Hem SIGBI Automation ABKontaktSitemap

VARAN-buss grunderna

Hård realtid med Ethernet teknologi och standardkomponenter

varan fältbuss hård realtid
VARAN-buss kombinerar kraven för styrning i hård realtid och automation och har implementerats med Ethernet teknologi. VARAN baseras på IEEE 802.3 100TX standard Ethernet och protokollet exekveras helt och hållet i hårdvaran vilket reducerar CPU-belastningen med 100%

Standardkomponenter och smarta funktioner

Anslutning av enheter på bussen görs med en standard CAT 5 kabel, korsad eller rak spelar ingen roll och är tacksamt för alla som jobbar med kabeldragning och fältbussar. Givare och andra sensorer kan man spänningsmata via fältbusskabeln, en klar fördel och underlättar elektrikerns arbete vid installationen av maskinens elektronik men även vid bristen på utrymme och plats.

Enkla read-write instruktioner för nätverkets klienter

TCP/IP cross traffic är integrerad för att dra fördel av redan existerande nätverk. Teknologin är öppen och kan användas av vem som helst. Kollisioner undviks genom att man har utgått ifrån manager-client principen, alla datapaket har en avsändare och en mottagare. Hela nätverket ses som ett 4GB stort minne där varje klient tilldelas ett fördefinierat minnesutrymme. Maskinens PLC kan därigenom nå alla anslutna enheter med enkla read/write instruktioner.

En styr allt för central förvaltning och kontroll

VARAN-manager kretskort
VARAN-Managern är central i VARAN-bussen och initierar kommunikationen
VARAN-Manager initierar all kommunikation på bussen. Varje PLC eller styrning har en VARAN-Manager. För varje VARAN-Manager ser nätverket ut som ett enda stort 4GB virtuellt minne som kan hantera upp till 65 280 enheter. Varje enhet tilldelas under uppstartsfasen ett eget definierat addressutrymme på 65 536 Bytes. Informationsutbytet bygger på 2 operationer: "Skriv följande information på adress X" och "Ge mig ett visst antal byte från och med adress X."

Hårdvaruimplementerad checksummekontroll avlastar CPU:n till 100%

OSI-modell VARAN-bussen
OSI-modellen över VARAN-bussen. De protokollspecifika uppgifterna för VARAN-Managern är helt implementerade i hårdvaran och avlastar därmed CPU:n helt och hållet
Varje dataöverföring initeras och genomförs centralt. Alla VARAN-Managers protokollspecifika uppgifter behandlas i FPGA:n. Detta avlastar CPU:n i styrningen. VARAN-Managern har ansvaret för fler områden alla med olika prioriteter: Direct Access (DA), Asynchron (ASYN) och Isochron (ISO). Varje datapaket i applikationen består av en beskrivnings- och av en datadel. Delen med beskrivningen består utav de adresser som ska behandlas, antal byte som ska överföras, information om det gäller läs eller skriv kommando, antal tillåtna repetitionsförsök och slutligen vad som ska ske vid felmeddelande, stopp eller bara en offline flagga. Datadelen består som namnet förklarar av den data som överförs.

Multimanagers synkroniserar flera PLC och subnätverk i hård realtid med jitter < 100ns

topologi busstruktur fältbuss
Genom att sätta upp en Multi-Manager struktur med flera VARAN-Managers anslutna till en överordnad Manager synkroniserar vi flera subnätverk i hård realtid med ett jitter < 100 ns
Alla möjliga kombinationer och varianter av träd-, stjärna- och linjestruktur är möjliga med VARAN-bussen. För att bygga trädformiga och stjärnformiga nätstrukturer sätter man in så kallade VARAN-Splitters. VARAN-Splittern leder alla datapaket vidare till respektive port och håller oönskade okända enheter borta. Denna splitterfunktion är integrerbar hos alla klienter. Ytterliggare VARAN-System kan kaskadkopplas synkront till en överrdnad VARAN-Manager och på så sätt har man en Multi-Manager-Struktur. Härmed kan man, helt problemlöst ansluta fler maskiner i synkron realtid med varandra.

Asynkron Direct Access för omedelbara anrop som pausar VARAN-bussens aktiva task

ADS asynkron direct access
Med Asynkron Direct Access pausas VARAN-bussen i upp till 25µs för att bearbeta asynkrona anrop från styrsystemet varefter VARAN-Managern fortsätter sitt arbete
I början av varje busscykel skickar VARAN-Manager ut ett globalt SYNC kommando. Därefter bearbetas de isokrona realtidsobjekten, de asynkrona objekten och till slut data för "Administration task", se bild till vänster. I Administration task letar man efter nyanslutna bussenheter och behandlar eventuell crosscommunication av Ethernet-IP-paket. Den asynkrona funktionen Direct Access, (DA), avbryter bussens aktuella task i maximalt 25 µs för att kunna göra en uppdatering av en enhet på bussen.

Uppdateringstiderna är väldigt viktiga i realtidsnätverk

latenstid varan fältbuss access
Det tar maximalt 1,5 busscykler för oss att läsa ett värde på bussen, bearbeta detta i vår CPU och skriva tillbaka det uppdaterade värdet
Uppdateringstiderna är av mycket stor vikt i Ethernet-nätverk med realtid, speciellt när man vill synkronisera flera axlar olika master/slav drifter. När man skriver till 16 I/O:s, (längden av kommandot är 2 Byte), når man en uppdateringstid hos VARAN på 2 µs. Hos drives med 16 Bytes är- och börvärden bearbetas ett enda skriv/läs kommando på 5 µs.

Utvecklad med fokus på korrekt data vid slutet av varje busscykel

Avsändaren förväntar sig alltid ett svar av mottagaren. Om en bekräftelse på ett datapaket uteblir räknas det som felaktigt. Har inte avsändaren fått svar inom en viss tid så skickas automatiskt ett nytt. Detta repeteras upp till två gånger inom samma busscykel och därefter kan man välja att sätta maskinen i säkert läge. På så sätt garanterar VARAN-bussen alltid korrekt data vid slutet av varje busscykel, viktigt vid synkronisering och interpolation av flera axlar
Under utvecklingen av VARAN lade man extra vikt vid att garantera korrekt data efter att busscykeln var slut. Efter varje kommando, utfört av VARAN-Manager, kommer omedelbart en bekräftelse från mottagaren, klienten. Om klienten inte har svarat inom en viss tid, Timeout-tid, eller om svaret var fel så repeterar VARAN-Manager det senaste kommandot tills ett korrekt svar har erhållits. Detta förfarande garanterar korrekt data vid slutet av varje busscykel.