Project#Codesys x Profinet x IO-LINK

2022/6/14 CodeSys, IO-LINK, Profinet, Protocol, プロジェクト

今回はIO-LINK MasterとCodesys Runtimeの構築例を紹介します。よろしくおねがいします。

IOLINK?

まずIOLINKとはなんなのか簡単に説明したいと思います。よく聞かれたのはIO-LINKはProfinetやEtherCATなどと同じFieldbusではないか？と。実は違います。

IO-LINKはFieldbusではなくPoint-to-Pointの通信プロトコルです。

Sensorと通信するProtocolだということをまず頭の隅でおいておきましょう。

下図のようにIO-LINKはIO-LINK MasterとIO-Link Devicesが必要です。

IO−Link Masterは他のIO-Link DevicesとIO-LINK Protocolで通信する一方、一般的にProfinet・ModbusなどのFieldbusのSlaveと通信し必要な情報を上位Controllerとやりとりします。

IO-LINKの特徴はPoint-to-Point Communicationだけではなく一般のSensorケーブルを使用します。そして必要に応じIO-LINKとして使うか普通の入出力として使うかを選べばよいのです。その標準的な4芯ケーブルを使用することで、最大20メートルまでになります。

つまり、いまのシステムにある配線とはわかりません。増えたのはIO-LINK Masterだけです。IO-LINKデータでは4-20mAのようなアナログ値ではなくSensorの現在値を直接みます。

こちらは一般的なアナログ入力付きのFlow Meterです。このように、まずFlow Meterは流量をアナログからデジタルに変換し>さらに4-20mAにScalingします。そしてPLCのアナログ入力として使用し、プログラム内部で必要なEngineering Unitに変換する。変換は最低限でも3回はありますね。

その一方、IO-LINK ではFlow Meterは流量をアナログからデジタルに変換しそのままIO-LINK Masterに渡し、最後はField bus経由でPLCに送信しますね。PLCでもらうデータは4-20mAではなく、意味があるデジタル値です。

時代とともにSensorも進化し内部にマイクロプロセッサがあり、Firmware走っているものが多いのです。IO-LINK使用することによってやりとりできる情報量も従来の現在値から、

  • デバイス状態
  • エラーコード
  • パラメータ

などなどになります。

こちらはよくあるIO-LINKが含まれているシステムです。一般的なFieldbus Networkとあまり変わりません。Sensorもいまのまま通りインストールだけで、延長としてSensorから多くの情報を貰えるようになります。

Sensorからもらえる情報量の話ですが、従来のシステムでは4本線がありSensorの電源2本以外に信号ケーブルもついてますね。SensorのInput/Outputは大体メーカーが決められています。例えばSignal1はError、Signal2はリセットのようなMappingです。

時代と共に進化しSensorのSignal種類が選べるようになりました。でも結局取れるSignalは2つだけです。最後は設計者によりSignalの優先度から使うSignalを決めることになります。

IO-LINKの場合は3種類のデータがもらえます。下図のようにCyclic Data/Acylic Data/Event Dataがありますね。

  • Cyclic Data(周期)
    周期でやりとりするデータ部。もしFlow Meterの場合だと、たとえば：
    • Scaled済みのFlow値
    • Scaled済みの温度
    • Counter
    • などなど…
  • Acylic Data(非周期)
    Sensorの内部メモリ部。
    • Series Number
    • Simulate Mode
    • 設定値
    • などなど…
  • Event Data
    • Sensorの付加診断情報
    • 履歴
    • などなど…

Configuration

こちらは今回のTutorial構成です。CodesysがインストールされてるRaspberry PI3がProfinet Controllerを立ち上げ、Molex製のTCIEP-888P-D1U Profinet IO LINK MasterとProfinet Network立ち上げ、Normal Inputの緊急停止とContrinex 社製のIO LINK RFID Sensorと連動します。

Install GSD

Molex社のTCIEP-888P-D1UはProfinet仕様なのでCodesysにそのデバイスのGSDMLをインストールします。

Tools>Device Repository..をクリックします。

Installボタンをクリックします。

GSDML Fileを選択しOpenします。

TCIEP-888P-D1UをCodesys IDEにインストールしました。

Network Configuration

次はネットワーク構成を設定します。Ethernet Adapter>PN Controller追加>PN Devices追加>設定の流れになります。

Add Ethernet Adapter

Deviceのところを右クリック>Add Deviceします。

Ethernet Adapter>Ethernetを選択>Add Deviceで追加。

Add PN Controller

次はProfinet IO>Profinet IO Master>PN-Controllerを追加します。

Add PN Devices

さらにProfinet IO Device>I/O>HarshIO 600 IOLでモジュールを追加します。

それでネットワーク構成が完成しました。

Set Ethernet Adapter IP

Ethernet AdapterのNetwork Interface設定します。

Gernal>Browseします。

適切のNetwork Interfaceを選び>OKします。

Set PN Controller IP

PN ControllerのIPを設定します。

General>Station name設定します。

Default Slave IP Parameterはネットワーク内で収めるように変更してください。

192.168.1.xのネットワークになります。

Set PN Devices IP/Device Name

ProfinetではDevice Nameはすごく大事です。PN ControllerはDevice Nameに沿ってIPを振ります。

General Tabを開きます。

Station name、IP Parameterを設定し、Watchdogは場合により調整してください。

Assgin Device Name

Codesys IDEからPN DeviceのDevice Nameを設定します。

まずいまのProjectを一回Downloadし、CodesysのProfinet StackをRaspberry Codesys RuntimeにDownloadします。

PN Controllerを右クリック>Scan for Devicesします。

Scan Devicesをクリックします。

いまネットワーク内つながっている機器が一覧できます。

TCIEP-888P-D1UのPN DeviceでStation NameのInput FieldからCodesys Projectで設定したDevice Nameを入れます。

Set name and IPをクリックします。

もう一回Scan Deviceすると、TCIEP-888P-D1UはIP AddressもPN Controllerから振られたことがわかります。

Codesys RuntimeをRunかけると緑のICONがあり、Profinet通信してることがわかります。


Plug A Normal Input

では最初TCIEP-888P-D1UにNormal入力を繋がります。これはIOLINKのその1つ特徴ですね。IO-Link デバイスと普通の入力でも同じIO LINK Masterでも使用できます。

Add Slot

そのInputをTCIEP-888P-D1UのPort1と接続します。

1つ目の<Empty>を右クリック>Plug Deviceします。

Normal InputなのでDigital Input(SIO)>Plug Deviceします。

それでPort1にNormal Inputだと設定しました。

Project をDownloadし、緑ICONを表示すれば問題ありません。

How to view

ではそのNormal Input状態のMonitor方法を表示します。 

Digital_Input_Output_DIOをクリックします。

Channel Inputで各Portの状態が反映します。

Result

TCIEP-888P-D1UののPort1がいま緑色ですね。これはPort1がNormal Inputとして使われるときの表示です。

実際の動作は以下になります。

https://youtube.com/shorts/S3koWvoSMto

Normal InputがTrueになるとChannel Inputは256になります。

つまり8Bit目ですね。


Plug A IO Link Devices

Normal Inputが接続に成功したところで次はCONTRINEX 社のHF RFID SYSTEM

READ/WRITE MODULES (RWM) RLS-1181-320と接続します。

IOLink Sensorは各社によりProcess Dataのサイズ、Device MapはManual確認してください。

Characters

Manualによりますと、Process data inは9 Bytes、そしてOutは10Bytesですね。

Process Data Input

そして9BytesのInputデータで、最初の0Byte目はStatusで、1-4Byte目はUIDのLSB、5-8Byte目はUIDのMSBです。

Add Slot

そのIOLink Sensorの仕様もわかりましたので、Port4に接続します。

なので4番目のSlot、いまの<Empty> SlotでPlug Device。

IO-Link In/Out 16/16>Plug Devicesします。ManualによりますとProcess data inは9 Bytes Out 10Bytesでとりあえず SlotのData SizeはProcess dataより大きいであればOKです。

これでOKです。

Rename

Port4をわかりやすい名前に変更しましょう。

とりあえずRLS_1881_320がわかるような名前になります。

If not connect..

もしIO-LINK Sensorが接続してない場合、ICONは赤い三角になります。

if connect

逆にIO-LINK Sensorと接続してるならICONが緑になります。

Result

Molex製のTCIEP-888P-D1UがIO-LINK Sensorと接続成功するとLEDが青い色になります。

https://youtube.com/shorts/YPqHhiZXsV4

Try it!

では実際そのRFID ReaderをRFIDを読んでみましょう。

Codesys IDEからみると配列が数字が格納されていますね。

https://youtube.com/shorts/5y94qavdYIg

Implementation

動作確認OKでしたら次はプログラムを作成しましょう。

DUT_Contrinex_RLS_1181_320_Byte0Status

こちらのDUTはByte0の各Bitを定義します。

TYPE DUT_Contrinex_RLS_1181_320_Byte0Status :
STRUCT
b00NBTag :BIT; //Number of Tags in front of RWM
b01NBTag :BIT; //Number of Tags in front of RWM
b02NBTag :BIT; //Number of Tags in front of RWM
b03NBTag :BIT; //Number of Tags in front of RWM
b04ANT :BIT; //0=RF Field OFF
b05TAG :BIT; //0=No tag present in front of RWM
b06,b07 :BIT;
END_STRUCT
END_TYPE

DUT_Contrinex_RLS_1181_320

そしてByte1-8のUIDと一緒に定義ます。

TYPE DUT_Contrinex_RLS_1181_320 :
STRUCT
Status :DUT_Contrinex_RLS_1181_320_Byte0Status;
UID_LSB :DINT;
UID_MSB :DINT;
_ :ARRAY[0..6]OF BYTE;
END_STRUCT
END_TYPE

uDUT_Contrinex_RLS_1181_320

最後はUNION 構造体を定義します。Byte配列はProcess Inputに割り付けます。

TYPE uDUT_Contrinex_RLS_1181_320 :
UNION
raw:ARRAY[0..15]OF BYTE;
Data:DUT_Contrinex_RLS_1181_320;
END_UNION
END_TYPE

FB_Contrinex_RLS_1181_320

DUTは定義終わりで、次はFunction Blockを作成します。

VAR

変数DeviceはuDUT_Contrinex_RLS_1181_320として定義します。そのやり方はRFID Readerの数を増やしてもFunction Block のInstance にあるDeviceを直接割り付ければよいのです。他にDeviceのデータをStatus/UIDを Encodeし出力します。

FUNCTION_BLOCK FB_Contrinex_RLS_1181_320
VAR_INPUT
END_VAR
VAR_OUTPUT
UIDLSB :DINT;
UIDMSB :DINT;
UID :LINT;
TagsInfrontOFRWM 　　　 :BYTE;
TagOnRWM :BOOL;
RFFieldON :BOOL;
END_VAR
VAR
Device :uDUT_Contrinex_RLS_1181_320;
END_VAR

Program

UIDLSB:=Device.Data.UID_LSB;
UIDMSB:=Device.Data.UID_MSB;

UID:=SHL(DINT_TO_LINT(Device.Data.UID_MSB),32);
UID:=UID+Device.Data.UID_LSB;

TagsInfrontOFRWM.0:=Device.Data.Status.b00NBTag;
TagsInfrontOFRWM.1:=Device.Data.Status.b01NBTag;
TagsInfrontOFRWM.2:=Device.Data.Status.b02NBTag;
TagsInfrontOFRWM.3:=Device.Data.Status.b03NBTag;

TagOnRWM:=Device.Data.Status.b05TAG;
RFFieldON:=Device.Data.Status.b04ANT;

Assign

もちろん割付けも忘れずに。

Test

テスト1はRFID Tagを読みます。

Test2

テスト1は別のRFID Tagを読みます。


Test3

最後は3枚のRFID Tagを重ねて読むとTagsInfrontOfRWMは3になりますね。

Sample Code

https://github.com/soup01Threes/Codesys/blob/main/Codesys_IOLINK_Pi3.projectarchive

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