Project#Beckhoff TwinCAT3 x Schneider TM241 to Configure an Ethernet/IP Network

2022/11/28 Beckhoffベッコフオートメーション, EtherNet/IP, Protocol, schneiderシュナイダー, TFxxx, TwinCAT3, プロジェクト

この記事ではSchneider TM241とBeckhoff IPC C6920でEthernet/IP Networkを構築します。Beckhoff側はScannerでSchneider TM241がAdapterになり、なおかつTwincat側はIOデータ一致性をCheckするプログラムも作成していきます。

よろしくおねがいします。

Thanks!

この記事が出来上がるのはベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社さまとMana Design worksさまから機材を貸してくださったおかけです。誠にありがとうございます。

ベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社

IPC6920-005はベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社さまが貸してくださったものです。Beckhoff Automationは1980 年会社設立、PCベースの制御技術をベースにしたオープンオートメーションシステム導入の先頭に立つドイツ企業です。

ベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社は、2011年に横浜に本社、2017年に名古屋オフィスを設立しました。

こちらはベッコフ日本法人ベッコフオートメーション株式会社様のホームページです。

どうぞよろしくお願いします。

https://www.beckhoff.com/ja-jp/

Mana Design Works

Schneider PLCはMana Design Works 様からのご提供でお送ります。内容は自体はシュナイダーですが、Mana Design Worksは大阪に本社あるSiemensの正式なソリューション パートナーで、Siemens製のCPU・HMI・Drive・Motion Controller・SCADAから国産メーカまで常に最適な提案できます

こちらはMana Design Works 様のホームページです。

どうぞよろしくお願いします。

https://mndw.jp/

Implementation

こちらは今回の記事のConfigurationです。

Schneider Side

ではまずTM241 PLCから始めます。こちらのEthernet portを使用します。

New Project

Machine Expert Logic Builderを起動し>File>New Projectで新規プロジェクトを作成します。

Controler TypeにTM241CET/Uを設定>Project名を入力>OKします。

新規プロジェクトが作成されました。

Configure Ethernet Interface

“Ethernet_1*をダブルクリックしCPUのEthernet Interface を設定します。

Configured Parametersで” fixed IP Address”を設定すればIPを入力できるようになります。

192.168.250.33/24に設定します。

Configure an Ethernet/IP Adapter

Ethernet_1右クリック>Add Deviceします。

Fieldbus からEthernet/IP>Ethernet/IP Local Adapter>EthernetIPを選び>Add Devicesします。

Assembly Parameters

次はSchneiderのInput/Output AssemblyやData Sizeの設定を行います。

EthernetIP をダブルクリックします。

EtherNEIP Tabが開きました。

Instance Numbers

DefaultではInstance150はOut Assembly、Instance100はInput Assemblyになっています。

Size(Word)

そしてデータ交換のDefault Sizeは20 Wordsです。

ここで32 Wordsを変更します。

I/O Mapping

EthernetIp Slave IO MappingからInput/Output変数のMappingを一覧できます。

Defaultで20Wordsのデータ交換のせいで、Machine Expert Logic Builderが自動的に iwEthernetIP_IWxのGlobal変数と紐つけます。

Outputs画面も同じです。

Export EDS

EthernetIP icon右クリック>Export as EDS からEDS FileをExportします。このFileはTwinCATぐぁで使用します。

保存先を設定します。

Done!

Program

Application tree tabを開きます。

GVL

Program editor は表示され、GVLの中にEthernet/IP Adapter用の変数をいくつか定義します。”GVL” Iconをダブルクリックします。

GVL tabが開かれました。

2つの長さ32 Wordsの配列を定義します。こちらの変数はEthernet/IP AdapterのMappingで使用します。

Main

SR_Mainプログラムの中のInputデータをそのままOutputにLoopbackすればよいです。

検証プログラムがTwinCAT側で実装されます。

Mapping Again

次はEthernet/IP Adapterの変数を再Mappingします。

Input

こちらはInputs 変数で、GVLで定義された変数に再Mappingします。

Output

こちらはOutputs 変数で、GVLで定義された変数に再Mappingします。

Login

Schneider側はここで終わります。次はProjectをCPUにDownloadしましょう。

Controller iconをクリックし>Download先を選び>Loginします。

YesでProjectをDownloadすれば完成です。

TwinCAT Side

いまからTwinCAT側を実装しますが、最初にIO Dataの一致性CheckはTwinCAT側に任せ、InputとOutput Dataが一致しているかをCheckします。こちらはプログラムのFlowになります。TwinCATはまずScanner Statusを確認>次はAdpaterの状態を確認>乱数データを出力>入力データが一致してるか確認>Loop Backのイメージです。

Configure An Ethernet/IP Scanner

まずEthernet/IP Sacnnerを追加します。I/O>Devices>右クリック>Add New Itemします。

EtherNet/IP>EtherNet/IP Scannerを選び>OKです。

実際にEthernet/IP に接続しているEthernet Interaceを設定してください。

もう一度AdapterのTabを開き>設定されたInterfaceが正しいかを確認しましょう。

Configure the IP

Settings Tabを開き、F800.20,F800.21の項目からIPとNetwork Maskを設定してください。

Task

次はSync TaskのTab開きEthernet/IP Scanner用のTaskを追加します。

Select Special Sync Task option>Create new I/O Taskします。

Task名を入力>OKします。

Ethernet/IP Taskが作成され、アプリケーションによりCycle Timeを調整しましょう。

Configure Target

次はEthernet/IP AdapterをProjectに構築していきます。

Import EDS

Scannerを右クリック>Import EDS Fileします。

EDSを選び>Openします。

EDS FileがImportされました。

Insert Schneider Adapter

Scannerで右クリック>Add New Itemします。

Schneider Electric>TM241_xxxx を選択>Ok。

TM241 Ethernet/IP adapterが追加されました。

Configure IP

TM241 Ethernet/IP Adapterを右クリック>Change IP AddressでIP変更します。

IPを入力しOKします。

IPが設定されたら、ICONも変わります。

Append IO

Box1を右クリック>Append IO Connection> Read From 100/Write to 150を選びます。

Yes.

Connection 1 (Input/Output) はBox1に追加されました。

Mapping-input

EDS FileがImportしたConnectionでは変数が少し変ですよね。それはSchneiderがDefaultのデータ交換Sizeは32Wordsなので、それ以外の変数は“noname0_arrBYTE”の配列になっています。

Mapping-Output

Outputも同じです。

Add PLC

PLC>Add New ItemでSoftware PLCをProjectに追加します。

Standard Project>Addします。

Standard PLCが追加されました。

GVLs(Global Variable List)

こちらはGVLでProcess IO変数が定義され、こちらの変数はEthernet/IP データと紐つけます。

{attribute ‘qualified_only’}
VAR_GLOBAL
EIP_Scanner1_Box1_Inputs   AT %I*:ARRAY[0..31]OF WORD;
EIP_Scanner1_Box1_Outputs  AT %Q*:ARRAY[0..31]OF WORD;
END_VAR

DUT

DUT_TF6281_DevState

こちらはTF6281 Ethernet/IP Scannerの状態をまとめる構造体です。

TYPE DUT_TF6281_DevState :
STRUCT
LinkError :BOOL;
OutOfSendResources :BOOL;
WatchdogTrigger :BOOL;
MasterNoValidIPAddr :BOOL;
TCPUnable :BOOL;
UDPUnable :BOOL;
END_STRUCT
END_TYPE

TC3 EIP Scanner ObjectのDeveState変数から詳しい情報を取得できます。

詳しいStatusはComment Fieldから確認できます。

DUT_TF6281_Boxes_State

TC3 EIP Scanner Objectの各Ethernet/IP Adapterの接続状態を示すState変数から詳しい情報を取得できます。

TYPE DUT_TF6281_Boxes_State :
STRUCT
ConnectionDisconnected :ARRAY[1..8]OF BOOL;
TCPClientInitFailed :BOOL;
UDPClientInitFailed :BOOL;
RemoteNodeNoConnections :BOOL;
RemoteNodeNotReachable :BOOL;
END_STRUCT
END_TYPE

TC3 EIP Scanner の下の各AdapterのState変数から詳しい情報を取得できます。

詳しいStatusはComment Fieldから確認できます。

Function Block

DUTの定義が終わったら次はFunction Blockを作成し、Ethernet/IP Scannerと各Adapterの状態を取得しましょう。

FB_TF6281_Status

VAR

こちらの変数は直接Process I/OにMappingされています。

FUNCTION_BLOCK FB_TF6281_Status
VAR_INPUT
END_VAR
VAR_OUTPUT
END_VAR
VAR
EIP_Scanner_Boxes_State AT %I* :ARRAY[1..4]OF UINT;
EIP_Scanner_DevState AT %I* :UINT;
END_VAR
PROPERTY DevNormal : Bool
Get

このPropertyはScannerが正常状態かを取得できます。

DevNormal:=EIP_Scanner_DevState =0;
PROPERTY PUBLIC DevState : DUT_TF6281_DevState
Get

このPropertyはDeveState変数の現在値をEncodeし、該当するエラーを返します。

DevState.LinkError:=(EIP_Scanner_DevState AND 16#0001)>0;
DevState.OutOfSendResources:=(EIP_Scanner_DevState AND 16#0010)>0;
DevState.WatchdogTrigger:=(EIP_Scanner_DevState AND 16#0020)>0;
DevState.MasterNoValidIPAddr:=(EIP_Scanner_DevState AND 16#4000)>0;
DevState.TCPUnable:=(EIP_Scanner_DevState AND 16#2000)>0;
DevState.UDPUnable:=(EIP_Scanner_DevState AND 16#1000)>0;
GetBoxStates : DUT_TF6281_Boxes_State

このMethodはEthernet/IP Adapter状態をReturnします。BoxNumberのパラメータから取得したいConnection番号を選べます。

VAR
METHOD GetBoxStates : DUT_TF6281_Boxes_State
VAR_INPUT
BoxNumber:UINT;
END_VAR

VAR
_State:UINT;
END_VAR
PROGRAM
IF BoxNumber>=1 AND BoxNumber<=4 THEN
_State:=EIP_Scanner_Boxes_State[BoxNumber];
ELSE
_State:=EIP_Scanner_Boxes_State[1];
END_IF

GetBoxStates.ConnectionDisconnected[1]:=(_State AND 16#0001)>0;
GetBoxStates.ConnectionDisconnected[2]:=(_State AND 16#0002)>0;
GetBoxStates.ConnectionDisconnected[3]:=(_State AND 16#0004)>0;
GetBoxStates.ConnectionDisconnected[4]:=(_State AND 16#0008)>0;
GetBoxStates.ConnectionDisconnected[5]:=(_State AND 16#0010)>0;
GetBoxStates.ConnectionDisconnected[6]:=(_State AND 16#0020)>0;
GetBoxStates.ConnectionDisconnected[7]:=(_State AND 16#0040)>0;
GetBoxStates.ConnectionDisconnected[8]:=(_State AND 16#0080)>0;
GetBoxStates.UDPClientInitFailed:=(_State AND 16#1000)>0;
GetBoxStates.TCPClientInitFailed:=(_State AND 16#2000)>0;
GetBoxStates.RemoteNodeNotReachable:=(_State AND 16#4000)>0;
GetBoxStates.RemoteNodeNoConnections:=(_State AND 16#8000)>0;

POUs EIP_IOs

最後はPOUsを作成しIO Dataの一致性をCheckします。

Add Referenced Task

Projectで右クリック>Add>Referenced Taskします。

先程のStepで作成したTaskを選び>Openします。

Reference Taskが作成されました。

VAR

こちらはPOUsで使用する変数です。

PROGRAM EIP_IOs
VAR
Scanner1 :FB_TF6281_Status;
iCounter:INT;
OutputRefleshed:BOOL;
 IODataChecked:BOOL;
 Seed:INT;
Random :DRAND;
DataNoSame :BOOL;
 TimerIOVerify:TON;
TimerOutputReflesh:TON;
ScannerReady:BOOL;
 Box1:DUT_TF6281_Boxes_State;
Start2Verify :BOOL;
 pStart2Verify :R_TRIG;

tIOVerifyTime :TIME:=T#64MS;
tOutputFlash :TIME:=T#96MS;


END_VAR
PROGRAM

プログラムの流れは最初に言った通り、まずScanner状態をCheck>Adapter接続状態Check>乱数データを生成>データ出力>データ入力と一致してるか>もし一致しないならリセット不可のBitをTrueします。

//Get Scanner and box status
ScannerReady:=Scanner1.DevNormal;
Box1:=Scanner1.GetBoxStates(1);

IF ScannerReady
AND NOT Box1.ConnectionDisconnected[1]
AND NOT Box1.RemoteNodeNotReachable
AND NOT Box1.RemoteNodeNoConnections
AND NOT Box1.TCPClientInitFailed
AND NOT Box1.UDPClientInitFailed
THEN
//This Bit will never reset – for the first time CPU Start up
Start2Verify:=TRUE;
END_IF;

//Verification will start while Scanner and Box is ready.
pStart2Verify(CLK:=Start2Verify);

//IO Verification
//Read
IF TimerIOVerify.Q THEN
FOR iCounter:=0 TO 31 DO
IF GVL.EIP_Scanner1_Box1_Outputs[iCounter] <> GVL.EIP_Scanner1_Box1_Inputs[iCounter] THEN
DataNoSame:=TRUE;
END_IF
END_FOR
OutputRefleshed:=FALSE;
IODataChecked:=TRUE;
END_IF;
//Write
IF TimerOutputReflesh.Q  OR pStart2Verify.Q THEN
FOR iCounter:=0 TO 31 DO
Random.Seed:=Seed;
Random();
GVL.EIP_Scanner1_Box1_Outputs[iCounter]:=LREAL_TO_WORD((Random.Num*100));
END_FOR
OutputRefleshed:=TRUE;
IODataChecked:=False;
END_IF

//Time Reflesh
//IOVerification
TimerIOVerify(
IN:=OutputRefleshed AND NOT IODataChecked
,PT:=tIOVerifyTime
);
//Output Flesh
TimerOutputReflesh(
IN:=IODataChecked AND NOT OutputRefleshed
,PT:=tOutputFlash
);

Build

Build>Build Solution でプロジェクトをコンパイルします。

Link the variables

Inputs

EDS Fileに沿ってImportされた変数を一回全部削除します。

Inputs右クリック>Add New Itemします。

変数名入力し、Data TypeをWordに選択>”Create Array Type” Buttonで配列変数を宣言します。

array[0…31]of WORDを定義します。

Done!そしてUser Programの変数と紐つけましょう。

Outputs

EDS Fileに沿ってImportされた変数を一回全部削除します。

Outputs右クリック>Add New Itemします。

Array[0..31] OF WORDを選び>OKします。

そしてUser Programの変数と紐つけましょう。

DevState

次はScannerのDevState変数と紐つけます。DevState>右クリック>Change Linkします。

変数を選び>OKします。

State

最後はAdapterの接続状態を示す変数StateをUser Programと紐つけます。右クリック>Change Linkします。

変数を選び>OKします。

Result

TM241 Schneider PLCはエラーなしで起動できました。

WiresharkからもCIP I/O Packagesが流れていると見えました。

乱数データもTwincatから受信します。

TwinCAT側でも乱数データをSchneider TM241 PLCに送信しています。

下記のLinkからSchneider TM241のLED Statusが確認できます。

Source Code Download

こちらのLinkからProjectをDownlaodできます。

https://github.com/soup01Threes/TwinCAT3/blob/main/TwinCAT3_Schneider_TM241_EIP_Project.7z

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