ISIP Master - PLC EMP Sa Profibus Vezom

UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIKIH NAUKA 21000 NOVI SAD , Trg Dositeja Obradovia 6

UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIKIH NAUKA NOVI SAD Odsek/Smer/Usmerenje: Elektrotehnika i raunarstvo Elektroenergetika Energetska elektronika i elektrine maine

DIPLOMSKI - MASTER RADKandidat: Milorad Kaplarevi Broj indeksa: 10851

Tema rada:

Realizacija elektromotornog pogona primenom PROFIBUS i USS komunikacije

Mentor rada: dr Veran Vasi, van. prof. Mesto i datum: Novi Sad, jun 2009.

Sadraj1.Uvod..................................................................................................................................................3 2. PROFIBUS komunikacija................................................................................................................6 2.1.PROFIBUS DP...................................................................................................................6 2.1.1.Topologija mree.............................................................................................................8 2.1.2.Profibus DP profili......................................... ..............................................................10 2.1.2.1.Profil za motore sa promenjljivom brzinom...............................................................10 2.1.2.2.Procesni podaci-PCD oblasti......................................................................................11 2.1.2.3.Pristup parametrima preko PCV oblasti.....................................................................11 2.1.2.4.Kontrolni profili..........................................................................................................12 3.USS komunikacija...........................................................................................................................13 3.1.Struktura USS telegrama..................................................................................................14 3.1.2.Parametarsi deo - PKW oblast.......................................................................................15 3.1.3.Procesni deo - PZD oblast.............................................................................................15 4.Programabilni logiki kontroler-PLC..............................................................................................16 4.1.Osnovni elementi PLC kontrolera....................................................................................17 4.2.Princip rada.......................................................................................................................18 4.3.Siemens SIMATIC familija programabilnih logikih kontrolera.....................................19 4.3.1.Mree u okviru SIMATIC familije programabilnih logikih kontrolera......................19 4.3.2. PPI protokol..................................................................................................................19 4.3.3. MPI protokol................................................................................................................20 4.4. PLC Siemens SIMATIC S7-200 serija............................................................................21 4.4.1.Pristup podacima u memorijskim oblastima S7-200 kontrolera...................................21 4.4.2.PLC CPU 224 XP DC/DC/DC......................................................................................22 4.4.3.EM 277 Profibus DP modul..........................................................................................23 4.5.PLC Siemens SIMATIC S7-300 serija.............................................................................24 4.5.1.Memorijski koncept S7-300..........................................................................................25 4.5.2.PLC CPU 314 C-2DP....................................................................................................26 5.Frekventni regulatori.......................................................................................................................28 5.1.MICROMASTER 440 proizvoaa Siemens...................................................................30 5.2.VLT AUTOMATION DRIVE FC302 proizvoaa Danfoss..........................................31 6.Realizacija praktinog dela rada......................................................................................................32 6.1.Hardversko povezivanje...................................................................................................32 6.1.1.Povezivanje Siemens S7-300 i Danfoss FC302 u PROFIBUS mreu..........................33 6.1.2.Povezivanje Siemens S7-300 i Siemens S7-200 u PROFIBUS mreu.........................33 6.1.3.Povezivanje Siemens S7-200 CPU 224 XP i Siemens MM440 na USS bus ..............33 6.2.Softverska podeavanja ...................................................................................................34 6.2.1.Podeavanje parametara frekventnih regulatora ..........................................................34 6.2.2.SIMATIC Manager ......................................................................................................35 6.2.3.STEP 7- Micro/WIN.....................................................................................................43 6.2.4.SIMATIC WinCC flexible 2005 - Advanced...............................................................48 7.Opis izrade laboratorijske makete...................................................................................................54 7.1.Mreni akvizicioni ureaj SIMEAS P..............................................................................55 7.2.Izrada elektrinih ema.....................................................................................................56 8.Zakljuak.........................................................................................................................................57 9.Literatura.........................................................................................................................................58

2

Diplomski - Master rad

1.UvodSavremena industrijska proizvodnja zahteva brzo prilagoavanje trendovima trita i promenama nastalim u tehnologiji proizvodnje. To podrazumeva brzu promenu proizvodnog programa, smanjeno vreme za projektovanje, izvoenje i odravanje pogona, olakanu dijagnostiku, smanjenje zastoja ili nadogradnju postojeih sistema bez komplikovanih izmena koncepcije. Dizajn sistema za automatizaciju proizvodnje u tim uslovima ima veliki znaaj. Danas je nemogue zamisliti industrijski proces bez primne raunara i tehnologija vezanih za njih. Programabilni logiki kontroleri (PLC) predstavljaju osnovu automatizacije bilo kojeg industrijskog postrojenja. Korienje tzv. HMI (Human Machine Interface) ureaja omoguen je nadzor nad upravljanjem i izvoenje neophodnih upravljakih akcija. Takoe, industrijski komunikacioni sistemi, odnosno fieldbus sistemi, imaju znaajnu ulogu. Najsavremeniji industrijski sistemi automatizacije su u velikoj meri distribuirane arhitekture, gde su brojni digitalni moduli meusobno povezani komunikacionim mreama, u cilju sakupljanja podataka i upravljanja niim hijerarhijskim slojevima. Distribuirani sistemi automatizacije se sve vie koriste u proizvodnoj i procesnoj industriji. Svaka konfiguracija tog tipa nosi niz prednosti, pre svega u fleksibilnosti pri projektovanju i kasnijoj dogradnji, zatim u pouzdanosti, utedi kablova i pratee opreme, lakoj lokalizaciji kvarova i sl.

Slika 1: Primer komunikacionog sistema na nivou kompletnog automatizovanog proizvodnog pogona sa distribuiranom arhitekturom 3


Fieldbus sistemi koriste irok spektar medija za prenos kao to su bakarni vodovi, optika vlakna i beini prenos za povezivanje distribuiranih ureaja tipa senzora, aktuatora, raznih pretvaraa i sl. uz serijski prenos podataka. Tehnologija je nastala krajem '80-ih godina prolog veka sa ciljem da se zamene postojei sistemi paralelnog prenosa i analognih signala (4-20mA i +/10V) sa digitalnim. Fieldbus sistema ima preko 100, meu kojima je PROFIBUS i USS bus, o kojima e u ovom radu biti rei. Jedna univerzalna mrea ne moe da zadovolji sve postavljene potrebe u procesnoj industriji. Zbog toga je razvijeno vei broj komunikacionih sistema prilagoenih za odgovarajui skup zadataka. Na osnovu namene sistema, odnosno koliine i tipa podataka koji se razmenjuju, brzine prenosa odnosno reakcije sistema mogue je izvriti klasifikaciju komunikacionih sistema u savremenoj automatizaciji. Grafiki prikaz klasifikacije dat je na Slici 2.

Slika 2: Grafiki prikaz nivoa komunikacije u procesnoj industriji Kao to se vidi sa slike razlikujemo etri nivoa u savremenim industrijskim postrojenjima a to su: nivo senzora, izvrnih organa nivo ureaja nivo postrojenja nivo fabrike

4


Na donjem nivou je komunikacija koja povezuje senzore i izvrne organe zamenjujui klasino oiavanje ulaza i izlaza kao i to se vidi sa slike, ovde se radi o relativno malim udaljenostima svedenim na nivo pogona, pri emu je vrlo bitno da su vremena odziva vrlo mala znai ispod jedne milisekunde. Razmenjuju se relativno male koliine podataka poto senzori u pogonu alju trenutne vrednosti veliina koje mere, a to je obino jedna analogna ili digitalna veliina mada u optem sluaju moe da ih bude vie. Na sledeem nivou se nalaze automatizovani delovi pogona koji mogu da budu u obliku distribuiranih stanica ili nezavisne automatizacije pojedinanih maina koje uestvuju u celokupnom sistemu. Naravno ovde se razmenjuju vee koliine podataka, vremena odziva mogu da budu vea poto se deo operacija obavlja distribuirano u lokalnim stanicama u okviru mree, duina izmeu elemenata u sistemu su mnogo vee. Nivo postrojenja kao i to sam naziv kae se odnosi na celokupno postrojenje, koliina podataka raste poto se razmenjuje vei broj podataka izmeu postrojenja, isto tako postrojenja mogu da budu prostorno distancirana u okviru fabrikog kruga pa su potrebe vee duine medijuma za povezivanje izmeu njih, vremena odziva mogu biti mnogo vea, poto se radi o celokupnom pogonu, promene se ne deavaju velikom brzo kao na niim nivoima, nekoliko stotina milisekundi zadovoljava potrebe ove komunikacije. Najvii nivo u celokupnoj hijerarhiji komunikacija u okviru sistema automatskog upravljanja procesnom industrijom predstavlja nivo fabrike. U okviru ovog nivoa se razmenjuju podaci na nivou svih postrojenja jedne fabrike ili ak grupacije fabrika. Ovde prostorna ogranienja prestaju da vae poto fabrike odnosno njihova postrojenja mogu da budu locirane na razliitim pozicijama na zemaljskoj kugli. Ovde se kao medijum prenosa podataka pojavljuju savremene tehnologije internet, mobilna telefonija, satelitske komunikacije. Ovaj nivo obuhvata lokalne raunare na kojima se nalaze SCADA softver, kao i udaljene stanice, isto tako vrlo esto se vri integracija u okviru biznis softverskih paketa pri emu je omogueno ekonomsko praenje kompletne proizvodnje od kupovine sirovine do prodaje kupcu gotovog proizvoda. Za ovakvu podelu ne moemo rei da je definitivna i jedinstvena vrlo esto se nivo meusobno preklapaju dopunjujui jedan drugi u zavisnosti od konkretnih zadatih potreba svakodnevne proizvodnje. Koncept koji SIEMENS nudi je koncept TOTALNO INTEGRISANE AUTOMATIZACIJE (Totally Integrated Automatization, TIA) koji podrazumeva kompletnu automatizaciju postrojenja pomou hardverski i softverski meusobno povezanih komponenti jednog sistema - sistema SIMATIC. Porodicu SIMATIC S7 ine: industrijski PLC-ovi (SIMATIC Controller), industrijske raunarske mree (SIMATIC Net), industrijski raunari (SIMATIC PC), ureaji za vizuelizaciju (SIMATIC HMI), softver (SIMATIC Software), decentralizovane periferije (SIMATIC DP), sistemi za voenje procesa (SIMTIC PCS7). Slika 3: Porodica SIMATIC S7

5


2.PROFIBUS komunikacijaPROFIBUS je nastao kao potreba industrije da se napravi jedinstveni standard za komunikaciju izmeu elemenata automatizacije u industrijskim pogonima i ire. PROFIBUS je kreiran koristei ve postojee nacionalne i internacionalne standarde. Komunikacija izmeu PLC ureaja i distribuiranih periferija je brza i mora da zauzima to je mogue manje resursa u komunikaciji dok komunikacija izmeu PLC ureaja i PLC ureaja i raunara treba da obezbedi dovoljno vreme da svaki od ureaja moe da obavi svoje zadatke tako da takva komunikacija zahteva manju brzinu. Ovi principi su korieni prilikom definisanja PROFIBUS komunikacije. PROFIBUS komunikacija spada u grupu digitalne serijske komunikacije koja se zasniva na RS 485 standardu. Upotrebom PROFIBUS mrenog protokola znaajno se smanjuju trokovi instaliranja i odravanja mree u odnosu na industrijske mree klasinog tipa. Pogodnost ovog komunikacionog protokola je i ta to je internacionalno standardizovan, tako da korienje opreme razliitih proizvoaa ne predstavlja problem. U upotrebi je vie razliitih protokola u zavisnosti od uslova rada PROFIBUS mree: Profibus DP (Decentralized Periphery) Ovaj protokol je projektovan za komunikaciju izmeu programabilnih logikih kontrolera i distribuiranih periferija na nivou postrojenja. Fiziki nosilac informacija je RS 485 ili optiki kabl, brzina prenosa infornacija je od 9,6Kbit/s do 12Mbit/s. Profibus PA (Process Automation) Ovaj protokol je projektovan da pored prenosa podataka, takoe putem komunikacije obezbedi sigurno napajanje ureaja u polju, kao to su na primer razni senzori, aktuatori itd. Protokol se moe primeniti u potencijalno eksplozivnim sredinama. Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Ovim protokolom se prenose poruke koje su znaajne za operatere sistema upravljanja, kao to je na primer status komunikacione mree itd. Treba naglasiti da ovaj protokol danas nema veliki znaaj pri radu sa ureajima u polju, pa se retko primenjuje u procesnoj automatici. DP protokol predstavlja osnovnu komunikaciju u automanizovanom elektromotornom pogonu koji je predmet ovog rada. Iz tog razloga e o ovom protokolu biti vise rei u nastavku.

2.1.PROFIBUS DPKao to je pre spomenuto, PROFIBUS DP protokol je specijalno projektovan da zadovolji potrebe brze komunikacije izmeu distribuiranih periferija u automatizovanim postrojenjima industrije. Fiziki medijum za PROFIBUS DP zasniva se na RS-485 standardu koji definie upotrebu oklopljenog, uvijeng, dvoilnog kabla, koji je prikazan na Slici 4. Mogu se odabrati brzine prenosa u opsegu od 9.6Kbit/s do 12Mbit/s, pri emu se ta brzina odnosi na sve ureaje koji su prikljueni na magistralu. 6


Slika 4: Bakarni kabl za PROFIBUS komunikaciju Povezivanje ureaja na PROFIBUS mreu omogueno je korienjem 9-pinskog sub-D konektora (Slika 5). U konektore su ugraeni otpornici za termminaciju bus-a. Pomeranjem prekidaa koji se nalazi na kuitu konektora u ON poloaj vri se terminacija.

Slika 5: Izgled 9-pinskog sub-D konektora (levo-prolazni, desno-standardni konektor) i otpornici za terminaciju bus-a Kao to je na Slici 5 prikazano, terminacija bus-a je ostvarena korienjem tzv.pull-down otpornika prema DGND potencijalu i pull-up otpornika prema napajanju-Vp potencijal. Ova dva otpornika slue za definiciju potencijala na bus-u izmeu dva telegrama. Linija A i linija B predstavljaju oznake krajeva PROFIBUS kabla.Izgled Pin broj 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ime signala SHIELD M24 RxD/TxD-P CNTR-P DGND VP P24 RxD/TxD-N CNTR-N Opis Uzemljenje oklopa Uzemljenje izlaznog napona od 24V (pomonog) Primanje/slanje podataka pozitivni potencijal B linija Signal za kontrolu smera komunikacije pozitivan Referentni signal za podatke Napon napajanja pozitivni Izlazni napon od 24V (pomoni) Primanje/slanje podataka negativni potencijal A linija Signal za kontrolu smera komunikacije negativan

Tabela 1: Raspored pinova na 9-pinskom sub-D konektoru RS 485 tehnologija prenosa se odlikuje jednostavnou i niskom cenom, a primenjuje se u sistemima gde se zahteva velika brzina prenosa. Mogue brzine prenosa su izmeu 9.6 kbit/s i 12Mbit/s . Maksimalan broj ureaja koji se moe povezati na jedan segment linije je 32. Vei broj ureaja zahteva korienje repetitora izmeu pojedinanih segmenata. Maksimalna dozvoljena duina linije unutar jednog segmenata zavisi od brzine prenosa i manja je to je brzina prenosa vea.

7


2.1.1.Topologija mreeOsnovni elementi, koji pored kablovske veze, sainjavaju mreu mogu se podeliti u dve osnovne grupe: Master ureaji Slave ureaji S obzirom da je RS485 omunikacija half duplex (oznaava dvosmernu komunikaciju u kojoj jedan vor-ureaj trenutno pria). Iz tog razloga je mrea organizovana tako da master ima kontreolu nad njom. Primer master ureaja moe biti PLC, a kao primer slave elementa moe se uzeti distribuirana periferija, drugi PLC i sl. Kod PA mree slave ureaji mogu biti senzori, aktuatori i sl. Ovde se mora napomenuti da postoje dve vrste DP Master ureaja: DP Master Class 1 (DPM1) - ovo je centralni kontroler koji ciklino razmenjuje podatke sa slave ureajima, u zadatom ciklusu. Tipini ureaji ovog tipa su programabilni logiki kontroleri. DPM1 ima aktivni pristup magistrali, preko kojeg moe vriti oitavanja ulaza sa distribuiranih ureaja, kao i zapisivanje odgovarajuih rezultata na njihove izlaze. DP Master Class 2 (DPM2) - slui za konfigurisanje, sakupljanje podataka, kao i odravanje dijagnostiku i upravljanje prikljuenih ureaja, kao na primer PC.

Tipina DP konfiguracija ima mono-master strukturu (Slika 6).

Slika 6: DP mono-master struktura Komunikacija izmeu DP master i DP slave ureaja je bazirana na master-slave principu. Ovo znai da DP slave ureaji mogu biti aktivni na magistrali samo onda kada je to zahtevano od strane master-a. Komunikacija se odvija ciklino u tano odreenom vremenu. DP slave ureaji su adresirani u rastuem redosledu od DP master-a preko liste poziva (polling list) . Slika 7 pokazuje kao se lista poziva obrauje na DP master-u. Vidi se ciklino procesiranje slave ureaja slanjem zahteva i dobijanjem odgovora od njih.

8


Slika 7: Obrada liste poziva na DP master ureaju DP sistem moe imati i multi-master strukturu (Slika 8):

Slika 8 : DP multi-master struktura Ovo podrazumeva da nekoliko DP master ureaja moe biti povezano na jednu magistralu. Kod ove strukture master ureaji pristupaju magistrali u skladu sa rastuim vrednostima svojih adresa. Ukoliko je zavrena komunikacija jednog mastera, on daje znak sledeem da moe da pristupi magistrali, odnosno da koristi resurse. U PROFIBUS terminologiji se to naziva token ring. Da bi se ovakva procedura izvrila, pri inicijalizaciji mree detektuje se broj mastera kojima se dodeljuju sledee adrese: PS (Previous Station) - predhodna stanica i NS (Next Station) - sledea stanica.

2.1.2.PROFIBUS DP profiliKao to je spomenuto, PROFIBUS je internacionalno standardizovan, tako da omoguava korienje opreme razliitih proizvoaa. Da bi se olakala primena razliite opreme definisani su DP profili. Osnovni zadatak DP profila je da definie ta svaki od podataka predstavlja za odreeni tip ureaja. Na ovaj nain je obezbeeno da isti ureaji razliitih proizvoaa imaju iste profile, tj. podaci se nalaze rasporeeni na isti nain prilikom komunikacije kao to je definisano profilom za taj ureaj. U nastavku su navedeni neki PROFIBUS profili: 9


NC/RC - ovaj profil opisuje naine rukovanja i instalacije robota u okviru Profibus DP. Profil za enkodere - definie komunikaciju enkodera konektovanih na Profibus DP mreu. Profil za motore sa promenljivom brzinom - u definiciji ovog profila su uestvovali svi vodei proizvoai. Profil specificira kao se prenosi zadata vrednost i trenutne vrednosti. Ovim je omoguena zajednika upotreba opreme razliitih proizvoaa. Profil definie samo osnovne stvari ostavljajui slobodu prozvoaina za razvoj specifinih funkcija.

2.1.2.1.Profil za motore sa promenljivom brzinomNajee korieni ureaji u pogonima procesne industrije su frekventni regulatori. Oni koriste PROFIBUS DP profil za motore sa promenljivom brzinom. Profil definie nekoliko komunikacionih objekata (Parameter Process data Objects, PPO) koji se koriste za razmenu podataka izmeu programabilnih logikih kontrolera i frekventnih regulatora. Ukupno je definisano osam PPO profila za ciklini prenos podataka (DP V0). Profili 3, 4, 6, 7, 8 sadre samo procesni deo, odnosno sadre podatke o procesu (process data, PCD), dok profili 1, 2 i 5 pored procesnog dela sadre i parametarski deo, pomou koga vrimo oitanje i promenu parametara sa frekventnog regulatora (parameter characteristics value, PCV), Slika 9.

Slika 9: Pregled strukturePPO objekata Oznake na slici imaju sledee znaenje: PCV karakteristine vrednosti parametara (Parameter Characteristics Value) PCD procesni podaci (Process Data) PCA - karakteristike parametara (Parameter Characteristics) IND - indeks parametra PVA - vrednost parametra (Parameter Value) CTW - kontrolna re (Control Word) STW - statusna re (Status Word) MRV - vrednost glavne reference (Main Reference Value) MAV - stvarna vrednost reference (Main Actual Value)

10


Treba napomenuti da je problematika PPO objekata objanjena na primeru Danfoss-ovog frekeventnog regulatora FC302 koji je korien u praktinom delu rada i da se navedene skraenice na Slici 9 odnose na ovaj frekventni regulator. Svi PPO tipovi se mogu podesiti da se podaci prenose kao konzistentne rei (word consistent) ili kao konzistentni moduli (module consistent). Kada se podaci prenose kao konzistentni moduli, to znai da se prenose kao setovi meusobno povezani rei, a kada se prenose kao konzistentne rei, to znai da se posebne rei prenose nezavisno jedna od druge. Deo sa procesnim podacima moe se prenositi na oba naina, dok parametarski deo moe samo kao konzistentni modul.

2.1.2.2. Procesni podaci PCD oblastKao to je ve navedeno, pomou dela PPO sa procesnim podacima mogue je upravljanje i nadzor frekventnih regulatora, u ovom radu je to FC 302, preko PROFIBUS-a. U odnosu na smer toka podataka PCD deo nazivamo (Slika 10.): procesni kontrolni podaci PCD Write, kada podaci idu od master ka slave ureaju, odnosno od PLC-a ka FC 302. U odnosu na izabrani kontrolni profil, svaki bit kontrolie odreenu funkciju FC 302, npr. promena brzine motora. procesni statusni podaci PCD Read, kada podaci idu od slave ka master ureaju, odnosno od FC 302 ka PLC-u. U ovom sluaju, svaki bit nosi informaciju o odreenom trenutnom stanju FC 302, npr. oitavanje struje, napona, frekvencije i sl.

Slika 10: Procesni kontrolni i statusni podaci

2.1.2.3. Pristup parametrima preko PCV oblastiPostoji vie naina da se pristupi parametrima frekventnog regulatora. Moe im se pristupiti lokalno, na komandama samog regulatora, a laki nain za njihovo oitavanje i izmenu je daljinski, preko programabilnog kontrolera i mree. Pristup se vri preko PCV dela PPO. PCV kanal se sastoji iz PCA, IND i PVA dela. PCA deo ima sledeu strukturu (Slika 11):

Slika 11: Karakteristine vrednosti parametara - PCV deo Prva dva bajta (RC) definiu znaenje zahteva master ureaja, i znaenje odgovora slave ureaja. Preko RC dela se odreuje da li se eli oitavanje ili izmena parametara, a PNU (Parameter Number) odreuje broj parametra. Ako se zahteva izmena, nova vrednost parametra e biti poslata preko PVA dela PCV kanala. Ceo postupak je detaljnije izloen u praktinom delu rada.

11


2.1.2.4. Kontrolni profiliFC 302 moe se upravljati preko dva kontrolna profila: standardni PROFIBUS PROFIdrive profil Danfoss FC control profil

Izbor profila utie samo na kontrolnu (CTW) i statusnu re (STW), a ne utie na PCV i ostatak PCD dela. Na primer, kontrolna re (CTW) za start motora po FC profilu se moe odrediti na osnovu Tabele 2 koju daje Danfoss i njena vrednost prema ovoj tabeli je 047C:

Tabela 2: Kontrolna re po Danfoss FC profilu U praktinom delu rada ovaj kontrolni telegram se alje od mastera (S7-300 PLC-a) ka slave-u (FC302 frekventnom regulatoru). Kontrolni telegram sadri kontrolnu re- 047C heksadecimalno (odnosno 1148 decimalno) koja omoguava start motora Slika 12.

Slika 12: Izgled kontrolnog telegrama Na Slici 12 pored kontrolne rei popunjena je MRV oblast koja nosi informaciju o vrednosti reference brzine. Referenca brzine se zadaje u heksadecimalnom obliku, gde je 0 HEX=0% brzine, a 4000 HEX=100% reference brzine (ili 16384 decimalno). U datom primeru 2000 HEX odgovara 50% reference.

12


3. USS komunikacijaUSS protokol (Universal Serial Interface Protocol) je jednostavan serijski protokol koga je definisao Siemens AG. Protokol je naparavljen da odgovori potrebama upravljanja i nadzora Siemens-ovih SIMOVERT i SIMOREG frekventnih regulatora. Protokl definie tehniku pristupa prema master-slave principu, za komunikaciju preko serijskog bus-a. Point-to-point konekcija je mogua u podmrei. Komunikcija se odvija generalno ciklino razmenom telegrama izmeu jednog master-a i najvie 31-og slave-a. Konfiguracija USS mree je prikazana na Slici 13:

Slika 13: Topologija USS mree U funkciji master-a moe biti npr. PLC ili PC, dok su SIMOVERT i SIMOREG frekventni regulatori uvek u funkciji slave-a. U ovom radu je korien Simovert MicroMaster 440 frekventni regulator. Bitne odlike USS komunikacije su: podrava: multi-point konekciju, npr. EIA RS 485 hardver, ili point-to-point konekciju, npr. EIA RS 232 master-slave pristup singl master sistem max. 31 slave i 1 master koristi telegrame sa fiksnom ili promenljivom duinom jednostavan i pouzdan telegram format informacije se prenose na isti nain kao i kod Profibus DP (profil promenjljive brzine) moe se lako implementirati u postojee sistme Medijum za prenos podataka i bus interfejs su odereni u zavisnosti od naina korienja bus-a. U osnovnoj verziji USS protokola, interfejs je zasnovan na RS485 standardu. Point-to-point konekcija je zasnovana na RS232 standardu. Takoe moge je korienje i fiberoptikog kabla. Siemens za SIMOVERT MASTERdrives konvertore definie korienje 9-pinskih sub d konektora i dvoilni zatieni uvijeni kabl koji zadovoljava odreene mehanike, termike i elektrine karakteristike. Terminacija bus-a na krajevima se i ovde podrazumeva. Duine kablova kojim se prenose podaci zavise od brzine prenosa podataka, karakteristika kabla, uslova stredine, kao i od broja konektovanih ureeja. U Tabeli 3 prikazana je zavisnost brzine prenosa podataka od duine kabla. 13


Brzina prenosa podataka 9.6 kbit/s 19.2 kbit/s 38.4 kbit/s 187.5 kbit/s

Maksimalan broj ureaja 32 32 32 30

Maksimalna duina kabla 1200 m 1200 m 1200 m 1000 m

Tabela 3: Zavisnost brzine prenosa podataka od duine kabla

3.1.Struktura USS telegramaMaster putem adresnog karaktera u telegramu vri izbor pojedinanog slejva. Adrese slejva ADR se nalazi upisana u polling listi koju master koristi za selekciju ureaja. Slave vri transfer podataka samo na zahtev master-a, tako da je komunikacija izmeu dva slave-a onemoguena. Svaki telegram se sastoji iz: STX - startni karakter (Start character) LGE - duina telegrama (Length specification) ADR - adresni bajt , adresa slejva (Address byte) Net data block - PKW (Parameter ID Value area) i PZD (Proces Data), kao kod PROFIBUS DP profila promenljive brzine BCC-karakter provere bloka (Block check character)

Slika 14: Struktura USS telegrama Informacije koje se razmenjuju izmeu master-a i slave-a putem telegrama su smetene u posebnu oblast, takozvanu net data oblast. Struktura net data oblasti je ne zavisna od karakteristike protokola kojim e se net data prenositi. Iz ovoga se moe zakljuiti da je isti mehanizam pristupa procesnoj oblasti (control/status word i setpoint/actual value) kao kod PROFIBUS DP profil promenljive brzine. PKW oblast slui za itanje i promenu vrednosti parametara frekventnog regulatora, dok PZD oblast sadri informacije o procesu. Strukturu net data bloka ine obe oblasti nezavisno da li je telegram poslat od master-a prema slave-u ili obrnuto Slika 15.

Slika 15: Struktura net data bloka

14


3.1.2.Parametarski deo - PKW oblastPKW oblast omoguava pristup parametrima frekventnog regultora, odnosno njihovu promenu ili oitavanje korienjem USS bus-a. Kao to je prikazano na Slici 15, PKW oblast sainjavaju: PKE (Prameter ID) i IND (Index) - sadre informacije o tipu zadatka koji master alje slejvu ili o tipu odgovora koji slejv alje masteru, takoe definii i broj parametra. PKW elements (Parameter value) - sadri vrednosti parametara, tekst, ili opis parametara koji se prenosi. Duina ove oblasti se moe menjati u zavisnosti od zadatka i moe iznositi 0-word-a, 1word, 3 word-a, 4 word-a kod telegrama sa fiksnom duinom, ili moe iznositi izmeu 1 i 124 word-a kod telegrama sa promenjljivom duinom.

3.1.3.Procesni deo - PZD oblastPZD oblast (Process data area) omoguava upravljanje i nadzor frekventnog regulatora, u ovom radu je to MM 440 preko USS bus-a. Struktura PZD oblasti je prikazana na Slici 16.

Slika 16: Struktura PZD oblasti Maksikalna veliina PZD oblasti je 16 word-a. Ukoliko je telegram poslat od master-a ka slave-u, to podrazumeva da e telegram sadrati Control Word/Main setpoint pomou kojih master upravlja frekventnim regulatorom npr. start, stop, zadavanje brzine. Ukoliko je telegram poslat od slave-a ka master-u, to podrazumeva da e telegram sadrati Staus Word/Main actual value koji nose informacije o statusu frekventnog regulatora, kao i itanje odreenih veliina sa frekventnog regulatora, npr brzina, struja i sl, Tabela 4.

Tabela 4: Sadraj PZD oblasti Bitno je napomenuti da definicije bita od 0-10 za control/status word koji se prenose USS bus-om, odgovaraju definiciji bitova od 0-10 koji se prenose PROFIBUS-om, profil promenljive brzine. Bitovi od 10 do 15 zavise od specifikacije konvertora.

15


4. Programabilni logiki kontroler - PLCProgramabilni logiki kontroler (Programmable Logic Controller - PLC) je mikrokontrolerski sistem u kome su hardver i softver specijalno adaptirani industrijskom okruenju. Nastao je krajem 60-tih godina sa namerom da se sistemi upravljanja zasnovani na relejnoj logici uproste, tj. da se otklone glavne mane relejne logike, a to su skupo odravanje komplikovanih sistema, pad pouzdanosti sa uslonjavanjem ema, ogranien vek trajanja releja itd. Implementacija novih upravljakih zadataka u sistemu upravljanja omoguena je brzo i jednostavno reprograniranjem programabilnih logikih kontrolera pomou raunara ili runih programatora, dok se kod sistema upravljanja zasnovanih na relejnoj logici morala menjati ema oiavanja. PLC se obino primenjuje za reavanje decentralizovanih upravljakih zadataka, na samom mestu upravljanja, gde na osnovu prikupljenih ulaznih signala sa ulaznih ureaja (senzori, prekidai i sl.) i na osnovu logike implementirane u programu, formira izlazne signale sa kojima upravlja izlaznim ureajima ili objektom upravljanja (motori, kontaktori, elektromagnetni ventili, operatorski paneli, svetlosna i zvuna signalizacija i sl.), Slika 17.

Slika 17: Princip rada PLC-a Program se pie u namenskom programskom jeziku, koji svaki proizvoa daje uz svoj PLC, a koji predstavlja kombinaciju programskog editora, kompajlera, i komunikacionog softvera. U editoru se program pie pratei redosled operacija upravljanja, a zatim se proverava njegova sintaksa i vri kompajliranje. Ako je sve u redu, program se komunikacionom vezom smeta u memoriju PLC-a i pokree. Dananji PLC moe da se nosi sa izrazito sloenim zadacima, kao to je kontrola pozicije, razne regulacije i druge sloene primene. Za upravljanje sloenim procesima mogue je povezati vie PLC-ova preko posebno razvijenih komunikacionih modula u mreu i sa centralnim raunarom. Poto se koristi kao industrijski raunar samim svojim dizajnom je predvien za primenu u neposrednom okruenju procesa sa kojim upravlja, tako da je otporan na razne nepovoljne uticaje, praina, vlaga, visoka temperatura, vibracije, elektromagnetne smetnje.

16


4.1.Osnovni elementi PLC kontroleraNa Slici 18 je prikazana blok ema tipinih komponenti koje ine strukturu PLC-a, a to su: Centralna procesorska jedinica - CPU Memorija za program i podatke Interna magistrala Komunikacioni modul Napajanje Ulazni modul - digitalni i analogni ulazi Izlazni modul - digitalni i analogni izlazi

Slika 18: Osnovni elementi PLC kontrolera Centralna procesorska jedinica je mozak PLC kontrolera. Sam CPU je neki od mikrokontrolera, ranije su to bili 8-bitni, a sada su to 16-bitni i 32-bitni. CPU brine o komunikaciji, izvravanju programa, upravljanju memorijom, nadgledanjem ulaza i postavljanjem izlaza. PLC kontroler komunicira sa upravljakim procesom preko analognih i digitalnih ulaza i izlaza. Informacije o stanju ulaza primarno se obrauju i smetaju u memoriju stanja ulaza i izlaza. Memorija se moe podeliti na sistemsku i korisniku. Sistemska memorija pored operativnog sistema sadri i korisniki program u binarnom obliku. Ova memorija je obino EEPROM i moe se menjati kada se menja i korisniki program. Dobra praksa je i da se program smeta i u RAM memoriju podranu baterijom, tako da se izvrava iz RAM-a, odnosno da se uitava u RAM iz EEPROM-a svaki put kada se ukljuuje PLC, ili u sluaju gubitka podataka iz RAM-a. Interna magistrala povezuje CPU, memoriju, komunikacioni deo, kao i module digitalnih i analognih ulaza i izlaza, komunikacione module i sl.

17


Korisnika memorija je podeljena u blokove koji imaju posebne funkcije. Jedan deo ove memorije se koristi za uvanje stanja ulaza i izlaza, drugi deo se koristi za uvanje vrednosti promenljivih kao to su vrednosti tajmera i brojaa. Na osnovu stanja ulaza, stanja vremenskih lanova, brojaa i memorisanih meustanja, vri se obrada koja formira stanja izlaza, koja se prenose u odgovarajue memorijsko podruje, a odatle preko internog busa ka izlazu. Komunikacioni deo obezbeuje komunikaciju sa PC raunarom, na kome se pie upravljaki program. Mogua je i komunikacija sa drugim PLC-ovima, operatorskim panelima, distribuiranom periferijom i povezivanje sa viim nivoima upravljanja, to omoguava razmenu podataka sa ostalim sistemima u okviru procesa automatizacije na nivou pogona ili kompletnog postrojenja. Mali PLC-i imaju fiksan broj ulaza i izlaza i obino postoji mogunost proirivanja sa dodatnim ulazima i izlazima ukoliko je to potrebno. Modularni PLC-i poseduju inu na koju se dodaju moduli sa razliitim funkcijama. Procesori i ulazno izlazni modul se prilagoavaju konkretnoj aplikaciji. Danas se esto prikljuuju distribuirane periferije mesto fiksnih proirenja i na taj nain se smanjuju izdaci za oiavanje udaljenih delova postrojenja.

4.2.Princip radaOsnova rada programabilnog logikog kontrolera zasniva se na ciklusima skeniranja. Pod skeniranjem se podrazumeva prolaz kroz sve uslove u nekom garantovanom vremenu. Proces skeniranja je prikazan na Slici 19 i sastoji se od sledeih koraka: Provera statusa ulaza - CPU proverava stanje ulaza i te podatke smeta u odgovarajue registre u korisnikom delu memorije. Izvravanje programa - u ovom koraku CPU na osnovu kontrolne logike u programu i prikupljenih ulaznih podataka kreira vrednosti izlaza i smeta u odgovarajue memoijske lokacije. Opsluivanje komunikacionog porta - CPU obrauje zahteve koji eventualno stiu na komunikacijski port PLC-a. Samotestiranje - izvrava se dijagnostika (samotestiranje) hardvera, memorije i U/I modula Postaljanje izlaz - u ovom koraku CPU proverava stanje izlaza i po potrebi ih menja.

Slika 19: Ilustracija jednog radnog ciklusa PLC-a

18


4.3.Siemens SIMATIC familija programabilnih logikih kontroleraSiemens-ova familija programabilnih logikih kontrolera SIMATIC spada svakako u najzastupljenije na svetskom, a pogotovo na evropskom tritu. Namena im je prevashodno industrijska automatizacija, pa se u okviru familije nudi irok spektar kontrolera u zavisnosti od potreba tj. nivoa automatizacije koji se implementira niski, srednji ili vii nivo. U okviru SIMATIC familije postoji podela na tri pod-familije, koje se u osnovi veoma malo razlikuju, a razlika se svodi na prilagoavanje nekim uim potrebama korisnika: S7 kontroleri najireg spektra primene, koriste se za standardne industrijske poslove upravljanja kao to su brojanje, merenje, pozicioniranje, upravljanje u zatvorenim i otvorenim petljama itd. Koriste se u skoro svim osnovnim granama industrije (mainska, automobilska, prehrambena, procesna), a postoje i posebne verzije prilagoene za primene u rizinim sredinama. C7 kontroleri koji u jednom obuhvataju mogunosti S7 sa jednostavnim HMI funkcijama. Njihova primena je tamo gde se zahteva kompaktnost, odreena proirivost i jednostavnost, ali uz ekonomsku pristupanost. M7 kontroleri koji po svojim mogunostima proirenja i skladitenja podataka idu korak dalje od standardnih PLC-a ka personalnim raunarima. Njihova primena je u poslovima gde se pored svega ostalog zahteva jo i sakupljanje velike koliine procesnih podataka, njihovo skladitenje, kao i obrada u realnom vremenu uz pomo specijalizovanih softvera, pisanih esto u viim programskim jezicima tipa C/C++.

U okviru navedenih podfamilija, postoje serije koje oznaavaju namenu u odnosu na nivo automatizacije za koji su kontroleri namenjeni, pa tako S7 serija 200 oznaava niski nivo, 300 srednji, a 400 vii. Kod M7 familije postoje serije 300 i 400.

4.3.1.Mree u okviru SIMATIC familije programabilnih logikih kontroleraSIMATIC familija kontrolera podrava vei broj dananjih standarda umreavanja kroz korienje raznih modula koji omoguuju njihovo prikljuivanje na te mree. Ali pored standardnih postoje i dva specifina naina umreavanja, karakteristina samo za SIMATIC ureaje, a to su PPI i MPI. Oba ova protokola su zatvorenog tipa, to znai da njima raspolae samo matina kompanija tj. Siemens, pa niko drugi ne moe konstruisati ureaje koji bi komunicirali po tim protokolima i na taj nain se povezivali sa kontrolerima iz SIMATIC familija.

4.3.2. PPI protokolPPI tj. jedan-na-jedan (Point-To-Point) protokol se obino koristi za povezivanje S7-200 ureaja. Ali, i drugi ureaji iz SIMATIC S7 familije i SIMATIC HMI (Human Machine Interface) ureaji mogu ostvariti komunikaciju sa S7-200 preko PPI veze. PPI protokol je implementiran kao token prsten, po uzoru na Profibus i MPI. Komunikacija se odvija po master-slave principu tj. master ureaji alju zahteve, a slave ureaji odgovaraju. U Tabeli 5 su prikazane osnovne fizike karakteristike za PPI mreu:

19


Proizvoa Medijum Korisnika Brzina prenosa podataka Daljina prenosa

Siemens specifian serijski kabel RS-232C/422 do 187.5 kbit/s preko RS-485 2 od 300 bit/s do 76.8 kbit/s preko RS-232C/422/485 19.2 kbit/s preko 20mA TTY 10m preko RS-232C 1000m preko 20mA TTY pri 9.6 kbit/s 1200m preko RS-422/485 pri 19.2 kbit/s

Tabela 5: Pregled PPI protokola

4.3.3. MPI protokolMPI (MultiPoint Interface) je Siemens-ov protokol predvien za povezivanje na nivou polja, i to samo SIMATIC S7, M7 i C7 familija ureaja, poto je protokol zatvorenog tipa. MPI je u osnovi predvien za povezivanje sa ureajima za programiranje (Programmig Device) i HMI ureajima, ali se moe koristiti i za umreavanje manjeg broja CPU-a radi razmenjivanja manje koliine podataka. MPI mrea podrava nekoliko brzina prenosa podataka, da bi se osigurala njihova tanost i pouzdanost prenosa. Da bi se ureaj povezao na MPI mreu, ne mora da se dodaje poseban modul sa odgovarajuim komunikacionim procesorom, jer svaki CPU iz SIMATIC familije u sebi ve ima ugraenu podrku za MPI. Neke vanije odlike MPI komunikacije su: ekonomski najpristupaniji nain povezivanja zasnovana na RS-485 standardu, pa se mogu koristiti postojei kablovi i konektori kao i za Profibus podrava GD (Global Data) ciklinu komunikaciju izmeu kontrolera podrava OPC (OLE for Process Controll) standard koji dozvoljava deljenje podataka u kontrolerima sa spoljanjim sistemima i aplikacijama vieg nivoa

Vanije fizike karakteristike navedene su u Tabeli 6:Proizvoa Medijum Korisnika Brzina prenosa podataka Daljina prenosa Siemens oklopljeni dvoilni kabel ili optika vlakna max. 127 od 19.2 do 187.5 Kbit/s 1100m preko RS-485 do 23km preko optikih vlakana

Tabela 6: Pregled MPI protokola MPI omoguava pristup CPU-a svim inteligentnim modulima PLC-a, npr. funkcijskim modulima i sl.

20


4.4. PLC Siemens SIMATIC S7-200 serijaPLC kontroleri iz ove serije su prevashodno namenjeni za manje kompleksnu automatiku, odnosno jednostavne zadatke iz oblasti upravljanja kao to su npr. liftovi, pokretne trake, prese i sl., ali se mogu koristiti i u neto sloenijim procesima upravljanja u industriji. Kontroleri se odlikuju kompaktnim dizajnom sa mogunou proirenja dodatnim modulima koji omoguavaju: dodatne ulaze i/ili izlaze, komunikaciju putem Profibus-a, Enterneta, Interneta, GPRS, kontrolu pozicioniranja kod step i servo motora, takoe je mogue prikljuenje LCD displeja za kontrolu i nadzor. Softver za programiranje kontrolera S7-200 serije je STEP7-Micro/WIN. On omoguava pisanje programa u nekom od standardnih editora LAD,FBD i STL. Oznake modela iz ove serije su CPU 221, CPU 222, CPU 224, CPU 226. Oni se meusobno razlikuju u brzini, koliini memorije, broju digitalnih i analognih ulaza i izlaza, tajmera, brojaa, mogunostima proirenja dodatnim moduima i sl.

4.4.1.Pristup podacima u memorijskim oblastima S7-200 kontroleraS7-200 kontroler uva podatke u razliitim memorijskim lokacijama koje imaju jedinstvenu adresu. Jednostavnim navoenjem adrese memorijeske lokacije omoguen je direktan pristup programa eljenoj informaciji. U Tabeli 7 su prikazani opsezi celobrojnih i realnih vrednosti koje moemo predstaviti kao byte, word ili double word.:Tip Integer - unsigned Integer - signed Real 32 bit floating point Byte (B) 0 do 255 0 do FF -128 do +127 80 do 7F Word (W) 0 do 65535 0 do FFFF -32768 do +32767 8000 do 7FFF Double Word (DW) 0 do 4294967295 0 do FFFF FFFF -2147483648 do +2147483647 80 000 000 do 7FFF FFFF +1.175495E-38 do +3.402823E (pozitivni) -1.175495E-38 do -3.402823E (negativni)

Tabela 7: Opsezi celobrojnih i realnih vrednosti predstavljeni kao byte, word, double word Za pristup bitu u u memorijskoj lokaciji navodimo adresu koja sadri indentifikator memorijske oblasti, byte adresu i broj eljenog bita. Primer pristupa bitu pod brojem 4, byte 3 u memorijskoj oblasti indentifikatora I u koju se smeta slika procesnih ulaza prikazan je na Slici 20. Ovakav nain adresiranja naziva se i byte.bit adresiranje.

Slika 20: Primer pristupa bitu 4, byte 3 u I memorijskoj oblasti (Process Image input Memory Area) 21


U veini memorijskih obalasti (kao npr.V -Variable memory, M- Bit memory, I - Process Image input Memory Area , Q - Process Image Output Memory Area) podacima se moe pristupiti kao byte, word ili double word. Princip adresiranja je slian kao kod byte.bit adresiranja. Prvo ide identifikator memorijske oblasti, zatim sledi oznaka veliine podatka, i na kraju byte adresa bajta, word-a ili double word-a, kao to je prikazano na Slici 21:

Slika 21: Pristup podatku na istoj V 100 memorijskoj lokaciji kao byte, word ili double word

4.4.2.PLC CPU 224 XP DC/DC/DCU okviru realizacije praktinog dela rada korien je model sa oznakom CPU 224 XP DC/DC/DC koji je prikazan na Slici 22:

Slika 22: PLC CPU 224 XP Neke od karakteristika ovog modela su: 32 bitni procesor sa floating-point aritmetikom Napajanje PLC-a 24V DC, kao i DI/DO 14 digitalnih ulaza i 10 izlaza 2 analogna naponska ulaza i 1 analogni naponski ili strujni izlaz 2 ugraena RS 485 porta (P0 i P1) sa brzinom prenosa izmeu 1.2 i 187.5kbita/s (PPI/MPI) 12 KB programske memorije i 10KB memorije za podatke podrani protokoli: PPI, MPI i Freeport prihvata maksimalno 7 modula

Komunikacija sa raunarom je ostvarena korienjem RS 232/PPI Multi-Master kabla, koji je prikazan na Slici 23: 22


Slika 23: PPI Multi-Master kabl

4.4.3.EM 277 Profibus DP modulZa prikljuenje PLC kontrolera iz S7-200 serije na PROFIBUS DP mreu u funkciji slejv ureaja koristi se EM 277 PROFIBUS DP modul. EM 277 je konektovan na S7-200 CPU preko U/I bus-a. Profibus mrea je konektovana na EM 277 PROFIBUS DP modul preko njegovog DP komunikacionog porta. Brzine prenosa podataka korienjem ovog porta su brzine karakteristine za PROFIBUS DP komunikaciju i kreu se izmeu 9.6 kbit/s i 12Mbit/s. Izgled modula je prikazan na Slici 24:

Slika 24: EM 277 Profibus DP modul Karakteristike ovog modula su: Napajanje DC naponom vrednosti 24V sa tolerancijom imeu 20.4 i 28.8 V 9-pinski Sub D DP slejv port podrani protokol: PROFIBUS DP i MPI podeavanje adrese stanice omogueno je pomou obrtnih prekidaa, koji se nalaze na prednjoj strani modula (u gornjem levom uglu na Slici 24). Adrese se kreu od 0 do 99. Na prednjoj strani ovog modula nalaze se 4 led diode, koje pokazuju operativno stanje DP porta, sa oznakama: CPU FAULT (signalizira stanje CPU), POWER (signalizira prisustvo napajanja), DP ERROR (aktivira se ukoliko postoji greka u U/I konfiguraciji ili parametru koji master upisuje u ovaj modul ), DX MODE (signalizira trenutak kada EM 277 DP modul ulazi u mod razmene podataka sa masterom i ostaje ukljuen sve dok traje razmena podataka).

U praktinom delu rada ovaj modul je korien za povezivanje slejva S7-200 CPU 224 XP PLC-a na PROFIBUS DP mreu u koji su ukljueni FC302 frekventni regulator kao slejv i S7300 CPU 314C-2DP PLC kao master.

23


4.5.PLC Siemens SIMATIC S7-300 serijaPLC kontroleri iz ove serije su namenjeni za automatizaciju nieg i srednjeg nivoa. iroko se koriste u granama industrije kao to su mainska, automobilska, prehrambena, procesna i sl. Odlikuju se modularnim dizajnom sa irokim spektrom modula koji omoguavaju optimalnu adaptaciju razliitih zadataka automatizacije. Neki od modula su ilustrativno prikazani na Slici 25:

Slika 25: Primer proirenja S7-300 PLC-a dodatnim modulima Skraenice naziva pojedinih modula na Slici 25 imaju sledee znaenje: PS (Power Supplay Module) napojna jedinica - obezbeuje pouzdano i kvalitetno napajanje modula. CPU (Central Processing Units) - serija S7-300 nudi irok opseg centralnih procesorskih jedinica razliitih brzina, veliine radne memorije, komunikacionih portova, itd. Oznake modela iz ove serije su CPU 312, CPU 313, CPU 314, CPU 315, CPU 317, CPU 318. IM (Interface Module) spreni modul - slui za povezivanje modula koji se nalaze na drugim inama (podnojima). SM (Signal Modules) signalni moduli - slue za prilagoavanje spoljanjih signala internim. Tu spadaju moduli digitalnih ulaza DI, izlaza DO, kao i moduli analognih ulaza AI i izlaza AO. FM (Function modules) funkcijski moduli - izvravaju sloene ili vremenski kritine poslove nezavisno od CPU-a, kao to su brojanje, pozicioniranje, upravljenje u zatvorenoj petlji. CP (Communication Processors) - omoguavaju sledee mrene funkcije: Point to Point veza, PROFIBUS, Industrial Ethernet. Din ina (DIN rail ) ili podnoje koje slui za prihvatanje novih modula. Bas konektori (Bas connectors) - povezuju module

Ukupan broj modula koji jedan kontroler moe da prihvati je 32.

24


4.5.1.Memorijski koncept S7-300CPU iz ove serije koriste sledee memorijske oblasti:

Slika 26: Memorijski koncept S7-300 Memorija za uitavanje (Load memory) - smetena je na SIMATIC Micro memorijskoj kartici. Koristi se za smetanje korisnikog programa, svi blokovi (OBs, FCs, DBs), sistemskih podataka, kao i svih konfiguracionih podataka vezanih za projekat. Podaci koji se nalaze na ovoj kartici ostaju sauvani i po prekidu napajanja, kao i po restartu CPU memorije, tako da podrka baterijskog napajanja nije potrebna. Kao memorija za uitavanje osim MMC kartice moe se koristiti i integrisani RAM. Radna memorija (Work memory) - sadri samo one podatke koji su znaajni za izvrenje programa. RAM radna memorija integrisana je u CPU i nema mogunost dodatnog proirenja. Poseduje dodatno baterijsko osiguranje napajanja. Sistemska memorija (System memory) - sadri memorijska podruja za: Tablinu sliku procesnih ulaza i izlaza (PII, PIQ) - vrednosti koje PLC oita sa ulaza ulaznog modula i vrednosti koje postavlja na izlaze izlaznog modula se uvaju u ovim memorijskim oblastima. Bit memoriju (M) - slui za smetanje meurezultata prilikom izvrenja programa. Lokalne podatke (L) - slui za uvanje privremenih podataka prilikom editovanja OB, FB FC blokova. Tajmere (T) Brojae (C)

Retentivna memorija (Retentive memory) - ova memorija je neizbrisivi RAM. Koristi se kao podrka za uvanje odreenih podataka sistemske i radne memorije, prilikom nestanka napajanja i restarta CPU memorije.

Napomena: Memorijska kartica mora ostati umetnuta dok se program izvrava.

25


4.5.2.PLC CPU 314 C-2DPU okviru realizacije praktinog dela ovog rada korien je model sa oznakom CPU 314C - 2DP koji je prikazan na Slici 27:

Slika 27: PLC S7-300 CPU 314C-2DP sa prikazanom Siemens SIMATIC MMC flash memorijskom karticom Neke od karakteristika ovog modela su: 24 digitalna ulaza i 16 izlaza sa napajanjem 24V DC 5 analognih ulaza i 2 izlaza 4 brza brojaka ulaza od 60KHz 4-pulsna izlaza od 2.5 KHz 1 MPI, 1 DP port PID kontroler

Oznake LED dioda i njihovo znaenje objanjeni su u Tabeli 8:Oznaka diode SF BF DC5V RUN STOP Boja crvena crvena zelena zelena uta Znaenje Softverska greka Komunikaciona greka Ispravan status napajanja Procesor je u radnom modu Procesor je zaustavljen

Tabela 8 : Oznake LED dioda i njihovo znaenje Za napajanje procesora CPU 314C-2DP i digitalnih ulaza, u praktinom delu rada, korien je modul PS 307 2A koji mreni napon od 220V AC pretvara u 24V DC. Izgled modula prikazan je na Slici 28:

26


Slika 28: Modul napajanja PS 307 2A Povezivanje mrenog napajana sa PS modulom za napajanje na CPU prikazano je na Slici 29. Sa 1 su oznaeni spojni provodnici izmeu PS i CPU, sa 2 je oznaen MPI port, dok je 3 DP port.

Slika 29: Napajanje CPU modula naponom 24V DC iz PS napojnog modula Za programiranje S7-300 kontrolera, kao i za upravljnje i nadzor realizovanog elektromotornog pogona korienjem Scada softera SIMATIC WinCC flexible-Advanced 2005, uz pomo PC-a, korien je se USB-MPI/DP kabel koji je prikazan na Slici 30:

Slika 30: USB-MPI/DP kabl MPI port na S7-300 kontroleru je iskorien za komunikaciju sa PC-om, dok je DP port iskorien za prikljuenje ovog kontrolera na PROFIBUS mreu.

27


5.Frekventni refulatoriFrekventni regulatori su elektronski ureaji koji omoguavaju upravljanje brzinom obrtanja i regulaciju asinhronih trofaznih i sinhronih motora. Brzina asinhronog motora je proporcionalna frekvenciji primenjenog napona, pa je iz tog razloga za promenu brzine potrebno menjati frekvenciju, a sa tim i napon, to nam omogavaju frekventni regulatori, pretvarajui mreni napon i frekvenciju, koji su konstantne veliine, u promenjljive veliine na osnovu neke zadate vrednosti. Takoe frekventni regulatori nude i druge funkcije, kao to su izmeu ostalog zatitne fnkcije (preoptereenje, kratak spoj podnapon, zemljospoj, itd.), funkcije mekog starta i zaustavljanja, unapred podeenih brzina i sl. Postoje dva tipa frekventnih pretvaraa: frekventni pretvarai bez medjukola, poznatiji kao direktni pretvarai frekventni pretvarai sa promenjljivim ili konstantnim meukolom

Savremeni frekventni regulatori koji se koriste u industriji za upravljanje i regulaciju brzinom su mikroprocesorski upravljani. Pretvarai sa meukolom imaju odredjene prednosti u odnosu na direktne pretvarae, kao to su: bolje upravljanje strujom redukcija viih harmonika, a samim tim smanjeni gubici i buka neogranienu izlaznu frekvenciju (ogranienje postoji u upravljanju i korienju samih elektronskih komponenti).

Glavni elementi koji ine unutranju strukturu frekventnog regulatora sa meukolom su : Ispravlja Jednosmerno meukolo Trofazni invertor Elektronsko upravljako kolo

Ukoliko se na ulazu invertora nalazi paralelno vezan kondenzator velikog kapaciteta tada se radi o naponskim invertorima.Nasuprot njima postoje i strujni invertori kod kojih se na ulazu u invertor nalazi redna prigunica velike induktivnosti koja ne dozvoljava nagle promene struje. Raspored elemenata koji ine unutranju strukturu frekventng regulatora prikazan je na Slici 31:

28


Slika 31: Principska ema frekventnog regulatora Korienjem frekventnih regulatora u industriji pored pune kontrole brzine i momenta, vektorskog i skalarnog upravljanja, dobijamo jo itav niz drugih prednosti kao to su: tednja energije - energija se moe utedeti ako brzina obrtanja motora odgovara zahtevima pri bilo kom momentu optereenja. Ovo se odnosi pre svega na pogon pumpi i ventilatora gde je utroena energija srazmerna kvadratu brzine. Takoe, ograniavanjem struja pri ukljuenju frekventni regulator nudi dalje utede u poreenju sa sistemima sa direktnim startovanjem. Smanjeni trokovi odravanja pogona - jednom instaliran frekventni regulator sam po sebi ne zahteva nikakvo odravanje. Upravljajui motorima u odreenom pogonu, poveava se radni vek tog pogona. Mekan rad maine - korienjem soft-start i soft-stop rampi naprezanja i udari maine se mogu izbei. Poboljano radno okruenje - regulacijom brzine ventilatora smanjena je buka i promaja u blizini ventilatora. Manje buke na pokretnoj traci za punjenje flaa ako se brzina trake smanji u toku punjenja, i sl.

U nastavku su opisani frekventni regulatori MM440 proizvoaa Siemens i FC302 proizvoaa Danfoss koji su korieni u praktinom delu radu.

29


5.1.MICROMASTER 440 proizvoaa SiemensU praktinom delu rada korien je frekventni regulator iz serije Micromaster 440, snage 1.5 kW. Namenjen je prvenstveno za upravljanje asinhronim (kao i sinhronim) motorima relativno malih snaga. Malih je dimenzija i teine 1.3kg.

Slika 32: Frekventni regulator MM440-1.5 kW Neke od glavnih karakteristika ove serije pretvaraa su: postoji mogunost eksterne nadogradnje razliitim modulima (na raspolaganju su enkoderski i PROFIBUS moduli) est programabilnih digitalnih ulaza, dva podesiva analogna ulaza (0-10V; 0-20mA) koji mogu biti korieni kao dodatna dva digitalna dva programabilna analogna izlaza (0-20mA), tri programabilna relejna izlaza (30V DC / 5A otporniko optereenje; 250V AC/ 2A induktivno optereenje) zatita za motor i invertor ( podnaponska / nadnaponska zatita, nadtemperaturna zatita komponenti invertora itd.) kontrola momenta kontrola fluksa mogunost takozvanog leteeg restarta- ukoliko doe kratkog prekda napajanja, brzo se vraa na stanje koje je bilo pre prekida napajanja - motor nastavlja da se vrti na predhodnoj brzini.

30


5.2.VLT AUTOMATION DRIVE FC302 proizvoaa DanfossVLT AUTOMATION DRIVE predstavlja seriju frekventnih regulatora koji su pogodni za sve industrijske primene od jednostavne kontrole brzine do dinamikih servo pogona. Osnovnu verziju ine frekventni regulatori sa oznakom FC301 za regulaciju brzine asinhronih, dok su freventni regulatori sa oznakom FC302 visokih performansi kako za asinhrone, tako i za sinhrone motore. Omoguavaju skalarno (U/f) upravljanje, VVC+, kao i vektorsko upravljanje. U praktinom delu rada je korien frekventni regulator FC302, snage 2.2kW. Kao i Siemens-ov frekventni regulator, namenjen je za motore manjih snaga. Poseduji mogunost instaliranja razliitih kartica koje slue za nadogradnju ureaja ime se poveava njegova fleksibilnost. Opcione kartice slue na primer za povezivanje enkodera ili za komunikaciju preko PREOFIBUS protokola, to e u ovom radu biti obraeno.

Slika 33: Frekventni regulator FC302- 2,2 kW Neke od glavnih karakteristika ove serije pretvaraa su: postoji mogunost eksterne nadogradnje razliitim modulima (na raspolaganju su enkoderski i PROFIBUS moduli) etiri programabilna digitalna ulaza 0-24 V, dva podesiva analogna ulaza (0-10V, -10V/+10V; 0-20mA) koji mogu biti korieni kao dodatna dva digitalna dva programabilna digitalna izlaza i jeda programabilni analogni izlaz dva programabilna relejna izlaza (240V AC/ 2A ili 24V DC) zatita od preopteenja i kratkog spoja , podnaponska zatita kontrola momenta kontrola fluksa tip okvira A2, IP20

31


6.Realizacija praktinog dela radaU okviru realizacije praktinog dela rada zadatak je bio da se uspostavi komunikacija izmeu: PLC-a Siemens S7-300 CPU 314C-2DP i frekventnog regulatora Danfoss FC302 preko PROFIBUS-a PLC-a Siemens S7-300 CPU 314C-2DP i PLC-a Siemens S7-200 CPU 224XP preko PROFIBUS-a PLC-a Siemens S7-200 CPU 224XP i frekventnog regulatora Siemens MM440 PLC-a S7-300 CPU 314C-2DP i PC-a preko USB/MPI kabla i omogui zadavanje referenci brzine dva elektromotora i oitavanje njihovih stvarnih brzina korienjem Scada softvera SIMATIC WinCC flexible-Advanced 2005. Zadatak je obavljen kroz dve etape: hardversko povezivanje softverska podeavanja

6.1.Hardversko povezivanjeNa Slici 34 su prikazani elementi realizovanog elektromotornog pogona kao i ostvaren nain komunikacije izmeu njih:

Slika 34: Ilustracija realizovanog elektromotornog pogona 32


6.1.1.Povezivanje Siemens S7-300 i Danfoss FC302 u PROFIBUS mreuZa povezivanje PLC-a S7-300 i frekventnog regulatora FC302 korien je standardni dvoilni oklopljeni PROFIBUS kabel. Sa strane FC302 nije potreban 9-pinski Sub D konektor, ve se vodovi kabla vode direktno na odgovarajue prikljuke instaliranog PROFIBUS modula (podrazumeva se da je ovaj modul instaliran na frekventnom regulatoru). Na Slici 35 je prikazan pomenuti nain spajanja.

Slika 35: Povezivanje FC302 na PROFIBUS Poto se FC302 nalazi na kraju PROFIBUS mree neophodno je izvriti terminaciju na kraju voda. Terminacija se vri aktiviranjem odgovarajueg prekidaa na PROFIBUS modulu. U zavisnosti od potreba, u ovom koraku moe se izvriti i dodeljivanje adrese stanice na PROFIBUS magistrali. Izbor adrese se vri podeavanjem stanja sedam prekidaa koji se nalaze na PROFIBUS modulu frekventnog regulatora. Na taj nain se moe odabrati adresa iz opsega od 0 do 125. U ovom sluaju adresa stanice (vora) podeena je na 3. Sa strane PLC-a S7-300 povezivanje na Profibus je ostvareno korienjem prolaznog 9pinskog Sub D konektora koji je prikljuen na DP port PLC-a. MPI port je iskorien za komunikaciju PLC-a sa PC raunarom korienjem USB-MPI/DP adaptera.

6.1.2.Povezivanje Siemens S7-300 i Siemens S7-200 u PROFIBUS mreuPovezivanje S7-200 PLC-a u PROFIBUS mreu u funkciji slave ureaja omogueno je korienjem EM277 PROFIBUS DP modula. Veza izmeu ovog modula i PLC-a S7-300 je ostvarena korienjem standardnog dvoilnog oklopljenog PROFIBUS kabla, sa 9-pinskim Sub D konektorima na oba kraja. Sa strane S7-300, 9-pinski konektor je prikljuen na prolazni 9-pinski konektor koji je prikljuen na DP port ovog PLC-a.

6.1.3.Povezivanje Siemens S7-200 CPU 224 XP i Siemens MM440 na USS busZa povezivanje PLC-a S7-200 i frekventnog regulatora MM440 korien je standardni dvoilni oklopljeni kabel. Sa strane MM440 vodovi kabla se vode direktno na terminale 29 (B vod) i 30 (A vod). Terminacija voda je ostvarena dodavanjem otpornika od 1.5k, 120 i 470 izmeu terminala 1 (+10V), terminala 2 (0V) i RS 485 terminala 29 i 30, kao to je prikazano na Slici 36 .

33


Slika 36:Terminacija USS bus-a na strani MM440 frekventnog regulatora Sa strane PLC-a S7-200 povezivanje na USS bus je ostvareno korienjem 9-pinskog Sub D konektora koji je prikljuen na port P0 ovog PLC-a. Drugi port P1 je korien za programiranje S7200 PLC preko PPI Multi Master kabla. Ovaj kabl nije neophodan pri radu realizovanog pogona, jer se upravljanje i nadzor odvija preko USB/MPI kabla. Iz tog razloga PPI kabl nije prikazan na Slici 34.

6.2.Softverska podeavanjaU ovom poglavlju e biti objanjena sva softverska podeavanja neophodna da bi se postigla PROFIBUS, USS i MPI komunikacija.

6.2.1.Podeavanje parametara frekventnih regulatoraNakon unosa podataka sa natpisne ploice oba motora i izvrene automatske adaptacije parametara (AMA) potrebno je podesiti parametre oba frekventna regulatora za PROFIBUS, odnosno USS komunikaciju. Podeavanje parametra Danfoss FC302 frekventng regulatora za PROFIBUS komunikaciju: Terminacija PROFIBUS-a na oba kraja - kod PLC-a S7-300 na konektoru postoji prekida, a kod Danfoss frekventnog regulatora terminacija se vri pomeranjem prekidaa u ON stanje koji se nalazi ispod lokalnog upravljakog panela -LCP (Local Control Panel). Podeavanje adrese frekventnog regulatora DIP prekidaima koji se nalaze takoe ispod LCP-a. U ovom radu adresa FC302 je podeena na 3. Za start frekventnog regulatora potrebno je spojiti klemne 13 (24V) i 37 -to je ulaz za Safe stop. Konfigurisanje FC302 za rad na PROFIBUS-u: P0-40 [Hand On] - disable, ime se omuguuje komunikacija sa PROFIBUS-om P8-10 [Control Word Profile] - Danfoss FC profile P8-50 do P8-56 definiu kako se komande sa PROFIBUS-a tretiraju u odnosu na komande sa digitalnih ulaza/izlaza (OR, AND..) sve staviti na BUS. P8-03 do P8-05 parametri koji definiu ponaanje FC302 kada se ima greka na PROFIBUS liniji (master ima greku) ostaviti na default vrednostima Pritiskom na taster AutoOn frekventnog regulatora startuje se Remote mode, tj. bus je aktivan

34


Podeavanje parametra Siemens MM440 frekventng regulatora za USS komunikaciju: Terminacija USS bus-a na oba kraja - kod PLC-a S7-200 na konektoru postoji prekida, a kod Siemens frekventnog regulatora terminacija se izvodi dodavanjem otpornika izmeu terminala 1, 2 i 29, 30 kao to je prikazano na Slici 36. P700 Index 0 [local/remote control mode] postaviti na 5 - USS on COM link P1000 Index 0 [frequency setpoint] postaviti na 5 - USS on COM link P2010 Index 0 [baud rate of the RS 485 serial interface] postavljeno na 6 - 9600 baud P2011 Index 0 [slave adress] postavljeno na 0 (max 31 slave)

6.2.2.SIMATIC ManagerSIMATIC Manager je program koji omoguava detaljno konfigurisanje mree (sa osnovnom mreom kao i sa podmreama), posmatranje varijabli, njihovo forsiranje kao i unoenje programskog koda u jednom od ponuenih jezika: STL-asembler tj. jezik nieg nivoa, SCL-jezik vieg nivoa slian npr. Pascal-u, LADDER-program grafiki orjentisan i slian relejnim emama, FBD-takoe grafiki jezik vrlo pogodan za praenje toka signala, S7-GRAPH jezik koji se zasniva na crtanju grafa toka procesa, pogodan za tehnoloke inenjere. Ovaj program omoguava i debagovanje koda (otklanjanje greaka). Ilustracija primene SIMATIC Manager-a je data na Slici 37.

Slika 37: Ilustracija primene SIMATIC Manager-a

35


Otvaranjem projekta u SIMATIC Manager-u, dobija se osnovni prozor u ijem desnom delu se sa Insert New Object postavlja nova stanica, SIMATIC 300 Station, Slika 38:

Slika 38: Izbor SIMATIC 300 stanice Dvoklikom na navedenu stanicu, otvara se prozor za hardversko konfigurisanje HW Config. U folderu SIMATIC 300 biramo opciju RACK-300 koja omoguava izbor ine (rail) na koju postavljamo eljeni PLC: CPU 314C-2DP pod oznakom 6ES7 314-6CF02-0AB0, opcija CPU-300 kao na Slici 39:

Slika 39: Izbor tipa CPU PLC-a i ine (rail) Nakon odabira tipa CPU modula automatski se otvara prozor za podeavanje parametara PROFIBUS mree, odabrano je: adresa master stanice 2, tip profila DP, brzina prenosa informacija 1.5Mbps, adrese ulaznih portova 124 do 126 i izlaznih 124 do125 Slika 40. 36


Slika 40: Podeavanje PROFIBUS komunikacije Nakon obavljenih podesavanja prikazanih na Slici 40 prozor HW Config-a prikazuje raspored modula master ureaja (u slot 1 je naknadno ubaen napojni modul PS 307 2A, slot 2 CPU 314C2DP, itd.) i kao i simbol za DP master sistem , Slika 41.

Slika 41: Prikaz modula master ureaja Nakon izbora master ureaja i odabira parametara PROFIBUS komunikacije, potrebno je u mreu dodati slave ureaje FC302 i EM277 PROFIBUS DP modul. Ukoliko se eljeni ureaji ne nalaze u hardver katalogu, koji se nalazi na desnoj strani HW Config prozora, potrebno ih je naknadno ubaciti instaliranjem tzv. GSD fajlova (device database files). GSD fajl sadri sve potrebne podatke za podeavanje komunikacije eljenog slave ureaja. Ovi fajlovi se mogu nai na sajtu proizvoaa iji ureaj elimo da poveemo u PROFIBUS mreu. Nakon instaliranja potrebnog GSD fajla Options>Install GSD file u hardverskom katalogu se pojavljuje ikona eljenog slave ureaja, u ovom sluaji je to FC302 koga uvodimo u hardversku konfiguraciju jednostavnim prevlaenjem i 37


prikljuenjem na PROFIBUS mreu, Slika 42.

Slika 42: Izbor FC302 slave ureaja i PPO2 objekta Adresa FC302 je podeena na 3, izabran je tip komunikacionog objekta PPO 2, modul konzistentan, koji sadri parametarski i procesni deo, tako da je mogue izvriti promenu parametara frekventnog regulatora i prikupiti podatke o procesu. Izbor PPO objekta u master konfiguraciji je automatski snimljen u frekventnom regulatoru i moe se proitati u par.9-22 frekventnog regulatora. Kada se dvoklikne na ikonu FC302 sa Slike 42, ima se prozor kao na Slici 43 u kom se moe postaviti sadraj PPO telegrama, PCD oblast. Obavezno je potrebno dozvoliti autokonfigurisanje FC302.

Slika 43: Izbor sadraja PCD dela

38


Parametri P915/0 do P915/9 su procesni podaci koje master PLC CPU 314C-2DP upisuje u slave FC302. Oni mogu biti npr. vrednosti ramp up i ramp down time, limit brzine i momenta, itd Slika 44 (Master to Slave). Vrednosti parametara koje PLC alje su smetene u delu njegove memorije koja predstavlja tablinu sliku procesnih izlaza, tzv. PQW oblast. Parametri P916/0 do P916/9 su procesni podaci koje master PLC CPU 314C-2DP ita sa slave-a FC302, kao npr. trenutne vrednosti brzine, struje, frekvencije itd. Slika 44 (Slave to Master). Vrednosti parametara koje PLC prima su smetene u delu njegove memorije koja predstavlja tablinu sliku procesnih ulaza, tzv. PIW oblast.

Slika 44: Ulazna i izlazna memorijska slika PLC-a Nakon izvrene konfiguracije slave ureaja FC302 za rad na PROFIBUS mrei, potrebno je dodati drugi slave ureaj EM 277 PROFIBUS DP modul. Kao to je pomenuto, ovaj modul omoguava prikljuenje S7-200 PLC-a na PROFIBUS mreu u funkciji slave ureaja. Pre podeavanja parametara ovog modula za rad u PROFIBUS mrei, potrebno je objasniti nain komunikacije izmeu master ureaja, PLC-a S7-300, i slave ureaja PLC-a S7-200 sa dodatim modulom EM 277. Svrha PROFUBUS DP konekcije je razmena podataka, gde master ureaj igra glavnu ulogu. Podaci koje master alje slave-u su oznaeni kao izlazni podaci (output data), dok su podaci koje slave alje master-u su oznaeni kao ulazni podaci (input data). Podaci koji stiu u slave ureaj su takoe oznaeni kao izlazni (outputs) iako oni predstavljaju ulazne podatke slave-a. Takoe podaci koji se vraaju master-u su oznaeni kao ulazni (inputs) iako oni predstavljaju izlazne podatke slave-a. Na Slici 45 je prikazan memorijski model koji opisuje razmenu podataka izmeu master S7-300 i slave S7-200 CPU 224XP ureaja korienjem EM 277 Profibus DP modula.

Slika 45: Princip razmene podataka izmeu mastera CPU 314C- 2DP i slave-a CPU 224 XP preko EM 277modula 39


Kao to je prikazano na Slici 45 master alje podatke iz njegove izlazne oblasti (output area) u izlazni bafer (output buffer) slave-a (Receive mailbox). Iz ulaznog bafera (input buffer) slave-a (Send mailbox) master preuzima podatke i smeta ih u njegovu ulaznu oblast (input area). Izlazni i ulazni bafer S7-200 PLC-a su smeteni u njegovu V memorijsku oblasti (Variable memory). Ulazna i izlazna oblast S7-300 PLC-a je smetena u PI i PQ memorijsku oblast, respektivno. Da bi omoguili komunikaciju izmeu master-a i slave-a moraju se prvo definisati adrese, odnosno veliina memorijskih oblasti za prijem i slanje podataka na obe strane. Veliina memorijskih oblasti zavisi od koliine podataka koja e se prenositi. Za potrebe realizovanog pogona izabrano je 4 word-a za slanje i 4 worda za prijem podataka (4 Word Out/4 Word In), Slika 46 (EM 277 modul se ne nalazi u HW katalogu, pa je potrebno instalirati njegov GSD fajl, koga predhodno treba preuzeti sa Siemens-ovog sajta, adresa modula je podeena na 4 pomou obrtnih prekidaa). Moglo se izabrati i 8 bytes out/8 bytes in ili 8 byte buffer I/O, jer je u pitanju ista koliina podataka koja se prenosi, jedina je razlika u konzistentnosti podataka. U izabranoj konfiguraciji 8 baytes dozvoljeno je izvrenje korisnikog interapta u CPU tokom prenosa podataka, dok je u konfiguraciji 4 word dozvoljeni izvrenje korisnikog interapta jedno izmeu word-ova. U konfiguraciji 8 bayte buffer je onemogueno izvrenje korisnikog interapta u CPU tokom prenosa ove koliine podataka. Podeavanje startne adrese izlaznog bafera (Receive malbox) slave-a vri se iz prozora koji se otvara dvoklikom na EM 277 modul, Slika 46. Upisom broja 1000 u polje I/O Offset in V-memory definiemo startnu adresu izlaznog bafera na lokaciji VB 1000. Poto je izabrana konfiguracija od 4 word-a za slanje i prenos slave automatski postavlja veliinu izlaznog bafera na 4 worda, odnosto 8 bajta, to znai da je krajnja adresa izlaznog bafera (Receive malbox) slave-a VB 1007, startna adresa ulaznog bafera (Send mailbox) VB 1008, a krajnja VB 1015, kao to je prikazano na Slici 45.

Slika 46: Insertovanje drugog slave ureaja, EM 277 modula i podeavanje startne adrese Output baffer-a S7-200 PLC-a 40


Potrebno je napomenuti da programer odreuje startnu adresu output baffer-a slave ureaja, koju master alje slave-u prilikom njegove konfiguracije. Slave koristi ovu informaciju za podeavanje svojih Send i Receive memorijskih oblasti. Podeavanje startne adrese ulazne i izlazne oblasti (Input and Output area) master-a vri se iz prozora koji se otvara dvoklikom na polje 4 Word Out/4 Word In koje je slektovano u donjoj polovini HW Config prozora kao Slici 47. Startne adrese Output i Input oblasti su podeene na 10 (PQ 10 i PI 10 respektivno), dok se krajnje adrese ovih oblasti same generiu, jer su veliine ovih oblasti poznate, i one iznose PQ 17 i PI 17.

Slika 47: Podeavanje startnih adresa Input i Output blasti S7-300 PLC-a Potrebno je izvriti podeavanje MPI komunikacije koja predstavlja vezu izmeu PC raunara i S7300 PLC-a. Podeavanja MPI komunikacije vre se iskljuivo iz programa NetPro koga pokreemo iz HW Config prozora. Iz NetPro prozora mogue je vriti i sva podeavanja vezana za PROFIBUS, ali u sluaju PROFIBUS-a inicijalna podeavanja kao to su izbor modula u okviru slave ureaja i PPO tipa moraju se obaviti u HW Config-u. Podeavanje MPI komunikacije: Podeavanje MPI mree (podrazumeva se da je u Simatic Manageru/Options>Set PG/PC Interface komunikacija podeena na PC Adapter (MPI)), se vri njenim obeleavanjem u NetPro prozoru i izborom iz menija Edit>Object Properties. Brzinu prenosa podataka treba postaviti na 187.5 kbit/s, to je ujedno i najvea mogua brzina za MPI komunikaciju. Mogue je i, ukoliko je to potrebno, posebno podesiti svaki ureaj koji je partner u komunikaciji. Korene stanice su simboliki prikazane u vidu blokova, pok su PROFIBUS i MPI protokoli simboliki predstavljni linijama. Konaan izgled podeavanja u alatu NetPro prikazan je na Slici 48.

41


Slika 48: Podeavanja u NetPro alatu Posle svega potrebno je kompajlirati i snimiti navedena podeavanja, pritiskom na odgovarajue dugme u HW konfiguratoru. Posle toga konfiguraciju je iz HW config potrebno download-ovati u PLC S7-300. Time se automatski ima da podeavanja koja su snimljena u PLC-u budu direktno preko PROFIBUS-a preneta i u FC302 (to se lako moe proveriti npr, proverom par. P9-15 direktno najegovom displeju) i u S7-200 PLC ( to se lako moe primetiti signaliziranjem diode DX MODE na EM 277 modulu- signalizira trenutak kada EM 277 DP modul ulazi u mod razmene podataka sa master-om S7-300 i ostaje ukljuena sve dok traje razmena podataka). Realizacija komunikacije kroz programski kod: Programski kod koji realizuje komunikaciju sa strane PLC-a S7-300 implementiran je kroz programski blok OB1 koji se poziva iz glavnog prozora SIMATIC Manager-a. OB1 je uvek glavni programski blok koji se ciklino izvrava. U njemu se u ovom sluaju korienjem MOVE instrukcije vri prenos podataka (poslatih sa Scade) sa memorijskih lokacija MB 20 i MD 30 S7300 PLC-a u izlaznu oblast PQB 10 i PQD 11, koje se automatski prenose u Receive mailbox, tj. izlaznu oblast S7-200 PLC-a. Na memorijsku lokaciju MB20 je sa Scade upisana informacija o referenci brzine motora kojim upravlja MM440 frekventni regulator preko USS bus-a. Memorijska lokacija MD 30 sadri bite koji odreuju trenutak startovanja, promene smera i zaustavljanja motora upravljanog preko USS bus-a. Programski kod predstavljen korienjem MOVE instrukcije prikazan je na Slici 49. Realizovani program potrebno je uitati u PLC da bi se mogao izvriti.

42


Slika 49: Zadavanje reference brzine i prosleivanje komandi za start, promenu smera i stop motora od S7-300 ka S7-200 PLC-u Ovim su zavrena podeavanja u programu SIMATIC Manager i moe se prei na program STEP 7Micro/WIN koji slui za podeavanje i programiranje S7-200 PLC-a.

6.2.3.STEP 7- Micro/WINOvaj program omoguava podeavanje komunikacije kao i programiranje S7-200 PLC-a. Na poetku je potrebno selektovati tip korienog PLC-a, izborom opcije iz menija PLC>Type> CPU224XP. Zatim je potrebno podesiti odreene parametre vezane za PPI komunkaciju. PPI komunikacioni protokol slui za podeavanje i programiranje S7-200 PLC-a uz korienje PPI MultiMaster kabla. Sva podeavanja kao i programiranje PLC-a S7-200 obavljaju se u programu Step 7-MicroWin. Podeavanja vezana za sistem tj. za sam PLC nalaze se u System Block-u. On se poziva iz menija View>Component>System Block. Podeavanja vezana za komunikaciju nalaze se u odeljku Communication Ports (podrazumeva se da je View>Component>Set PG/PC Interface komunikacija podeena na PC/PPI Cable (PPI)). Brzine oba porta su podeene na 9.6 kbps. Adresa porta P0 je podeena na 1. Ovaj port je predvien za prikljuenje PLC-a na USS bus. Adresa porta P1 je podeena na 2. Ovaj port je predvien za programiranje PLC-a preko PPI kabla. Na Slici 50 su prikazana pomenuta podeavanja. Sva podeavanja je potrebno uitati u PLC da bi postala aktivna, to se vri izborom opcije File>Download.

43


Slika 50: Podeavanja komunikacije u Step7-MicroWIN alatu Realizacija komunikacije kroz programski kod: Upravljenje i parametrizacija MicroMaster MM440 frekventnog regulatora korisenjem USS protokola, u ovom radu, je ostvarena pomou specijalne USS biblioteke u programu STEP 7Micro/WIN, koju nudi Siemens za svoj S7-200 PLC. Ova biblioteka omoguava celokupnu implementaciju USS protokola pomou etiri vrste instrukcija: USS_INIT - inicijalizacija USS protokola USS_CTRL - kontrola brzine MM440 USS_ WPM_x - promena vrednosti parametara USS_ RPM_ x - oitavanje parametara sa Siemens-ovog MM440 frekventnog regulatora

Da bi koristili ove instrukcije potrebno je prvo instalirati USS biblioteku, a zatim u programu STEP 7-Micro/WIN pronai folder Instructions>Libraries>USS protocol u kome se nalaze ove instrukcije. Pre poetka pisanja programa potrebno je rezervisati 400 byte V memorije za USS promenjljive. Desnim klikom na Program Block otvara se padajui meni u kome biramo opciju Library Memory . Kada selektujemo ovu opciju otvara se prozor Library Memory Allocation, prikazan na Slici 48, u kome nam je predloen opseg V memorije koga koristimo za USS promenjljive. Bitno je napomenuti da su adrese memorijskih lokacija iz ove oblasti rezervisane iskljuivo za promenjljive USS instrukcija i svako korienje van ovih instrukcija moe dovesti do prijavljivanja raznih greaka prilikom pokretanja programa. Ukoliko su memeorijske adrese iz ponuenog opsega V memorijske oblasti ve koriene negde u programu, potrebno ih je promeniti. Pritiskom na polje Suggest Address vrimo alokaciju nove memeorijske oblasti Slika 51.

44


Slika 51: Alokacija V memorije za potrebe USS promenjljivih Realizacija komunikacije kroz programski kod: Potrebno je informacije koje su poslate od S7-300 PLC-a i stigle u Receive mailbox (Output buffer) S7-200 PLC-a sauvati u nekoj drugoj memorijskoj oblasti (u ovom sluaju su to memorijske oblasti MW20 i VD 30), jer u protivnom, ukoliko stignu novi podaci u Receive mailbox oni nee moi da zamene stare podatke ukoliko ih program u tom trenutku obrauje (zamenie ih tek nakon novog auriranja PQ oblasti), Slika 52.

Slika 52:Premetanje informacija sa Output buffer-a S7-200PLC-a na memorijske lokacija MW20 i VD30 ovog PLC-a 45


USS_INIT instrukcija omoguava inicijalizaciju porta P0 za USS komunikaciju. Pre unosa drugih USS instrukcija potrebno je ovu instrukciju uitati u PLC i izvriti. Vrednost 1 ispred Mode ulaza oznaava da je port P0 namenjen za USS protokol (0 oznaava PPI protokol). 9600 predstavlja brzinu prenosa informacija. 16#1 oznaava da je MM440 frekventni regulator na adresi 0 aktivan (potrebno je da se ova podeavanja podudaraju sa podeavanjima u MM440 regulatoru). Kada se instrukcija izvri Done izlaz se postavlja u ON stanje.

Slika 53: USS_INIT instrukcija

Slika 54: USS_CTRL instrukcija

46


USS _CTRL instrukcija (Slika 54) slui za kontrolu MM440 frekventnog regulatora. Postavljanjem RUN ulaza u ON stanje dajemo naredbu za start motora, koji ubrzava do zadate brzine koja je upisana u VD30 memorijsku lokaciju. Da bi se motor pokrenuo MM440 mora biti selektovan kao aktivan u USS_INIT instrukciji, OFF2 i OFF3 mora biti postavljano na 0 i izlaz F_ACK mora biti na 0. OFF2 omoguava zaustavljanje motora po inerciji, a OFF3 omoguava zaustavljanje motora po rampi. F_ACK (fault acknowledge) bit se koristi za potvrdu greke u regulatoru. Regulator brie fault stanje prebacivanjem ovog bita iz 0 u 1. DIR (direction) omoguava promenu smera obrtanja motora. Drive oznaava adresu regulatora (postavljena na 0). Type predstavlja tip regulatora. Poto se koristi MM440 regulator upisujemo vrednost 1 ispred ovog ulaza. Speed predstavlja zadatu brzinu frekventnog regulatora u procentima. Mogui opseg brzine je od -200 do + 200%. USS_RPM_W instrukcija (Slika 55) slui za oitavanje parametara MM440 frekventnog regulatora. Prebacivanjem XMT ulaza u ON stanje alje se zahtev za oitavanje vrednosti parametra ka MM440. Param predstavlja broj parametra, u ovom sluaju se oitava vrednost parametra pod brojem 5, koji predstalja trenutnu vrednost frekvencije. Index predstavlja index parametra iju vrednost elimo da oitamo. &VB20 predstavlja adresu bafera. Valeue je vrednost parametra koga oitavamo.

Slika 55: USS_RPM_W instrukcija Ovim su podeavanja vezana za USS komunikaciju zavrena. Napisani program je potrebno sauvati i uitati u PLC.

47


6.2.4.SIMATIC WinCC flexible 2005 - AdvancedScada program SIMATIC WinCC flexible 2005 Advanced predstavlja moan HMI1 softver koji slui za deliminu kontrolu2, nadzor i prikupljanje podataka u automatizovanom sistemu korienjem PC-a3. Pored toga omoguava definisanje i prikaz alarmnih stanja u sistemu, prikaz trendova, odnosno prikaz promena veliina sistema u vremenu, formiranje izvetaja o alarmima, trendovima i akcijama operatera, kao i njihovo arhiviranje odnosno trajno uvanje. Proces je predstavljen grafiki na ekranu, preko skupa grafikih elemenata kojima su pridrueni procesni tagovi (process tagss). Procesni ili eksterni tagovi omoguavaju komunikaciju izmeu komponenti automatizacionog procesa, npr. HMI ureaja i PLC-a (u ovom radu PC-a i S7300 PLC-a), odnosno omoguavaju komunikaciju izmeu operatera i procesa. Eksterni tag je slika odreene memorijske lokacije u PLC-u. Operateru je omogueno da oitava i podeava vrednosti procesnih veliina, sa strane HMI ureaja (PC-a), korienjem procesnih tagova preko memorijskih lokacija PLC-a. Postoje i interni tagovi (internal tagss) koji su smeteni u memoriji HMI ureaja i koji slue za izvrenje internih (lokalnih) prorauna. Ovi tagovi nemaju konekciju ka PLC-u. Po startovanju programa i izborm opcije Create a new project with the Project Wizard otvaramo novi projekat. Izborom opcije Small machine ostvarujemo direktnu vezu izmeu HMI ureaja i PLC-a. Nakon ove opcije otvara se prozor prikazan na Slici 56 u kome podeavamo tip komunikacije izmeu HMI ureaja i kontrolera, kao i tip korienog kontrolera.

Slika 56: Izbor komunikacije i tipa kontrolera

Human Machine Interface - oznaava interfejs izmeu operatora i maine odnosno procesa/postrojenja. U veini sluajeva SCADA softver omoguava deliminu kontrolu procesa, jer su glavne kontrolne funkcije skoro uvek zabranjene operateru u stanici. Najvei deo kontrole se vri automtski od strane PLC-a. 3 Osim Advanced postoje Micro,Compact i Standard verzije koje slue iskljuivo za prograniranje SIMATIC PANEL-a.2

1

48


Nakon ovih uvodnih podeavana, pojavljuje se radni prozor prikazan na Slici 57.

Slika 57: Radni przor SIMATIC Win CC flexible 2005 - Advanced softvera Radni prozor na Slici 57 se sastoji iz nekoliko glavnih okvira: Project View (u levom delu)-sadri sistematski popis svih vanijih svojstava i funkcionalnosti paketa. Takoe omoguava brz i jednostavan pristup eljenim editorima, podeavanjima i sl. Work area(centrtalni deo)- radni prostor za kreiranje grafikog interefejsa, kao i pregled editora. Tools (u desnom delu)- prozor sa grafikim alatima potrebnim za izradu interfejsa

Najvaniji editori u okviru ovog prozora su: Screens editor sadri komande za dodavanje novih radnih ekrana u projekat, kao i pozivanje i izmenu postojeih Tags editor slui za konfigurisanje eksternih i internih tagova Connections editor za difinisanje i uspostavljanje veza sa spoljanjim ureajima sa kojih se oitavaju podaci, najee su to PLC-ovi. Postoje drajveri za sve komercijalno zastupljenije ureaje, pa je time konfigurisanje i uspostavljanje veze u veoj meri olakano Analog alarms editor za definisanje i podeavanje svojstava analognih alarma Descrete alarms editor za definisanje i podeavanje svojstava digitalnih alarma Data logs editor za definisanje i podeavanje logova sa podacima. Podatke je mogue uvati u tekstualnoj datoteci ili zapisivati u bazu podataka Alarm logs isto kao i prethodni, samo to se odnosi iskljuivo na zapis i uvanje alarmnih stanja Scripts editor za pisanje programskih skripti u Visual Basicu

U odeljku Communication, u editoru Connections su izvrena sledea podeavanja: fizika veza sa PLC-om ostvarena je preko USB-MPI/DP kabla; parametri MPI komunikacije: brzina prenosa

49


podataka (Baud rate, 187.5 Kbit/s), profil MPI, adresa HMI ureaja, PC-a, je postavljena na 1, a adresa PLC-a je postavljena na 2, Slika 58.

Slika 58: Podeavanje komunikacije sa PLC-om U odeljku Communication, u editoru Tagss vrimo unos eksternih i internih tagova, Slika 59. Pri unoenju eksternih tagova u bazu potrebno je odrediti vezu sa koje se oitavaju, njihov tip i adresu memorijske okacije PLC-a sa koje se oitavaju. Treba voditi rauna o dodeljivanju adresa tagovima, da bi se izbeglo da se adrese delimino poklapaju i tako pogreno oitavaju vrednosti.

Slika 59: Editor baze podataka tj. Tags editor 50


Adrese eksternih tagova u ovom projektu su odreene prema podeenim adresama procesnih podataka (PCD deo) PROFIBUS telegrama i prema adresama memorijskih lokacija PLC-a S7-300 koje slue za prihvatanje informacija sa Scade, koje dalje prosleuju ka S7-200 PLC-u. Bilo kakva izmena funkcije delova PROFIBUS telegrama (PPO), obavezno povlai izmenu u dodeljivanju adresa promenljivima u bazi podataka WinCC flexible. Takoe, u ovom editoru mogu izvriti i druga podeavanja vezana za tagove, od kojih su vanija npr. ciklus akvizicije, nain tj. mod akvizicije, razne granine vrednosti, skaliranja itd. Naredni korak je konfigurisanje grafikog interfejsa korienjem grafikih simbola, koji se nalaze u Tools prozoru, kao i povezivanje sa tagovima. Grafiki interfejs se sastoji iz 3 prozora: GLAVNI, DANFOSS i SIEMENS GLAVNI prozor (Slika 60) omoguava izbor motora kojim e se upravljati. Jednostavnim klikom na ikonu Danfoss-ovog ili Siemens-ovog frekventnog regulatora prelazimo na jedan od preostala dva prozora DANFOSS ili SIEMENS.

Slika 60: Izgled glavnog prozora Aktiviranje ovih prozora je ostvareno korienjem dve Switch grafike komponente iz Tools prozora. Klikom na Switch komponentu otvara se prozor Property View za njeno konfigurisanje. Izborom opcije General u polju Type biramo opciju Switch with graphic, dok je u opciji Events>Change potrebno podesiti ActivateScreen i izabrati DANFOSS prozor ime je omogueno njegovo aktiviranje. Navedena podeavanja se odnose i na drugi Switch koji omoguava prelaz na prozor SIEMENS stim da je potrebno u opciji Events>Change podesiti ActivateScreen i izabrati naziv pomenutog prozora. IZLAZ predstavlja grafiku komponentu Button koja omoguava izlazak iz Runtime reima Scade. Da bi to omoguili potrebno je da u prozoru koji se aktivira klikom na ovu komponentu u opciji Events>Click podesimo Stop Runtime mod. 51


DANFOSS prozor (Slika 61) poseduje osnovne kontrole za upravljanje motorom, a to su pokretanje/zaustavljanje i zadavanje eljene vrednosti brzine. Za pokretanje i zaustavljanje koriena je grafika komponenta Switch, pri emu su njena stanja Switch on i Switch off podeena za upisivanje heksadecimalnih vrednosti 047C (decimalno 1148) i 043C (1084) za start i stop motora u tag CTW, koji slui za prenoenje kontrolne rei do frekventnog regulatora. Pomeranjem klizaa kontrole Slider zadajemo referencu brzine motora, pri emu dolazi do promene vrednosti taga MRV_0-100% u opsegu od 0 do 100. Kod definisanja navedenog taga u Events/Change value vri se linearno skaliranje da bi se dobila vrednost iz apsolutnog opsega 0 do 16384, koja se upisuje u tag MRV (koji se potom PROFIBUS-om alje kao zadata vrednost brzine frekventnom regulatoru). Kontrola Gauge grafiki prikazuje stvarnu tj. oitanu vrednost brzine motora, skaliranu u obrtaje po minuti (pridrueni tag je MAV_rpm), dok komponenta IO Field prikazuje trenutnu vrednost struje.

Slika 61: Izgled DANFOSS prozora Klikom na dugme SIEMENS prelazi se u istoimeni prozor (Slika 62). On takoe poseduje osnovne kontrole za upravljanje motorom, a to su pokretanje, zaustavljanje po rampi i po inerciji, promena smera obrtanja i zadavanje eljene vrednosti brzine. Za pokretanje i zaustavljanje koriena je grafika komponenta Switch, pri emu su njena stanja Switch on i Switch off podeena za upisivanje vrednosti 0 ili 1 za start i stop motora u tag start_USS. Pomeranjem klizaa kontrole Slider zadajemo referencu brzine mtora, pri emu dolazi do promene vrednosti internog taga brzina_ref_0100% u opsegu od 0 do 100. Informacija o referenci brzine koja se alje ka S7-300 PLC-u i dalje USS bus-om ka MM440 frekeventnom regulatoru, upisuje se u eksterni tag brzina_ref koji sadri skaliranu, odnosno istu vrednost taga brzina_ref_0-100% (jer je skaliranje izvreno po obrascu y=a*x+c, gde je a=1,c=0 ). Kontrola Gauge grafiki prikazuje stvarnu tj. oitanu vrednost brzine motora (pridrueni tag je brzina_ocit).

52


Slika 62: Izgled SIEMENS prozora Nakon definisanja korisnikog interfejsa za kontrolu brzine motora, potrebno je integrisati WinCC flexible projekat u kreirani projekt u SIMATIC Manager-u. To je omogueno izborom opcije Project>Integrate in Step 7. Ovim je uspostavljena komunikacija izmeu HMI softvera-WinCC flexible i realizovanog elektromotornog pogona ija je konfiguracija definisana u projektu SIMATIC Manager-a. Zatim je potrebno kompajlirati projekat i izvriti ga. Uz pomo WinCC Runtime programa, koji predstavlja jednu od osnovnih komponenti WinCC flexible softvera, omogueno je izvrenje projekta u procesnom modu, odnosno omoguena je nadzor i upravljnje procesom, odnosno realizovanim elektromotornim pogonom u realnom vremenu.

53


7.Izrada laboratorijske maketeU cilju jednostavnijeg povezivanja PLC-a S7-300 i Danfoss FC302 frekventnog regulatora u PROFIBUS mreu izraena je laboratorijska maketa koja objedinjuje pomenute ureaje na jednom mestu i koja sadri Simeas P mreni akvizicioni ureaj, kao i opremu za zatitu ovih ureaja od potencijalnih kvarova i opremu za signalizaciju. Razvodna tabla i sva koriena oprema koja sainjava laboratorijsku maketu nacrtani su u programu Microsoft Office Visio 2007, u razmeri 1:1, i prikazani su na Slici 63.

Slika 63: Dispozicija opreme laboratorijske makete 54


Elementi oznaeni brojevima na Slici 63 su: 1. PLC Siemens S7-300 CPU 314C-2DP 2. Danfoss frekventni regulator FC302 3. Simeas P mreni akvizicioni ureaj proizvoaa Siemens 4. Trafo 220V AC/ 24V DC za napajanje izlaza PLC-a 5. Motorni zatitni prekida sa pridruenim podnaponskim releom 6. Automatski osigurai 7. Total stop taster (tzv.peurka) 8. Tasteri za start, stop, ubrzanje i usporenje motora 9. Signalizacija 10. Releji 220V prikljueni na izlaze PLC-a 11. Kablovska kanalica 12. Razvodna tabla Sa X1,X2,X3 s

Documents

ISIP Master - PLC EMP Sa Profibus Vezom