Um Time-based IO nutzen zu können muss nicht nur die zentrale S7-1500 Steuerung samt den gesteckten TIO‑Modulen, sondern im dezentralen Aufbau auch das Interfacemodul den taktsynchronen Betrieb und IRT für schnelle synchrone PROFINET IO‑Kommunikation unterstützen. Dafür muss auch die Topologie projektiert werden.

Funktionsweise von Time-based IO

Die Reproduzierbarkeit steht im Mittelpunkt vieler Anlagenvorgänge. Diese kann nur begrenzt durch kürzere CPU-Zykluszeiten verbessert werden.  Mithilfe der Technologiefunktion „Time‑based IO“ wird nicht nur eine hochgenaue Ausgabe, sondern eine genauere Reproduzierbarkeit erreicht.

Mit TIO_SYNC erreichen Sie eine Synchronisierung von TIO-Modulen auf eine gemeinsame relative Zeitbasis TIO_Time, womit jedem Ereignis in der gesamten Laufzeit der CPU ein genauer Zeitwert im µs-Bereich zugeordnet werden kann.

Einsatzbereiche

Definierte Reaktionszeiten

Durch Addition einer vorgegebenen Zeit auf den Zeitstempel einer Flanke am Digitaleingang kann ein Ausgangssignal ausgegeben werden, das mit einer präzisen, vom Applikationszyklus unabhängigen Verzögerungszeit reagiert.

Längenmessung

Durch die Differenz zweier Eingangs-Zeitstempel und einer dazugehörigen Transportgeschwindigkeit kann die Länge eines vorbeifahrenden Produktes ermittelt werden.

Nockensteuerwerk

Aus einer synchron erfassten Positionsinformation (z. B. von einer Zählerbaugruppe oder einer Achse) kann der weitere Bewegungsverlauf extrapoliert werden. Darauf aufbauend wird der Zeitpunkt einer Schaltposition (Nockenposition) errechnet und an das TIO-Modul (Ausgabe) übermittelt. Dadurch tritt das Schaltereignis genau an der gewünschten Position ein.

Dosieren

Durch die Vorgabe einer Ein- und einer Ausschaltflanke auf einen zeitgesteuerten Digitalausgang kann ein Ventil für eine bestimmte Zeit geöffnet und die entsprechende Menge an Flüssigkeit dosiert werden.

Alle oberen Einsatzbereiche können ab TIA Portal V14 mit Technologie Objekten angenehmer projektiert werden:

Bild: Screenshot TOs V8.0 aus dem TIA Portal V19

Damit entfällt die aufwendigere manuelle Programmierung im Weckalarm-OB61!

Tabelle: SIMATIC HW für Time‑based IO

Vorteile:

Unabhängigkeit

• Genauigkeit ist unabhängig von der CPU-, Bus- und EA-Zykluszeit.

Genauigkeit

• Die Genauigkeit ist für die Leistungsfähigkeit von Time-bases IO entscheidend. Bei Time‑based IO liegt die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Reaktion im µs-Bereich.

Fokus

• Der Fokus bei Time‑based IO liegt auf der Vorhersehbarkeit (Determinismus) und nicht auf der üblichen Reaktionszeit vom Eingangs- zu Ausgangs-Signal. Dadurch ist die Ausführung der Funktionalität dieser Module hochgenau und man kann auf ein Eingangssignal in einer definierten Zeit mit einem Ausgangssignal reagieren.

Reaktionszeit

• Die Reaktionszeit beschreibt die im Fokus genannte „definierte“ Zeit und somit den Zeitabstand vom Eingangssignal zum gewünschten Ausgangssignal. Die minimale Reaktionszeit ist durch den dreifachen Applikationszyklus definiert. Angenommen, laut dem ersten Forumsbeispiel unten, der Applikationszyklus ist gleich dem PN-Sendetakt und somit gleich der Aktualisierungszeit von 4 ms, so können die TIO-Ausgänge frühestens nach 12 ms aber dafür auf 8 µs genau schalten.

Hinweis:

Stellen Sie nach Möglichkeit den PN-Sendetakt so langsam wie möglich ein, damit die CPU so wenig wie möglich rechnen muss und so schnell wie nötig, damit die CPU die Aufgabe sinnvoll erledigen kann.

Projektierungsbeispiel:

Wie Sie die Technologiefunktion „Time‑based IO“ projektieren können finden Sie im unteren FAQ!

Erläuterungen

Bei Taktsynchronität zählen nicht nur schnelle Zyklen, sondern die Synchronisation der einzelnen Zyklen (CPU-Zyklus, PN-Zyklus, IM-Rückwandbus-Zyklus, usw.) aufeinander, so dass die Synchronisationszeiten auf das absolute Minimum reduziert sind. Damit bekommt man den optimalen Datendurchsatz.

IRT ist ein synchronisiertes Übertragungsverfahren für den zyklischen Austausch von IRT‑Daten zwischen PROFINET‑Geräten. Für die IRT‑Daten steht eine reservierte Bandbreite innerhalb des Sendetakts zur Verfügung. Die reservierte Bandbreite garantiert, dass die IRT‑Daten auch von hoher anderer Netzlast (z. B. TCP/IP‑Kommunikation oder zusätzlicher Realtime‑Kommunikation) unbeeinflusst in reservierten, zeitlich synchronisierten Abständen übertragen werden können.

PROFINET IO mit Real‑Time‑Kommunikation (RT) ist das optimale Übertragungsverfahren für zeitkritische Anwendungen in der Fertigungsautomatisierung. PROFINET IO‑Telegramme werden gemäß IEEE802.1Q gegenüber Standard‑Telegrammen priorisiert. Damit ist der in der Automatisierungstechnik erforderliche Determinismus (zuverlässige Reproduzierbarkeit von Reaktionszeiten, vorhersagbare Reaktion) sichergestellt.

Weitere Informationen:

Online Hilfe für TIA Portal V18 Nutzung von Time-based IO Inkl. technischer Umsetzung auf S. 1244

FAQ Wie projektieren Sie in TIA Portal die Technologiefunktion "Time-based IO" mit dem Technologiemodul TM Timer DIDQ für den dezentralen Betrieb in einer ET 200MP / ET 200SP?

Anwendungsbeispiel Time-based IO mit der SIMATIC S7-1500 und TM Timer

Anwendungsbeispiel Messtaster mit Time-based IO

Anwendungsbeispiel SIMATIC S7-1500: Nockensteuerwerk mit Time-based IO

Forumsbeitrag Welche Vorteile bietet die Verwendung von Timer-Baugruppen bei Messtaster- und Nockenanwendungen

Forumsbeitrag Welche Vorteile bietet die Verwendung der TM_Timer-Module bei einer Nockensteuerung?

Forumsbeitrag Wofür kann ich Time-based IO verwenden?

Forumsbeitrag Welche Vorteile bietet die Verwendung von Time Based IO?

Themenseite Messtechnik-Überblick über die wichtigsten Dokumente und Links

Handbuch SIMATIC Hochgenaue Ein-/Ausgabe mit Time-based IO

Handbuch SIMATIC S7-1500 S7-1500/S7-1500T Achsfunktionen V8.0 ab STEP 7 V19

Hinweis:

Die in diesem Artikel beschriebene Vorgehensweise bezieht sich auf den Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels (Stand: Februar 2024).

Viele Grüße

Eure Fachberatung Deutschland (JD)