Czym jest funkcja Pair Connection

Pair Connection to funkcja dostępna w wybranych modułach Ethernet I/O ICP DAS, która pozwala bezpośrednio powiązać sygnały wejściowe i wyjściowe między dwoma urządzeniami przez Ethernet. W praktyce oznacza to możliwość utworzenia relacji:

  • DI do DO
  • AI do AO

Najważniejsze jest jednak to, czym Pair Connection nie jest. Nie jest to sterownik logiczny, nie jest to mechanizm zdarzeniowy i nie jest to zamiennik PLC. Funkcja działa jako cykliczne odwzorowanie stanu I/O przez Modbus TCP.

W uproszczeniu wygląda to tak:

  • jeden moduł udostępnia stan swoich wejść,
  • drugi moduł odczytuje ten stan po sieci,
  • i zapisuje go na własnych wyjściach.

Jeżeli wejście zdalne przejdzie w stan ON, odpowiednie wyjście lokalne zostanie ustawione na ON przy kolejnym cyklu odczytu. Gdy wejście wróci do OFF, wyjście również wróci do OFF. Pair Connection należy więc traktować jako rozproszone mapowanie stanu wejść na wyjścia, a nie logikę sterowania.

Jakie tryby pracy są dostępne

W zależności od serii i modelu Pair Connection może działać w dwóch trybach:

  • Push – lokalne wejścia są przekazywane na zdalne wyjścia
  • Pull – moduł lokalny odczytuje zdalne wejścia i odwzorowuje je na własnych wyjściach

Z punktu widzenia projektu oba tryby prowadzą do podobnego efektu procesowego, ale różnią się tym, po której stronie budowana jest relacja komunikacyjna.

W praktyce dla układu typu:

  • moduł A – wejście cyfrowe
  • moduł B – wyjście cyfrowe lub przekaźnikowe

można zestawić Pair Connection od strony źródła sygnału albo od strony odbiornika.

Do czego Pair Connection nadaje się najlepiej

Funkcja sprawdza się najlepiej tam, gdzie potrzebna jest prosta zależność typu:

stan wejścia = stan wyjścia

Typowe zastosowania to:

  • odwzorowanie stanu krańcówki na zdalne wyjście
  • przeniesienie sygnału alarmowego do innej szafy
  • zdalne załączenie przekaźnika na podstawie styku pomocniczego
  • proste sterowanie binarne bez PLC pośrodku

Największą zaletą jest tutaj prostota. Nie trzeba programować sterownika, tworzyć logiki pośredniej ani utrzymywać oddzielnego urządzenia nadrzędnego. W prostych aplikacjach moduł-moduł daje to szybkie i przewidywalne uruchomienie.

Czego Pair Connection nie realizuje

To ograniczenie trzeba jasno zaznaczyć już na początku projektu. Pair Connection nie realizuje natywnie:

  • logiki sekwencyjnej
  • funkcji toggle po każdym naciśnięciu
  • generowania impulsu o zadanym czasie
  • opóźnienia załączenia lub wyłączenia
  • warunków AND, OR, XOR
  • przerzutników i blokad
  • arbitrażu kilku źródeł sygnału

To nie jest runtime PLC. Jeżeli aplikacja wymaga interpretacji zdarzeń, warunków logicznych lub zależności czasowych, sama funkcja Pair Connection nie będzie wystarczająca.

Parametry konfiguracyjne, które mają znaczenie

Przy konfiguracji Pair Connection kluczowe są przede wszystkim następujące parametry:

  • Connection Timeout – czas oczekiwania na nawiązanie połączenia
  • Reconnect Interval – odstęp między kolejnymi próbami połączenia
  • Communication Timeout – czas oczekiwania na odpowiedź urządzenia zdalnego
  • Scan Time – okres odpytywania urządzenia zdalnego
  • IP Address of the Remote Device – adres IP modułu zdalnego
  • Modbus TCP Port – port komunikacyjny Modbus TCP
  • Modbus ID – identyfikator urządzenia zdalnego
  • Local DO Base Address / Local AO Base Address – początek lokalnej mapy wyjść
  • Remote DI Base Address / Remote AI Base Address – początek zdalnej mapy wejść
  • I/O Count – liczba mapowanych kanałów

To właśnie te parametry definiują nie tylko samo połączenie, ale również sens technologiczny całej relacji.

Pair Connection nie mapuje sygnałów po nazwach, tylko po adresach kanałów. Oznacza to, że ustawienie przykładowo:

Local DO Base Address = 0

Remote DI Base Address = 0

I/O Count = 2

daje relację:

DO0 ← DI0

DO1 ← DI1

Jeżeli adres bazowy lub liczba kanałów zostaną ustawione błędnie, komunikacja może działać poprawnie, ale odwzorowywane będą niewłaściwe punkty I/O.

Jak wygląda konfiguracja w praktyce

Dla wariantu DI do DO typowa konfiguracja wygląda następująco:

  • nadać modułom poprawne adresy IP
  • zalogować się do interfejsu WWW modułu konfigurującego relację
  • wejść do sekcji Pair Connection
  • wybrać odpowiedni tryb pracy, np. Remote DI to Local DO
  • wpisać adres IP urządzenia zdalnego, port i Modbus ID
  • ustawić timeouty i Scan Time
  • ustawić adresy bazowe wejść i wyjść
  • określić liczbę mapowanych kanałów
  • zapisać konfigurację
  • wykonać test działania dla rzeczywistych punktów I/O

Na etapie uruchomienia nie wystarczy sprawdzić, że połączenie jest aktywne. Trzeba jeszcze potwierdzić, że właściwe wejście steruje właściwym wyjściem.

Czas reakcji i charakter pollingowy

Najważniejsza cecha Pair Connection z punktu widzenia automatyki jest bardzo prosta: to jest mechanizm cykliczny.

Oznacza to, że reakcja układu zależy od:

  • Scan Time
  • czasu odpowiedzi sieci
  • jakości połączenia Ethernet
  • obciążenia komunikacji
  • czasu zapisu wyjścia po odczycie wejścia

W praktyce sygnał nie jest przenoszony „natychmiast”, tylko przy kolejnym cyklu odpytywania. Dlatego Pair Connection dobrze nadaje się do prostego mirroringu stanu, ale nie powinien być traktowany jako:

  • szybka magistrala deterministyczna
  • układ bezpieczeństwa o małej latencji
  • narzędzie do precyzyjnej logiki czasowej
  • rozwiązanie do bardzo krótkich impulsów

To jest jedna z najważniejszych rzeczy, które trzeba uwzględnić jeszcze przed doborem urządzeń.

Monostabilny impuls a sygnał bistabilny

W praktyce projektowej to rozróżnienie ma kluczowe znaczenie.

Sygnał monostabilny

Jeżeli źródłem sygnału jest krótki impuls, pojawia się ryzyko, że drugi moduł nie zdąży go odczytać pomiędzy kolejnymi cyklami skanowania. Im krótszy impuls i im dłuższy Scan Time, tym większe prawdopodobieństwo pominięcia zdarzenia.

W takim układzie może wystąpić sytuacja, w której wejście rzeczywiście zmieniło stan, ale wyjście nigdy tego nie odwzorowało.

Sygnał bistabilny

Przy przełączniku bistabilnym problem wygląda inaczej. Sygnał nie jest krótkim impulsem, tylko trwałym stanem:

  • wejście przechodzi w ON
  • pozostaje w ON przez dłuższy czas
  • moduł zdalny odczytuje stan w kolejnym cyklu
  • wyjście przechodzi w ON
  • po powrocie wejścia do OFF wyjście również wraca do OFF

Właśnie dlatego w architekturze bez PLC i bez logiki pośredniej sygnał bistabilny jest rozwiązaniem znacznie pewniejszym niż przycisk monostabilny.

DI Latch i DI Counter – do czego służą

W wybranych modułach dostępne są także funkcje pomocnicze dla wejść cyfrowych.

DI Latch

DI Latch działa jak zatrzask zdarzenia. Po wykryciu zmiany stanu wejścia moduł zapamiętuje ten fakt i utrzymuje informację do momentu ręcznego skasowania.

W praktyce oznacza to:

  • krótki impuls może zostać zarejestrowany
  • informacja o zmianie nie znika natychmiast
  • stan zatrzaśnięty trzeba później wyzerować

DI Counter

Counter to licznik impulsów na wejściu cyfrowym. Zlicza kolejne zdarzenia i zapisuje wynik w rejestrze.

To rozwiązanie ma sens wtedy, gdy istotna jest:

  • liczba impulsów
  • obecność krótkich zdarzeń
  • funkcja pomiarowa lub diagnostyczna

Co ważne z punktu widzenia projektu

DI Latch i DI Counter:

  • pomagają wykryć krótkie zdarzenia
  • nie zamieniają Pair Connection w logikę zdarzeniową
  • nie wykonują samodzielnie sterowania wyjściem
  • nie zastępują PLC ani aplikacji nadrzędnej

Jeżeli system nie ma żadnej warstwy nadrzędnej, funkcje te pozostają narzędziami pomocniczymi, a nie pełnym mechanizmem sterowania.

Filtr wejść i drgania styków

Przy sygnałach z przełączników i styków mechanicznych trzeba uwzględnić drgania styków, czyli szybkie, krótkie przejścia ON/OFF podczas przełączania.

Dlatego w praktyce ważną rolę odgrywa DI Low-Pass Filter. Jego zadaniem jest:

  • stabilizacja stanu wejścia
  • ograniczenie fałszywych przejść
  • poprawa jakości sygnału z elementów mechanicznych

Z punktu widzenia projektu oznacza to dwie rzeczy:

  • dla styków mechanicznych filtr jest zwykle wskazany
  • filtracja utrudnia jednocześnie wykrywanie bardzo krótkich impulsów

Czyli filtr pomaga przy sterowaniu stanem, ale nie rozwiązuje problemu bardzo krótkich impulsów w układzie opartym wyłącznie na Pair Connection.

Safe Value, watchdog i zachowanie przy awarii komunikacji

W aplikacjach przemysłowych bardzo ważne jest to, co dzieje się z wyjściem po utracie komunikacji.

Dlatego przy konfiguracji Pair Connection trzeba zwrócić uwagę na:

  • Power-on Value
  • Safe Value
  • mechanizmy watchdog
  • reakcję wyjścia po utracie relacji komunikacyjnej

Z punktu widzenia procesu należy jasno określić:

  • czy wyjście po awarii ma przejść do OFF
  • czy ma zostać wymuszone do ON
  • czy ma przyjąć inny zdefiniowany stan bezpieczny

Przy wyjściach przekaźnikowych sterujących rzeczywistym obiektem nie można zostawić tego parametru przypadkowo.

Jeden sygnał na dwa moduły wyjściowe

To zagadnienie często pojawia się w praktyce. Jeżeli jeden sygnał wejściowy ma sterować dwoma modułami wyjściowymi w różnych lokalizacjach IP, nie należy traktować Pair Connection jako broadcastu.

W praktyce trzeba zestawić:

dwie niezależne relacje Pair Connection

Najczęściej robi się to tak, że oba moduły odbiorcze odczytują ten sam sygnał ze wspólnego modułu źródłowego. Efekt procesowy jest wtedy poprawny, ale od strony technicznej są to dwa osobne połączenia.

Wnioski dla aplikacji z tET-PD2R1

W aplikacjach, gdzie wejście cyfrowe na jednym module ma sterować wyjściem przekaźnikowym na drugim module bez PLC pośrodku, Pair Connection jest rozwiązaniem poprawnym pod warunkiem, że sygnał ma charakter utrzymanego stanu, a nie bardzo krótkiego impulsu.

Najważniejsze wnioski są następujące:

  • przy sygnale bistabilnym Pair Connection sprawdza się dobrze
  • przy krótkim sygnale monostabilnym nie ma gwarancji pewnej detekcji
  • DI Latch i Counter pomagają wykryć zdarzenie, ale nie realizują samodzielnie sterowania przekaźnikiem
  • dla styków mechanicznych warto rozważyć filtr wejściowy
  • Safe Value należy ustawić świadomie, zgodnie z wymaganiami procesu

Podsumowanie

Pair Connection to funkcja do prostego, bezpośredniego mapowania stanu I/O przez Ethernet, a nie narzędzie do realizacji złożonej logiki sterowania.

Najlepiej sprawdza się tam, gdzie potrzebna jest relacja:

  • jedno wejście
  • jedno wyjście
  • prosty stan ON/OFF
  • brak PLC pośrodku

Nie należy natomiast traktować tej funkcji jako rozwiązania dla:

  • krótkich impulsów
  • logiki sekwencyjnej
  • funkcji czasowych
  • toggle i przerzutników
  • złożonego sterowania warunkowego

W prostych aplikacjach moduł-moduł Pair Connection jest funkcją użyteczną i przewidywalną. W bardziej złożonych układach pozostaje jedynie warstwą komunikacyjnego odwzorowania sygnałów, a logika procesu musi zostać zrealizowana oddzielnie