Technique et cas d‘applications Isochronisme Technique et cas d‘applications

L’isochronisme L’isochronisme est le couplage synchrone des solutions d’automatismes SIMATIC par le PROFIBUS-DP équidistant

PROFIBUS-DP V2 Mode isochrone avec télégrammes équidistants L‘équidistance est une caractéristique de PROFIBUS-DP V2, qui garantit des cycles bus totalement déterministes „Cycles bus équidistants" signifie que le cycle bus DP démarre toujours après la même période de temps Exemple d‘application : synchronisation d‘axes Cycle DP TEqui Cycle DP TEqui Cycle DP TEqui Cycle DP TEqui ... Le temps de réaction peut être réglé et est reproductible amélioration de la qualité de production

échange de données avec tous les slaves Mode isochrone avec télégrammes équidistants. Un cycle DP est composé de 3 parties Quand un cycle de bus est terminé, démarre le cycle suivant …mais désormais à la s près Cycle DP équidistant Top synchro Partie cyclique échange de données avec tous les slaves Partie acyclique 1er canal maître cl. 1 Partie acyclique 2ième canal maître cl. 2 DP V1 DP V0

Cas de figures nécessitant une horloge de synchronisation Temps de réaction court et déterministe entre l‘acquisition d‘entrées et la réaction vers les sorties Lecture déterministe des données d‘entrées (mesures) Données d‘entrées cohérentes et synchrones Ecriture déterministe des sorties (consignes) équidistantes Données de sorties cohérentes et synchrones

Comportement temporel non isochrone – libre et non coordonné Plusieurs temps non coordonnés T1: lecture entrées T2: Bus de fond de panier ET 200 T3: PROFIBUS DP T4: Temps cycle CPU T5: PROFIBUS DP T6: Bus de fond de panier ET 200 T7: écriture sorties T4 CPU T3 T5 T6 T2 T7 T1 ET 200S ET 200M

Comportement temporel non isochrone – libre et non coordonné Temps de réponse Best case: somme des temps de cycle individuels Worst case: 2 x (somme des temps de cycle individuels) Précision temporelle du signal de commande (sortie) 2 x somme des cycles de la CPU jusqu’aux sorties (T4 à T7) The response time is the time between the occurrence of an event and the output of a response on an output module Timing accuracy If a signal is to be present at an output at a particular time, this theoretical point in time can only be achieved with a finite accuracy. It depends on the cycle during which the value is determined, and the reproducibility with which the output signal is transmitted to the I/O modules. The timing accuracy of the signal output is the measure of how exact this determined point in time is achieved. Consistency Packets are generated when transmitting I/O signals. These packets contain associated values which are transmitted together. If two data packets exist, it cannot be guaranteed that these data are from the same point in time, or that they belong to the same cycle. The data within a packet are consistent. Without clock synchronism, a consistency better than a double word (32 bits) can only be achieved using system functions.

Comportement temporel avec synchronisme d‘horloge – déterministe Nouveau: coordination via une horloge système fixe I: lecture d‘entrées synchronisée OB: traitement des données dans la CPU Q: écriture sorties synchronisée Tous les temps sont synchronisés par le temps de cylce constant de PROFIBUS-DP (Isochrone via service DP V2) Horloge système OB OB OB Q I Q I Q I CPU ET 200

L’isochronisme L’isochronisme permet des niveaux d’éxécution strictement déterminismes et reproductibles dans le SIMATIC : Il se caractérise par deux propriétés : Le programme utilisateur est synchronisé avec le traitement des E/S Les données d’entrées et de sorties sont toujours traités à des intervalles équidistants All involved components must explicitly support clock synchronism. Modules which do not support clock synchronism can nevertheless be operated on the same PROFIBUS without interfering with the clock synchronism. See also slides on HW requirements.

Vue d’ensemble de la configuration– optimisation des paramètres temporels Affichage clair des paramètres temporels dans le HW config Contribution des composants pour les paramètres temporels This form clearly displays the timing parameters of the individual modules. It is thus easy to identify the critical modules which determine the total timing conditions. These can then be optimized as required, e.g. to set shorter filter times or remove from clock-synchronous operation. Procedure: Identification of critical slave. Then find modules with the largest TWE or TWA. Specifically in this example: In this example this would be the IM 151-1 which delivers a T-Dpmin of 5.750 ms. This time results from the time TWE of the 2DI High Feature because a filter time of 3 ms is set there (not visible here). An intervention would be possible here to achieve a system clock time of 5 ms. The Go to button can be used to access the corresponding position in the HW configuration. Fenètre pour : Maître Esclaves Modules Step 7 V5.2

Composants SIMATIC standard supportant l‘isochronisme

Technologies de sécurité et de haute disponibilité L’isochronisme peut être utilisé simultanément avec la technologie de sécurité à savoir PROFIsafe, il en résulte un temps d’horloge du système légèrement augmenté. L’isochronisme ne peut pas être utilisé conjointement avec la technologie de haute disponibilité.

Temps de cycle système accessible 10 ms ou plus est recommandé (application standard) Temps de cycle plus élevé avec la technologie de sécurité PROFIsafe

Segment de marché – process rapide Contrôle plus simple de machines rapides Machines rapides Cadences de 5 à 10 produits à la seconde = 300 – 600 / Minute = env. 2000 / h Tâches de régulation avec modification dynamique de la mesure Ex: synchronisation d‘axes, régulation de pression Lorsque des cartes centralisées sont utilisées pour des questions de performances Tâches de mesures pour lesquelles une acquisition simultanée de deux mesures est nécessaire. Ex.: régulation de mélange

Nouvelles possibilités (1) L‘horloge de synchronisation offre une base de temps précise Autorise des calculs précis basés sur le temps, ex.: Mesure de rotation Débit Intégration de quantités sur la base d‘un débit de volume instantané Courant pour le chauffage Débit d‘un fluide Pour le dosage... Calculé depuis la différence de la valeur d‘un compteur d‘une mesure de débit ... La queue de jetée peut aussi être prise en compte ... Le point de commande de la vanne peut être réajusté Le dosage est précis et du matériel sophistiqué peut être économisé

Exemple Mesure de vitesse de rotation Tâche: comptage d‘une valeur toutes les 32 ms et calcul de la différence par rapport au calcul précedent Erreur de mesure: décentralisé sans isochronisme 10 % centralisé avec alarmes cycliques 3 % décentralisé avec isochronisme 0,1 %

Exemple: séquenceur à cames Il s’agit de mesurer avec une règle la levée des différentes cames pour chaque angle de rotation d’un arbre à cames Déroulement sans isochronisme Tourner légèrement l’arbre à cames Arrêt Lecture de la position, mesurer toutes les cames Tourner, arrêter, mesurer ... Déroulement avec isochronisme Tourner l’arbre une fois Lecture synchrone de la position et des levées durant la rotation continue Traitement de l’arbre suivant

Contrôle sûr de process rapides L‘isochronisme Contrôle sûr de process rapides

Avantages Traitement fiable et reproductible des E/S Des applications à fortes contraintes temporelles résolues jusqu’à maintenant de façon centralisée peuvent enfin être décentralisées. Haute répétabilité des signaux de sorties. Conception des programmes utilisateurs plus flexibles par exemple orienté objet. Précisions accrues des boucles de régulations rapides et des tâches de positionnement avec un matériel standard et non dédié. Installations technologiques décentralisées plus compactes et modulaires.