FDT in der Fabrikautomation (Teil 4 von 8)

Integration in SPS-Programmiertools

Wie im vorherigen Teil beschrieben, ist die Prozessdatenbeschreibung, die ein SPS-Programmiertool über die Schnittstelle \'ProcessData\' eines DTMs ermitteln kann, feldbus-spezifisch. D.h. das Tool muss für jeden von der SPS unterstützen Feldbus die Struktur der Prozessdaten kennen. Das bedeutet einen erheblichen Software-Entwicklungsaufwand, wenn ein neuer Feldbus integriert werden soll. Um diesen Aufwand in SPS-Programmiertools zu vermeiden, wurde die Feldbus-Master-DTM-Schnittstelle \'Process Image\' eingeführt.

Logisches Prozessdatenabbild

Zur Laufzeit werden die am Feldbus übertragenen Prozessdaten vom Master in einem Speicherbereich der SPS abgelegt (Input-Daten) bzw. ausgelesen (Output-Daten). Diese Daten werden als Prozessdatenabbild bezeichnet (Bild 1). Wünschenswert wäre nun eine Beschreibung des Prozessdatenabbilds in einer feldbus-unabhängigen Form für das SPS-Programmiertool, um diese einfach auf Programmvariablen zu mappen. Dies wird durch ein zweistufiges Vorgehen erreicht. Zunächst ermittelt der Feldbus-Master-DTM die Prozessdaten seiner Slaves mittels der \’ProcessData\‘ Schnittstelle. Da der Feldbus-Master DTM \’seinen\‘ Feldbus kennt, weiß er auch wie die feldbus-spezifische Beschreibung aussieht. Hat er alle Datenbeschreibungen seiner Slaves ermittelt, kann er auch das dazugehörige Prozessabbild beschreiben. Der Feldbus-Master-DTM erstellt nun eine feldbus-unabhängige Beschreibung seines Prozessdatenabbilds. Bild 2 zeigt diesen Ablauf anhand eines kleinen Konfigurationsbeispiels mit den Geräte-DTMs und dem Feldbus-Master-DTM an dessen Ende die Beschreibung des Prozessdatenabbilds vorliegt. Diese Beschreibung stellt der Feldbus-Master-DTM nun dem SPS-Programmiertool über die Schnittstelle \’ProcessImage\‘ zur Verfügung. Mit dieser Beschreibung kann das Tool die notwendigen Daten erzeugen, die für die Verarbeitung der Prozessdaten zur Laufzeit notwendig sind, ohne zu wissen, über welchen Feldbustyp die Daten ausgetauscht werden. Die Zuordnung der Prozessdaten zum entsprechenden SPS-Speicher kann entweder durch den Anwender erfolgen oder vollautomatisch. Dies ist implementierungsspezifisch und wird durch den Hersteller des SPS-Programmiertools festgelegt. Bei der halbautomatischen Zuordnung kann der Anwender z.B. durch Drag & Drop die Daten Prozessvariablen zuordnen. Bei der vollautomatischen Ausführung werden die SPS-Variablen vom Tool erzeugt ohne Anwendereingriff. Durch diese Vorgehensweise kann jetzt ein SPS-Programmierer direkt mit den Variablen arbeiten, um die Prozessdaten in seinem Programm zu verarbeiten.

Beschreibung des Prozessdatenabbilds

Bild 3 zeigt in vereinfachter Form den Aufbau der Beschreibung für das Prozessdatenabbild (Process Image Description). Für jedes Gerät werden der Gerätename, der Gerätestatus und die Prozessdaten (IO Data) beschrieben. Der Gerätestatus enthält zwei Teile, die eine einfache Diagnose im SPS-Programm erlauben. Der erste Teil (StatusRun) ist ein Signal, das zur Laufzeit anzeigt, ob das Gerät funktioniert. Der zweite Teil (Diagnostic) enthält die Diagnoseinformation des Geräts. Der Aufbau der Diagnosedaten entspricht der Namur Empfehlung NE107. Für beide Elemente gibt es einen Namen sowie die logische Adresse (StartAddress, AddressOffset) an der zur Laufzeit die Daten im Prozessabbild abgelegt werden sowie die Datenlänge (DataLength). Diese Informationen erlauben es dem SPS-Programmierer, eine einheitliche Überprüfung des Gerätezustands und eine entsprechende Meldung an ein übergeordnetes System zu übermitteln. Dort kann dann eine weitergehende Gerätediagnose durchgeführt werden. Die Beschreibung der Prozessdaten (IO Data) erlaubt den Aufbau von Strukturen durch die Zusammenfassung von mehreren Elementen (Signals). Ein Attribut (SignalsType) gibt an, ob es sich um Eingangs- oder Ausgangsdaten handelt. Neben den Attributen Name, Adresse und Datenlänge, die für jedes Element im Prozessabbild vorhanden sind, werden für die Prozessdaten noch die Datentypen aus der IEC61131 mitgeliefert. Für das angeschlossene Netzwerk ist auch ein Status vorgesehen (NetworkStatus), der eine einfache Auswertung im SPS-Programm erlaubt. Um hierarchische Strukturen abzubilden, können Geräte weitere Geräte enthalten, auch Prozessdaten können verschachtelt werden. Dies wurde jedoch aus Vereinfachungsgründen in Bild 3 weggelassen.

Zusammenfassung und Ausblick

FDT ist eine bewährte Softwareschnittstelle, um Automatisierungskomponenten in Softwaretools zu integrieren. Mit der feldbus-unabhängigen Beschreibung des Prozessdatenabbilds kann ein SPS-Programmiertool Feldbussysteme mit einem einheitlichen Mechanismus integrieren. Diese Vereinheitlichung reduziert den Entwicklungsaufwand für die Feldbusintegration. Die zur Verfügung gestellten Daten erlauben die automatische Erzeugung der Prozessdaten für die Nutzung in der SPS-Programmierung, wodurch sich für den Anwender der Engineeringaufwand verringert. Standardisierte Diagnoseinformationen erlauben die einfache Verarbeitung im SPS-Programm und eine erste grobe Fehleranalyse. Wie man mit FDT erweiterte Funktionen für die Feldbus- und Gerätediagnose integrieren kann, ist das Thema des nächsten Beitrags in der Ausgabe 11/2015.

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