Znasz PACSystems RX3i? Poznaj PACSystems CPE400 – kontroler do średnich i dużych systemów sterowania

Szukasz kontrolera o kompaktowej konstrukcji, integrującego jednostkę centralną, zasilacz systemowy i I/O w jednym urządzeniu? Programujesz w Proficy Machine Edition i dobrze znasz to środowisko? Zależy Ci na komunikowaniu kontrolera z innymi urządzeniami w standardzie niezależnym od platformy sprzętowej oraz systemu operacyjnego?

Sprawdź możliwości nowego kontrolera CPE400.

Gotowy do pracy prosto z pudełka

To co widać na pierwszy rzut oka, to kompaktowa budowa kontrolera CPE400. Produkt jest gotowy do pracy zaraz po wyjęciu z pudełka – integruje wszystkie niezbędne elementy w jednym urządzeniu: jednostkę centralną, zasilacz systemowy oraz wbudowane możliwości komunikacyjne.

Sama konstrukcja również zasługuje na uwagę. Aluminiowa obudowa, bardzo duży radiator oraz przemysłowe wykonanie od razu sprawiają wrażenie, że mamy do czynienia z solidnym urządzeniem.

Kompaktowa obudowa z zabudowanym małym panelem OLED, interfejsami Ethernet RJ45 (jest ich aż 6) oraz diodami diagnostycznymi dają programiście i działom serwisu szybki podgląd na to, co dzieje się z jednostką. CPE400 może pracować w temperaturach od –40 do +60°C, co pozwala na stosowanie go w szafach sterowniczych pozbawionych elementów grzewczych i chłodzących.

Szybkie pierwsze uruchomienie

Niewątpliwą zaletą CPE400 jest wbudowany mały ekran serwisowy, na którym możemy odczytać adres IP, po jakim możemy połączyć się z kontrolerem. To duże ułatwienie dla programistów – do tej pory należało albo znać adres albo uruchomić skaner na porcie, aby zobaczyć, na jakim adresie IP odpowiada konkretne urządzenie.

Teraz nie jest już to potrzebne. Do konfiguracji urządzenia służy pakiet oprogramowania Proficy Machine Edition w wersji Professional. Warto przypomnieć, że w przypadku wszystkich produktów z oferty Emerson MAS (Machine Automation Solutions) wykorzystywany jest jeden pakiet narzędziowy, który pozwala na konfigurację wszystkich elementów z oferty.

Po uruchomieniu narzędzia postępujemy dokładnie tak samo, jak w przypadku konfiguracji innych produktów z oferty. Tworzymy nowy projekt, nadajemy mu nazwę i dodajemy podsystem na właściwą rodzinę kontrolerów. W przypadku CPE400 będzie to rodzina PACSsytems RX3i Rackless. W oknie Inspektor należy podać adres IP (domyślny adres to 192.168.0.100) odczytany z CPE400 i po podłączeniu zasilania do kontrolera oraz kabla Ethernet pomiędzy PC i CPE400, kontroler jest gotowy do konfiguracji i programowania.

Programowanie w znanym środowisku Proficy Machine Edition

CPE400 jest w pełni zgodny i kompatybilny z produktami serii PACSystems RX3i. Dla programisty oznacza to możliwość przenoszenia gotowych kodów pomiędzy urządzeniami bez wprowadzania zmian w kodzie. Oprócz zgodności z serią RX3i, CPE400 jest też kompatybilny wstecznie z produktami serii VersaMax Micro, VersaMax oraz 90-30. Pozwala to na łatwą migrację starszych systemów do CPE400 z możliwością wykorzystania posiadanego kodu programu.

Wbudowany mechanizm konwersji programów w sposób automatyczny dokonuje walidacji projektu po zmianie rodziny sterowników, jaka jest niezbędna w procesie migracji. To znacząco upraszcza cały proces i pozwala zaoszczędzić sporo czasu.

Możliwości programistyczne są rozbudowane: 64 MB pamięci RAM i 64 MB Flash, obsługa programów składających się z 512 bloków programowalnych po 128 kB (każdy w połączeniu z możliwością zaadresowania 32.000 sygnałów dyskretnych i 32.000 sygnałów analogowych) pokazują, jak duże systemy można budować w oparciu o CPE400. Programowanie możliwe jest w oparciu o język LD, ST, FBD oraz C i – co bardzo ważne – w ramach jednego programu możemy tworzyć podprogramy w różnych językach.

Oczywiście działa programowanie na ruchu i programowanie z funkcją test mode – niezastąpione na etapie pierwszego uruchomienia i przy wgrywaniu poprawek do kontrolera (programowanie w trybie test mode daje możliwość natychmiastowego powrotu do poprzedniej wersji aplikacji, jeśli okaże się, że wgrane do kontrolera poprawki w kodzie programu zachowują się niewłaściwie).

Komunikacja po Ethernecie

W CPE400 Ethernet jest natywną siecią do wymiany danych. Jest 6 portów komunikacyjnych zorganizowanych w 4 niezależne sieci komunikacyjne, z których każda jest konfigurowalna, ale też każda ma przypisane, zdefiniowane funkcje.

LAN1 wyprowadzony fizycznie na jednym złączu Ethernet 1 GB służy przede wszystkim do konfiguracji i programowania urządzenia, ale umożliwia też wymianę danych z innymi urządzeniami w oparciu o Modbus TCP, SRTP, EGD czy OPC-UA.

LAN 2 wyprowadzony fizycznie na 2 portach Ethernet jest przeznaczony do obsługi warstwy IO. Działa na nim Profinet z obsługą MRP S2, a więc wymianę danych można zorganizować w topologii RING. To przydatna funkcja – sieć w takiej architekturze odporna jest na uszkodzenia pojedynczych segmentów. LAN2 może także pracować z innymi protokołami, takimi jak Modbus TCP, SRTP czy EGD.

LAN3 również wyprowadzony jest na 2 portach Ethernet i wykorzystywany jest w celu synchronizacji danych z innym CPE400. CPE400 pozwala bowiem na pracę w systemach wysokiej dostępności, w których stosuje się 2 kontrolery pracujące w układzie gorącej rezerwacji (Hot Standby Redundancy).

LAN 4 wyprowadzony na spodzie kontrolera opisany jako EFA jest wykorzystywany na potrzeby komunikacji z chmurą Predix. Możliwości komunikacyjne CPE400 uzupełnia jeszcze wbudowany port szeregowy, który docelowo pozwoli na obsługę komunikacji w oparciu o Modbus RTU oraz ASCII.

Obsługa węzłów IO w CPE400 po Profinecie

Natywną siecią do obsługi układów IO w CPE400 jest Profinet. Emerson posiada bardzo rozbudowaną ofertę w zakresie układów IO i pozwala dobrać układ dopasowany do potrzeb instalacji.

Zarówno dla RSTi IO i RSTi-EP IO w najprostszych aplikacjach, jak i dla VersaMax IO dla systemów średniozaawansowanych oraz dla PACSystems RX3i IO i PAC8000 dla najbardziej wymagających systemów sterowania, konfiguracja układów IO jest bardzo prosta i bez względu na ich serię wygląda zawsze dokładnie tak samo.

Wystarczy w Hardware Configuration skonfigurować kontroler sieci Profinet, czyli nadać mu nazwę, określić zakresy adresów IP, na jakich będą działać węzły w sieci oraz określić podstawowe parametry dotyczące czasów cyklu komunikacji i prędkości, na jakiej będzie działała sieć.

Po takiej konfiguracji ostatnim elementem jest dodanie na sieć węzłów IO, które będą pracować – robimy to z rozwijalnej listy dostępnej w wizardzie konfiguracyjnym i dodajemy moduły IO, jakie wchodzą w skład węzła.

W bazowej konfiguracji adresy referencyjne oraz statusowe zostaną nadane w sposób automatyczny – jeśli programista potrzebuje je zmienić – ma taką możliwość. Istnieje także opcja konfiguracji węzłów IO – można skonfigurować, czy węzeł będzie pracował w sieci o topologii RING i czy będzie pracował w systemie z redundancją jednostek centralnych.

Jeśli na sieć Profinet chcemy dodać urządzenia spoza oferty Emerson, wystarczy wczytać właściwy plik GSDML, aby możliwa była ich konfiguracja w ramach sieci Profinet w CPE400. Gotową konfigurację wgrywamy do kontrolera i do każdego z węzłów bez potrzeby podłączania się do każdego urządzenia z osobna – to dla programistów systemu bardzo duże ułatwienie. Oczywiście w ramach samego Proficy Machine Edition wbudowany jest szereg mechanizmów pozwalających na sprawdzenie tego, co dzieje się na sieci Profinet.

Komunikacja z warstwą nadrzędną po OPC-UA i aspekty cyberbezpieczeństwa

Warte podkreślenie w CPE400 jest wbudowany serwer OPC-UA. Ten model wymiany danych staje się powoli standardem w automatyce za sprawą swojej bardzo dużej uniwersalności z jednej strony i wysokiego poziomu bezpieczeństwa z drugiej strony.

W CPE400 OPC-UA Server jest dostępny w standardzie i pozwala na wymianę 12.500 zmiennych. Konfiguracja serwera ogranicza się do jego załączenia (opcja enable w konfiguracji), ustawiania poziomów zabezpieczeń (login i hasło) oraz wybrania z listy zmiennych, które z nich mają być widoczne po stronie OPC-UA Client (opcja publish na external read/write).

Tak przygotowana i wgrana do kontrolera konfiguracja pozwala na dostęp do danych tylko tym klientom, którzy znają nazwę serwera i podali właściwy login i hasło.

To rewolucja w kontekście przemysłowych standardów komunikacyjnych, gdzie do tej porty wystarczyło znać adres IP urządzenia generującego dane i adresy referencyjne zmiennych, aby można je było odczytać.

W OPC-UA nie jest to już wystarczające, aby odczytać dane – nie powinien więc dziwić fakt coraz szerszego wykorzystywania tego standardu w systemach, dla których aspekt cyberbezpieczeństwa jest bardzo ważny. Warto również podkreślić, że OPC-UA jest standardem niezależnym od platformy sprzętowej oraz systemu operacyjnego, a więc pozwala łączyć różne systemy ze sobą. Kontroler PACSystems CPE400 został wybrany Produktem Roku 2018 przez czytelników czasopisma Control Engineering Polska.