den After-Sales-Service:
•
Vor-Ort-Service
•
Reparaturservice
•
Ersatzteilservice
•
Hotline-Service
Hotline:
Fax:
E-Mail:
+ 49 (0) 5246/963-460
+ 49 (0) 5246/963-479 [email protected]
Beckhoff Firmenzentrale
Beckhoff Automation GmbH
Eiserstr. 5
33415 Verl
Germany
Telefon:
Fax:
E-Mail:
Web:
+ 49 (0) 5246/963-0
+ 49 (0) 5246/963-198 [email protected]
www.beckhoff.de
Weitere Support- und Service-Adressen entnehmen Sie bitte unseren Internetseiten unter http://www.beckhoff.de
. Dort finden Sie auch weitere Dokumentationen zu Beckhoff Komponenten
28 BK4000
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Hauptmerkmale
- Universelles Bindeglied zwischen Feldbus und Sensor/Aktor
- Steuerung bis zu 64 Reihenklemmen
- Unterstützung verschiedener Signalformen
- Flexibles Kombinieren von Klemmen
- Kompakte Bauweise
- Einfache Montage auf C-Tragschiene
