FPGA-Technologie FPGA-basierte Analyse eines proprietären Bussystems mit NI LabVIEW FPGA und Single Board RIO

Wenn eine große Anzahl von Feldbussystemen an eine industrielle Steuerung angebunden werden soll, werden diese häufig auf ein proprietäres, herstellerabhängiges Bussystem transformiert. Die Analyse ist für den Hersteller aus Entwicklungs- und Qualitätssicherungsgründen zwingend erforderlich. Mit Hilfe von FPGA-Technologie soll eine Anwendung entstehen, welche die Analyse eines solchen Bussystemes im laufenden Betrieb realisiert.

Anbieter zum Thema

GLYN GmbH & Co. KG

E.E.P.D. Electronic Equipment Produktion & Distribution GmbH

congatec GmbH

WAGO GmbH & Co. KG

National Instruments Germany GmbH

Die Firma WAGO Kontakttechnik setzt in dem dezentralen I/O-System der Serie 750 als proprietären Bus den K_Bus ein. Er überträgt Befehle und Prozessdaten zwischen einem Feldbuskoppler und I/O-Baugruppen, welche unterschiedliche Funktionalitäten umfassen.

In Abhängigkeit von der Art und Anzahl der angeschlossenen I/O-Baugruppen passt sich der Bus automatisch an die jeweils vorherrschende Bedingung an und optimiert somit die Datenübertragung auf Prozessdatenlänge und Zykluszeit.

Im Rahmen der Qualitätssicherung als Prüfmittel in der Produktion sowie als Engineering Tool für den Entwicklungsbereich bei WAGO soll im Rahmen einer Projektarbeit ein Analysesystem für den K_Bus entwickelt werden, welches folgende Kriterien erfüllen soll:

• Aufnahme von Befehls- und Prozessdaten des K_Bus

• Ausreichende Geschwindigkeit, um jeden Zyklus vollständig aufnehmen zu können

• Generierung eines zeitlichen Bezuges für jeden Befehl oder jedes Prozessdatenpaket

• Übertragungsfehler erkennen und protokollieren

• Aufgenommene Daten auswerten, bearbeiten und sichern

• Aufgenommenen Daten durch ein Softwaretool aufrufen und visualisieren

Die drei Komponenten des I/O-Systems 750

• Der Feldbuskoppler nimmt die Prozessdaten aus dem verwendeten Feldbus sowie dem K_Bus auf, speichert diese in einem lokalen Prozessabbild und stellt sie damit dem jeweils anderen Bussystem zur Verfügung.

• Die zweite Komponente besteht aus einer oder mehreren I/O-Baugruppen, welche je nach Baugruppentyp Prozessdaten vom K_Bus nutzen oder auf dem K_Bus verändern.

• Die letzte Komponente ist ein Endmodul, welches von der Form her identisch zu einer I/O Baugruppe ist und lediglich als Abschluss für den K_Bus dient.

Um den K_Bus für das Analysesystem zugänglich zu machen, wurde ähnlich wie beim Endmodul ein Gehäuse für eine I/O-Baugruppe verwendet, in welchem die Bussignale angepasst und mit einer feldseitigen Anschlusstechnik in bewährter CAGE-CLAMP-Technik herausgeführt sind. Somit ist der Bus auch im laufenden Betrieb schnell und unkompliziert von außen zugänglich.

Welche Vorteile ein FPGA-Modul bietet

Aufgrund des hohen Befehls- und Prozessdatenaufkommens sowie der Anforderung einer lückenlosen K-Bus-Aufnahme bietet sich ein FPGA zur Datenaufnahme an. Aufgrund der Eigenschaften des FPGAs eignet es sich zum Erfassen des zeitlichen Zusammenhangs der Signale auf den einzelnen K_Bus-Leitungen und der schnellen Interpretation von Befehlen und Prozessdaten.

Für die Weiterverarbeitung der aufgenommenen K_Bus-Daten war es angedacht, zusätzlich zum FPGA, einen Mikrocontroller zu verwenden. Die Verwendung einer deterministischen Zeitkontrollstruktur war durch das hohe Datenaufkommen ebenfalls nötig, um einen Verlust bei der Weiterverarbeitung zu vermeiden und zu erkennen.

Ferner war eine Schnittstelle zu einem PC mit dem Potential für eine hohe Übertragungsrate wichtig, um die Daten schnell genug vom FPGA-Mikrocontroller-System abzutransportieren.

Lesen Sie auf der nächsten Seite: Wie sich das Datenaufkommen verwalten lässt

(ID:28712790)