22.12.2023 19:52 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Beigetreten: 01.02.2021 Letzter Bes: 23.08.2024 Beiträge: 1403 Bewertung:
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Um Oversampling nutzen zu können muss nicht nur die zentrale S7-1500 Steuerung samt den gesteckten Signalmodulen, sondern im dezentralen Aufbau auch das Interfacemodul den taktsynchronen Betrieb unterstützen und damit Profinet IO mit IRT für schnelle synchrone Kommunikation. Es muss auch die Topologie projektiert werden. Ab TIA Portal V15.1 kann Oversampling nicht nur im dezentralen, sondern auch im zentralen Aufbau der S7-1500 Steuerung ab FW V2.6 projektiert werden. D. h. mit der s. g. zentralen Taktsynchronisation können nun auch lokale Module mit der Funktion „Oversampling“ betrieben werden. Nicht alle Signalmodule, die Taktsynchronität unterstützen, unterstützen auch die Oversampling-Funktion. Ausnahmen für die zentrale Tanksynchronisation: - Keine Unterstützung von Kompakt-, S7-1500R/H- und Distributed-Controller - Keine PROFINET IO- und PROFIBUS DP-Systeme an zentral gesteckten CPs oder CMs - Keine CPs oder CMs als I-Devices oder I-Slaves im zentralen Aufbau Funktionsweise von Oversampling: Als Oversampling wird die Erfassung und/oder Ausgabe von Daten in zeitäquidistanten Subtakten bezeichnet. Siehe Bild 1 unten. Nehmen wir an, dass ein PROFINET-Zyklus 250 µs dauert. Dann ergibt sich bei der analogen Baugruppe links mit 5 Subtakten eine Abtastrate von 50 µs bzw. 15,625 µs bei der digitalen Baugruppe rechts mit 16 Subtakten. Bild 1: Oversampling am Beispiel eines AI- und eines DI-Signalmoduls Mit Oversampling erhöht man die Auflösung der Messwerte bis zum Faktor 32. Als Oversampling wird die Erfassung von IO-Daten in zeitgleichen Subtakten bezeichnet. D. h. es wird ein Sendetakt in gleiche Zeitabstände s. g. Subtakte unterteilt. Dabei erfasst jeder Subtakt 1 Bit pro Kanal bei digitalen IOs und 2 Byte pro Kanal bei analogen IOs. Die Subtakte sind in Stufen von 2 bis 32 möglich und legen die Abtastrate pro PN-Sendetakt bzw. pro lokalem CPU-Sendetakt fest. Der geringste Abtastintervall (Subtakt) liegt bei 7,8125 μs. Dieser Mindestwert ist von der Signalbaugruppe abhängig. Eine Übersicht der HW und deren Oversampling-Eigenschaften finden Sie in der folgenden Tabelle. Tabelle: Minimale Sendetakte/Intervalle und maximale Raten für Oversampling
Zusätzlich wird die Auflösung durch die Mindestdauer des Sendetakts eingeschränkt und dieser wiederum durch den minimalen OB 6x-Zyklus. Der OB 6x-Zyklus ist CPUspezifisch und in den technischen Daten beim „taktsynchroner Betrieb“ bzw. „Aktualisierungszeit bei IRT“ angegeben. Berechnen lässt sich die Auflösung (Dauer eines Subtakts) tSample wie folgt: T: Dauer eines PN-Sendetakts bzw. PN-Zyklus des Interfacemoduls bzw. lokaler Sendetakt der CPU bzw. Aktualisierungszeit nSample: Anzahl der Subtakte (Werte pro Zyklus) tSample = T / nSample = 250 µs / 5 = 50 µs (Auflösung) Die Auflösung (Abtastintervall) wird somit aus dem Quotienten des Sendetakts zu Abtastrate berechnet! Aus den obigen Angaben lässt sich also entnehmen, dass der Messwert (IO-Daten im Prozessabbild) mit Oversampling mit einem Subtakt von 50 μs abgetastet und mit einem Sendetakt von 250 μs übertragen wird. Anwendungsbereich: Oversampling ist immer dann sinnvoll, wenn Sie die Erfassung von Daten mit einer höheren zeitlichen Auflösung benötigen, ohne jedoch einen sehr kurzen PROFINET-Bustakt und damit schnelle CPU-Zyklen nutzen zu wollen, z. B. bei schnellen Druckmessungen. Einstellungen im TIA Portal V19 zu der dezentralen und zentralen Oversampling-Funktion: Bild 2: Einstellungen an der PN-Schnittstelle [X1] für Sendetakt im dez. Aufbau samt OB61 Bild 3: Einstellungen am Interfacemodul HF für Taktsynchronisation für lokale Module Bild 4: DI-Konfiguration für die Oversampling Abtastrate (hier mit der Abtastrate 16 bei 15,625 µs) Bild 5: Taktsynchronalarm-OB [OB61] einem Teilprozessabbild 1 aus dem Signalmodul zuweisen Bild 6: Einstellungen in der CPU1500 für die zentrale Taktsynchronisation mit lokalem Sendetakt Hinweise: Nur Timer-Technologiemodule und Highspeed-Signalmodule unterstützen die Funktion „Oversampling“ Der minimale Sendetakt Ist die kürzeste Aktualisierungszeit mit dem das IM die Prozesswerte für Oversampling bereitstellen kann Wird das digitale Eingangsmodul taktsynchron betrieben, ist die kürzest mögliche Eingangsverzögerung voreingestellt und nicht änderbar Für jedes Modul innerhalb der CPU/IM kann der taktsynchrone Betrieb ein- bzw. ausgeschaltet werden Der kleinstmögliche lokale Sendetakt der zentralen 1500er CPUen beträgt 1 ms Sendetakt und Applikationszyklus müssen gleich sein Ein High-Speed-Ausgang erzeugt Flanken mit sehr hoher Steilheit. Dadurch sind bei der angeschlossenen Last sehr energiereiche Umladungen möglich, die bei sehr hohen Schaltfrequenzen die Last überhitzen können. Deshalb muss die angeschlossene Last für hohe Eingangsfrequenzen geeignet sein. Werden extrem kurze Reaktionszeiten kleiner 1 µs benötigt? 6ES7554-1AA00-0AB0 S7-1500, TM FAST, 8xDI, 8xDQ, 4xDIQ 24V Weitere Informationen: Online Hilfe für TIA Portal V18 Wissenswertes zur Funktion Oversampling Anwendungsbeispiel Hochperformante Messtechnik in PROFINET Umgebung Anwendungsbeispiel Getting Started zum anwenderprogrammierbaren high-speed Technologiemodul S7-1500 TM FAST Forumsbeitrag Wie schnell kann mit Oversampling ein Messwert abgetastet werden? Forumsbeitrag Was ist Oversampling und welche Vorteile bietet es? Produkte SIMATIC Signalmodule, die Oversampling unterstützen Themenseite Messtechnik-Überblick über die wichtigsten Dokumente und Links Handbuch Analogwertverarbeitung, S. 112ff Hinweis: Die in diesem Artikel beschriebene Vorgehensweise bezieht sich auf den Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels (Stand: Dezember 2023). Viele Grüße Eure Fachberatung Deutschland (JD) |
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