Über die Baugruppe CM CANopen können S7-1200-Steuerungen mit Geräten in CANopen-Netzwerken kommunizieren.

Über die Baugruppe CM CANopen können S7-1200-Steuerungen mit Geräten in CANopen-Netzwerken kommunizieren.HMS

In Serienmaschinen und Nutzfahrzeugen, modernen Schiffen sowie in der Medizin- und Antriebstechnik sind CAN-basierte Netzwerke auch heute noch weit verbreitet. CAN überzeugt hier insbesondere durch geringe Anschalt- und Verkabelungskosten sowie die Echtzeiteigenschaften. Problematisch wurde es bisher immer dann, wenn CAN-Netzwerke in Verbindung mit S7-Steuerungen der aktuellen Generation eingesetzt werden sollten, also zusammen mit einer S7-1200. Der Grund: Es gab keine von Siemens freigegebenen CAN-Anschaltbaugruppen und man musste auf Gateways oder nicht-autorisierte Produkte zurückgreifen.

Abhilfe schafft das CM CANopen Modul. Als Erweiterungsbaugruppe für die SPS S7-1200 konzipiert, ermöglicht das Modul nun die Kommunikation zwischen der Simatic-Welt und den Gerä­ten in CAN/CANopen-Netzwerken. Die Baugruppe wurde von HMS Industrial Networks entwickelt und ist von Siemens freigegeben.

Marktentwicklung wie sie HMS für 2014 in der Fabrikautomation erwartet: Hohe Zuwachsraten bei den Industrial-Ethernet-Systemen. In anderen Branchen weichen die Marktanteile einzelner Systeme teilweise deutlich ab.

Marktentwicklung wie sie HMS für 2014 in der Fabrikautomation erwartet: Hohe Zuwachsraten bei den Industrial-Ethernet-Systemen. In anderen Branchen weichen die Marktanteile einzelner Systeme teilweise deutlich ab.HMS

Als wär‘s Siemens-Hardware

Als Erweiterungsbaugruppe wird das CANopen-Modul links von der CPU angereiht. Analog zu Siemens-Baugruppen erfolgen die Spannungsversorgung sowie die interne Kommunikation zur CPU über den Systembus der S7-1200. Die Baugruppe fungiert als Übersetzer zwischen den Teilnehmern des CAN- oder CAN­open-Netzwerks und der S7-1200. Mechanisch passt das CM CANopen perfekt in das modulare S7-1200 System, da HMS die Gehäuse direkt von Siemens bezieht. Bis zu drei Baugruppen lassen sich an eine SPS anreihen, die jeweils bis zu 16 CANopen-Knoten adressieren können und insgesamt bis zu 256 Byte Eingangsdaten und 256 Byte Ausgangsdaten unterstützen. Jede Baugruppe wird wie eine Standard-Hardware von Siemens in die Hardwarekonfiguration der SPS über das Step7 TIA-Portal eingebunden.

Spricht alle Dialekte – vom Standard bis zum Firmen-Slang

Das CAN-Modul kann im CANopen-Betriebsmodus als NMT-Master oder -Slave im CAN-Netzwerk arbeiten. Wird die Baugruppe als NMT-Master im CAN-Netzwerk konfiguriert, können bis zu 16 Slaves angeschlossen werden. Sie unterstützt nicht nur das standardisierte CANopen-Protokoll nach CiA 301 und 302. Zudem unterstützt das Modul auch den direkten Zugriff auf die 8 Byte großen Nutzdaten im CAN-Frame. Dieser sogenannte transparente Layer-2-Zugriff bietet die Möglichkeit, auch Geräte mit herstellerspezifischen CAN-Dialekten in die Steuerungslandschaft von Siemens einzubinden.

Die CANopen-Baugruppe wird über das TIA-Portal in den Hardware-Katalog der S7-1200 integriert.

Die CANopen-Baugruppe wird über das TIA-Portal in den Hardware-Katalog der S7-1200 integriert.HMS

Kommt CANopen als Protokoll zum Einsatz, ist für die Kommunikation zwischen den CANopen-Geräten und der S7-CPU keinerlei SPS-Programmierung notwendig. Die Konfiguration des CANopen-Netzwerks erfolgt im Windows-basierten ‚CM CANopen Configuration Studio‘ von HMS. Die einzelnen CAN­open-Geräte werden dabei über deren Gerätebeschreibungsdatei (EDS-Datei) eingebunden. Ist die Konfiguration erstellt, braucht der Programmierer diese lediglich über USB in die CANopen-Baugruppe zu laden.

Die CANopen-Konfiguration legt unter anderem fest, welche Parameter zyklisch über die Prozessdatenobjekte (PDOs) zwischen den Teilnehmern auszutauschen sind. Darüber hinaus ist auch der azyklische Zugriff auf einzelne Parameter der Teilnehmer möglich (SDO-Kommunikation). Dafür gibt es von HMS spezielle Funktionsbausteine (ReadSDO und WriteSDO), die in das SPS-Programm eingebunden werden können.

Sind Geräte mit herstellerspezifischen CAN-Dialekten auf Basis von CAN 2.0A einzubinden, kommen andere Funktionsbausteine zum Einsatz. Mit ‚CAN-Send‘ lassen sich bis zu 8 Byte lange Datenpakete an einen oder mehrere Teilnehmer senden. Analog dazu dient der Baustein ‚CAN-Receive‘, empfangene Datenpakete im Speicher der SPS abzulegen. Sämtliche Funktionsbausteine wurden zusammen mit Siemens entwickelt und sind im Lieferumfang der CANopen-Baugruppe enthalten sowie einfach ins TIA-Portal zu importieren.

Mit der CAN-­Anschaltung 1SI CAN­open lassen sich CAN-Segmente auch über das dezentrale Peripheriesystem ET200S einbinden.

Mit der CAN-­Anschaltung 1SI CAN­open lassen sich CAN-Segmente auch über das dezentrale Peripheriesystem ET200S einbinden.HMS

Konfiguration über das TIA-Portal

Über das TIA-Portal wird die Baugruppe in den Hardware-Katalog der S7-1200 integriert. Die erstmalige Einbindung ins TIA-Portal erfolgt mit dem Hardware Support-Package von HMS. Im TIA-Portal erhält die Baugruppe ihre Systemadresse und grundsätzlichen Einstellungen. Hier ist unter anderem festzulegen, ob die Baugruppe als CANopen-Master, CANopen-Slave oder im transparenten CAN-2.0A-Modus arbeiten soll. Weitere Parameter betreffen die Knotenadresse im CANopen-Netzwerk, Baudrate sowie die Datengröße der Prozessvariablen, die bis zu 256 Byte je Baugruppe betragen kann. Zum Funktionsumfang gehören auch sämtliche Komfortfunktionen, die im TIA-Portal für Siemens-eigene Geräte zur Verfügung stehen. Dazu zählen beispielsweise die Diagnosefunktionen sowie die Funktionen zum Beobachten des Zustands der I/O-Daten.

Einsatzfelder ohne Grenzen

Zum Einsatz kommt die CAN-Anschaltung in Verbindung mit der Simatic S7-1200 meist dann, wenn

  • die Automatisierungstechnik in einem engen Kostenkorsett steckt,
  • Fremdgeräte keinen direkten Profinet-Anschluss haben,
  • der Profinet-Anschluss der Fremdgeräte teurer ist als deren CAN-Anbindung oder
  • CAN bereits in der Maschine/Anlage als Standard-Kommunikationssystem gesetzt ist.

Konkret treffen diese Kriterien häufig bei Serienmaschinen oder Anlagen zu, bei denen viele Kleinmotoren, Sensoren oder Drehgeber zum Einsatz kommen. Typische Bespiele sind Getränke­abfüllanlagen und Verpackungsmaschinen sowie fahrerlose Transportfahrzeuge. Mit der S7-1200-Steuerung hat Siemens eine kostengünstige und dennoch leistungsfähige SPS für solche Anwendungen entwickelt. Die CANopen-Baugruppe ergänzt nun die S7-Steuerung mit einer CAN-Anschaltung und erschließt dem S7-Ökosystem ein weites Applikationsfeld.

Technik im Detail

CAN FD: Mehr Bandbreite

Rechtzeitig bevor CAN und seinen Ablegern die Luft ausgeht, hat Bosch die Entwicklung eines Nachfolgers vorangetrieben: CAN FD. Zur Embedded World stellt HMS in der Ixxat-Produktfamilie zwei neue PCI-Express-Karten vor.

Der klassische CAN-Bussystem ist nicht zuletzt aufgrund des günstigen Preises und der flexiblen Einsatzmöglichkeiten fast überall präsent. Mit seinen 8 Byte Nutzdaten und der maximalen Übertragungsrate von 1 MBit/s passt das System aber nicht mehr zu dem immer umfangreicheren Datenmengen, die in Applikationen zu übertragen sind. Diesen Flaschenhals dehnt CAN FD mit seinen bis zu 64 Byte Nutzdaten und der höheren Bitrate. Das macht CAN wieder für Anwendungen attraktiv, die bisher nicht mehr realisierbar waren. Mit den zwei Interface-Karten Ixxat CAN-IB 500 (passiv) und CAN-IB 600 (aktiv) unterstützt HMS neben CAN jetzt auch CAN FD. Die PCI-Express-Karten verfügen über zwei CAN-Schnittstellen, die im CAN- und CAN-FD-Modus betrieben werden können. Optional ist eine galvanische Entkopplung der Kanäle verfügbar. Die aktive Anschaltung mit integrierten Microcontroller (CAN-IB 600) kann in Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an die Datenvorverarbeitung eingesetzt werden.

Parallel zur S7-1200 unterstützt HMS auch das dezentrale Peripheriesystem ET200S mit der funktional identischen Baugruppe 1SI CANopen. Als Peripherie-Baugruppe wird sie direkt in das ET200S-Systemrack gesteckt und unterstützt sowohl CANopen Master/Slave-Funktionen als auch transparente CAN-2.0A-Layer-2-Kommunikation. Auch dieses Modul lässt sich direkt über den Hardware-Katalog im TIA-Portal oder im Simatic Manager in die Hardware-Konfiguration der ET200S einbinden.

Starthilfe bei Bedarf

Anwender von Siemens-Steuerungen kennen sich meist gut mit deren Kern-Netzwerken aus: Profibus und Profinet. Die CAN-Technologie ist jedoch oft Neuland. HMS unterstützt Anwender deshalb individuell bei der Umsetzung der CAN-Ankopplung mit Produktsupport und technischen Dienstleistungen. Auf Wunsch erstellt HMS auch die komplette Konfiguration und unterstützt bei der Inbetriebnahme.