PROFINET IO Isocrono

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1 PROFINET IO Isocrono Applicazione per centri di lavoro a Controllo Numerico 030/ gdelbono@electroengineering.it Paolo Ferrari Alessandra Flammini Francesco Venturini paolo.ferrari@ing.unibs.it Parma, 26 maggio /20 PROFINET IO è un protocollo Real-Time Ethernet noto e definito negli standard IEC61158 e IEC61784 PROFINET IO ISOCRONO si affida ad hardware dedicato (ASIC) sul quale è implementato anche il Precision Time Protocol, IEEE-1588 standard, per garantire incertezza <1µs su tempi ciclo di 250µs.

2 Parma, 26 maggio /20 Aderenza allo standard ProfiDrive IEC annex C (mapping to ProfiNET) ProfiDrive Application model Controllo Centralizzato in Classe 4 Necessario per applicazioni su macchine utensili dove sono pesantemente coinvolte sequenze di lavorazioni coordinate su più drives Ottenibile con il più stringente dei protocolli Profinet IO Isocrono: IRT top (topology: bassa flessibilità di configurazione, altissima precisione deterministica nello scambio dati) Soluzione ELECTRO ENGINEERING Scheda di controllo centrale basata su PC104 (IO-controller): CPU104+ e Siemens CP1604 (ERTEC based) Parma, 26 maggio /20 Attuatori del comando (IO-devices): svariate Siemens CU320-2PNDP + CBE20 (ognuna capace di pilotare 6 drive in servo mode della serie Siemens Sinamics S120 Solution Line) Gruppo azionamenti booksize con alimentatore centrale rigenerativo in rete CBE20 option board Safety level: Safe Stop 2 (SS2) Category 2 according to EN

3 Parma, 26 maggio /20 Software application nell IO-Controller: Basato sul Linux kernel patch RTAI Dialogo dell applicazione proprietaria con la scheda Siemens CP1604 mediante IO-base.lib e drivers compilati con supporto RTAI in ambiente Debian Accesso ai dati ciclici ed aciclici Scrittura / lettura di parametri mediante PAP (parameters access point) secondo lo standard ProfiDrive: ApplicationRelation stabilite tra Controller e P-device In modo iscocrono real time (IRT) Parma, 26 maggio /20 Software application nell IO-Controller: Sincronizzazione dei processi Grazie al determinismo di RTAI è possibile agganciarsi con basso jitter alla Callback STARTOP generata alla fine ogni scambio ciclico IRT ed elaborare i dati in ingresso per preparare quelli in uscita.

4 Parma, 26 maggio /20 Presentata come novità mondiale nello stand Siemens durante la fiera BI-MU nel 2008 Soluzione innovativa proposta da Buffoli ed Electro Engineering Pat. Nr: BS2006A Caratteristiche: Elettromandrino con avanzamento a cannotto a sostentamento idrostatico (20000 rpm) Unità compatta su carro a croce XY (corse da 300mm e 350mm) Tempo cambio utensile -c2c- ridotto: 2,5s Braccio cambio utensile a motorizzazione diretta Encoder assoluti (no set-assi) Monocenter: struttura connessioni Parma, 26 maggio /20

5 Parma, 26 maggio /20 Prima Applicazione: Monocenter per Fiera BIMU assi servo (di cui una morsa rotante in continuo con motore coppia con encoder a 27bit Endat) 2 Controllori CNC Electro Engineering + CN 840Dsl PN Siemens accoppiati mediante PN-PN coupler Cambio utensile con mot. diretta e porta utensili integrati nell unità sinistra (1.1) Interpolazioni su 4 assi: Z-X-Y-A Ampliamento 2010: unità destra (1.3) Recesso Mandrino + Avanzamento + Recesso Filettature monoutensile, maschiature rigide, fresature e torniture +3 assi servo (Z-M-R) semplicemente aggiungendo un IO-device (CU320) in coda agli altri Parma, 26 maggio /20 Dominio di Sync ed occupazione della banda disponibile per IRT top 1) Definizione dei ruoli 2) Definizione del tipo di sincronismo (IRT top) 3) Calcolo della banda IRT occupata su base ciclica di 1ms (45.7 µs)

6 Parma, 26 maggio /20 Caratteristiche: Tavola (motore torque) verticale 6 stazioni doppie 12 unità di lavorazione doppie Tempo ciclo per 2 pezzi: <2sec. Totale: 18 assi servo in un unica rete PROFINET_IRT_top 1 IO controller CP IO devices CU320 con CBE20 Parma, 26 maggio /20 Dominio di Sync IRT_top: Rispetto al precedente caso la banda occupata sale a 86.8 µs (su ciclo di 1ms): 18 moduli servo gestiti col Telegramma ProfiDrive 116 (application class 4 +DSC): 11 word PZD INput + 19 word PZD OUTput (PZD=Prozessdaten) 4 CU con Telegramma alimentatore con Telegramma 370

7 Parma, 26 maggio /20 Motore coppia : Siemens 1FW6150 elevata dinamica elevata precisione di ripetibilità non necessari elementi meccanici di trasmissione Utilizzo di rampe ad S, limitazione del jerk t. posizionamento del settore di 60 : 0,25s Encoder: Heidenhain RCN729 Endat 2.2, 29bit/giro Parma, 26 maggio /20 Caratteristiche: Tavola verticale a 12 stazioni singole 10 unità di lavorazione con rotazione pezzo 3 unità fresatura X-Y-Z con elettromandrini Jager da 30000rpm 3 unità tastatura Post Process con sonde Marposs per controllo qualità e compensazione automatica sulla lavorazione Gateway Profinet Profibus (Siemens IE-PB link) Totale: 29 assi servo in un unica rete PROFINET mista IRT_top e RT 1 IO controller CP IO devices CU320 con CBE IO devices RT Combiver F5 + 1 accoppiatore reti Topologia ProfiNET:

8 Parma, 26 maggio /20 Buffoli 562 : Configurazione Hardware progetto Step7 Dominio RT IO-controller Dominio IRT Parma, 26 maggio /20 Dominio di Sync ed occupazione della banda disponibile per IRT top Totale IRT: µs (su ciclo di 1ms): 26 moduli servo gestiti col Telegramma ProfiDrive moduli RT (no sync) KEB-combivert F5 : scambiate 8 PZD IN e 8 PZD OUT per ognuno 6 CU con Telegramma alim. con Telegramma IE-PBlink (no sync) trasparente che diventa Master ProfiBus per PC Marposs P7ME; dati scambiati: 24 PZD IN e 21 PZD OUT

9 Parma, 26 maggio /20 Possibilità offerte da ProfiNET Integrazione con la rete aziendale e servizi TCP/IP (teleassistenza) Diagnostica estesa di ogni componente Mix di HW di produttori diversi (gsdml conforme) coesistenza di I/O, drives, webcams, safety, dispositivi wireless e molto altro Cablaggio semplificato perché diversi componenti PROFINET IO con prestazioni differenti convivono nella stessa rete Proxy verso altre reti (IOLink, ASi, ProfiBus.) Ridondanza ad anello (MRP domain) Scalabilità in tutte le direzioni Prestazioni Ridondanza Gestione della rete Parma, 26 maggio /20 CP1604 WEB-server: diagnostica Situazione reale online con ciclo applicazione IRT registrato come Controller (vedi IOcontroller: Operate ) e con tutti i partner sincronizzati ed in ciclo isocrono. (operating mode: Run ) Da provare in future applicazioni: nuovo firmware già rilasciato - web server potenziato per visualizzazione esaustiva della topologia e dello stato degli I/O - il controller può pilotare io-devices condivisi da altri controller - altre migliorie

10 Parma, 26 maggio /20 Benefici nell uso di PROFINET_IRT raggiunti: 1. Utilizzare un proprio CN per centri di lavoro mantenendo cicli speciali già collaudati e testati nel tempo. 2. Mantenere la propria interfaccia di programmazione pezzo (HMI) 3. Semplificare il cablaggio 4. Diagnosticare allarmi e configurare parametri dei drives e dei motori. 5. Fornire sulla stessa rete l accesso a servizi IT standard (es: teleassistenza). 6. Integrare più partner (controller) con domini di sync diversi tramite PN-PN coupler o PN-DP coupler. Centro di lavoro CNC in progettazione per inizi 2012: Tavola orizzontale con 12 morse rotanti 24 stazioni con carri a croce e doppio mandrino abbinato Per un totale di 130 assi servo: previsione di usare 1 IO-Controller e 20 CU320-2 come IO-Device (topologia modulare) Ing. Giulio DelBono v.padana sup. 33c Molinetto di Mazzano (BS) Italy Tel: Fax: Mail: info@electroengineering.it SPS/IPC/DRIVES ITALIA, Parma, 26 maggio 2011