Självständigt arbetelnu.diva-portal.org/smash/get/diva2:1150460/FULLTEXT01.pdf · 2017. 10. 19. · Sammanfattning . Sjöfartshögskolan, som är en institution på Linnéuniversitetet,

Självständigt arbete

Övervakning av elproduktion i ö-nät

Tobias Hedin 2017-10-16 Kurs: Självständigt arbete Kurskod: 2SJ52E

iii

Linnéuniversitetet Sjöfartshögskolan i Kalmar

Kurs: Självständigt arbete, 2SJ52E

Arbetets omfattning: 15hp

Titel: Övervakning av elproduktion i ö-nät

Författare: Tobias Hedin

Handledare: Magnus Nilsson

Sammanfattning

Sjöfartshögskolan, som är en institution på Linnéuniversitetet, utbildar sjöbefäl. I en av

kurserna som ingår i sjöingenjörsstudenternas verksamhetsförlagda utbildning, konstruerar och

kopplar studenterna ett distributionsnät av samma typ som finns ombord på fartyg. För att

skapa en överblick av de distributionsanläggningar som byggs, kan ett övervakningssystem

användas. Då det innebär en stor inköpskostnad med låg nyttjandegrad, att köpa in ett system

som kan anpassas efter detta behov, så skapas det genom detta arbete ett övervakningssystem

speciellt utformat för detta ändamål.

Genom en metodik som innebar inventering av signaler, val av utrustning och

kommunikationsprotokoll, upprättande av kommunikation, skapande av ett användargränssnitt,

simulering av signaler och skapande av ett funktionsblock för studenterna att implementera i

sina PLC-program, togs ett fungerande övervakningssystem fram. Under arbetet visade det sig

att kommunikationsmöjligheterna var begränsade och styrde till stor del valet av komponenter

samt programmeringsspråk.

Det färdiga övervakningssystemet testades, med godkänt resultat, med hjälp av simulerade

signaler in till PLC-systemen.

Nyckelord: Ö-nätsdrift, Tillämpad Elteknik, överordnat övervakningssystem, Modbus, TCP,

PLC, Arduino, Raspberry Pi

iv

Linnaeus University Kalmar Maritime Academy

Degree course: Independent project, 2SJ52E

Level: Diploma thesis, 15hp

Title: Surveillance of island operation electrical systems

Author: Tobias Hedin

Supervisor: Magnus Nilsson

Abstract

Kalmar Maritime Academy, which is an institution at Linnaeus University, educates ship's

officers. In one of the courses for the marine engineers training, the students are designing and

setting up a distribution net for electricity of the same type found on board vessels. To get an

overview of the distribution nets being built, a monitoring system is used. This means a high

cost with low capacity utilization, to buy a monitoring system that can be adapted to this need,

so this work aims to develop a superior monitoring system specifically designed for this

purpose.

Through a methodology that involved the inventory of the signals, choice of equipment and

communication protocols, establishing communication, creating a user interface, the

simulation of signals and the creation of a function block for students to implement in their

PLC programs were a custom monitoring system developed. During the work, it was clear that

the communication options were limited and governed the choice of components and

programming languages.

The complete monitoring system was tested successfully, using simulated signals into PLCs.

Keywords: Island operation, Applied Electrical Engineering, parent monitoring, Modbus, TCP,

PLC, Arduino, Raspberry Pi

v

Förord

I och med detta arbete sjösatte jag en idé som utkristalliserats under de senaste tre åren. Idén

tog fart efter det att Daniel Forsström och Oskar Klintrot, genom sitt examensarbete 2014,

visat möjligheterna med mikrokontroller tillsammans med andra styrsystem. Jag vill passa på

att tacka min familj för det enorma tålamod de visat när programmering och provning skedde i

stort sett under dygnets alla timmar på matsalsbordet hemma i Berga.

VII

Innehållsförteckning

1 INLEDNING ........................................................................................................................ 1 1.1 BAKGRUND ..................................................................................................................... 1 1.2 SYFTE .............................................................................................................................. 2 1.3 FRÅGESTÄLLNING ........................................................................................................... 2 1.4 AVGRÄNSNINGAR ............................................................................................................ 3

2 TEORI .................................................................................................................................. 5 2.1 DISTRIBUTIONSNÄT ......................................................................................................... 5 2.2 ÖVERVAKNING ................................................................................................................ 6 2.3 STYRSYSTEM ................................................................................................................... 6 2.4 MIKROKONTROLLER ....................................................................................................... 7 2.5 MODBUS.......................................................................................................................... 8 2.6 NÄTVERKSSWITCH .......................................................................................................... 9 2.7 VARIABLER INOM PROGRAMMERING ............................................................................... 9

3 GENOMFÖRANDE ......................................................................................................... 11 3.1 INVENTERING AV SIGNALER OCH SIGNALTYPER ............................................................ 11 3.2 VAL AV UTRUSTNING OCH KOMMUNIKATIONSPROTOKOLL ........................................... 11 3.3 UPPRÄTTANDE AV KOMMUNIKATION MELLAN ENHETERNA .......................................... 12 3.4 SKAPANDE AV GRÄNSSNITT FÖR PRESENTATION AV SIGNALER ..................................... 13 3.5 SIMULERING AV SIGNALER FÖR VERIFIERING AV FUNKTION .......................................... 13 3.6 SKAPANDE AV FUNKTIONSBLOCK .................................................................................. 16

4 RESULTAT ....................................................................................................................... 17 5 DISKUSSION .................................................................................................................... 21 6 REKOMMENDATIONER TILL FORTSATT UTVECKLING ................................. 23 REFERENSER ......................................................................................................................... 25

VIII

Bilagor

BILAGA 1 Programkod för Arduninoenheterna BILAGA 2 Programkod för funktionsblocket BILAGA 3 Node-Red-programmet BILAGA 4 Datablad

Figurer

FIGUR 1 Illustration av arbetscykel för PLC ............................................................................. 7 FIGUR 2 OSI-modellens sju lager .............................................................................................. 8 FIGUR 3 Illustration av en array med en längd av 48 element ................................................... 9 FIGUR 4 Koppling med resistorer och potentiometer för att simulera analog mätsignal 0…10 VDC ........................................................................................................................................... 15 FIGUR 5 Koppling med resistorer och potentiometer för att simulera analog mätsignal 4…20 mA ............................................................................................................................................. 15 FIGUR 6 Illustration över övervakningssystemet. I centrum återfinns nätverksswitchen som alla enheter, förutom bildskärmen, är kopplade till. På vänster sida återfinns fyra stycken plc, nere till höger visas fyra stycken arduinoenheter. Uppe till höger är raspberry pi-enheten som är kopplad till bildskärmen ......................................................................................................... 18 FIGUR 7 Den dashboard som användes i arbetet skapades med det grafiska programmeringsverktyget node-red ........................................................................................... 19 FIGUR 8 Ett funktionsblock skapades så studenterna på ett enkelt sätt kunde knyta sina variabler direkt till funktioner framtagna för ändamålet ............................................................ 19

Tabeller

TABELL 1 Sammanställning av larm- och mätsignaler ........................................................... 17

IX

Definitioner och förkortningar

Arduino Mikrokontoller med öppen hårdvara

Array Matris

BOOL Variabel av boolesk typ

C Maskinnära lågnivåspråk

Dashboard Grafiskt gränssnitt

Debian Linuxdistribution

Drivmaskin Den maskin som roterar generatoraxel

Drift mot starkt nät Generator inkopplad mot nät med fast frekvens och spänning

E12-serien Standardserie för resistorer

Funktionsblock Byggblock som används vid programmering med

funktionsblocksdiagram

HDMI Gränssnittsstandard vid överföring av digitalt ljud och bild

Högnivåspråk Programmeringsspråk som liknar engelska i sin syntax

I/O In- och utgångar på styrsystem eller mikrokontroller

Input Contact En bit i ett dataregister som läses som insignal

INT Heltalsvariabel

IP-adress Adress som används på Internet och nätverk för datorer

Isolerat system En ensam generator i drift

Java Högnivåspråk

Linuxdistribution Utgåva av det öppna operativsystemet Linux

Lågnivåspråk Programmeringsspråk som är maskinnära

MAC-adress Identifieringsadress för nätverkskort

Modbus Kommunikationsprotokoll

Node-Red Grafiskt programmeringsverktyg

OLE Länknings- och inbyggnadsteknik för länkning till dataobjekt

X

OPC En uppsättning standarder för kommunikation inom data- och

telekommunikation

OSI Modell för datorkommunikation, ISO/IEC 7498

Output Coil En bit i ett dataregister som skrivs till som utsignal

PLC Styrsystem

Raspberry Pi Mikrokontroller eller enkortsdator

Raspbian Operativsystem baserat på Debian

REAL Variabeltyp som kan hantera bade rationella och irrationella tal

SCADA Övervakningssystem för processer

Structured Text (ST) Standardiserat programmeringsspråk för PLC, IEC 61131-3

Syntax Uppbyggnad av programmeringsspråk

TCP/IP Kommunikationsprotokoll för datakommunikation över nätverk och

Internet

USB Seriell databuss

WORD Datatyp som vanligtvis representeras av 16, 32, eller 64 bitar

Ö-drift, Ö-nät Flera generatorer samkörs i eget nät

1

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Sjöfartshögskolan, som är en institution på Linnéuniversitetet, utbildar sjöbefäl samt

personal inom den landbaserade driftsektorn. För att en sjöingenjörsstudent skall få ut sin

behörighet Klass V måste en viss verksamhetsförlagd utbildning genomföras ombord på

fartyg. En del av den verksamhetsförlagda utbildningen görs som el-praktikant under sex

månader. Denna el-praktik kan dock genomföras under kortare tid än sex månader om det

sker i en av Transportstyrelsen godkända utbildningssamordnares regi, vilket i

Transportstyrelsens föreskrifter kallas för styrd praktik [1]. På Sjöfartshögskolan heter

kursen för den styrda el-praktiken Tillämpad Elteknik. Då kursen ersätter utbildning som

skall ske ombord så är det en kurs med tydlig praktisk inriktning. Förhållandet mellan

praktiska övningar och teoretiska genomgångar är 90-10, där de praktiska övningarna står

för 90 % av tiden. Ett av de avslutande momenten i kursen är att konstruera och bygga ett

distributionssystem likt de system som finns ombord på fartyg för produktion och

distribution av el. Dessa distributionssystem består av ett antal generatorer som, kopplade

tillsammans, skall generera el till olika sorters förbrukare. Dock är övningen till viss mån

simulerad då drivmaskinen normalt sett består av en dieselmotor, i övningen drivs

generatorn runt av en asynkronmotor.

I en övning där det produceras och distribueras el krävs det åtgärder för att det skall kunna

genomföras på ett säkert sätt. För att skydda både personer och utrustning från elchock,

överbelastning, brand etc. så används diverse skydd. Dessa skydd skickar signal alternativt

utför förbestämd åtgärd vid onormalt tillstånd [2]. I distributionssystemen återfinns också

mätsignaler för övervakning. För styrning och kontroll av de distributionssystem som

studenterna bygger under kursens gång, används en Programmable Logic Controller (PLC)

som programmeras av studenterna med hjälp av kunskaper från tidigare kurser inom

utbildningsprogrammet samt tidigare kursmoment i den styrda el-praktiken [3].

Distributionssystemens utformning präglas av studenternas förmåga och val att skapa

lösningar på de olika problemställningar som de ställs inför under arbetets gång. Dock får

studenterna en vägledning i form av en beställning från kursledningen. Beställningen är på

ett distributionssystem och krav på vilka larm- och mätsignaler som skall användas anges.

2

Som tidigare nämnts programmerar studenterna styrning och kontroll av

distributionssystemen. På marknaden finns idag inga färdiga övervakningssystem utformat

för detta ändamål och som en del av kursen skapar således studenterna ett sådant för varje

distributionssystem. I uppgiften ingår att skapa ett grafiskt användargränssnitt för den egna

gruppens distributionssystem och för att få en överblick över alla distributionssystem som

studenterna bygger under en läsperiod, kan ett överordnat övervakningssystem användas

men det finns i dagsläget inte tillgängligt. Ett sådant övervakningssystem presenterar larm-

och mätsignaler för varje anläggning. De överordnade övervakningssystem som finns på

marknaden är avancerade och komplexa i sin arkitektur vilket i sin tur ger ett pris högre än

kursens materiel- och driftbudget som är fastställd till 20 000 SEK per läsår. Detta innebär

att ett överordnat övervakningssystem anpassat till kursens behov och budget inte finns

färdigt att inhandla.

1.2 Syfte Syftet med detta arbete är att skapa ett överordnat övervakningssystem, anpassat för

verksamheten i kursen Tillämpad Elteknik.

1.3 Frågeställning För att arbetet skall få en struktur i genomförandet och för att leda fram till syftet så har

följande frågeställningar tagits fram:

• Vilka typer av signaler skall presenteras?

• Vilket kommunikationsprotokoll och utrustning är lämpligast att använda vid

dataöverföring från distributionssystemens övervakningssystem?

• Hur kan ett användargränssnitt utformas till övervakningssystemet?

• Hur kan programmering av dataöverföring mellan distributionsanläggningarna

och övervakningssystemet förenklas vid normal drift?

3

1.4 Avgränsningar • Signaler som skall användas för presentation hämtas från den typ av PLC som

används i kursen.

• Programmeringsverktyg för PLC skall vara originalverktyg för att säkerställa

bakåtkompatibilitet och funktion vid kommande kurstillfällen.

• Funktion hos mjukvara, vars kod skrivs löpande under detta arbete, kontrolleras

genom simulerade signaler.

• Säkerhet mot intrång i datanätverk kontrolleras ej då informationen som skall

hanteras inte bedöms som känslig för utomståendes insyn.

• Projektet har en budget på 4000 SEK.

4

5

2 Teori

2.1 Distributionsnät El är energi som omvandlats från något annat energislag, exempelvis lägesenergi eller

värmeenergi. Elproduktion görs vanligast med generatorer som drivs runt av en turbin, en

dieselmotor, vinden etc. Oavsett produktionsmetod så måste elen distribueras vidare för

användning och för att få ett stabilt och säkert el-nät så krävs övervakning för att kunna

vidta åtgärder vid förändringar i elproduktion eller elförbrukning. I Sverige finns ett stabilt

elnät, enligt Svensk Energi låg leveranssäkerheten för el i Sverige 2012 på 99,98 % [4].

Varje produktionsanläggning kan styra och övervaka sin del av elproduktionen. Den

övergripande benämningen på dessa övervakningssystem är Power Management System

(PMS) [5].

De vanligaste driftfallen för en elproduktionsanläggning är:

• isolerat system

• drift mot starkt nät

• ö-drift

Isolerat system består av en enda generator. Drift mot starkt nät är när generatorn (eller

generatorerna) producerar och levererar effekt ut på stamnätet, det nät som både

kärnkraftverk och vindkraftverk producerar mot vilket gör nätet till ett starkt nät. Det tredje

driftfallet är ö-drift. Enligt Elsäkerhetsverket så definieras ö-drift enligt följande: ”Drift av

produktionsanläggningar, stationer och ledningsnät i delsystem för att försörja ett område

eller en verksamhet med elkraft” [6]. Ombord på fartyg är ö-drift det vanligaste driftfallet

då behovet av el är varierande och oftast kräver flera generatorer samt att generatorerna

inte har möjlighet att jobba mot starkt nät då de inte är kopplade mot något annat nät än

fartygets egna. Dock kan fartyg i vissa hamnar få el från land, även kallad landström, men

då producerar oftast inte fartygets egna generatorer el mer än i av- och pålastningsfas.

Elproduktionen ombord sker alltså med generatorer som samkörs helt fristående från andra

distributionsnät [7]. Dessa produktionsanläggningar och distributionsnät måste ständigt

övervakas både för driftsäkerhet och personsäkerhet. Denna övervakning görs med

inhämtande av signaler från givare och skydd.

6

2.2 Övervakning Överföring av signaler för övervakning kan göras med en stor variation där signaltyper,

kommunikationssätt och presentation är några av de variabler som påverkar valen när

ett övervakningssystem skall konstrueras [8]. Kommunikationen, som måste upprättas

för att överföra signaler mellan enheter eller system, kan variera i typ och omfattning

och ibland går det inte att överföra signaler direkt utan något slag av omvandling måste

ske. När ett modernt styrsystem används så kräver det någon typ av programmering.

Detta för möjliggörandet av att ta emot signaler, styra och utföra åtgärder samt skicka

information till övervakningssystem för presentation av data [9].

För att presentera mätvärden och larm från en process på en datorskärm används ofta

Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA). Ett SCADA-system har en

arkitektur och ett användargränssnitt mot processen som styrs och kontrolleras. Ofta så är

det mindre komplicerat att använda sig av ett SCADA-program för att skapa ett

användargränssnitt än att börja programmera från grunden på egen plattform. Detta då det

inte kräver några djupare programmeringskunskaper, dock är resultatet bundet till de

möjligheter och funktioner som finns i SCADA-programmet. Ett SCADA-program

använder sig ofta av en OPC-server. OPC står för Object Linking and Embedding for

Process Control och kan ses som kopplingen mellan Windows och hårdvara ute i en

process [10].

2.3 Styrsystem Det traditionella styrsystemet benämns PLC och kan hantera olika typer av signaler samt

förmedla dessa för vidare hantering. Ofta är PLC programmerade att ta in mätsignaler och

processa dessa för att sedan utföra något slags åtgärd. Detta speglar hur en PLC arbetar, se

figur 1. Det första som sker i en cykel för PLC är att ingångarna läses och de avlästa

värdena kopieras in i programkoden antingen via direkt adressering eller via variabler, se

avsnitt 2.7. Nästa steg är att exekvera programkoden så beräkningar och ändringar i

register görs. Sist så skrivs resultatet från programkoden till utgångarna som intar nya

värden eller lägen [9].

7

Figur 1. Illustration av arbetscykel för PLC.

2.4 Mikrokontroller Under 2000-talet har det kommit ut flera olika typer av programmerbara utvecklingskort

s.k. mikrokontrollers. Mikrokontrollers kan användas till olika applikationer och styrningar

då det finns tillbehör så som givare, kommunikationsmöjligheter etc. Priset anses vara lågt

i förhållande till traditionella styrsystem och dessutom inkludera fler möjligheter och

funktioner. En av de mest framgångsrika och mest använda mikrokontrollerna på

marknaden är Arduino. En annan framgångsrik modell av utvecklingskort är Raspberry Pi

som är mer av en generell dator med både operativsystem och expansionsmöjligheter [11].

Arduino är vid leverans färdigt för att ta emot programkod som i stort överensstämmer

med lågnivåspråket C. Raspberry Pi anses vara mer komplex i och med valfrihet i

utvecklingsplattform och därmed också mer komplicerad att anpassa till sina behov [12].

Till dessa mikrokontrollers kan ett användargränssnitt byggas. Istället för ett helt SCADA-

system så kan, i dessa sammanhang, ett användargränssnitt som kallas för dashboard

användas. En dashboard innehåller de viktigaste funktionerna för snabb överblick men inte

för hela systemet [13]. Dashboard är vanligt inom hemautomation, s.k. smarta hem, där

användaren kan styra och övervaka genom ett enkelt och tydligt grafiskt

användargränssnitt [14].

Kopiering av ingångarna

ProgramexekveringUppdatera utgångarna

8

2.5 Modbus Modbus är ett standardiserat kommunikationsprotokoll för enheter inom industrin där det

är ett av de mest använda protokollen för dubbelriktad överföring mellan klient och server.

Inom datakommunikation används en modell vid namn Open Systems Interconnection

(OSI) för att beskriva uppbyggnaden av en kommunikationskedja i sju lager. Det fysiska

mediet är lager 1 och applikationer sorteras in i lager 7, se figur 2. Modbus återfinns i OSI-

modellens lager 7 och finns i flera versioner [15].

Lager 7 Applikation Lager 6 Presentation Lager 5 Session Lager 4 Transport Lager 3 Nät Lager 2 Datalänk Lager 1 Fysiska lagret

Figur 2. OSI-modellens sju lager.

Modbus kan användas i seriell kommunikation eller över Ethernet. Den seriella

kommunikationen har sin enkelhet i en tvåtrådskommunikation och då kan Modbus RTU

eller Modbus ASCII användas. I och med Internets utbredning och därmed också

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP-protokollet) så utvecklades en

variant av Modbus som körs via TCP/IP [16]. Överföring av data sker då en klient skickar

förfrågan till en server, servern bearbetar förfrågan och skickar sedan ett svar till klienten.

Förfrågan från klienten innehåller information om detaljer i kommunikationen så som IP-

adress, funktionskod, registeradress, antal register [17]. Den utrustning, som används i de

system som skall övervakas, begränsar kommunikationsmöjligheter och har mättekniska

begränsningar. De flesta styrsystem på marknaden har flera kommunikationsmöjligheter

och därför kan systemen bli komplexa i sin arkitektur då de skall hantera olika

kommunikationsbussar, protokoll, mätsignaler etc. [18].

9

2.6 Nätverksswitch För att styra datatrafiken mellan enheter i ett nätverk används en switch. I hemmanätverk

är det ofta en switch inbyggd i routern som fördelar Internetuppkopplingen [19]. En switch

arbetar i lager 2 i OSI-modellen [20]. Tidigare metoder att styra datatrafik över Ethernet

var via hubbar men de hade inte förmågan att lära sig vilken port inkopplade enheterna

sitter i utan skickar all datatrafik till alla enheter vilket innebär stora mängder datatrafik

som drog ner den upplevda kommunikationshastigheten. En switch lär sig i vilken port en

viss enhet är inkopplad genom att läsa av Media Access Control adress (MAC-adress) och

det möjliggör då att skicka data till enbart avsedd mottagare [21]. MAC-adress är en

identifierare av nätverkskort i OSI-lager 2 [20].

2.7 Variabler inom programmering Inom programmering används variabler som kan inta olika värden eller tillstånd. Det finns

olika variabeltyper beroende på vad variabeln skall innehålla för information. Exempel på

variabler är BOOL (sant eller falskt), INT (heltal) eller WORD (uppsättning bitar) [22].

Modbus som protokoll har specifika datatyper som lagras i olika minnesareor:

• Discrete Output Coil

• Discrete Input Contacts

• Discrete Input register

• Analog Output Holding register

Varje coil och contact är 1 bit, register är 16 bitar [23].

En array är en variabel som kan innehålla flertalet värden vilket innebär en indexerad

datastruktur, se figur 3. Med hjälp av index kan således enstaka element hämtas ur vald

array [24].

0 1 2 3 4 5 … … 42 43 44 45 46 47

42 3 65 22 2 1 … … 99 39 2 1 5 45

Figur 3. Illustration av en array med en längd av 48 element.

Arraylängd

Index Indexerade element

10

11

3 Genomförande

För att uppnå syftet delades projektet upp i delar:

1) Inventering av signaler och signaltyper

2) Val av utrustning och kommunikationsprotokoll

3) Upprättande av kommunikation mellan enheterna

4) Skapande av användargränssnitt för presentation av signaler

5) Simulering av signaler för verifiering av funktion

6) Skapande av funktionsblock för studenterna att implementera i sina PLC-program

3.1 Inventering av signaler och signaltyper En inventering av signaler genomfördes. Genom att studera datablad för den tillgängliga

PLC-utrustningen (bilaga 4), designen på distributionssystemet, krav på larm- och

mätsignaler samt antal typ av signaler kunde en sammanställning skapas, se tabell 1 i

resultatdelen.

3.2 Val av utrustning och kommunikationsprotokoll Den PLC som skulle användas var en ABB PM554-ETH och används sedan tidigare i

Sjöfartshögskolans laboratorium för kursen Tillämpad Elteknik. Denna PLC programmeras

via ett programmeringsverktyg, CoDeSys, samt ett konfigurationsverktyg från ABB,

Control Builder Plus. En mindre litteraturstudie genomfördes och den bestod av att läsa

manualer från PLC-tillverkaren för att avgöra kommunikationsmetod. Då

kommunikationsmöjligheterna var begränsade från PLC så stod det klart att Modbus var

det protokoll som skulle användas för kommunikation. Då denna PLC hade möjlighet att

kommunicera över Ethernet och seriellt (RS-485) så gjordes valet att använda Modbus

TCP över Ethernet då seriellporten var upptagen med kommunikation med distribuerade I/

O’s [25]. Raspberry Pi 3 valdes ut att vara den enhet som skall presentera data på en skärm.

Detta för att enheten har Ethernetkort, HDMI-utgång och flera Universal Serial Bus (USB-

portar) inbyggt på kortet samt stöder Modbus. Då den PLC och det

programmeringsverktyg som används i kursen inte hanterar Modbus på ett flexibelt sätt

12

användes två mikrokontrollers av modell Arduino Uno som ett slags mellansteg för att

överföra data från PLC till Raspberry Pi-enheten. Orsaken till behovet av mellansteg var

för att PLC endast kunde programmeras för broadcast vilket innebär att PLC skickar ut

signaler utan förfrågan från klient [26]. Arduinoenheterna agerar friktionsfritt mot både

PLC och Raspberry då kommunikation mellan de två sistnämnda enheterna inte fungerar

enligt utförda tester. För att behålla god prestanda i systemet så användes två Arduino-

enheter till fyra PLC, det vill säga totalt två stycken. För sammankoppling av nätverket

användes en nätverksswitch och för presentation användes en 42” dataskärm.

3.3 Upprättande av kommunikation mellan enheterna Alla enheter kopplades in på en nätverksswitch så kommunikation via Ethernet kunde

upprättas. Alla PLC har från början samma IP-adress. För att kunna vara inkopplade på

samma fysiska och logiska nät krävdes att varje PLC fick en individuell IP-adress. Varje

PLC hade 41 signaler att överföra till det överordnade systemet, varför 48 adresser

reserverades för att ha utrymme för vidare utveckling. Dessa 41 signaler skickades

som en array med längden 48. På detta sätt behövdes bara en variabel av

datatypen WORD. Modbusprotokollet använder sig av funktionskoder för att server och

klient skall veta om den skall läsa eller skriva samt vilket datatyp som används. För att

skicka ett värde av datatypen WORD valdes funktionskod 16 som hanterar skrivning

av multipla värden, vilket en variabel av typen array kan innehålla [23].

I Arduinoenheterna skulle dessa signaler, som nu var element i en array, slussas vidare till

Raspberry Pi-enheten för presentation, se bilaga 1 för programmeringskod. Även denna

kommunikation upprättades med Modbus TCP över Ethernet. Dock så kunde

kommunikationen mellan Raspberry Pi och Arduinoenheterna uppfattas som långsam.

Detta spårades till den trådlösa uppkopplingen mellan Raspberry Pi och Routern. Då det

inte finns några krav eller behov av trådlös kommunikation utforskades inte problematiken

längre när väl trådbunden kommunikation säkerställts.

13

3.4 Skapande av gränssnitt för presentation av signaler När signalerna tagits in i Raspberry Pi-enheten (bilaga 3) så programmerades ett gränssnitt

för att presentera signalerna på ett överskådligt sätt. Denna Raspberry Pi hade Raspbian

som operativsystem, vilket är ett operativsystem baserat på Debian som i sin tur är en av de

mest spridda och äldsta Linuxdistributionerna [27]. I och med denna Linuxdistributions

flexibilitet fanns det stora möjligheter när det gäller val av programmeringsspråk och

programmeringsverktyg. Valet föll på ett grafiskt programmeringsverktyg kallat Node-

Red. Node-Red är framtaget för att på grafisk väg koppla ihop och få hårdvara,

applikationsprogrammeringsgränssnitt (API) och olika onlinetjänster att kommunicera.

Möjligheter till traditionell programmering i programspråk som C och Java fanns också

inbyggt i Node-Red [28].

Nästan all programmering byggdes med färdiga block som fanns i Node-Red.

Programmeringen börjar med att hantera modbuskommunikationen för att sedan dela

funktionsblock för att kunna presentera en text för varje larm. Mätvärden skickades direkt

upp den array som tagits emot i sina element. Alla larm föregicks av enklare if-sats i ett

funktionsblock för att kunna presentera en text för varje larm. Mätvärden skickades direkt

efter elementuppdelningen till dashboard för presentation. Bilaga 4 visar programmeringen

som krävdes för varje PLC som skulle få värden presenterade i denna dashboard. För att

presentera värden och larm användes en, i Node-Red, inbyggd dashboard.

3.5 Simulering av signaler för verifiering av funktion För att säkerställa funktionen i övervakningssystemet simulerades larm- och mätsignaler.

Larmsignaler var av typen on/off och simulerades genom manövrering av strömbrytare

som matades av 24 VDC och som vid tillslag förde spänningen vidare in på en digital

ingång. De analoga signalerna, där mätområdet för PLC kan väljas i konfigureringen,

simulerades med en koppling bestående av fasta resistorer och en potentiometer. De olika

mätområden som de analoga ingångarna på PLC kunde hantera var:

• -5…+5 VDC

• -2,5...+2,5 VDC

• 0…5 VDC

• 0…10 VDC

• 0...20 mA

• 4...20 mA

14

Mätområdena 0…10 VDC och 4…20 mA används i kursen för olika mätsignaler och

skulle därmed simuleras. Enligt datablad för ingångarna på PLC och dess

expansionsmoduler (bilaga 4) så tål inte ingångarna högre spänning än 30 VDC. Då

mätsignalerna matades från ett spänningsaggregat som maximalt kunde leverera 24 VDC

så kunde denna maximala spänningsnivå inte överstigas. För att simulera givarsignaler

skulle en spänning kunna varieras inom området 0…10 VDC, samt en ström inom området

4…20 mA.

Val av komponenter till simuleringskretsarna gjordes utifrån tillgänglighet och att få låg

effektutveckling för att hållas komponentkostnaderna nere. Resistorerna som användes

tålde en effektutveckling av 1/4W. Kontroll av utvecklad effekt gjordes enligt effektlagen:

𝑃𝑃 = 𝑈𝑈 × 𝐼𝐼 (1.0)

där P är effekt, U är spänning och I är ström. I kretsen för simulering av 0…10 VDC

beräknades först resistansvärden för extremvärdet 10 VDC över potentiometern, se figur 4.

Tillgång till en potentiometer på 100 kΩ utgjorde utgångsläget och en beräkning av det

fasta resistansvärdet gjordes genom spänningsdelning:

𝑈𝑈𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑈𝑈 × 𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝

(2.0)

𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑈𝑈 × 𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑈𝑈𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝

= 24 × 100×103

10= 240 × 103 = 240 𝑘𝑘𝑘𝑘 (2.1)

𝑅𝑅1 = 𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 − 𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 = 240 × 103 − 100 × 103 = 140 × 103 = 140 𝑘𝑘𝑘𝑘 (2.2)

För att få 0 VDC över potentiometern vreds potentiometern ner till minimum så utgången

för 0…10 VDC hade samma potential på båda utgångsanslutningarna. Vid 0 VDC över

potentiometern var resistansen som lägst i kretsen. Detta innebar den högsta strömmen

enligt Ohms lag. Strömmen beräknades till:

𝐼𝐼 = 𝑈𝑈𝑅𝑅

= 24140×103

≈ 0,171 𝑚𝑚𝑚𝑚 (3.0)

Effekten beräknades fram enligt:

𝑃𝑃 = 𝑈𝑈 × 𝐼𝐼 = 24 × 0,171 × 10−3 ≈ 4,1 𝑚𝑚𝑚𝑚 (4.0)

15

Figur 4. Koppling med resistorer och potentiometer för att simulera analog mätsignal 0…10 VDC.

För att kunna simulera en signal på 20 mA krävdes, enligt Ohms lag, en total resistans på

1200 Ω. För att kunna använda resistorer inom E12-serien ¼ W användes fyra resistorer

med ett värde av 1200 Ω vardera som sedan kopplades enligt figur 5. På detta sätt blev

effektutvecklingen ¼ i varje resistor i jämförelse med att använda en resistor. Detta enligt

beräkningarna nedan;

En resistor skulle utvecklat 0,48 W enligt:

𝑃𝑃 = 𝑈𝑈 × 𝐼𝐼 = 24 × 20 × 10−3 = 0,48 𝑚𝑚 (4.1)

Fyra resistorer i en koppling enligt figur 4 gav två delströmmar som vardera låg på 10mA

och då utvecklade varje resistor en effekt av 0,12W enligt:

𝑃𝑃 = 𝑅𝑅 × 𝐼𝐼2 = 1200 × (10 × 10−3)2 = 0,12 𝑚𝑚 (4.2)

Figur 5. Koppling med resistorer och potentiometer för att simulera analog mätsignal 4…20 mA.

24 VDC

0 VDC

0…10 VDC

4…20 mA

24 VDC

0 VDC

16

3.6 Skapande av funktionsblock

Ett funktionsblock skapades genom programmering i det standardiserade (i enlighet med

IEC 61131-3) programmeringsspråket Structured Text (ST), se bilaga 2. Detta är ett

textbaserat programmeringsspråk som liknar C och Java [29]. Genom att ett funktionsblock

skapades, med kommunikationsparametrarna färdigprogrammerade, så kan studenterna

koppla sina larm och mätsignaler till detta utan att fördjupa sig i funktionsblockets säregna

uppbyggnad.

17

4 Resultat

Den inventering som genomfördes av signaler och variabeltyper redovisas nedan i tabell 1.

Tabell 1. Sammanställning av larm- och mätsignaler.

Den övre delen av tabellen visar de signaler som tillhör en generator. I varje

distributionsnät skall det finnas tre generatorer. Den nedre delen av tabellen visar de

gemensamma signalerna för hela distributionsnätet. Sammanlagt ger detta 164 signaler av

olika typer som skall behandlas i övervakningssystemet då det är fyra grupper som skapar

vars ett distributionsnät.

Utrustningen var till stor del redan bestämd då befintliga PLC skulle användas. Detta,

tillsammans med budgeten, begränsade kommunikationsmöjligheterna. Valet av

kommunikationsprotokoll föll på Modbus TCP. För presentation av informationen som

skickades från PLC användes en Raspberry Pi 3 Model B med två Arduino som ett

slags bryggor för att överkomma de begränsningar som fanns i PLC gällande

modbuskommunikationen. Prestandaprover visade att en Arduinoenhet inte klarade att

Respektive generator

Signalbeskrivning Variabeltyp i PLC Signal till PLC

Underfrekvens BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Överfrekvens BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Underspänning BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Överspänning BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Kortslutning/Överström BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Backeffekt BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Motorskydd BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Nödstopp BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Arbetsbrytare BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Templarm motor BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Temperatur motorchassi REAL (float) PT100/PT1000 (anpassad signal)

Generatorbrytare tillslag BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Aktiv effekt (option) REAL (float) Datasignal

Reaktiv effekt (option) REAL (float) Datasignal

Distributionsnät

Sektioneringsbrytare tillslag BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Vald skena för Generator 2 BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Jordfel BOOL (bit) Digital (0…24 V)

Nätspänning (option) REAL (float) Analog (4…20 mA)

18

slussa vidare information från fler arrayelement än 100. Detta med acceptabel

överföringshastighet och reaktionstid. Med fler element i den array som överfördes,

resulterade i en sämre kvalitet på överföringen. Slutresultatet illustreras i figur 6 där alla

också kommunikationsriktningen visas med pilar.

Figur 6. Illustration över övervakningssystemet. I centrum återfinns nätverksswitchen som alla enheter, förutom bildskärmen, är kopplade till. På vänster sida återfinns fyra stycken PLC, nere till höger visas fyra stycken Arduinoenheter. Uppe till höger är Raspberry Pi-enheten som är kopplad till bildskärmen.

Den grafiska presentationen som var framställd genom programmeringsverktyget Node-

Red presenterade mätvärden och larmtexter, se figur 7. Den grafiska presentationen nåddes

genom ett webbgränssnitt som följde med Node-Red vid installationen i mikrokontrollern

Raspberry Pi. Webbgränssnittet gör det möjligt för alla som var uppkopplade på samma

nätverk att ta fram samma bild som visades på en 42-tums bildskärm direkt kopplad till

mikrokontrollen. Det funktionsblock som skapades hade fullgod funktion, se figur 8.

19

Figur 7. Den dashboard som användes i arbetet skapades med det grafiska programmeringsverktyget Node-Red.

För att underlätta implementering i studenternas distributionsnät skapades ett funktionsblock

som hanterar kommunikationen med Arduino och Raspberry Pi.

Figur 8. Ett funktionsblock skapades så studenterna på ett enkelt sätt kunde knyta sina variabler direkt till funktioner framtagna för ändamålet.

20

21

5 Diskussion

Metoden, som var av experimentell typ, var strukturerad men beroende av de

utvecklingssteg som ansågs vara nödvändiga för att uppnå resultat. I förstudien provades

kommunikation mellan PLC och en Arduinoenhet och detta visade sig fungera. I

inledningsskedet av detta arbete var tanken att använda dessa två enheter, PLC och

Arduino. Dock visade det sig under utvecklingens gång att få Arduino att grafiskt

presentera mätvärden skulle kräva extra utrustning samt mycket mer programmering.

Projektet övergick därför till att använda en Raspberry Pi för att dra nytta av de färdiga

möjligheterna, exempelvis HDMI-utgång, för att minimera programmeringsinsatsen samt

ett totalt lägre pris. Det naturliga steget var att skicka PLC-signaler direkt till Raspberry Pi

men där stötte projektet på problem då båda enheterna endast fungerade i master-läge.

Efter lyckade försök med att skicka signaler från en Arduinoenhet till en Raspberry Pi togs

beslutet att använda Arduinoenheten som ett mellansteg för att få kommunikationen mellan

PLC och Raspberry Pi att fungera. Dock fick systemet något högre reaktionstid och

ytterligare en Arduinoenhet sattes in för att fördubbla kapaciteten. Det visade sig också att

ta emot och presentera alla signaler var en ansträngande uppgift för Raspberry Pi. Det

användargränssnitt som användes, Node-Red, upptog inte så mycket processorkraft men ju

fler signaler som kopplades in i systemet desto längre reaktionstid fick Node-Red. Till slut

hittades en acceptabel balans mellan funktion och reaktionshastighet för systemet.

22

23

6 Rekommendationer till fortsatt utveckling

Det naturliga steget att utveckla detta arbete är att skapa en lösning med färre enheter.

Arduinoenheten är idag ett mellansteg som troligtvis inte behövs vid uppgradering av

programmeringsverktyg eller vid byte till annan PLC. Skulle Arduinoenheten ändå

behövas så skulle dess funktion kunna byggas in i den Arduinoenhet som bör finns för

mätning av, från generatorerna, producerade och avgivna effekter [30]. För att kunna

använda data från distributionsanläggningarna på ett effektivt sätt till andra applikationer

kan data sparas i databas, lämpligen Node-Reds databas.

Detta arbete hanterar bara ensidig kommunikation då det endast ska gå att avläsa värden

och signaler. En möjlighet är att upprätta kommunikation som möjliggör skrivande till PLC

från Raspberry Pi. Detta skulle kunna nyttjas till att skapa fel i anläggningarna som sedan

studenterna för öva felsökning på.

I takt med mikrokontrollernas utveckling kommer prestandan att öka. Med högre prestanda

skulle färre Arduinoenheter behöva användas. Begränsningen blir då i PLC då Raspberry

Pi redan har tillräcklig prestanda.

24

25

Referenser

[1] Transportstyrelsen, ”Transportstyrelsens föreskrifter och allmänna råd om utbildning och behörigheter för sjöpersonal,” 20 11 2014. [Online]. Available: http://www.transportstyrelsen.se/tsfs/TSFS%202011_116.pdf. [Använd 25 11 2014].

[2] ABB, ”Reläskydd - kraftnätets väktare,” 2017. [Online]. Available: http://new.abb.com/se/om-abb/teknik/sa-funkar-det/relaskydd. [Använd 27 02 2017].

[3] Linnéuniversitetet, ”Kursplan - Tillämpas Elteknik,” 2015. [Online]. Available: http://kursplan.lnu.se/kursplaner/kursplan-2FF32I-1.pdf. [Använd 20 02 2017].

[4] Svensk Energi, ”Kraftsystem med uppgift att ge stabila och trygga elleveranser,” 2012. [Online]. Available: http://www.svenskenergi.se/Elfakta/Kraftsystemet---kraft-som-nar-hela-landet/. [Använd 23 03 2017].

[5] J. Herdzik, ”Journal of Polish CIMEEAC,” 2012. [Online]. Available: http://www.polishcimeeac.pl/Papers1/2012/009.pdf. [Använd 22 02 2017].

[6] Elsäkerhetsverket, ”Elsäkerhetsverket.se,” 2011. [Online]. Available: http://www.elsakerhetsverket.se/globalassets/publikationer/utredningar-och-uppdrag/inventering-av-begrepp-inom-energiomradet-ver-8.pdf. [Använd 09 03 2017].

[7] A. Kristiansen, Maritime elektriske anlegg - maritime elektriske installasjoner, Oslo: Gyldendal Norsk Forlag AS, 2013.

[8] H. Barragán, ”The Untold History of Arduino,” 2017. [Online]. Available: https://arduinohistory.github.io/. [Använd 18 02 2017].

[9] W. Bolton, Programmable Logic Controllers, Burlington: Elsevier Ltd, 2009.

[10] Inductive Automation, ”What is SCADA?,” 2017. [Online]. Available: https://inductiveautomation.com/what-is-scada. [Använd 19 02 2017].

[11] J. Tångring, ”Elektroniktidningen,” 2013. [Online]. Available: http://etn.se/index.php/58105. [Använd 10 03 2017].

[12] L. Upton, ”The Story of Raspberry Pi,” 2016. [Online]. Available: https://www.raspberrypi.org/blog/story-raspberry-pi/. [Använd 27 02 2017].

[13] R. Leupold, ”Vad är ett Dashboard?,” 2012. [Online]. Available: http://www.beslutsstod.nu/ordbok-beslutsstod-och-business-intelligence/vad-ar-ett-dashboard/. [Använd 29 06 2017].

[14] M. Schwartz, ”Open Home Automation,” 2014. [Online]. Available: https://openhomeautomation.net/internet-of-things-dashboard/. [Använd 06 03 2017].

[15] D. B. Makofske, M. J. Donahoo och K. L. Calvert, TCP/IP Sockets in C#, San Francisco: Morgan Kaufmann, 2004.

26

[16] Modbus Organization Inc, ”Modbus Application Protocoll Specification V1.1b,” 2006. [Online]. Available: http://www.modbus.org/docs/Modbus_Application_Protocol_V1_1b.pdf. [Använd 06 03 2017].

[17] Modbus Organization Inc, ”Modbus.org,” 2017. [Online]. Available: http://www.modbus.org/faq.php. [Använd 20 02 2017].

[18] B. Haag, Industriell systemteknik, Lund: Studentlitteratur AB, 2011.

[19] Kjell & Company, ”Hur funkar det?,” 2015. [Online]. Available: https://www.kjell.com/se/fraga-kjell. [Använd 17 03 2017].

[20] Cisco Systems Inc, Internetworking Technologies Handbook, 4th Edition, Indianapolis: Cisco Press, 2003.

[21] Computer Hope, ”Difference between a network hub, switch, and router?,” 2017. [Online]. Available: http://www.computerhope.com/issues/ch001559.htm. [Använd 17 03 2017].

[22] T. Young, ”PLCdev,” 2017. [Online]. Available: http://www.plcdev.com/step_7_elementary_data_types. [Använd 20 02 2017].

[23] Simply Modbus, ”Simply Modbus,” 2015. [Online]. Available: http://www.simplymodbus.ca/FAQ.htm. [Använd 20 02 2017].

[24] L. Bengtsson, LabVIEW från början, Lund: Studentlitteratur AB, 2004.

[25] ABB PLC Automation, ”AC500-eCo - CPUs,” 2017. [Online]. Available: http://new.abb.com/plc/programmable-logic-controllers-plcs/ac500-eco/cpus. [Använd 16 03 2017].

[26] Modbus Organization Inc, ”MODBUS over Serial Line - Specification & Implementation guide V1.0,” 2012. [Online]. Available: http://www.modbus.org/docs/Modbus_over_serial_line_V1.pdf. [Använd 10 03 2017].

[27] SPI, ”Debian -- Det universella operativsystemet,” 2016. [Online]. Available: https://www.debian.org/. [Använd 16 03 2017].

[28] JS Foundation, ”Node-Red,” 2017. [Online]. Available: https://nodered.org/. [Använd 16 03 2017].

[29] PLC-Academy, ”PLC Programming & Automation Online,” 2015. [Online]. Available: http://www.plcacademy.com/structured-text-tutorial/. [Använd 16 03 2017].

[30] D. Forsström och O. Klintrot, ”Lastfördelning och effektmätning med Arduino och PLC,” 2014. [Online]. Available: http://www.diva-portal.se/smash/get/diva2:718156/FULLTEXT01.pdf. [Använd 15 02 2017].

1

// Library for Ethernet shield // Library for Modbus Com

// Set Mb Mudbus

Bilaga 1

Programkod för Arduinoenhet 1:

#include <Ethernet.h>

#include "Mudbus.h"

Mudbus Mb;

void setup() // Setup function { uint8_t mac[] = { 0x5A, 0xCF, 0x7F, 0x28, 0x0E, 0x48 }; // MAC address Arduino unit uint8_t ip[] = { 192, 168, 0, 75 }; // IP address Arduino unit uint8_t gateway[] = { 192, 168, 0, 1 }; // IP address router/gateway uint8_t subnet[] = { 255, 255, 255, 0 }; // Subnet mask Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet); // Start Ethernet delay(5000); //Time to open the terminal }

void loop() // Program code cycle { delay(10); // Delay 10 ms Mb.Run(); // Run Mudbus

for (int i = 0; i < 99 ; i++) // For loop {

Mb.R[i]; // Modbus addresses }

// Library for Ethernet shield // Library for Modbus Com

// Set Mb Mudbus

}

Programkod för Arduinoenhet 2:

#include <Ethernet.h> #include "Mudbus.h"

Mudbus Mb;

void setup() // Setup function { uint8_t mac[] = { 0x5D, 0xCF, 0x6F, 0x28, 0x0E, 0x48 }; // MAC address Arduino unit uint8_t ip[] = { 192, 168, 0, 77 }; // IP address Arduino unit uint8_t gateway[] = { 192, 168, 0, 1 }; // IP address router/gateway uint8_t subnet[] = { 255, 255, 255, 0 }; // Subnet mask Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet); // Start Ethernet delay(5000); //Time to open the terminal }

void loop() // Program code cycle { delay(10); // Delay 10 ms Mb.Run(); // Run Mudbus

for (int i = 0; i < 99 ; i++) // For loop {

Mb.R[i]; // Modbus addresses } }

1

2

Bilaga 2

Variabeldeklaration och programkod för funktionsblock:

FUNCTION_BLOCK ModbusCom VAR SendData: ETH_MOD_MAST; ClockFrequency: BLINK; GrIP: STRING; DataArray: ARRAY [0..39] OF WORD; ADRNr: INT; END_VAR VAR_INPUT Gen1OverFrequency: BOOL; Gen2OverFrequency: BOOL; Gen3OverFrequency: BOOL; Gen1UnderFrequency: BOOL; Gen2UnderFrequency: BOOL; Gen3UnderFrequency: BOOL; Gen1OverVoltage: BOOL; Gen2OverVoltage: BOOL; Gen3OverVoltage: BOOL; Gen1UnderVoltage: BOOL; Gen2UnderVoltage: BOOL; Gen3UnderVoltage: BOOL; Gen1ReversePower: BOOL; Gen2ReversePower: BOOL; Gen3ReversePower: BOOL; Gen1OverCurrent: BOOL; Gen2OverCurrent: BOOL; Gen3OverCurrent: BOOL; Inverter1Alarm: BOOL; Inverter2Alarm: BOOL; Inverter3Alarm: BOOL; Motor1EmergencyStop: BOOL; Motor2EmergencyStop: BOOL; Motor3EmergencyStop: BOOL; Motor1SafetySwitch: BOOL; Motor2SafetySwitch: BOOL; Motor3SafetySwitch: BOOL; Motor1TempAlarm: BOOL; Motor2TempAlarm: BOOL; Motor3TempAlarm: BOOL; Motor1Temp: INT; Motor2Temp: INT; Motor3Temp: INT; Gen1Breaker: BOOL; Gen2Breaker: BOOL; Gen3Breaker: BOOL; SectionBreaker: BOOL; SelectedBBGen2: INT; InsulationFault: BOOL; DistributedVoltage: INT; GroupNr: INT; END_VAR

1

(* GenSet 1 *) IF Gen1OverFrequency THEN DataArray[0]:=1; ELSE DataArray[0]:=0; END_IF IF Gen1UnderFrequency THEN DataArray[1]:=1; ELSE DataArray[1]:=0; END_IF IF Gen1OverVoltage THEN DataArray[2]:=1; ELSE DataArray[2]:=0; END_IF IF Gen1UnderVoltage THEN DataArray[3]:=1; ELSE DataArray[3]:=0; END_IF IF Gen1OverCurrent THEN DataArray[4]:=1; ELSE DataArray[4]:=0; END_IF IF Gen1ReversePower THEN DataArray[5]:=1; ELSE DataArray[5]:=0; END_IF IF Inverter1Alarm THEN DataArray[6]:=1; ELSE DataArray[6]:=0; END_IF IF Motor1EmergencyStop THEN DataArray[7]:=1; ELSE DataArray[7]:=0; END_IF IF Motor1SafetySwitch THEN DataArray[8]:=1; ELSE DataArray[8]:=0; END_IF IF Motor1TempAlarm THEN DataArray[9]:=1; ELSE DataArray[9]:=0; END_IF DataArray[10]:=Motor1Temp; IF Gen1Breaker THEN DataArray[11]:=1; ELSE DataArray[11]:=0; END_IF



2

(* Distribution net *) IF SectionBreaker THEN DataArray[36]:=1; ELSE DataArray[36]:=0; END_IF DataArray[37]:=SelectedBBGen2; IF InsulationFault THEN DataArray[38]:=1; ELSE DataArray[38]:=0; END_IF DataArray[39]:=DistributedVoltage; (* Select IP depeniding on group number *) IF GroupNr = 1 OR GroupNr = 2 THEN GrIP:='192.168.0.75'; ELSE GrIP:='192.168.0.77'; END_IF (* Select address area depending on group number *) IF GroupNr = 1 OR GroupNr = 3 THEN ADRNr:=0; ELSE ADRNr:=50; END_IF (* Modbus Communication *) ClockFrequency ( ENABLE:= TRUE, TIMEHIGH:=T#100ms, TIMELOW:=T#100ms); SendData ( EN := ClockFrequency.OUT OR SendData.DONE, SLOT := 0, IP_ADR := IP_ADR_STRING_TO_DWORD(GrIP), UNIT_ID := 0, FCT := 16, ADDR :=ADRNr, NB := 50, DATA := ADR(DataArray) );

1

2

Bilaga 3

Onboard I/Os in PM554 CPUs- 8 DI 24 V DC- PM554-T: 6 DO (24 V DC, 0.5 A max. transistor outputs)- PM554-R and PM554-R-AC: 6 DO (24 V DC or 120/240 V AC, 2 A max. relay outputs)

Contents

Intended PurposeFunctionalityElectrical ConnectionInternal Data ExchangeI/O ConfigurationParameterizationDiagnosisDisplaysTechnical Data

Intended Purpose

The AC500 CPU PM554 provides 8 Onboard Digital Inputs (24 V DC) and 6 Onboard Digital Outputs (depending on variant 24 V DC transistor outputs or relay outputs).

Numbers and types of the Onboard I/Os are listed in the table below:

All inputs (DI0 ... DI7) belong to 1 group. All outputs (DO0 ... DO5 / NO0 ... NO5) belong to 1 group. The inputs and outputs are group-wise electrically isolated.

Functionality

Electrical Connection

Terminals of Onboard I/Os for PM554-T

Terminals of Onboard I/Os for PM554-R and PM554-R-AC

CPU type Power supply

No. and type of digital inputs

No. and type of digital outputs

No. and type of analog inputs

No. and type of analog outputs

PM554-T, PM554-T-ETH

24 V DC 8 x 24 V DC 6 x 24 V DC, 0.5 A max. (transistor)

none none

PM554-R 24 V DC 8 x 24 V DC 6 x relay output, 2 A max. none nonePM554-R-AC

120 to 240 V AC

8 x 24 V DC 6 x relay output, 2 A max. none none

Digital inputs 8 (24 V DC), can be used as source inputs or as sink inputsInterrupt inputs 4 (DI0 ... DI3), configurableFast Counter 2 (DI0 and DI1), configurable

Digital outputs 6 transistor outputs (24 V DC, 0.5 A max) or relay outputs (2 A max), (depending on CPU)PWM outputs 2 (DO2 and DO3), configurable

LED displays For signal statusesInternal power supply Via CPUExternal power supply Via UP and ZP terminal

CAUTION

Risk of damaging the PLC modules!The PLC modules must not be removed when the plant is powered on.Make sure that all voltage sources (supply and process voltage) are switched off before you are

connecting or disconnecting any signal or terminal blockremoving or replacing a module.

Risk of damaging the PLC modules!

Page 1 of 6Onboard I/Os in PM554 CPUs

The electrical connection is carried out by using a non-removable 20-pole Terminal Block.

The following block diagram shows the internal construction of the Onboard I/Os:

The assignment of the terminals for PM554-T:

The assignment of the terminals for PM554-R:

CAUTION

The PLC modules can be damaged by overvoltages and short circuits.

Make sure that all voltage sources (supply and process voltage) are switched off before you are beginning with operations at the system.Never connect any voltages or signals to reserved terminals (marked with ---). Reserved terminals may carry internal voltages.

NOTE

When replacing a CPU, it is recommended to mark each wire connected to the Onboard I/O terminal block before disconnecting. This should ensure to reconnect the wires in the same order.

PM554-T PM554-R

Terminal Signal Meaning1 C0 ... 7 Input common for digital input signals DI0 to DI72 DI0 Digital input signal DI03 DI1 Digital input signal DI14 DI2 Digital input signal DI25 DI3 Digital input signal DI36 DI4 Digital input signal DI47 DI5 Digital input signal DI58 DI6 Digital input signal DI69 DI7 Digital input signal DI710 --- Reserved11 --- Reserved12 --- Reserved13 DO0 Digital output signal O014 DO1 Digital output signal O115 DO2 Digital output signal O216 DO3 Digital output signal O317 DO4 Digital output signal O418 DO5 Digital output signal O519 UP Process supply voltage UP +24 V DC20 ZP Process supply voltage ZP 0 V

Terminal Signal Meaning1 C0 ... 7 Input common for digital input signals DI0 to DI72 DI0 Digital input signal DI03 DI1 Digital input signal DI14 DI2 Digital input signal DI25 DI3 Digital input signal DI36 DI4 Digital input signal DI4


Connection of the Digital Inputs

The digital inputs can be used as source inputs or as sink inputs.

The following figure shows the electrical connection of the digital inputs to the PM554 CPUs:

Connection of the Digital Transistor Outputs (PM554-T only)

The following figure shows the electrical connection of the digital transistor outputs to the PM554-T CPUs:

7 DI5 Digital input signal DI58 DI6 Digital input signal DI69 DI7 Digital input signal DI710 --- Reserved11 --- Reserved12 --- Reserved13 NO0 Normally-open relay contact of the output NO014 NO1 Normally-open relay contact of the output NO115 NO2 Normally-open relay contact of the output NO216 R0..2 Output common for signals NO0 to NO217 NO3 Normally-open relay contact of the output NO318 NO4 Normally-open relay contact of the output NO419 NO5 Normally-open relay contact of the output NO520 R3..5 Output common for signals NO3 to NO5

WARNING

Risk of malfunctions in the plant!A ground closure, e. g. caused through a damaged cable isolation, can bridge switches accidentally.Use sink inputs when possible or make sure that in error case no risks will happen to persons or the plant.

Electrical connection of digital inputs (sink inputs) Electrical connection digital inputs (source inputs)

Electrical connection of digital transistor outputs

CAUTION

Risk of malfunctions in the plant!The outputs may switch on for a period of 10 to 50 s if the process supply voltage UP/ZP is switched on.This must be considered in the planning of the application.

CAUTION

Risk of damaging the CPU!The outputs are not protected against short circuit and overload.

Never short circuit or overload the outputs.Never connect the outputs to other voltages.Use an external 3 A fast protection fuse for the outputs.


Connection of the Digital Relay Outputs (PM554-R only)

The following figures show the electrical connection of the digital relay outputs to the PM554-R CPUs:

Internal Data Exchange

I/O Configuration

The configuration data of the Onboard I/Os is stored in the AC500 CPU PM554.

Parameterization

For information about parameterization, refer to chapter Configuring the Onboard I/O for CPU PM554.

Diagnosis

Connection of digital relay outputs (24 V DC) Connection of digital relay outputs (100-240 V AC)

WARNING

Danger of life through electric shock!The terminals of the module can carry 240 V voltage.Make sure that all voltage sources (supply and process voltage) are switched off before you are beginning with operations at the system.

WARNING

For screw-type terminals only:

Danger of life through electric shock!The IP 20 protection degree is provided only if all terminal screws are tightened.Tighten all screws of unused load terminals of relay outputs if voltages > 24 V are connected to the relay group.

CAUTION

Risk of damaging the CPU!The outputs are not protected against short circuit and overload.

Never short circuit or overload the outputs.Never connect inductive loads without an external suppression against voltage peaks due to inductive kickback.Never connect voltages > 240 V. All outputs must be supplied from the same phase.Use an external 5 A fast protection fuse for the outputs.

PM554Digital inputs (Bytes) 1Digital outputs (Bytes) 1

E1..E4 d1 d2 d3 d4 Identifier000..063

AC500-Display< Display in

Class Comp Dev Mod Ch Err PS501 PLC Browser

Class Inter-face

Device Module Channel Error-Identifier

Error message Remedy

Errors for Onboard I/OLight errors

3 8 255 2 0 3 MaxWaitRun for onboard I/O Module has expired, when PLC is put into RUN state

Reboot and try it again. If the error still exists, replace CPU for testing

3 8 255 3 0 26 Invalid configuration of onboard I/O Module, e. g. 2 input channels are configured as fast counter and interrupt input at the same time.

Correct PLC configuration

Warnings

4 8 1 2 1 2

Invalid configuration value for PWM channel. Frequency / cycletime for the PWM channel of the 8DI+6DO and 8DI+6DO+2AI+1AO module are common and if both channel are configured for PWM, the frequency of the second channel must be set to 0.

Correct frequency

4 8 1 2 0..1 4 PWM channel frequency or cycle time too high Correct frequency or cycle time


Displays

Technical Data

Technical Data of the Digital Inputs

Technical Data of the Fast Counter

Technical Data of the Digital Transistor Outputs

4 8 1 2 0..1 7 PWM channel frequency or cycle time too low Correct frequency or cycle time

4 8 1 2 0 52 Frequency on interrupt input pin too high and interrupt events are missed Correct frequency

48 255 2

0 26PLC was put into RUN state, although a configuration error is present, because parameter Run on config fault is set to YES

Correct PLC configuration

4 8 255 0 0 43 Unspecified or internal error occured Replace CPU

LED Status Color LED = ON LED = OFFDI0 ... DI7 Digital input yellow Input is ON Input is OFF

DO0 ... DO5 Digital output yellow Output is ON Output is OFF

Number of channels per module 8 transistor inputs (24 V DC)Distribution of the channels into groups 1 group for 8 channelsElectrical isolation Yes, per groupConnections of the channels I0 to I7 Terminals 2 to 9Reference potential for the channels I0 to I7 Terminal 1Indication of the input signals 1 yellow LED per channel; the LED is ON when the input signal is high (signal 1) and the module's logic

is in operationInput type according to EN 61131-2 Type 1 source Type 1 sinkInput signal range -24 V DC +24 V DC

Signal 0 -5 V ... +3 V -3 V ... +5 VUndefined signal -15 V ... - 5 V +5 V ... +15 VSignal 1 -30 V ... -15 V +15 V ... +30 V

Ripple with signal 0 Within -5 V ... +3 V Within -3 V ... +5 VRipple with signal 1 Within -30 V ... -15 V Within +15 V ... +30 VInput current per channel

Input voltage +24 V Typ. 5 mAInput voltage +5 V 1 mAInput voltage +15 V > 2.5 mAInput voltage +30 V < 6.5 mA

Max. permissible leakage current (at 2-wire proximity switches)

1 mA

Input delay (0->1 or 1->0) Typ. 0.1 to 32 ms (configurable via software), default: 8 msMax. cable length

Shielded 500 mUnshielded 300 m

Used inputs for the traces A and B DI0 / DI1Used output DO0 / NO0Counting frequency On RequestCounting modes See Counting Modes of Fast CounterDetailed description See The Fast Counters in AC500

Number of channels per module 6 transistor outputs (24 V DC, 0.5 A max.)Distribution of the channels into groups 1 group of 6 channelsElectrical isolation Yes, per groupConnection of the channels DO0 to DO5 Terminals 13 to 18Common power supply voltage Terminals 19 (+24 V DC, signal name UP) and 20 (0 V DC, signal name ZP)Reference potential for the channels DO0 to DO5

Terminal 20 (minus pole of the process voltage, name ZP)

Indication of the output signals 1 yellow LED per channel; the LED is on when the output signal is high (signal 1)Way of operation Non-latching typeMin. output voltage at signal 1 20 V DC at max. current consumptionOutput delay (max. at rated load)

0 to 1 50 s1 to 0 200 s

Rated protection fuse (per group) 3 A fastOutput current

Rated current per channel (max.) 0.5 A at UP 24 V DCRated current per group (max.) 3 ARated current (all channels together, max.) 3 ALamp load (max.) 5 WMax. leakage current with signal 0 0.5 mA

Demagnetization when inductive loads are switched off

Must be performed externally according to driven load specification


Technical Data of the Digital Relay Outputs

Technical Data of the PWM Outputs

Switching FrequenciesWith inductive loads Max. 0.5 HzWith lamp loads Max. 1 Hz at max. 5 W

Short circuit / Overload proof NoOverload message NoOutput current limitation NoResistance to feedback against 24 V DC No

Connection of 2 outputs in parallel Not possibleMax. cable length


Number of channels per module 6 normally-open relay outputsDistribution of the channels into groups 2 groups for 3 channelsElectrical isolation Yes, per groupConnection of the channels NO0 to NO2 Terminals 13 to 15Connection of the channels NO3 to NO5 Terminals 17 to 19Reference potential for the channels NO0 to NO2

Terminal 16

Reference potential for the channels NO3 to NO5

Terminal 20

Relay output voltageRated value 24 V DC or 120/240 V ACRange 5 to 30 V DC or 5 to 250 V AC

Indication of the output signals 1 yellow LED per channel; the LED is on when the output signal is high (signal 1) and the module is powered through the I/O-Bus

Way of operation Non-latching typeOutput delay

0 to 1 Typ. 10 ms1 to 0 Typ. 10 ms

Rated protection fuse On requestOutput current

Rated current per channel (max.) 2.0 A (24 V DC / 120 V AC / 240 V AC, only resistive loads)2.0 A (120 V AC, only pilot duty)1.5 A (240 V AC, only pilot duty)

Rated current per group (max.) 6 ARated current (all channels together, max.) 12 ALamp load (max.) 200 W (230 V AC), 30 W (24 V DC)


A free-wheeling diode must be circuited in parallel to the inductive load

Spark suppression with inductive AC loads Must be performed externally according to driven load specificationSwitching Frequencies

With resistive loads Max. 1 HzWith inductive loads Not possibleWith lamp loads Max. 1 Hz

Short circuit / Overload proof No, should be provided by an external fuse or circuit breakerRated protection fuse (for each channel) 5 A fastOverload message NoOutput current limitation NoResistance to feedback against 24 V DC No

Connection of 2 outputs in parallel Not possibleLife time of relay contacts (cycles) 100,000 at rated loadMax. cable length


Used outputs for PWM DO2 and DO3Output frequency 125 Hz – 20 kHzDetailed description See PWM Output for Onboard I/O

© Copyright 2005-2012 ABB. All rights reserved. Documentation Revision V2.2.0 Date of issue: 2012-05-08


Digital Input/Output Module DX561- 8 digital inputs 24 V DC,- 8 digital transistor outputs 24 V DC,- Group-wise electrically isolated

Figure: Overview of Digital Input/Output Module DX561

Contents

Intended PurposeFunctionalityElectrical ConnectionInternal Data ExchangeI/O ConfigurationParameterizationDiagnosisDisplaysTechnical DataOrdering Data

Intended Purpose

The Digital Input/Output Module DX561 can be used as a remote expansion module at the following devices:

S500 Bus Modules (e. g. CI592-CS31, CI501-PNIO, CI541-DP, CI581-CN)

AC500 CPUs (PM5xx)

It contains the following features:

8 digital inputs 24 V DC (I0 to I7) in 1 group

8 digital outputs 24 V DC (O0 to O7) in 1 group

The inputs and outputs are group-wise electrically isolated from each other.The other electronic circuitry of the module is electrically isolated from the inputs.

Functionality

Elements of the DX561

1 I/O-Bus

2 8 yellow LEDs to display the signal statuses of the inputs I0 to I7

3 8 yellow LEDs to display the signal statuses of the outputs O0 to O7

4 Terminal number

5 Allocation of signal name

6 Terminal block for input and output signals (20-pole)

7 2 holes for wall-mounting with screws

8 DIN rail

Digital inputs 8 (24 V DC), can be used as source inputs or as sink inputsDigital outputs 8 (transistor outputs 24 V DC, max. 0.5 A)LED displays For signal statusesInternal power supply Via I/O-Bus

Page 1 of 6DX561 Digital Input/Output Module


The Digital Input/Output Module DX561 can be connected to the following devices via the I/O-Bus connector:


AC500 CPUs (PM5xx)

other AC500 I/O Modules

The electrical connection is carried out by using a removable 9-pole and 11-pole Terminal Block. These terminal blocks differ in their connection system (spring terminals or screw-type terminals, cable mounting from the front or from the side). For more information, refer to the chapter Terminal Blocks for S500-eCo I/O Modules. The terminal blocks are not included in the module's scope of delivery and must be ordered separately.

The following block diagram shows the internal construction of the digital inputs and outputs:

The assignment of the terminals:

External power supply Via the terminals ZP and UP (process voltage 24 V DC)

Note

The DX561 must not be used as a remote expansion module at DC505-FBP and CI592-CS31-HA Bus Modules.

Note

Mounting, disassembling and electrical connection for the I/O Modules are described in detail in the S500 System Datachapters.

Terminal Signal Meaning1 C0..7 Input common for signals I0 to I72 I0 Input signal I03 I1 Input signal I14 I2 Input signal I25 I3 Input signal I36 I4 Input signal I47 I5 Input signal I58 I6 Input signal I69 I7 Input signal I710 --- Reserved11 O0 Output signal O012 O1 Output signal O113 O2 Output signal O214 O3 Output signal O315 O4 Output signal O416 O5 Output signal O5


The internal power supply voltage for the module's circuitry is carried out via the I/O-Bus (provided by a Bus Module or a CPU). Thus, the current consumption from 24 V DC power supply at the terminals L+/UP and M/ZP of the CPU/Bus Module increases by 10 mA per DX561.The external power supply connection is carried out via the UP (+24 V DC) and ZP (0 V DC) terminals.

The module provides several diagnosis functions (see chapter Diagnosis).

The digital inputs can be used as source inputs or as sink inputs.

The following figure shows the electrical connection of the inputs to the Digital Input/Output Module DX561:

The following figure shows the electrical connection of the outputs to the Digital Input/Output Module DX561:

17 O6 Output signal O618 O7 Output signal O719 UP Process voltage UP +24 V DC20 ZP Process voltage ZP 0 V DC

CAUTION



CAUTION

Risk of damaging the PLC modules!The PLC modules can be damaged by overvoltages and short circuits.

Make sure that all voltage sources (supply and process voltage) are switched off before you are beginning withoperations at the system.Never connect any voltages or signals to reserved terminals (marked with ---). Reserved terminals may carry internal voltages.

WARNING

Risk of malfunctions in the plant!A ground closure, e. g. caused through a damaged cable isolation, can bridge switches accidentally.Use sink inputs when possible or make sure that in error case no risks will happen to persons or the plant.

Electrical connection of inputs to the DX561 - sink inputs Electrical connection of inputs to the DX561 - source inputs


The meaning of the LEDs is described in the Displays chapter.


I/O Configuration

The Digital Input/Output Module DX561 does not store configuration data itself.

Parameterization

The arrangement of the parameter data is performed with Control Builder Plus software.

The parameter data directly influences the functionality of modules.

For non-standard applications, it is necessary to adapt the parameters to your system configuration.

*1) with CS31 and addresses less than 70, the value is increased by 1

*2) Value is hexadecimal: HighByte is slot (xx: 0 ... 7), LowByte is index (1 ... n)

Diagnosis

CAUTION

Risk of malfunctions in the plant!The outputs may switch on for a period of 10 to 50 s if the process supply voltage UP/ZP is switched on.This must be considered in the planning of the application.

CAUTION

Risk of damaging the I/O Module!The outputs are not protected against short circuit and overload.

Never short circuit or overload the outputs.Never connect the outputs to other voltages.Use an external 3 A fast protection fuse for the outputs.

DX561Digital inputs (Bytes) 1Digital outputs (Bytes) 1

Name Value InternalValue

InternalValue, Type

Default Min. Max. EDS Slot Index

Module ID Internal 6135 *1) WORD 0x17F7 0 65535 xx01Ignore module No

Yes01

BYTE No (0x00)

Parameter length Internal 1 BYTE 0 0 255 xx02 *2)

GSD file: Ext_User_Prm_Data_Len =Ext_User_Prm_Data_Const(0) =

0x030xF8, 0x17, 0x00,\0x01;


AC500-Display

< Display inClass Comp Dev Mod Ch Err PS501 PLC BrowserByte 6Bit 6..7

- Byte 3 Byte 4 Byte 5 Byte 6Bit 0..5

PNIO diagnosis block

Class Inter-face




Remarks:

Displays

Statuses of the LEDs:

Technical Data

The System Data of AC500-eCo are valid here. Only additional details are therefore documented below.


1) 2) 3) 4)Module error DX561

314 1..10 31

31 19 Checksum error in the I/O module Replace I/O Module11 / 12 ADR 1..10

314 1..10 31

31 43 Internal error in the module Replace I/O Module11 / 12 ADR 1..10

314 1..10 31

31 9 Overflow diagnosis buffer Restart11 / 12 ADR 1..10

414 1..10 31

31 26 Parameter error Check master11 / 12 ADR 1..10

1) In AC500 the following interface identifier applies:14 = I/O-Bus, 11 = COM1 (e.g. CS31-Bus), 12 = COM2.The PNIO diagnosis block does not contain this identifier.

2) With "Device" the following allocation applies:31 = Module itself, 1..10 = Expansion module 1..10, ADR = Hardware address (e. g. of the DC551-CS31)

3) With "Module" the following allocation applies dependent of the master:Module error: I/O-Bus or PNIO: 31 = Module itself; COM1/COM2: 1..10 = expansion 1..10Channel error: I/O-Bus or PNIO = Module type (2 = DO); COM1/COM2: 1..10 = expansion 1..10

4) In case of module errors, with channel "31 = Module itself" is output.

LED Status Color LED = OFF LED = ONInputs I0...I7 Digital input Yellow Input is OFF Input is ON (the input voltage

is even displayed if the supply voltage of the module is OFF)

Outputs O0...O7 Digital output Yellow Output is OFF Output is on (the output voltage is only displayed if the supply voltage of the module is ON)

Process supply voltage UPConnections Terminal 19 for UP (+24 V DC) and terminal 20 for ZP (0 V)Rated value 24 V DCCurrent consumption via UP terminal 5 mA + max. 0.5 A per outputMax. ripple 5 %Protection against reversed voltage YesRated protection fuse for UP Recommended; the outputs must be protected by an 3 A fast fuse

Current consumption from 24 V DC power supply at the L+/UP and M/ZP terminals of the CPU/Bus Module

Ca. 10 mA

Electrical isolation Yes, between the output group and the rest oft moduleIsolated groups 2 groups (1 group for 8 input channels, 1 group for 8 output channels)

Surge-voltage (max.) 35 V DC for 0.5 sMax. power dissipation within the module 2.3 WWeight ca. 120 gMounting position Horizontal or verticalCooling The natural convection cooling must not be hindered by cable ducts or other parts in the

switch-gear cabinet.

Number of channels per module 8Distribution of the channels into groups 1 group for 8 channelsConnections of the channels I0 to I7 Terminals 2 to 9Reference potential for the channels I0 to I7

Terminal 1

Indication of the input signals 1 yellow LED per channel; the LED is ON when the input signal is high (signal 1)Input type according to EN 61131-2 Type 1 source Type 1 sinkInput signal range -24 V DC +24 V DC

Signal 0 -5 V ... +3 V -3 V ... +5 VUndefined signal -15 V ... + 5 V +5 V ... +15 VSignal 1 -30 V ... -15 V +15 V ... +30 V


Technical Data of the Digital Outputs

Ordering Data

Ripple with signal 0 -5 V ... +3 V -3 V ... +5 VRipple with signal 1 -30 V ... -15 V +15 V ... +30 VInput current per channel

Input voltage +24 V Typ. 5 mAInput voltage +5 V 1 mAInput voltage +15 V > 2.5 mAInput voltage +30 V < 6.5 mA

Max. permissible leakage current (at 2-wire proximity switches)

1 mA

Input delay (0->1 or 1->0) Typ. 8 msMax. cable length


Number of channels per module 8 transistor outputs (24 V DC, 0.5 A max.)Distribution of the channels into groups 1 group of 8 channelsConnection of the channels O0 to O7 Terminals 11 to 18Reference potential for the channels O0 to O7

Terminal 20 (minus pole of the process voltage, name ZP)

Common power supply voltage Terminal 19 (plus pole of the process voltage, name UP)Indication of the output signals 1 yellow LED per channel; the LED is on when the output signal is high (signal 1) and the

module is powered through the I/O-BusWay of operation Non-latching typeMax. output voltage at signal 1 20 V DC at max. current consumptionOutput delay

0 to 1 50 s1 to 0 200 s

Output currentRated current per channel (max.) 0.5 A at UP 24 V DCRated current per group (max.) 4 ARated current (all channels together, max.)

4 A

Lamp load (max.) 5 WMax. leakage current with signal 0 0.5 mA


Must be performed externally according to driven load specification

Switching FrequenciesWith inductive loads Max. 0.5 HzWith lamp loads Max. 11 Hz at max. 5 W

Short circuit / Overload proof NoOverload message NoOutput current limitation NoResistance to feedback against 24 V DC No

Connection of 2 outputs in parallel Not possibleMax. cable length


Ordering No. Scope of delivery1TNE 968 902 R2301 DX561, Digital Input/Output Module, 8 DI 24 V DC, 8 DO 24 V DC, transistor output1SSS 444 609 R1100 Terminal Block L44460901501, 9-pole, screw front, cable side, 6 pieces per unit1SSS 444 611 R1100 Terminal Block L44461101501, 11-pole, screw front, cable side, 6 pieces per unit1SSS 444 409 R1100 Terminal Block L44440901501, 9-pole, screw front, cable front, 6 pieces per unit1SSS 444 411 R1100 Terminal Block L44441101501, 11-pole, screw front, cable front, 6 pieces per unit1SSS 444 709 R1100 Terminal Block L44470901501, 9-pole, spring front, cable front, 6 pieces per unit1SSS 444 711 R1100 Terminal Block L44471101501, 11-pole, spring front, cable front, 6 pieces per unit



Analog Input/Output Module AX561- 4 configurable analog inputs- 2 configurable analog outputs- Resolution: 11 bits plus sign or 12 bits

Figure: Overview of Analog Input/Output Module AX561

Contents

Intended PurposeFunctionalityElectrical ConnectionInternal Data ExchangeI/O ConfigurationParameterizationDiagnosisDisplaysMeasuring RangesOutput RangesTechnical DataOrdering Data

Intended Purpose

The Analog Input/Output Module AX561 can be used as a remote expansion module at the following devices:


AC500 CPUs (PM5xx)

It contains the following features:

4 configurable analog inputs (I0 to I3) in 1 group

2 configurable analog outputs (O0 and O1) in 1 group

The inputs are not electrically isolated from each other.The outputs are not electrically isolated from each other.The other electronic circuitry of the module is not electrically isolated from the inputs/outputs or from the I/O-Bus.

Functionality

Elements of the AX561

1 I/O-Bus

2 1 green LED to display power supply1 red LED to display error

3 Terminal number

4 Allocation of signal name

5 Terminal block for input signals (9-pole)

6 Terminal block for output signals (11-pole)

7 2 holes for wall-mounting with screws

8 DIN rail

4 analog inputs, individually configurable for

Not used (default)-2.5 ... +2.5 V-5 ... + 5 V

Page 1 of 8AX561 Analog Input/Output Module


The Analog Input/Output Module AX561 can be connected to the following devices via the I/O-Bus connector:


AC500 CPUs (PM5xx)

other AC500 I/O Modules

The electrical connection is carried out by using a removable 9-pole and 11-pole Terminal Block. These terminal blocks differ in their connection system (spring terminals or screw-type terminals, cable mounting from the front or from the side). For more information, refer to the chapter Terminal Blocks for S500-eCo I/O Modules. The terminal blocks are not included in the module's scope of delivery and must be ordered separately.

The following block diagram shows the internal construction of the analog inputs and outputs:

The assignment of the terminals:

0 ... +5 V0 ... +10 V0 ... 20 mA4 ... 20 mA

2 analog outputs, individually configurable for

Not used (default)-10 V ... +10 V0 ... 20 mA4 ... 20 mA

Resolution of the analog channels- Voltage bipolar (-2.5 V ... +2.5 V; -5 V ... +5 V) 11 Bit plus sign- Voltage unipolar (0 V ... 5 V; 0 V ... 10 V) 12 Bit- Current (0 mA ... 20 mA; 4 mA ... 20 mA) 12 Bit

LED displays 2 LEDs for process voltage and error messagesInternal supply Via I/O-BusExternal supply Via the terminals L+ (process voltage 24 V DC) and M (0 V DC); the M

terminal is connected to the M terminal of the CPU via the I/O-Bus

Note

The AX561 must not be used as a remote expansion module at DC505-FBP and CI592-CS31-HA Bus Modules.

Note

Mounting, disassembling and electrical connection for the I/O Modules are described in detail in the S500 System Data chapters.

Terminal Signal Meaning1 R0 Burden resistor for input signal 0 for current sensing


The internal power supply voltage for the module's circuitry is carried out via the I/O-Bus (provided by a Bus Module or a CPU). Thus, the current consumption from 24 V DC power supply at the terminals UP/L+ and ZP/M of the CPU/Bus Module increases by 5 mA per AX561.The external power supply connection is carried out via the L+ (+24 V DC) and the M (0 V DC) terminals. The M terminal is electrically interconnected to the M/ZP terminal of the CPU/Bus Module.

The module provides several diagnosis functions (see chapter Diagnosis).

The following figure shows exemplarily the internal construction of the analog input AI0. The analog inputs AI1 ... AI3 are designed in the same way.

The following figures show exemplarily the electrical connection of analog sensors (voltage) to the input I0 of the Analog Input/Output Module AX561. Proceed with the inputs I1 to I3 in the same way.

2 I0+ Plus pole of input signal 03 I0- Minus pole of input signal 04 R1 Burden resistor for input signal 1 for current sensing5 I1+ Plus pole of input signal 16 I1- Minus pole of input signal 17 R2 Burden resistor for input signal 2 for current sensing8 I2+ Plus pole of input signal 29 I2- Minus pole of input signal 210 R3 Burden resistor for input signal 3 for current sensing11 I3+ Plus pole of input signal 312 I3- Minus pole of input signal 313 O0U+ Voltage output of channel 014 O0I+ Current output of channel 015 O1U+ Voltage output of channel 116 O1I+ Current output of channel 117 O01- Minus pole of channels O0 and O118 SG Signal ground19 L+ Process voltage L+ (24 V DC)20 M Process voltage M (0 V DC)

CAUTION

Risk of imprecise and faulty measurements!Analog signals may be distorted seriously by external electromagnetic influences.Use shielded wires when wiring analog signal sources. The cable shield must be grounded at both ends of the cable. Provide a potential equalisation of a low resistance to avoid high potential differences between different parts of the plant.

CAUTION



CAUTION

Risk of damaging the PLC modules!The PLC modules can be damaged by overvoltages and short circuits.Make sure that all voltage sources (supply and process voltage) are switched off before you are beginning with operations at the system.

Internal construction of the analog inputs

CAUTION

Risk of damaging the analog input!The 250 input resistor can be damaged by overcurrent.Make sure that the current through the resistor never exceeds 30 mA.


The following figures show exemplarily the electrical connection of analog sensors (current) to the input I0 of the Analog Input/Output Module AX561. Proceed with the inputs I1 to I3 in the same way.

The following figures show the electrical connection of analog actuators to the Analog Input/Output Module AX561.

The meaning of the LEDs is described in the Displays chapter.


I/O Configuration

The Analog Input/Output Module AX561 does not store configuration data itself.

Parameterization

The arrangement of the parameter data is performed with Control Builder Plus software.


For non-standard applications, it is necessary to adapt the parameters to your system configuration.

Connection of active-type analog sensors (voltage) Connection of passive-type analog sensors (voltage)

Connection of active-type analog sensors (current) Connection of passive-type analog sensors (current)

Connection of analog voltage actuators Connection of analog current actuators

Note

The output signal is undefined if the supply voltage at the L+ terminal is below 10V. For example this can happen if the supply voltage has a slow ramp-up / ramp-down behaviour and must be foreseen in the planning of the installation.

Note

If the output is configured in current mode, the voltage output signal is undefined and must not be connected.

Note

If the output is configured in voltage mode, the current output signal is undefined and must not be connected.

AX561Analog inputs (Bytes) 8Analog outputs (Bytes) 4


*1) with CS31 and addresses less than 70, the value is increased by 1

*2) Value is hexadecimal: HighByte is slot (xx: 0 ... 7), LowByte is index (1 ... n)

Input channel (4x):

Output channel (2x):

Diagnosis

Name Value InternalValue

Internalvalue, Type

Default Min. Max. EDS Slot Index

Module ID Intern 6520 *1) WORD 0x1978 0 65535 xx01Ignore module No

Yes01

BYTE No0x00

Parameter length Intern 8 BYTE 0 0 255 xx02 *2)Analog Data Format Default 0 BYTE Default

0x00255

GSD file: Ext_User_Prm_Data_Len =Ext_User_Prm_Data_Const(0) =

0x0B0x79, 0x19, 0x08, \0x01, 0x00, \0x00, 0x00, 0x00, 0x00, \0x00, 0x00;

Name Value Internalvalue

Internalvalue, Type

Default Min. Max.

Channel configuration see below *2)

see below *2) BYTE 00x00 see below *3)

0 65535

*2) Internal value

Operating modes for the analog inputs, individually configurable

*3) 0 Not used (default)1 0 ... +10 V3 0 ... 20 mA4 4 ... 20 mA6 0 ... +5 V7 -5...+5 V20 -2,5...+2,5 V

Name Value Internalvalue

Internalvalue, Type

Default Min. Max.

Channel configuration see below *4)

see below *5) BYTE 00x00 see below *3)

0 65535

*4) Internal value

Operating modes for the analog outputs, individually configurable

*5) 0 Not used (default)128 -10 ... + 10 V129 0 ... 20 mA130 4 ... 20 mA


AC500-Display

< Display inClass Comp Dev Mod Ch Err PS501 PLC BrowserByte 6Bit 6..7


PNIO diagnosis block

Class Inter-face



1) 2) 3) 4)Module error AX561

314 1..10 31

31 19 Checksum error in the I/O module Replace I/O Module11 / 12 ADR 1..10

314 1..10 31

31 9 Overflow diagnosis buffer Restart11 / 12 ADR 1..10

314 1..10 31

31 26 Parameter error Check master11 / 12 ADR 1..10

314 1..10 31

31 11 Process voltage too lowCheck process voltage11 / 12 ADR 1..10

Channel error AX561

414 1..10 1

0...3 48 Analog value overflow at an analog inputCheck input value or terminal11 / 12 ADR 1..10

414 1..10 1

0...3 7 Analog value underflow at an analog input Check input value11 / 12 ADR 1..10

414 1..10 3

0...1 48 Analog value overflow at an analog outputCheck output value or terminal11 / 12 ADR 1..10

4 14 1..10 3 0...1 7 Analog value underflow at an analog Check output


Remarks:

Displays

Statuses of the LEDs:

Measuring Ranges

The represented resolution corresponds to 12 bits respectively 11 bits plus sign.

Output Ranges

11 / 12 ADR 1..10 output value

1) In AC500 the following interface identifier applies:14 = I/O-Bus, 11 = COM1 (e.g. CS31-Bus), 12 = COM2.The PNIO diagnosis block does not contain this identifier.

2) With "Device" the following allocation applies:31 = Module itself, 1..10 = Expansion module 1..10, ADR = Hardware address (e. g. of the DC551-CS31)

3) With "Module" the following allocation applies dependent of the master:Module error: I/O-Bus or PNIO: 31 = Module itself; COM1/COM2: 1..10 = expansion 1..10Channel error: I/O-Bus or PNIO = Module type (1 = AI, 3 = AO); COM1/COM2: 1..10 = expansion 1..10

4) In case of module errors, with channel "31 = Module itself" is output.

LED Status Color LED = OFF LED = ON LED flashesPWR Process voltage 24 V

DC via terminalGreen CPU module voltage or

external 24 V DC supply voltage is missing

3.3 V system voltage (IO-Bus) and external 24 V DC supply voltage are present

---

ERR Channel or module error

Red No error or process voltage is missing

Serious error in the module

Error on 1 or more channels of the module

CAUTION

Risk of wrong analog input values!The analog input values may be wrong if the measuring range of the inputs are exceeded.Make sure that the analog signal at the connection terminals is always within the signal range.

Range -2.5 ... +2.5 V -5 ... +5 V 0 ... 5 V 0 ... 10 V 0 ... 20 mA 4 ... 20 mA Digital valuedecimal hex.

Overflow >2.9397 >5.8795 >5.8795 >11.7589 >23.5178 >22.8142 32767 7FFFMeasured value too high

2.9397:2.5014

5.8795:5.0029

5.8795:::5.0015

11.7589:::10.0029

23.5178:::20.0058

22.8142::20.0058

32511:276642765827656

7EFF:6C106C0A6C08

Normal range

Normal range or measured value too low

2.5000:0.0014

5.0000:0.0029

5.0000:::0.0015

10.0000:::0.0029

20.0000:::0.0058

20.0000::4.0058

27648:16108

6C00:0010000A0008

0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0 4 0 0000:-0.0014:::-2.5000

:-0.0029:::-5.0000

3.9942::0

-10-16-4864-6912:-27648

FFF6FFF0ED00E500:9400

Measured value too low

-2.5014:-2.9398

-5.0029:-5.8795

-27664:-32512

93F0:8100

Underflow <-2.9398 <-5.8795 <-0.0300 <-0.0600 <-0.1200 <-0.1200 -32768 8000

Range -10 ... +10 V 0 ... 20 mA 4 ... 20 mA Digital valuedecimal hex.

Overflow >11.7589 >23.5178 >22.8142 32767 7FFFOutput value too high 11.7589

:10.0058::

23.5178:::20.0058

22.8142::20.0058:

32511:276642765827656

7EFF:6C106C0A6C08

Normal range

Normal range or output value too low

10.0000:0.0058::

20,0000:::0.0058

20.0000::4.0058

27648:16108

6C00:0010000A0008

0.0000 0 4 0 0000:-0.0058:::-10.0000

3.9942::0

-10-16-4864-6912:-27648

FFF6FFF0ED00E500:9400

Output value too low -10.0058 -27664 93F0


The represented resolution corresponds to 12 bits respectively 11 bits plus sign.

Technical Data

The System Data of AC500-eCo are valid here. Only additional details are therefore documented below.

Technical Data of the Analog Inputs

Technical Data of the Analog Outputs

:-11.7589

:-32512

:8100

Underflow <-11.7589 <0.0000 -32768 8000

Process supply voltage L+Connections Terminal 19 for L+ (+24 V DC) and terminal 20 for M (0 V)Rated value 24 V DCCurrent consumption via L+ terminal 0.14 A + output loadInrush current (at power-up) 0.05 A2sMax. ripple 5 %Protection against reversed voltage YesProtection fuse for L+ Recommended

Current consumption from 24 V DC power supply at the terminals UP/L+ and ZP/M of the CPU/Bus Module

Ca. 5 mA

Electrical isolation NoSurge-voltage (max.) 35 V DC for 0.5 sMax. power dissipation within the module On RequestWeight ca. 120 gMounting position Horizontal or verticalCooling The natural convection cooling must not be hindered by cable ducts or other parts in the switch-

gear cabinet.

Number of channels per module 4 individually configurable voltage or current inputsDistribution of channels into groups 1 group for 4 channelsResolution

Unipolar Voltage: 0 V ... +5 V; 0 V ... + 10 V: 12 bitsCurrent 0 mA ... 20 mA; 4 mA ... 20 mA: 12 bits

Bipolar Voltage -2.5 V ... +2.5 V; -5 V ... +5 V: 11 bits plus signConnection of the signals I0- to I3- Terminals 3, 6, 9, 12Connection of the signals I0+ to I3+ Terminals 2, 5, 8, 11Input type DifferentialElectrical isolation No isolation between the inputs and the I/O-BusCommon mode input range Signal voltage plus common mode voltage must be within ±12 VIndication of the input signals NoChannel input resistance Voltage: >100 k , current: ca. 250 Accuracy

Typical (at 25 °C) Voltage: ±0.5 % of full scaleCurrent 0...20 mA: ±0.5 % of full scaleCurrent 4...20 mA: ±0.7 % of full scale

Worst case (at 0 ... 60 °C or EMC disturbances)

±2 % of full scale

Time constant of the input filter Voltage: 300 s, current: 300 sRelationship between input signal and hex code

See table

Analog to digital conversion time Typ. 500 s per channelUnused inputs Can be left open and should be configured as "unused"Overvoltage protection Yes, up to 30 V DCMax. cable length (conductor cross section > 0,14 mm2)

Unshielded wire 10 mShielded wire 100 m

Number of channels per module 2 configurable voltage or current outputsDistribution of channels into groups 1 (2 channels per group)Connection of the signals O0U- and O1U+ Terminals 13 and 15Connection of the signals O0I+ and O1I+ Terminals 14 and 16Output type Bipolar with voltage, unipolar with currentResolution 12 bits or 11 bits plus signAccuracy

Typical (25 °C) ±0.5 % of full scaleWorst case (at 0 ... 60 °C or EMC disturbances)

±2 % of full scale

Indication of the output signals NoOutput Resistance (load) as current output 0 ... 500


Ordering Data

Output load ability as voltage output 2 mA max.Relationship between input signal and hex code

See table

Unused inputs Can be left open and should be configured as "unused"Overvoltage protection Yes, up to 30 V DCMax. cable length (conductor cross section > 0,14 mm2)

Unshielded wire 10 mShielded wire 100 m

Ordering No. Scope of delivery1TNE 968 902 R1301 AX561, Analog Input/Output Module, 4 AI, 2AO, U/I1SSS 444 609 R1100 Terminal Block L44460901501, 9-pole, screw front, cable side, 6 pieces per unit1SSS 444 611 R1100 Terminal Block L44461101501, 11-pole, screw front, cable side, 6 pieces per unit1SSS 444 409 R1100 Terminal Block L44440901501, 9-pole, screw front, cable front, 6 pieces per unit1SSS 444 411 R1100 Terminal Block L44441101501, 11-pole, screw front, cable front, 6 pieces per unit1SSS 444 709 R1100 Terminal Block L44470901501, 9-pole, spring front, cable front, 6 pieces per unit1SSS 444 711 R1100 Terminal Block L44471101501, 11-pole, spring front, cable front, 6 pieces per unit



CS31 Bus Module DC551-CS31 with Digital Inputs and Outputs- 8 digital inputs 24 V DC, 16 configurable digital inputs/outputs- Module-wise electrically isolated- Fast Counter- XC version for usage in extreme ambient conditions available

Figure: CS31 Bus Module DC551-CS31, plugged on a CS31 Bus Terminal Unit TU552-CS31

Contents

Intended PurposeFunctionalityElectrical ConnectionCS31 Bus ConnectionsInternal Data ExchangeAddressingDC551-CS31 LimitationsI/O ConfigurationParameterizationStructure of the Diagnosis Block of the DC551-CS31Diagnosis and DisplayTechnical Data- Technical Data of the Entire Module- Technical Data of the Digital Inputs- Technical Data of Configurable Digital Inputs/Outputs- Technical Data of the Fast CounterOrdering Data

Intended Purpose

Important: Currently, the CS31 Bus Module DC551-CS31 can only be used together with the AC500 CPUs and dedicated PS501 Control Builder.

The CS31 Bus Module is used as a decentralized I/O module on CS31 field buses. The bus connection is performed on a RS-485 serial interface, which allows the connection of this module to all existing CS31 buses. In addition, the CS31 Bus Module provides 24 I/O channels with the following properties:

8 digital inputs 24 V DC in one group (2.0...2.7)

16 digital inputs/outputs in one group (3.0...4.7), of which each can be used

as an input,

as a transistor output with short-circuit and overload protection, 0.5 A rated current or

as a re-readable output (combined input/output) with the technical data of the digital inputs and outputs.

The inputs and output are electrically isolated from the other electronic circuitry of the module.

For usage in extreme ambient conditions (e.g. wider temperature and humidity range), a special XC version of the device is available.

Functionality

Elements of the module

1 I/O-Bus

2 Allocation between terminal No. and signal name

3 8 yellow LEDs to display the signal statuses of the digital inputs I0 to I7

4 16 yellow LEDs to display the signal statuses of the digital inputs/outputs C8 to C23

5 2 rotary switches to set the module's address (00d to 99d)

6 1 green LED to display the process voltage UP

7 3 red LEDs to display errors

8 4 System LEDs

9 Label

10 CS31 Bus Terminal Unit (TU551-CS31 or TU552-CS31) with 40 terminals (screw-type or spring terminals)

11 DIN rail

Sign for XC version

Interface RS-485, CS31 protocolSupply of the module's electronic circuitry From UP and ZP (power supply)Supply of the electronic circuitry of the I/O expansion modules attached

Through the expansion bus interface (I/O-Bus)

Address switches For setting the CS31 field bus address (0 to 99)Digital inputs 8 (24 V DC)Digital inputs/outputs 16 (24 V DC)Fast Counter Integrated, many configurable operating modesLED displays For system displays, signal statuses, errors and power supplyExternal supply voltage Via the terminals ZP and UP (process voltage 24 V DC)

Page 1 of 9DC551-CS31 CS31 Bus Module


The CS31 Bus Module is plugged on the CS31 Terminal Unit TU551 or TU552. Hereby, it clicks in with two mechanical locks. The Terminal Unit is mounted on a DIN rail or with 2 screws plus the additional accessory for wall mounting (TA526).

The electrical connection of the I/O channels is carried out using the 40 terminals of the CS31 Terminal Unit. It is possible, to replace CS31 Bus Modules and I/O modules without loosening the wiring.

Note: Mounting, disassembling and electrical connection for the Terminal Units, the FBP Interface Modules and the I/O modules are described in detail in the S500 System Data chapters.

The terminals 1.8 to 4.8 and 1.9 to 4.9 are electrically interconnected within the CS31 Bus Terminal Unit and have always the same assignment, independent of the inserted module:

Terminals 1.8 to 4.8: Process voltage UP = +24 V DCTerminals 1.9 to 4.9: Process voltage ZP = 0 V

The assignment of the other terminals:

The supply voltage 24 V DC for the module's electronic circuitry comes from the ZP/UP terminals.

The module provides several diagnosis functions (see chapter Diagnosis and Display).

Caution: Removal of energized modules is not permitted. All power sources (supply and process voltages) must be switched off while working on any AC500 system.

The following figure shows the electrical connection of the CS31 Bus Module DC551-CS31.

Figure: Electrical connection of the CS31 Bus Module DC551-CS31

CS31 Bus Connections

The CS31 bus is connected through the Terminal Unit with the terminals 1.0 to 1.7. The end-of-line resistor can also be activated by using external wire jumpers.

The following figure shows a CS31 Bus module at the end of the CS31 Bus (end-of-line resistor activated).

Terminals Signal Meaning1.0 to 1.7 RS-485 CS31 bus interface2.0 to 2.7 I0 to I7 8 digital inputs3.0 to 4.7 C8 to C23 16 digital inputs/outputs


Figure: CS31 Bus module at the end of the CS31 Bus

The following figure shows a CS31 Bus module in the middle of a CS31 Bus (end-of-line resistor not activated).

Figure: CS31 Bus module in the middle of the CS31 Bus


Addressing

An address must be set at every module so that the field bus communication module can access the specific inputs and outputs.

A detailed description concerning "addressing" can be found in the chapters Addressing of the CPUs and Communication Modules.

The address (00 to 99) is set with two rotary switches on the front panel of the module.

Remark: The CS31 Bus Module reads the position of the address switches only during the initialization after power ON, i.e. changes of the setting during operation remain ineffective.

DC551-CS31 Limitations

Digital I/O:

DC551-CS31 is able to manage up to 240 digital I/O channels. It uses 2 digital bus addresses in this case.

To be compatible with old CPU and EC500 using this physical address, to address I/O in user program: Use only 6 expansions with 32 DI.

Analog I/O:

Analog limitation to 40 AI/AO with 4 bus addresses used.

Case of DC551-CS31 with Fast Counter:

An additional bus address is used for "double word" values of the Fast Counter.The maximum configuration is shown in the following table.

The following configuration uses 7 bus addresses (the Fast Counter needs 16 DI + 16 DO + 4 AI + 8 AO):

2 bus addresses for digital I/O (24 + 16 + 5x32)DI + (16 + 16 + 5x16)DO = 200 DI (>120) + 112 DO5 bus addresses for analog I/O (4 + 2x16)AI + 8 AO = 36 AI + 8 AO

Small overview of the addressing possibilities

Configuration example with 32 analog inputs with or without 32 analog outputs (Fast Counter not used) = 5 bus addresses by the bus module

without the Fast Counter with the Fast Counter (only with AC500)Digital inputs (bytes) 3 + expansion modules (see above) 5 + expansion modules (see above)Digital outputs (bytes) 2 + expansion modules (see above) 4 + expansion modules (see above)Counter input data (words) 0 5 (16 DI + 4 AI)Counter output data (words) 0 9 (16 DO + 8 AO)

The physical address to identify the I/O is address n (switch address) for the 1st module (120 I/O)address n + 7 + bit 8/15 = 1 for the 2nd module

DC551-CS318DI + 16 DC+ counter

16 AI 16 AI DC532 DC532 DC532 DC532 DC532


If the number of analog outputs is less than the number of analog inputs, no additional address is necessary. Change the type from "analog in" to "analog I/O".

30 bus addresses used, 1 bus address free192 analog inputs (+ 192 analog outputs)48DI / 96DC (144 DI / 96 DO for CS31 and user program)

Switch address incremented to avoid control overlap.In CPU table module switch address n will be seen as (idem for AC500 or old CPU):

Address n, type digital I/O, 8 DI/16DCAddress n, type analog I or I/O, 8 AI (+ 8 AO)Address n + bit 8/15=1, type analog I or I/O, 8 AI (+ 8 AO)Address n+1, type analog I or I/O, 8 AI (+ 8 AO)Address n+1 + bit 8/15=1, type analog I or I/O, 8 AI (+ 8 AO)

Only difference in old CPU I/O channels are stored/updated according to the switch address.In AC500 according to CoDeSys configuration table.

I/O Configuration

The DC551-CS31 module does not store configuration data itself. The 16 configurable channels are defined as inputs or outputs by the user program, i.e. each of the configurable channels can be used as input or output (or re-readable output) by interrogation or allocation by the user program.

Parameterization

During system start-up, the master communication module automatically sends parameter data to the slave.

When the module is defined in CoDeSys:Parameters are in CoDeSys and can be adapted to application before transfer in PLC. Then parameters will be sent to DC551-CS31 when the module connects or re-connects the bus.

By using the PLC Configurator:Definition of CS31 Master communication on COM1, append of the 1st DC551-CS31 slave module:

The DC551-CS31 is now attached to the COM1:


The on-board I/Os are displayed and automatically known by the AC500 Control Builder. The I/O addressing is automatically performed as for any other modules.

The bus address of the module, used after that by AC500 Master CS31, can be adapted to those set on the module rotary switches.

Attention: The AC500 PS501 Control Builder does not control the validity/integrity of the entered CS31 Bus address value during the configuration! The control is done during project compilation, then downloaded into the CPU and after starting the CPU.

The attached expansions modules of the DC551-CS31 are performed as local expansions by clicking with the right mouse button onto the DC551-CS31 bus module and using Append Subelement. See above:

The DC532 is added as a local expansion to the DC551-CS31 Bus module:

Attention: Be careful, the AC500 PS501 Control Builder does not control the validity/integrity of amount of expansions configured (acc. to I/O limitations) during the configuration! The control is done during project compilation, then downloaded into the CPU and after starting the CPU.

Example of a CS31 bus configuration with 2 DC551-CS31 slaves:

for EC500: Special functions must be added in the user program

for Series 90: => use old CS31CO (write 4 bytes) or terminal command MAIL (write 4 bytes).

(for old CPU 1 time configuration have been loaded => a command restore config from EEPROM by CS31CO can be used to avoid resend complete table)

The arrangement of the parameter data is performed by the Control Builder software.


For non-standard applications, it is necessary to adapt the parameters into your system configuration.

Module:

Nr. Name Value Internalvalue

Internalvalue, type

Default Min. Max.

1 Module ID Internal 2715*1)

Word 27150x0a9b

0 65535

2 Ignore module NoYes

01

Byte No0x00

14 Parameter length Internal 8(7 * 4)

Byte 8(7 * 4)

0 255

16 Check supply Off 0 Byte On


*1) With CS31 and addresses less than 70, the value is increased by 1

*3) Counter operating modes, see description of the Fast Counter

*4) With CS31 and addresses less than 70, without the parameter Fast counter

Structure of the Diagnosis Block of the DC551-CS31

If a DC551-CS31 module is connected via a CS31 bus, then the field bus master receives diagnosis information by an extended diagnosis block. The following table shows the structure of this diagnosis block:

Diagnosis and Display

In case of overload or short-circuit, the outputs switch off automatically and try to switch on again cyclically. Therefore an acknowledgement of the outputs is not necessary. The LED error message, however, is stored.

Diagnosis:

on 1 0x0117 Input delay 0.1 ms

1 ms8 ms32 ms

0123

Byte 8 ms0x02

18 Fast counter 0:10 *3)

0:10

Byte Mode 00x00

Nr.+1 Detection short-circuit at outputs offon

01

Byte on0x01

Nr.+1 Behaviour outputs at communication errors

OffLast valueSubstitute value

012

Byte off0x00

Nr.+1 Substitute value outputsBit 15 = Output 15Bit 0 = Output 0

0...65535 0...0xffff Word 0

Bytenumber

Description Possible values

1 Data length (header included) 182 Diagnosis byte 0 = Communication with DC551-CS31 OK

1 = Communication with DC551-CS31 failed3 DC551-CS31 diagnosis byte, module number 0 = DC551 (e.g. error at the integrated 8DI/16DC)

1 = 1st attached S500 I/O module...7 = 7th attached S500 I/O module

4 DC551-CS31 diagnosis byte, slot According to the I/O-Bus specificationpassed on by modules to the fieldbus master

5 DC551-CS31 diagnosis byte, channel According to the I/O-Bus specificationpassed on by modules to the fieldbus master

6 DC551-CS31 diagnosis byte, error code According to the I/O-Bus specification

Bit 7 and bit 6, coded error class0 = E11 = E22 = E33 = E4

Bit 0 to Bit 5, coded error description

passed on by modules to the fieldbus master7 DC551-CS31 diagnosis byte, flags According to the I/O-Bus specification

Bit 7: 1 = coming errorBit 6: 1 = leaving errorBit 5: 1 = Diag reset

Bit 2 to Bit 4: reserved

Bit 1: 1 = explicit acknowledgementBit 0: 1 = static error

passed on by modules to the fieldbus master

Value = 0: static message for other systems, which do not have a coming/leaving evaluation

8ff reserved


AC500 display

< Display inClass Comp Dev Mod Ch Err PS501 PLC browserByte 6Bit 6..7


FBP diagnosis block

Class Inter-face

De-vice

Mod-ule

Chan-nel

Erroridentifier


1) 2) 3) 4)Module error DC551-CS31

3 11 ADR 31 31 19 Checksum error in the I/O module

Replace I/O module

3 11 ADR 31 31 3 Timeout in the I/O module3 11 ADR 31 31 40 Different hard-/firmware versions in the module3 11 ADR 31 31 43 Internal error in the module3 11 ADR 31 31 36 Internal data exchange failure3 11 ADR 31 31 9 Overflow diagnosis buffer New start3 11 ADR 31 31 26 Parameter error Check master

3 11 ADR 31 31 11 Process voltage too low Check process voltage

3 11 ADR 1...7 31 17 No communication to the I/O module Replace I/O module

4 11 ADR 31 31 45 Process voltage ON/OFF Process voltage ON


Remarks:

Displays:

The LEDs are on the front panels of the modules. There are two different groups:

The 4 system LEDs (PWR, S-ERR, CS31 and I/O-Bus) show the operating status of the module and indicate possible errors.

The 28 process LEDs (UP, inputs, outputs, CH-ERR2 to CH-ERR4) display the supply voltage and signal statuses of the inputs and outputs and indicate possible errors.

All of the S500 modules have LEDs to display operating statuses and errors.

Status of the LEDs:

The status of the LEDs concerning the CS31 Bus Module in connection with the I/O expansion modules is described in detail in the S500 system data.

Technical Data

The System Data of AC500 and S500 are valid for standard version.

The System Data of AC500-XC are valid for the XC version.

Only additional details are therefore documented below.

Technical Data of the Entire Module

4 11 ADR 31/1..7 31 34 No reply at initialization of the I/O module Replace I/O module

4 11 ADR 31/1.7 31 32 Wrong I/O module in the slotReplace I/O module or check configuration

Channel error DC551-CS31

4 11 ADR 31/1..7 8..23 47 Short-circuit at a digital output Check connection

1) In AC500 the following interface identifier applies:11 = COM1 (protocol CS31 bus only possible with COM1)

2) With "Device" and CS31 bus master, the hardware address of the DC551-CS31 (0...69) is output.3) With "Module" the following allocation applies:

31 = Module itself, 1...7 = Expansion 1...74) In case of module errors, with channel "31 = Module itself" is output.

LED Status Color LED = OFF LED = ON LED flashesPWR System voltage green Missing internal system voltage

or field bus supply is missingInternal system voltage is OK --

CS31 CS31 communication green No communication at the CS31 bus module

Communication at the CS31 bus OK

Diagnosis mode

S-ERR Sum Error red No error or system voltage is missing

Internal error (storing can be parameterized)

--

I/O-Bus Communication via the I/O-Bus

green No expansion modules connected or data error

Expansion modules connected Error I/O-Bus

Reserved Not definedI0...I7 Digital inputs yellow Input = OFF Input = ON (the input voltage is

even displayed if the supply voltage is OFF)

C8...C23 Digital inputs/outputs yellow Input/output = OFF Input/output = ON (the input voltage is even displayed if the supply voltage is OFF)

UP Process supply voltage and initialization

green Process voltage is missing Process voltage OK --

CH-ERR2 Channel Error, error messages in groups (digital inputs/outputs combined into the groups 2 to 4)

red No error Serious error within the corresponding group

Error on one channel of the corresponding group (e.g. short-circuit at an output)CH-ERR3 red

CH-ERR4 red

CH-ERR *) Module Error red No error or process voltage is missing

Internal error --

*) All LEDs CH-ERR2 to CH-ERR4 light up together

Rated supply voltage of the module 24 V DC (UP/ZP)Current consumption of the module (UP) 15 mAProcess voltage UP

Rated value 24 V DC (for inputs and outputs)Max. current loadability for the supply terminals 10 AProtection against reversed voltage YesRated protection fuse at UP 10 A fastElectrical isolation CS31 bus interface from the rest of the moduleInrush current from UP (at power-up) 0.040 A²sCurrent consumption from UP at normal operation / with outputs

0.1 A + max. 0.008 A per input + max. 0.5 A per output

Connections Terminals 1.8 - 4.8 for +24 V (UP) and 1.9 - 4.9 for 0 V (ZP)Max. power dissipation within the module 6 W (outputs unloaded)Number of digital inputs 8Number of configurable digital inputs/outputs 16Reference potential for all digital inputs and outputs Minus pole of the supply voltage, signal name ZPAddress setting With 2 rotary switches on the front panelDiagnosis See chapter Diagnosis and DisplaysOperating and error displays 32 LEDs altogetherWeight (without Terminal Unit) Ca. 125 gMounting position Horizontal

Or vertical with derating (output load reduced to 50 % at 40°C per group)Cooling The natural convection cooling must not be hindered by cable ducts or other parts in the switch-gear

cabinet.


Attention: All I/O channels (digital and analog) are protected against reverse polarity, reverse supply, short circuit and continuous overvoltage up to 30 V DC.


Technical Data of the Configurable Digital Inputs/Outputs

Each of the configurable I/O channels is defined as input or output by the user program. This is done by interrogating or allocating the corresponding channel.

Technical data of the digital inputs/outputs if used as outputs

The following drawing shows the circuitry of a digital input/output with the varistors for demagnetization when inductive loads are switched off.

Figure: Digital input/output (circuit diagram)

Technical data of the digital inputs/outputs if used as inputs

Number of channels per module 8Distribution of the channels into groups 1 group of 8 channelsTerminals of the channels I0 to I7 2.0 to 2.7Terminals of the channels C8 to C23 3.0 to 4.7Reference potential for all inputs Terminals 1.9...4.9 (Minus pole of the process supply voltage, signal name ZP)Electrical isolation From the CS31 system busIndication of the input signals 1 yellow LED per channel, the LED is ON when the input signal is high (signal 1)Input type acc. to EN 61131-2 Type 1Input delay (0->1 or 1-> 0) Typ. 8 ms, configurable from 0.1 to 32 msInput signal voltage 24 V DC

Signal 0 -3 V...+5 VUndefined signal > +5 V...< +15 VSignal 1 +15 V...+30 V

Ripple with signal 0 Within -3 V...+5 VRipple with signal 1 Within +15 V...+30 VInput current per channel

Input voltage +24 V Typ. 5 mAInput voltage +5 V > 1 mAInput voltage +15 V > 2 mAInput voltage +30 V < 8 mA

Max. cable lengthShielded 1000 mUnshielded 600 m

Number of channels per module 16 inputs/outputs (with transistors)Distribution of the channels into groups 1 group of 16 channelsIf the channels are used as inputs

Channels I8...I23 Terminals 3.0...4.7If the channels are used as outputs

Channels Q8...Q23 Terminals 3.0...4.7Indication of the input/output signals 1 yellow LED per channel, the LED is ON when the input/output signal is high (signal 1)Electrical isolation From the CS31 system bus

Number of channels per module Max. 16 transistor outputsReference potential for all outputs Terminals 1.9...4.9 (minus pole of the process supply voltage, signal name ZP)Common power supply voltage For all outputs: terminals 1.8...4.8 (plus pole of the process supply voltage, signal name UP)Output voltage for signal 1 UP (-0.8 V)Output delay (0->1 or 1->0) On requestOutput current

Rated value, per channel 500 mA at UP = 24 VMaximum value (all channels together) 10 A

Leakage current with signal 0 < 0.5 mARated protection fuse on UP 10 A fastDemagnetization when inductive loads are switched off With varistors integrated in the module (see figure below)Switching frequency

With resistive loads On requestWith inductive loads Max. 0.5 HzWith lamp loads Max. 11 Hz with max. 5 W

Short-circuit proof / overload proof YesOverload message (I > 0.7 A) Yes, after ca. 100 msOutput current limitation Yes, automatic reactivation after short-circuit/overloadResistance to feedback against 24V signals YesMax. cable length



* Due to the direct connection to the output, the demagnetizing varistor is also effective at the input (see figure) above. This is why the difference between UPx and the input signal may not exceed the clamp voltage of the varistor. The varistor limits the voltage to approx. 36 V. Following this, the input voltage must range from - 12 V to + 30 V when UPx = 24 V and from - 6 V to + 30 V when UPx = 30 V.

Technical Data of the Fast Counter

Ordering Data

Number of channels per module Max. 16 digital inputsReference potential for all inputs Terminals 1.9...4.9 (minus pole of the process supply voltage, signal name ZP)Input current, per channel See Technical Data of the Digital InputsInput type acc. to EN 61131-2 Type 1Input delay (0->1 or 1->0) Typ. 8 ms, configurable from 0.1 to 32 msInput signal voltage 24 V DC

Signal 0 -3 V...+5 V *Undefined signal > +5 V...< +15 VSignal 1 +15 V...+30 V

Ripple with signal 0 within -3 V...+5 V *Ripple with signal 1 within +15 V...+30 VMax. cable length


Used inputs C16 / C17Used outputs C18Counting frequency Max. 50 kHzDetailed description See chapter Fast CounterOperating modes See chapter Fast Counter, Operating modes

Order No. Scope of delivery1SAP 220 500 R0001 DC551-CS31, CS31 Bus Module, 8 DI / 16 DC1SAP 420 500 R0001 DC551-CS31-XC, CS31 Bus Module, 8 DI / 16 DC, XC version1SAP 210 600 R0001 TU551-CS31, CS31 Bus I/O Terminal Unit, screw-type terminals1SAP 210 400 R0001 TU552-CS31, CS31 Bus I/O Terminal Unit, spring-type terminals1SAP 410 400 R0001 TU552-CS31-XC, CS31 Bus I/O Terminal Unit, spring-type terminals, XC version



1

391 82 Kalmar Tel 0772-28 80 00 [email protected] Lnu.se

Documents

Självständigt arbetelnu.diva-portal.org/smash/get/diva2:1150460/FULLTEXT01.pdf · 2017. 10. 19. · Sammanfattning . Sjöfartshögskolan, som är en institution på Linnéuniversitetet,