Veza PLC Siemens S7-300 sa frekventnim regulatorom … vezba... · Potrebno je izvesti zadavanje reference brzine elektromotora i ... Za programiranje S7-300 kontrolera uz pomo ć

Industrijski sistemi i protokoli – Profibus veza PLC Siemens S7-300 sa Danfoss FC302

1

Veza PLC Siemens S7-300 sa frekventnim regulatorom Danfoss FC302 – primer primene Profibus komunikacije u pogonima

Zadatak laboratorijske vežbe je uspostavljanje komunikacije izmeñu PLC-a i frekventnog regulatora preko Profibus-a. Potrebno je izvesti zadavanje reference brzine elektromotora i očitavanje njene stvarne vrednosti preko navedene komunikacije.

Šema povezanih elemenata - PLC-a (Siemens S7-300 (CPU 314-2DP)) i frekventnog regulatora (Danfoss FC302) u PROFIBUS mrežu data je na slici 1. Za povezivanje PLC-a i frekventnog regulatora korišćen je standardni dvožilni oklopljeni PROFIBUS kabel. Sa strane frekventnog regulatora nije potreban 9-pinski Sub D konektor, već se vodovi kabla vode direktno na odgovarajuće priključke instaliranog PROFIBUS modula (podrazumeva se da je ovaj modul instaliran na frekventnom regulatoru). Na slici 2 je prikazan pomenuti način spajanja.

Slika 1. Povezivanje PLC-a (Siemens S7-300) i frekventnog regulatora (Danfoss FC302) u PROFIBUS mrežu

Pošto se frekventni regulator nalazi na kraju PROFIBUS mreže neophodno je izvršiti terminaciju na kraju voda. Terminacija se vrši aktiviranjem odgovarajućeg prekidača na PROFIBUS modulu. U zavisnosti od potreba, u ovom koraku može se izvršiti i dodeljivanje adrese stanice na PROFIBUS magistrali. Izbor adrese se vrši podešavanjem stanja sedam prekidača koji se nalaze na PROFIBUS modulu frekventnog regulatora. Na taj način se može odabrati adresa iz opsega od 0 do 125. U ovom slučaju adresa stanice (čvora) podešena je na 3.


2

Sa strane PLC-a S7-300 povezivanje na Profibus je ostvareno korišćenjem prolaznog 9-pinskog Sub D konektora koji je priključen na DP port PLC-a

Slika 2. Povezivanje frekventnog regulatora FC302 na PROFIBUS

Programiranje PLC-a se izvodi preko odgovarajućeg kabla (Siemens, MPI kabel) koji ima ulogu da konvertuje signale sa računara na RS485 nivo (korišćenjem USB-MPI/DP adaptera).

1. Opis makete digitalno regulisanog elektromotornog pogona Izgled makete prikazan je na slici 3.

Slika 3. Dispozicija opreme laboratorijske makete


3

Numerisani delovi makete su:

1. PLC siemens S7-300 (CPU 314-2DP) 2. frekventni regulator Danfoss FC302 3. mrežni analizator energije Simeas P 4. izvor napajanja 5. motorni zaštitni prekidač 6. osigurači 7. stop taster 8. signalizacija i tasteri 9. signalizacija i tasteri 10. x1, x2,x3 redne stezaljke 11., 12. kanalice za smeštanje provodnika

1.1. PLC Siemens SIMATIC S7-300 serija (CPU 314 C-2DP) PLC kontroleri iz ove serije su namenjeni za automatizaciju nižeg i srednjeg nivoa. Široko se koriste u granama industrije kao što su mašinska, automobilska, prehrambena, procesna i sl. Odlikuju se modularnim dizajnom sa širokim spektrom modula koji omogućavaju optimalnu adaptaciju različitih zadataka automatizacije. Neki od modula su prikazani na slici 4.

Slika 4. Primer proširenja S7-300 PLC-a dodatnim modulima

Skraćenice naziva pojedinih modula na slici 4 imaju sledeće značenje: • PS (Power Supply Module) napojna jedinica - obezbeñuje pouzdano i kvalitetno napajanje modula. • CPU (Central Processing Unit) - serija S7-300 nudi širok opseg centralnih procesorskih jedinica različitih brzina, veličine radne memorije, komunikacionih portova, itd. Oznake modela iz ove serije su CPU 312, CPU 313, CPU 314, CPU 315, CPU 317, CPU 318. • IM ( Interface Module) sprežni modul - služi za povezivanje modula koji se nalaze na drugim šinama (podnožjima). • SM (Signal Modules) signalni moduli - služe za prilagoñavanje spoljašnjih signala internim. Tu spadaju moduli digitalnih ulaza DI, izlaza DO, kao i moduli analognih ulaza AI i izlaza AO. • FM (Function modules) funkcijski moduli - izvršavaju složene ili vremenski kritične poslove nezavisno od CPU-a, kao što su brojanje, pozicioniranje, upravljanje u zatvorenoj petlji. • CP (Communication Processors) - omogućavaju sledeće mrežne funkcije: Point to Point veza, PROFIBUS, Industrial Ethernet. • Din šina (DIN rail ) ili podnožje koje služi za prihvatanje novih modula. • Bas konektori (Bus connectors) - povezuju module Ukupan broj modula koji jedan kontroler može da prihvati je 32.


4

CPU iz ove serije ima memorijske oblasti prikazane na slici 5.

Slika 5. Memorijski koncept S7-300

Memorija za učitavanje (Load memory) - smeštena je na SIMATIC Micro memorijskoj kartici. Koristi se za smeštanje korisničkog programa, svi blokovi (OBs, FCs, DBs), sistemskih podataka, kao i svih konfiguracionih podataka vezanih za projekat. Podaci koji se nalaze na ovoj kartici ostaju sačuvani i po prekidu napajanja, kao i po restartu CPU memorije, tako da podrška baterijskog napajanja nije potrebna. Kao memorija za učitavanje osim MMC kartice može se koristiti i integrisani RAM.

Radna memorija (Work memory) - sadrži samo one podatke koji su značajni za izvršenje programa. RAM radna memorija integrisana je u CPU i nema mogućnost dodatnog proširenja. Poseduje dodatno baterijsko osiguranje napajanja.

Sistemska memorija (System memory) - sadrži memorijska područja za: • Tabličnu sliku procesnih ulaza i izlaza (PII - peripheral input image, PIQ - peripheral output image) - vrednosti koje PLC očita sa ulaza ulaznog modula i vrednosti koje postavlja na izlaze izlaznog modula se čuvaju u ovim memorijskim oblastima. • Bit memoriju (M) - služi za smeštanje meñurezultata prilikom izvršenja programa. • Lokalne podatke (L) - služi za čuvanje privremenih podataka prilikom editovanja OB, FB FC blokova. • Tajmere (T), Brojače (C)

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

U okviru vežbe koristi se model sa oznakom CPU 314C - 2DP (slika 6).

Slika 6. PLC S7-300 CPU 314C-2DP sa Siemens SIMATIC MMC flash memorijskom karticom


5

Neke od karakteristika ovog modela su: • 24 digitalna ulaza i 16 izlaza sa napajanjem 24V DC • 5 analognih ulaza i 2 izlaza • 4 brza brojačka ulaza od 60KHz • 4-pulsna izlaza od 2.5 KHz • 1 MPI, 1 DP port • PID kontroler Oznake LED dioda i njihovo značenje objašnjeni su u Tabeli 1

Oznaka diode Boja Značenje

SF crvena Softverska greška

BF crvena Komunikaciona greška

DC5V zelena Ispravan status napajanja

RUN zelena Procesor je u radnom modu

STOP žuta Procesor je zaustavljen

Tabela 1. Oznake LED dioda i njihovo značenje

Povezivanje modula za napajanje (PS) na CPU prikazano je na Slici 7. Sa 1 su označeni spojni provodnici izmeñu PS i CPU, sa 2 je označen MPI port, dok je 3 DP port.

Slika 7 Napajanje CPU modula naponom 24V DC iz napojnog modula (PS)

Za programiranje S7-300 kontrolera uz pomoć PC-a, korišćen je se USB-MPI/DP kabel koji je prikazan na Slici 8.

Slika 8. USB-MPI/DP kabl

Dakle, MPI port na S7-300 kontroleru je iskorišćen za komunikaciju sa PC-om, dok je DP port iskorišćen za priključenje ovog kontrolera na PROFIBUS mrežu.


6

1.2. Frekventni regulatori – Danfoss FC302 Frekventni regulatori su elektronski ureñaji koji omogućavaju upravljanje brzinom i/ili momentom asinhronih i sinhronih motora. Frekventni regulatori pretvaraju mrežni napon i frekvenciju, koji su konstantne veličine, u promenljive veličine na osnovu neke zadate vrednosti. Takoñe, oni nude i druge funkcije, kao što su: • zaštita (preopterećenje, kratak spoj podnapon, zemljospoj, itd.), • štednja energije - energija se može uštedeti ako brzina obrtanja motora odgovara zahtevima pri bilo kom momentu opterećenja. Ovo se odnosi pre svega na pogon pumpi i ventilatora gde je utrošena energija srazmerna kvadratu brzine. Takoñe, ograničavanjem struja pri uključenju frekventni regulator nudi dalje uštede u poreñenju sa sistemima sa direktnim startovanjem. • smanjeni troškovi održavanja pogona - jednom instaliran frekventni regulator sam po sebi ne zahteva nikakvo održavanje. Upravljajući motorima u odreñenom pogonu, povećava se radni vek tog pogona. • „mekan” rad mašine - korišćenjem soft-start i soft-stop rampi naprezanja i udari mašine se mogu izbeći • poboljšano radno okruženje - regulacijom brzine ventilatora smanjena je buka i promaja u blizini ventilatora. Manje buke na pokretnoj traci za punjenje flaša ako se brzina trake smanji u toku punjenja, i sl.

Opšta blok šema frekventnog regulatora prikazana je na slici 9.

Slika 9. Principska blok šema frekventnog regulatora

Frekventni regulator VLT AUTOMATION DRIVE FC302 proizvoñača Danfoss VLT AUTOMATION DRIVE predstavlja seriju frekventnih regulatora koji su pogodni za sve industrijske primene počev od jednostavne kontrole brzine do servo pogona. Osnovnu verziju čine frekventni regulatori sa oznakom FC301 za regulaciju brzine asinhronih, dok su frevekventni regulatori sa oznakom FC302 visokih performansi kako za asinhrone, tako i za sinhrone motore. Omogućavaju skalarno (U/f) upravljanje, VVC+, kao i vektorsko upravljanje.

U praktičnom delu vežbe je korišćen frekventni regulator FC302, snage 2.2kW. Poseduje mogućnost instaliranja različitih kartica koje služe za nadogradnju ureñaja čime se povećava


7

njegova fleksibilnost. Opcione kartice služe na primer za povezivanje enkodera ili za komunikaciju preko PROFIBUS protokola. Blok šema frekventnog regulatora Danfoss FC 302 data je na slici 10.

Slika 10. Blok šema frekventnog regulatora FC302- 2,2 kW

Neke od glavnih karakteristika ove serije pretvarača su: • postoji mogućnost eksterne nadogradnje različitim modulima (na raspolaganju su enkoderski i PROFIBUS moduli) • četiri programabilna digitalna ulaza 0-24 V, dva podesiva analogna ulaza (0-10V, -10V/+10V; 0-20mA) koji mogu biti korišćeni kao dodatna dva digitalna • dva programabilna digitalna izlaza i jeda programabilni analogni izlaz • dva programabilna relejna izlaza (240V AC/ 2A ili 24V DC) • zaštita od preoptećenja i kratkog spoja , podnaponska zaštita • kontrola momenta • kontrola fluksa • tip okvira A2, IP20


8

Slika 11. Frekventni regulator FC302- 2,2 kW

2. PROFIBUS DP profili PROFIBUS je internacionalno standardizovan, tako da omogućava korišćenje opreme različitih proizvoñača. Da bi se olakšala primena različite opreme definisani su DP profili. Osnovni zadatak DP profila je da definiše šta svaki od podataka predstavlja za odreñeni tip ureñaja. Na ovaj način je obezbeñeno da isti ureñaji različitih proizvoñača imaju iste profile, tj. podaci se nalaze rasporeñeni na isti način prilikom komunikacije kao što je definisano profilom za taj ureñaj. U nastavku su navedeni neki PROFIBUS profili:

• Profil za NC/RC - ovaj profil opisuje načine rukovanja i instalacije robota u okviru Profibus DP • Profil za enkodere - definiše komunikaciju enkodera konektovanih na Profibus DP mrežu • Profil za motore sa promenljivom brzinom - u definiciji ovog profila su učestvovali svi vodeći proizvoñači. Profil specificira kako se prenosi zadata vrednost i trenutne vrednosti. Ovim je omogućena zajednička upotreba opreme različitih proizvoñača. Profil definiše samo osnovne stvari ostavljajući slobodu proizvoñačima za razvoj specifičnih funkcija

2.1. Profil za motore sa promenljivom brzinom Najčešće korišćeni ureñaji u pogonima procesne industrije su frekventni regulatori. Oni koriste PROFIBUS DP profil za motore sa promenljivom brzinom. Profil definiše nekoliko komunikacionih objekata (Parameter Process data Objects, PPO) koji se koriste za razmenu podataka izmeñu programabilnih logičkih kontrolera i frekventnih regulatora. Ukupno je definisano osam PPO profila za ciklični prenos podataka (DP V0). Profili 3, 4, 6, 7, 8 sadrže samo procesni deo, odnosno sadrže podatke o procesu (process data, PCD), dok profili 1, 2 i 5 pored procesnog dela sadrže i parametarski deo, pomoću koga vršimo očitanje i promenu parametara sa frekventnog regulatora (parameter characteristics value, PCV), slika 12.


9

Slika 12. Pregled strukture PPO objekata

Oznake sa slike 12 definišu detalje vezane za parametarski odnosno procesni deo telegrama i imaju sledeće značenje: • PCV – karakteristične vrednosti parametara (Parameter Characteristics Value) • PCD – procesni podaci (Process Data) • PCA - karakteristike parametara (Parameter Characteristics) • IND - indeks parametra • PVA - vrednost parametra (Parameter Value) • CTW - kontrolna reč (Control Word) • STW - statusna reč (Status Word) • MRV - vrednost glavne reference (Main Reference Value) • MAV - stvarna vrednost reference (Main Actual Value)

Treba napomenuti da je problematika PPO objekata objašnjena na primeru Danfoss-ovog frekeventnog regulatora FC302 koji je korišćen u praktičnom delu vežbe i da se navedene skraćenice na slici 12 odnose na ovaj frekventni regulator.

Svi PPO tipovi se mogu podesiti da se podaci prenose kao konzistentne reči (word consistent) ili kao konzistentni moduli (module consistent). Kada se podaci prenose kao konzistentni moduli, to znači da se prenose kao setovi meñusobno povezani reči, a kada se prenose kao konzistentne reči, to znači da se posebne reči prenose nezavisno jedna od druge. Deo sa procesnim podacima može se prenositi na oba načina, dok parametarski deo može samo kao konzistentni modul.

2.1.1. Parametarski deo - PCV oblast Postoji više načina da se pristupi parametrima frekventnog regulatora. Može im se pristupiti lokalno, na komandama samog regulatora, a lakši način za njihovo očitavanje i izmenu je daljinski, preko programabilnog kontrolera i mreže. Pristup se vrši preko PCV dela PPO. PCV kanal se sastoji iz PCA, IND i PVA dela. PCA deo ima sledeću strukturu (slika 13).

Slika 13 Karakteristične vrednosti parametara - PCV deo

Prva dva bita (RC) definišu značenje zahteva master ureñaja, i značenje odgovora slave ureñaja. Preko RC dela se odreñuje da li se želi očitavanje ili izmena parametara, a

parametarski deo (PCV) procesni deo (PCD)


10

PNU (Parameter Number) odreñuje broj parametra. Ako se zahteva izmena, nova vrednost parametra će biti poslata preko PVA dela PCV kanala. Ceo postupak je detaljnije izložen u praktičnom delu vežbe.

2.1.2. Procesni podaci – PCD oblast Kao što je već navedeno, pomoću dela PPO sa procesnim podacima moguće je upravljanje i nadzor frekventnih regulatora, u ovom radu je to FC 302, preko PROFIBUS-a. U odnosu na smer toka podataka PCD deo nazivamo (slika 14).

• procesni kontrolni podaci – PCD Write, kada podaci idu od master ka slave ureñaju, odnosno od PLC-a ka FC 302. U odnosu na izabrani kontrolni profil, svaki bit kontroliše odreñenu funkciju FC 302, npr. promena brzine motora. • procesni statusni podaci – PCD Read, kada podaci idu od slave ka master ureñaju, odnosno od FC 302 ka PLC-u. U ovom slučaju, svaki bit nosi informaciju o odreñenom trenutnom stanju FC 302, npr. očitavanje struje, napona, frekvencije i sl.

Slika 14. Procesni kontrolni i statusni podaci

2.1.3. Kontrolni profili kod FC 302 Danfoss frekventnog regulatora Upravljanje možemo izvesti preko dva kontrolna profila: • standardni PROFIBUS PROFIdrive profil • Danfoss FC control profil

Izbor profila utiče samo na kontrolnu (CTW) i statusnu reč (STW), a ne utiče na PCV i ostatak PCD dela. Na primer, kontrolna reč (CTW) za start motora po FC profilu se može odrediti na osnovu Tabele 2 koju daje Danfoss i njena vrednost prema ovoj tabeli je 047C. Npr. treća cifra u datoj reči (broj 7) označava da da će pogon da usporava i ubrzava po rampi, i da je startovan.

Tabela 2. Kontrolna reč po Danfoss FC profilu


11

U praktičnom delu vežbe ovaj kontrolni telegram se šalje od mastera (S7-300 PLC-a) ka slave-u (FC302 frekventnom regulatoru).

PQW lokacije koje se nalaze ispod slike 15 označavaju lokacije na PLC-u sa kojih će kontrolna reč biti automatski stavljena na Profibus liniju.

Slika 15 Izgled kontrolnog telegrama

Na Slici 15 pored kontrolne reči popunjena je MRV oblast koja nosi informaciju o vrednosti reference brzine. Referenca brzine se zadaje u heksadecimalnom obliku, gde je 0 HEX=0% brzine, a 4000 HEX=100% reference brzine (ili 16384 decimalno). U datom primeru 2000 HEX odgovara 50% reference.

3. Podešavanje Profibus komunikacije izmeñu PLC S7-300 i frekventnog regulatora Danfoss FC302

Otvaranjem projekta u Simatic Manageru, dobija se osnovni prozor u čijem desnom delu se sa Insert NewObject postavlja nova Simatic 300 Station, slika 16.

Slika 16. Postavljanje nove Simatic 300 Stanice

Dvoklikom na navedenu stanicu, otvara se prozor za hardversko konfigurisanje u kome se sa Insert Object prvo postavlja šina, na koju se iz desnog dela prozora postavlja sam PLC: CPU 314-C2-DP, kao na slici 17.

Slika 17. Postavljanje odgovarajućeg PLC-a S7-300 na šinu


12

Odmah se i konfiguriše Profibus komunikacija, slika 18. Defniše se adresa PLC-a na profibus-u, brzina prenosa informacije, profibus profil kao i sama vremena vezana za komunikaciju, koja je najbolje ostaviti na preporučenim vrednostima (default).

Slika 18. Konfigurisanje Profibus komunikacije

Posle toga je potrebno instalirati u Simatic Manageru, tj. HW Config-u GSD fajl za Danfossov frekventni regulator (Options/Install GSD file). Iz desnog dela HW projekta, iz Profibus DP/Aditional Field Devices/Drives/Danfoss potrebno je na Profibus liniju koja izlazi iz samog PLC-a mišem prevući frekventni regulator oznake FC100/200/300. Automatski se pojavljuje prozor za podešavanje adrese, slika 19.


13

Slika 19. Konfigurisanje adrese frekventnog regulatora

Kada se iz desnog dela HW prozora u levi donji deo prevuče PPO (Parameter Process Object – tip komunikacionog objekta, tj. oblik telegrama kojim se podaci ciklično (DPV0) razmenjuju izmeñu PLC-a i frekventnog regulatora) tipa 2 (slika 20), modul konzistentan, ima se izgled sistema kao na slici 21.

Slika 20. Mogući izled PPO tipova

Slika 21. Izbor PPO2 objekta


14

Kada se dvoklikne na sliku frekventnog regulatora sa slike 21, ima se se prozor kao na slici 22 u kom se može postaviti sadržaj PPO telegrama, PCD deo. Obavezno je potrebno dozvoliti autokonfigurisanje frekventnog regulatora (slika 22).

Slika 22. Izbor podataka PCD dela

Time se ima slika u ulaznoj i izlaznoj memorijskog slici PLC-a kao na slici 23.

Slika 23. Ulazna i izlazna memorijska slika PLC-a

Posle svega potrebno je kompajlirati i snimiti navedena podešavanja, pritiskom na odgovarajuće dugme u HW konfiguratoru. Posle toga konfiguraciju je iz HW config potrebno snimiti (download) u PLC (podrazumeva se da je u Simatic Manageru/Options/Set PG/PC Interface komunikacija podešena na PC Adapter (MPI)). Time se automatski ima da podešavanja koja su snimljena u PLC-u budu direktno preko profibusa preneta i u frekventnom regulatoru, što se lako može proveriti npr, proverom P9-15 direktno na frekventnom regulatoru.


15

3.1. PLC program Posle hardversko/softverskog podešavanja same Profibus komunikacije pristupa se programiranju PLC-a.

Slika 24. Softverska organizacija PLC-a

U desnom delu prozora sa slike 24, desnim klikom miša sa Insert New Object/Variable table dobija se tabela za prikaz promenljivih u projektu. Dvoklikom na dobijenu ikonicu (npr. VAT_1) sa opcijom Insert/Range of variables definiše se opseg varijabli koje će biti Online posmatrane (jedino nije moguć monitoring izlaznih varijabli, iz PQ oblasti).

Dvoklikom na OB1 blok sa slike 24 otvara se LAD/STL/FBD aplikacija u kojoj se nalazi ladder dijagram. Kada se on Download-uje u PLC i uključi opcija Monitor ima se izgled kao na slici 25.

Slika 25. Ladder: start frekventnog regulatora i zadavanje reference brzine


16

Za definisane varijable u VAT, uključenu opciju Monitor (Variable/Monitor) i LADDER dijagram sa slike 25, ima se stanje dato na slici 26.

Slika 26. Stanje Slave To Master PPO objekta

U narednom lader dijagramu izvršeno je reversiranje motora, tako što tajmer jedan deo definiše de se ima aktivna jedna CTW, a jedan deo vremena druga CTW koja definiše revers (P4-10 na frekventnom regulatoru mora da se postavi na Both direction).

Slika 27. Ladder: revers motora preko Profibusa


17

Za potrebe prenosa manjih količina podataka (do 4 bajta) mogu se koristiti obične ulazno/izlazne komande. U slučaju da je potrebno preneti veću količinu podataka, postoji problem sa konzistencijom jer ona nije osigurana ako se koriste pomenute komande pošto one garantuju konzistentan prenos najviše 4 bajta. Problem nastaje kada se podaci promene izmeñu dva uzastopna prenosa od 4 bajta, i tu dolazi do nekonzistentnosti. Rešenje je korišćenje sistemskih funkcija namenjenih za konzistentan prenos veće količine podataka. Takve sistemske funkcije su SFC 14 (DPRD_DAT) i SFC 15 (DPWR_DAT). One su iskorišćene za upis i čitanje parametara frekventnog regulatora preko PCV dela PPO koji se sastoji od 8 bajtova. Na slici 28 su navedeni i opisani parametri tih funkcija.

Parametar Deklaracija Tip Opis

LADDR Ulazni Word Početna ulazna (SFC 14) ili izlazna (SFC 15) adresa modula DP slave ureñaja sa koje će podaci biti čitani (SFC 14), odn. na koju će biti pisani (SFC 15)

RET_VAL Izlazni Int U slučaju greške ova vrednost sadrži njen kod

RECORD Izl. (SFC 14)

Ul. (SFC 15) Any

Odredišna lokacija za pročitane podatke (SFC 14) odnosno izvorna lokacija za podatke koji treba budu zapisani (SFC 15)

Slika 28. Parametri sistemskih funkcija SFC14 i SFC15

Slika 29. Ladder: promena parametara motora preko Profibusa

U gornjoj mreži (networku) sa slike 29 prvo se upisuje broj 3155: 3 je zahtev za promenom parametra double word tipa, 155 = hex (341). Sledeći word je 0 jer nema IND dela za taj parametar. Indeks konverzije za njega je -2, pa se za željenih 10 sekundi u ostatak mora upisati broj 1000 = W#16#3E8.


18

Slično upisu, i čitanje se može realizovati funkcijom DPRD_DAT. Funkcije se nalaze u levom delu LAD/STL/FBD aplikacije, u Libraries/Standard Library/System Function Blocks.

Na slici 30 postoji još OB86 blok. Kada se desi prekid u Profibus komunikaciji usled preoblema sa napajanjem slave ureñaja, fizičkog prekida žice i slično, PLC automatski ulazi u Stop mod, koji može biti fatalan po proces kojim upravlja. Zato postoji blok OB86 koji se aktivira kada se to desi, tj. u njega PLC automatski uñe u navedenoj situaciji. Na taj način PLC može izvrši adekvatnu akciju na dati dogañaj.

Slika 30. Reakcija PLC-a u slučaju greške na Profibus-u


19

4. Dodatak

4.1. Priprema Danfoss FC302 za rad na Profibusu

• Terminacija na oba kraja • Podešavanje adrese frekventnog regulatora DIP prekidačima (postaviti na npr. 3) • Start frekventnog regulatora: potrebno je spojiti klemne 13 (24V) i 37, čime je omogućen

start regulatora. (to je ulaz za Safe stop) • Inicijalizacija regulatora na default stanje • AMA (automatska adaptacija parametara) • Konfigurisanje regulatora za rad na profibusu:

P0-40 [Hand On] - disable, čime se omugućuje komunikacija Profibusom P8-10 [Control Word Profile] - Danfoss FC profile P8-50 do P8-56 – kako se komande sa Profibusa tretiraju u odnosu na komande sa digitalnih ulaza/izlaza (OR, AND..) – sve staviti na BUS. P8-03 do P8-05 parametri koji definišu ponašanje regulator kada se ima greška na profibus liniji (master ima grešku..) – ostaviti na default vrednostima

• Pritiskom na taster AutoOn. startuje se Remote mode, tj. Profibus je aktivan


20

4.2. Profibus uopšteno Savremena industrijska proizvodnja zahteva brzo prilagoñavanje trendovima tržišta i promenama nastalim u tehnologiji proizvodnje. To podrazumeva brzu promenu proizvodnog programa, smanjeno vreme za projektovanje, izvoñenje i održavanje pogona, olakšanu dijagnostiku, smanjenje zastoja ili nadogradnju postojećih sistema bez komplikovanih izmena koncepcije. Dizajn sistema za automatizaciju proizvodnje u tim uslovima ima veliki značaj. Danas je nemoguće zamisliti industrijski proces bez primene računara i tehnologija vezanih za njih. Programabilni logički kontroleri (PLC) predstavljaju osnovu automatizacije bilo kojeg industrijskog postrojenja. Korišćenje tzv. HMI (Human Machine Interface) ureñaja omogućen je nadzor nad upravljanjem i izvoñenje neophodnih upravljačkih akcija. Takoñe, industrijski komunikacioni sistemi, odnosno fieldbus sistemi, imaju značajnu ulogu.

Slika 31. Primer komunikacionog sistema na nivou kompletnog automatizovanog proizvodnog pogona sa distribuiranom arhitekturom

Najsavremeniji industrijski sistemi automatizacije su u velikoj meri distribuirane arhitekture, gde su brojni digitalni moduli meñusobno povezani komunikacionim mrežama, u cilju sakupljanja podataka i upravljanja nižim hijerarhijskim slojevima. Distribuirani sistemi automatizacije se sve više koriste u proizvodnoj i procesnoj industriji. Svaka konfiguracija tog tipa nosi niz prednosti, pre svega u fleksibilnosti pri projektovanju i kasnijoj dogradnji, zatim u pouzdanosti, uštedi kablova i prateće opreme, lakšoj lokalizaciji kvarova i sl.

Fieldbus sistemi (sistemi u polju) koriste širok spektar medija za prenos kao što su bakarni vodovi, optička vlakna i bežični prenos za povezivanje distribuiranih ureñaja tipa senzora, aktuatora, raznih pretvarača i sl. uz serijski prenos podataka. Tehnologija je nastala krajem '80-ih godina prošlog veka sa ciljem da se zamene postojeći sistemi paralelnog prenosa i analognih signala (4-20mA i +/-10V) sa digitalnim. Danas postoji preko 100 različitih Fieldbus sistema, meñu kojima je i PROFIBUS.


21

Jedna univerzalna mreža ne može da zadovolji sve postavljene potrebe u procesnoj industriji. Zbog toga je razvijeno veći broj komunikacionih sistema prilagoñenih za odgovarajući skup zadataka. Na osnovu namene sistema, odnosno količine i tipa podataka koji se razmenjuju, brzine prenosa odnosno reakcije sistema moguće je izvršiti klasifikaciju komunikacionih sistema u savremenoj automatizaciji. Grafički prikaz klasifikacije dat je na slici 32.

Slika 32. Grafički prikaz nivoa komunikacije u procesnoj industriji

Kao što se vidi sa slike razlikujemo četiri nivoa u savremenim industrijskim postrojenjima a to su:

• nivo senzora, izvršnih organa • nivo ureñaja • nivo postrojenja • nivo fabrike

Na donjem nivou je komunikacija koja povezuje senzore i izvršne organe zamenjujući klasično ožičavanje ulaza i izlaza kao i što se vidi sa slike, ovde se radi o relativno malim udaljenostima svedenim na nivo pogona, pri čemu je vrlo bitno da su vremena odziva vrlo mala znači ispod jedne milisekunde. Razmenjuju se relativno male količine podataka pošto senzori u pogonu šalju trenutne vrednosti veličina koje mere, a to je obično jedna analogna ili digitalna veličina mada u opštem slučaju može da ih bude više.

Na sledećem nivou se nalaze automatizovani delovi pogona koji mogu da budu u obliku distribuiranih stanica ili nezavisne automatizacije pojedinačnih mašina koje učestvuju u celokupnom sistemu. Naravno ovde se razmenjuju veće količine podataka, vremena odziva mogu da budu veća pošto se deo operacija obavlja distribuirano u lokalnim stanicama u okviru mreže, dužina izmeñu elemenata u sistemu su mnogo veće.

Nivo postrojenja kao i što sam naziv kaže se odnosi na celokupno postrojenje, količina podataka raste pošto se razmenjuje veći broj podataka izmeñu postrojenja, isto tako


22

postrojenja mogu da budu prostorno distancirana u okviru fabričkog kruga pa su potrebe veće dužine medijuma za povezivanje izmeñu njih, vremena odziva mogu biti mnogo veća, pošto se radi o celokupnom pogonu, promene se ne dešavaju velikom brzo kao na nižim nivoima, nekoliko stotina milisekundi zadovoljava potrebe ove komunikacije.

Najviši nivo u celokupnoj hijerarhiji komunikacija u okviru sistema automatskog upravljanja procesnom industrijom predstavlja nivo fabrike. U okviru ovog nivoa se razmenjuju podaci na nivou svih postrojenja jedne fabrike ili čak grupacije fabrika. Ovde prostorna ograničenja prestaju da važe pošto fabrike odnosno njihova postrojenja mogu da budu locirane na različitim pozicijama na zemaljskoj kugli. Ovde se kao medijum prenosa podataka pojavljuju savremene tehnologije internet, mobilna telefonija, satelitske komunikacije. Ovaj nivo obuhvata lokalne računare na kojima se nalaze SCADA softver, kao i udaljene stanice, isto tako vrlo često se vrši integracija u okviru biznis softverskih paketa pri čemu je omogućeno ekonomsko praćenje kompletne proizvodnje od kupovine sirovine do prodaje kupcu gotovog proizvoda.

Za ovakvu podelu ne možemo reći da je definitivna i jedinstvena vrlo često se nivo meñusobno preklapaju dopunjujući jedan drugi u zavisnosti od konkretnih zadatih potreba svakodnevne proizvodnje.

Koncept koji SIEMENS nudi je koncept TOTALNO INTEGRISANE AUTOMATIZACIJE (Totally Integrated Automatization, TIA) koji podrazumeva kompletnu automatizaciju postrojenja pomoću hardverski i softverski meñusobno povezanih komponenti jednog sistema - sistema SIMATIC. Porodicu SIMATIC S7 čine: • industrijski PLC-ovi (SIMATIC Controller), • industrijske računarske mreže (SIMATIC Net), • industrijski računari (SIMATIC PC), • ureñaji za vizuelizaciju (SIMATIC HMI), • softver (SIMATIC Software), • decentralizovane periferije (SIMATIC DP), • sistemi za voñenje procesa (SIMTIC PCS7).

Slika 33. Porodica SIMATIC S7

4.2.1. PROFIBUS komunikacija PROFIBUS je nastao kao potreba industrije da se napravi jedinstveni standard za komunikaciju izmeñu elemenata automatizacije u industrijskim pogonima i šire. PROFIBUS je kreiran koristeći već postojeće nacionalne i internacionalne standarde. Komunikacija izmeñu PLC ureñaja i distribuiranih periferija je brza i mora da zauzima što je moguće manje resursa u komunikaciji dok komunikacija izmeñu više PLC ureñaja i računara treba da obezbedi dovoljno vreme da svaki od ureñaja može da obavi svoje zadatke tako da takva komunikacija zahteva manju brzinu. Ovi principi su korišćeni prilikom definisanja PROFIBUS komunikacije.


23

PROFIBUS komunikacija spada u grupu digitalne serijske komunikacije koja se najčešće zasniva na RS 485 standardu. Upotrebom PROFIBUS mrežnog protokola značajno se smanjuju troškovi instaliranja i održavanja mreže u odnosu na industrijske mreže klasičnog tipa. Pogodnost ovog komunikacionog protokola je i ta što je internacionalno standardizovan, tako da korišćenje opreme različitih proizvoñača ne predstavlja problem.

U upotrebi je više različitih protokola u zavisnosti od uslova rada PROFIBUS mreže: • Profibus DP (Decentralized Periphery) Ovaj protokol je projektovan za komunikaciju izmeñu programabilnih logičkih kontrolera i distribuiranih periferija na nivou postrojenja. Fizički nosilac informacija je RS 485 ili optički kabl, brzina prenosa infornacija je od 9,6Kbit/s do 12Mbit/s.

• Profibus PA (Process Automation) Ovaj protokol je projektovan da pored prenosa podataka, takoñe putem komunikacije obezbedi sigurno napajanje ureñaja u polju, kao što su na primer razni senzori, aktuatori itd. Protokol se može primeniti u potencijalno eksplozivnim sredinama.

• Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Ovim protokolom se prenose poruke koje su značajne za operatere sistema upravljanja, kao što je na primer status komunikacione mreže itd. Treba naglasiti da ovaj protokol danas nema veliki značaj pri radu sa ureñajima u polju, pa se retko primenjuje u procesnoj automatici.

DP protokol predstavlja osnovnu komunikaciju u automatizovanom elektromotornom pogonu. Iz tog razloga će o ovom protokolu biti vise reči u nastavku.

PROFIBUS DP

Kao što je pre spomenuto, PROFIBUS DP protokol je specijalno projektovan da zadovolji potrebe brze komunikacije izmeñu distribuiranih periferija u automatizovanim postrojenjima industrije.

Fizički medijum za PROFIBUS DP zasniva se na RS-485 standardu koji definiše upotrebu oklopljenog, uvijenog, dvožilnog kabla, koji je prikazan na Slici 34. Mogu se odabrati brzine prenosa u opsegu od 9.6Kbit/s do 12Mbit/s, pri čemu se ta brzina odnosi na sve ureñaje koji su priključeni na magistralu.

Slika 34. Bakarni kabl za PROFIBUS komunikaciju

Povezivanje ureñaja na PROFIBUS mrežu omogućeno je korišćenjem 9-pinskog sub-D konektora (Slika 35). U konektore su ugrañeni otpornici za terminaciju bus-a. Pomeranjem prekidača koji se nalazi na kućištu konektora u ON položaj vrši se terminacija.

Slika 35. Izgled 9-pinskog subD konektora (levo-prolazni, desno-standardni konektor)i otpornici za terminaciju bus-a


24

Kao što je na slici 35 prikazano, terminacija bus-a je ostvarena korišćenjem tzv.“pull-down” otpornika prema DGND potencijalu i “pull-up” otpornika prema napajanju-Vp potencijal. Ova dva otpornika služe za definiciju potencijala na bus-u izmeñu dva telegrama. Linija A i linija B predstavljaju oznake krajeva PROFIBUS kabla.

Tabela 3 Raspored pinova na 9-pinskom sub-D konektoru

4.2.2. Topologija mreže Osnovni elementi, koji pored kablovske veze, sačinjavaju mrežu mogu se podeliti u dve osnovne grupe: • Master ureñaji • Slave ureñaji

S obzirom da je RS485 komunikacija half duplex (označava dvosmernu komunikaciju u kojoj jedan čvor-ureñaj trenutno priča). Iz tog razloga je mreža organizovana tako da master ima kontrolu nad njom. Primer master ureñaja može biti PLC, a kao primer slave elementa može se uzeti distribuirana periferija, drugi PLC i sl. Kod PA mreže slave ureñaji mogu biti senzori, aktuatori i sl. Postoje dve vrste DP Master ureñaja:

• DP Master Class 1 (DPM1) - ovo je centralni kontroler koji ciklično razmenjuje podatke sa slave ureñajima, u zadatom ciklusu. Tipični ureñaji ovog tipa su programabilni logički kontroleri. DPM1 ima aktivni pristup magistrali, preko kojeg može vršiti očitavanja ulaza sa distribuiranih ureñaja, kao i zapisivanje odgovarajućih rezultata na njihove izlaze.

• DP Master Class 2 (DPM2) - služi za konfigurisanje, sakupljanje podataka, kao i održavanje dijagnostiku i upravljanje priključenih ureñaja, kao na primer PC.

Tipična DP konfiguracija ima mono-master strukturu (Slika 36).

Izgled Pin broj Ime signala Opis

1 SHIELD Uzemljenje oklopa

2 M24 Uzemljenje izlaznog napona od 24V (pomoćnog)

3 RxD/TxD-P Primanje/slanje podataka pozitivni potencijal – B linija

4 CNTR-P Signal za kontrolu smera komunikacije – pozitivan

5 DGND Referentni signal za podatke

6 VP Napon napajanja – pozitivni

7 P24 Izlazni napon od 24V (pomoćni)

8 RxD/TxD-N Primanje/slanje podataka negativni potencijal – A linija

9 CNTR-N Signal za kontrolu smera komunikacije – negativan


25

Slika 36 DP mono-master struktura

Komunikacija izmeñu DP master i DP slave ureñaja je bazirana na master-slave principu. Ovo znači da DP slave ureñaji mogu biti aktivni na magistrali samo onda kada je to zahtevano od strane master-a. Komunikacija se odvija ciklično u tačno odreñenom vremenu. DP slave ureñaji su adresirani u rastućem redosledu od DP master-a preko liste poziva (polling list). Slika 37 pokazuje kao se lista poziva obrañuje na DP master-u. Vidi se ciklično procesiranje slave ureñaja slanjem zahteva i dobijanjem odgovora od njih.

Slika 37 Obrada liste poziva na DP master ureñaju

DP sistem može imati i multi-master strukturu (slika 38):

Slika 38 DP multi-master struktura


26

Ovo podrazumeva da nekoliko DP master ureñaja može biti povezano na jednu magistralu. Kod ove strukture master ureñaji pristupaju magistrali u skladu sa rastućim vrednostima svojih adresa. Ukoliko je završena komunikacija jednog mastera, on daje znak sledećem da može da pristupi magistrali, odnosno da koristi resurse. U PROFIBUS terminologiji se to naziva “ token ring”. Da bi se ovakva procedura izvršila, pri inicijalizaciji mreže detektuje se broj mastera kojima se dodeljuju sledeće adrese: PS (Previous Station) - prethodna stanica i NS (Next Station) - sledeća stanica.

Documents

Veza PLC Siemens S7-300 sa frekventnim regulatorom … vezba... · Potrebno je izvesti zadavanje reference brzine elektromotora i ... Za programiranje S7-300 kontrolera uz pomo ć