DIPLOMSKI - MASTER RAD - keep.ftn.uns.ac.rs · PDF fileDiplomski - Master rad 3 1.Uvod Savremena industrijska proizvodnja zahteva brzo prilagođavanje trendovima tržišta i promenama

UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA 21000 NOVI SAD , Trg Dositeja Obradovića 6

UNIVERZITET U NOVOM SADU FAKULTET TEHNIČKIH NAUKA NOVI SAD Odsek/Smer/Usmerenje: Elektrotehnika i računarstvo Elektroenergetika Energetska elektronika i električne mašine

DIPLOMSKI - MASTER RAD Kandidat: Milorad Kaplarević Broj indeksa: 10851 Tema rada:

Realizacija elektromotornog pogona primenom PROFIBUS i USS komunikacije

Mentor rada: dr Veran Vasić, van. prof.

Mesto i datum: Novi Sad, jun 2009.

2

Sadržaj 1.Uvod..................................................................................................................................................3 2. PROFIBUS komunikacija................................................................................................................6

2.1.PROFIBUS DP...................................................................................................................6 2.1.1.Topologija mreže.............................................................................................................8 2.1.2.Profibus DP profili......................................... ..............................................................10 2.1.2.1.Profil za motore sa promenjljivom brzinom...............................................................10 2.1.2.2.Procesni podaci-PCD oblasti......................................................................................11 2.1.2.3.Pristup parametrima preko PCV oblasti.....................................................................11 2.1.2.4.Kontrolni profili..........................................................................................................12

3.USS komunikacija...........................................................................................................................13 3.1.Struktura USS telegrama..................................................................................................14 3.1.2.Parametarsi deo - PKW oblast.......................................................................................15 3.1.3.Procesni deo - PZD oblast.............................................................................................15 4.Programabilni logički kontroler-PLC..............................................................................................16 4.1.Osnovni elementi PLC kontrolera....................................................................................17 4.2.Princip rada.......................................................................................................................18 4.3.Siemens SIMATIC familija programabilnih logičkih kontrolera.....................................19 4.3.1.Mreže u okviru SIMATIC familije programabilnih logičkih kontrolera......................19 4.3.2. PPI protokol..................................................................................................................19 4.3.3. MPI protokol................................................................................................................20 4.4. PLC Siemens SIMATIC S7-200 serija............................................................................21 4.4.1.Pristup podacima u memorijskim oblastima S7-200 kontrolera...................................21 4.4.2.PLC CPU 224 XP DC/DC/DC......................................................................................22 4.4.3.EM 277 Profibus DP modul..........................................................................................23 4.5.PLC Siemens SIMATIC S7-300 serija.............................................................................24 4.5.1.Memorijski koncept S7-300..........................................................................................25 4.5.2.PLC CPU 314 C-2DP....................................................................................................26 5.Frekventni regulatori.......................................................................................................................28 5.1.MICROMASTER 440 proizvođača Siemens...................................................................30 5.2.VLT AUTOMATION DRIVE FC302 proizvođača Danfoss..........................................31 6.Realizacija praktičnog dela rada......................................................................................................32 6.1.Hardversko povezivanje...................................................................................................32 6.1.1.Povezivanje Siemens S7-300 i Danfoss FC302 u PROFIBUS mrežu..........................33 6.1.2.Povezivanje Siemens S7-300 i Siemens S7-200 u PROFIBUS mrežu.........................33 6.1.3.Povezivanje Siemens S7-200 CPU 224 XP i Siemens MM440 na USS bus ..............33 6.2.Softverska podešavanja ...................................................................................................34 6.2.1.Podešavanje parametara frekventnih regulatora ..........................................................34

6.2.2.SIMATIC Manager ......................................................................................................35 6.2.3.STEP 7- Micro/WIN.....................................................................................................43 6.2.4.SIMATIC WinCC flexible 2005 - Advanced...............................................................48

7.Opis izrade laboratorijske makete...................................................................................................54 7.1.Mrežni akvizicioni uređaj SIMEAS P..............................................................................55 7.2.Izrada električnih šema.....................................................................................................56 8.Zaključak.........................................................................................................................................57 9.Literatura.........................................................................................................................................58

Diplomski - Master rad

3

1.Uvod Savremena industrijska proizvodnja zahteva brzo prilagođavanje trendovima tržišta i promenama nastalim u tehnologiji proizvodnje. To podrazumeva brzu promenu proizvodnog programa, smanjeno vreme za projektovanje, izvođenje 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 primne računara i tehnologija vezanih za njih. Programabilni logički kontroleri (PLC) predstavljaju osnovu automatizacije bilo kojeg industrijskog postrojenja. Korišćenje tzv. HMI (Human Machine Interface) uređaja omogućen je nadzor nad upravljanjem i izvođenje neophodnih upravljačkih akcija. Takođe, industrijski komunikacioni sistemi, odnosno fieldbus sistemi, imaju značajnu ulogu. Najsavremeniji industrijski sistemi automatizacije su u velikoj meri distribuirane arhitekture, gde su brojni digitalni moduli međusobno 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.

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


4

Fieldbus sistemi koriste širok spektar medija za prenos kao što su bakarni vodovi, optička vlakna i bežični prenos za povezivanje distribuiranih uređaja 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. Fieldbus sistema ima preko 100, među kojima je PROFIBUS i USS bus, o kojima će u ovom radu biti reči. Jedna univerzalna mreža ne može da zadovolji sve postavljene potrebe u procesnoj industriji. Zbog toga je razvijeno veći broj komunikacionih sistema prilagođenih 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 2.

Slika 2: Grafički prikaz nivoa komunikacije u procesnoj industriji

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

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


5

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 između 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 između postrojenja, isto tako postrojenja mogu da budu prostorno distancirana u okviru fabričkog kruga pa su potrebe veće dužine medijuma za povezivanje između 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 međusobno 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 međusobno povezanih komponenti jednog sistema - sistema SIMATIC. Porodicu SIMATIC S7 čine:

• industrijski PLC-ovi (SIMATIC Controller), • industrijske računarske mreže (SIMATIC Net), • industrijski računari (SIMATIC PC), • uređaji za vizuelizaciju (SIMATIC HMI), • softver (SIMATIC Software), • decentralizovane periferije (SIMATIC DP), • sistemi za vođenje procesa (SIMTIC PCS7).

Slika 3: Porodica SIMATIC S7


6

2.PROFIBUS komunikacija PROFIBUS je nastao kao potreba industrije da se napravi jedinstveni standard za komunikaciju između elemenata automatizacije u industrijskim pogonima i šire. PROFIBUS je kreiran koristeći već postojeće nacionalne i internacionalne standarde. Komunikacija između PLC uređaja i distribuiranih periferija je brza i mora da zauzima što je moguće manje resursa u komunikaciji dok komunikacija između PLC uređaja i PLC uređaja i računara treba da obezbedi dovoljno vreme da svaki od uređaja može da obavi svoje zadatke tako da takva komunikacija zahteva manju brzinu. Ovi principi su korišćeni prilikom definisanja PROFIBUS komunikacije. PROFIBUS komunikacija spada u grupu digitalne serijske komunikacije koja se 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 proizvođača 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 između 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, takođe putem komunikacije obezbedi sigurno napajanje uređaja 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 uređajima u polju, pa se retko primenjuje u procesnoj automatici. DP protokol predstavlja osnovnu komunikaciju u automanizovanom elektromotornom pogonu koji je predmet ovog rada. Iz tog razloga će o ovom protokolu biti vise reči u nastavku.

2.1.PROFIBUS DP Kao što je pre spomenuto, PROFIBUS DP protokol je specijalno projektovan da zadovolji potrebe brze komunikacije između distribuiranih periferija u automatizovanim postrojenjima industrije. Fizički medijum za PROFIBUS DP zasniva se na RS-485 standardu koji definiše upotrebu oklopljenog, uvijeng, dvožilnog kabla, koji je prikazan na Slici 4. Mogu se odabrati brzine prenosa u opsegu od 9.6Kbit/s do 12Mbit/s, pri čemu se ta brzina odnosi na sve uređaje koji su priključeni na magistralu.


7

Slika 4: Bakarni kabl za PROFIBUS komunikaciju

Povezivanje uređaja na PROFIBUS mrežu omogućeno je korišćenjem 9-pinskog sub-D konektora (Slika 5). U konektore su ugrađeni otpornici za termminaciju bus-a. Pomeranjem prekidača koji se nalazi na kućištu konektora u ON položaj vrši se terminacija.

Slika 5: Izgled 9-pinskog sub-D konektora (levo-prolazni, desno-standardni konektor)

i otpornici za terminaciju bus-a Kao što je na Slici 5 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 između dva telegrama. Linija A i linija B predstavljaju oznake krajeva PROFIBUS kabla.

Tabela 1: Raspored pinova na 9-pinskom sub-D konektoru

RS 485 tehnologija prenosa se odlikuje jednostavnošću i niskom cenom, a primenjuje se u sistemima gde se zahteva velika brzina prenosa. Moguće brzine prenosa su između 9.6 kbit/s i 12Mbit/s . Maksimalan broj uređaja koji se može povezati na jedan segment linije je 32. Veći broj uređaja zahteva korišćenje repetitora između pojedinačnih segmenata. Maksimalna dozvoljena dužina linije unutar jednog segmenata zavisi od brzine prenosa i manja je što je brzina prenosa veća.

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


8

2.1.1.Topologija mreže Osnovni elementi, koji pored kablovske veze, sačinjavaju mrežu mogu se podeliti u dve osnovne grupe:

• Master uređaji • Slave uređaji •

S obzirom da je RS485 omunikacija half duplex (označava dvosmernu komunikaciju u kojoj jedan čvor-uređaj trenutno priča). Iz tog razloga je mreža organizovana tako da master ima kontreolu nad njom.

Primer master uređaja može biti PLC, a kao primer slave elementa može se uzeti distribuirana periferija, drugi PLC i sl. Kod PA mreže slave uređaji mogu biti senzori, aktuatori i sl. Ovde se mora napomenuti da postoje dve vrste DP Master uređaja:

• DP Master Class 1 (DPM1) - ovo je centralni kontroler koji ciklično razmenjuje podatke sa slave uređajima, u zadatom ciklusu. Tipični uređaji ovog tipa su programabilni logički kontroleri. DPM1 ima aktivni pristup magistrali, preko kojeg može vršiti očitavanja ulaza sa distribuiranih uređaja, 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 uređaja, kao na primer PC.

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

Slika 6: DP mono-master struktura

Komunikacija između DP master i DP slave uređaja je bazirana na master-slave principu. Ovo znači da DP slave uređaji mogu biti aktivni na magistrali samo onda kada je to zahtevano od strane master-a. Komunikacija se odvija ciklično u tačno određenom vremenu. DP slave uređaji su adresirani u rastućem redosledu od DP master-a preko liste poziva (polling list) . Slika 7 pokazuje kao se lista poziva obrađuje na DP master-u. Vidi se ciklično procesiranje slave uređaja slanjem zahteva i dobijanjem odgovora od njih.


9

Slika 7: Obrada liste poziva na DP master uređaju

DP sistem može imati i multi-master strukturu (Slika 8):

Slika 8 : DP multi-master struktura

Ovo podrazumeva da nekoliko DP master uređaja može biti povezano na jednu magistralu. Kod ove strukture master uređaji 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) - predhodna stanica i NS (Next Station) - sledeća stanica. 2.1.2.PROFIBUS DP profili Kao što je spomenuto, PROFIBUS je internacionalno standardizovan, tako da omogućava korišćenje opreme različitih proizvođača. Da bi se olakšala primena različite opreme definisani su DP profili. Osnovni zadatak DP profila je da definiše šta svaki od podataka predstavlja za određeni tip uređaja. Na ovaj način je obezbeđeno da isti uređaji različitih proizvođača imaju iste profile, tj. podaci se nalaze raspoređeni na isti način prilikom komunikacije kao što je definisano profilom za taj uređaj. U nastavku su navedeni neki PROFIBUS profili:


10

• 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 proizvođači. Profil specificira kao se prenosi zadata vrednost i trenutne vrednosti. Ovim je omogućena zajednička upotreba opreme različitih proizvođača. Profil definiše samo osnovne stvari ostavljajući slobodu prozvođačina za razvoj specifičnih funkcija.

2.1.2.1.Profil za motore sa promenljivom brzinom Najčešće korišćeni uređaji 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 između 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 9.

Slika 9: Pregled strukturePPO objekata Oznake na slici 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)


11

Treba napomenuti da je problematika PPO objekata objašnjena na primeru Danfoss-ovog frekeventnog regulatora FC302 koji je korišćen u praktičnom delu rada i da se navedene skraćenice na Slici 9 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 međusobno 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. 2.1.2.2. 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 10.):

• procesni kontrolni podaci – PCD Write, kada podaci idu od master ka slave uređaju, odnosno od PLC-a ka FC 302. U odnosu na izabrani kontrolni profil, svaki bit kontroliše određenu funkciju FC 302, npr. promena brzine motora.

• procesni statusni podaci – PCD Read, kada podaci idu od slave ka master uređaju, odnosno od FC 302 ka PLC-u. U ovom slučaju, svaki bit nosi informaciju o određenom trenutnom stanju FC 302, npr. očitavanje struje, napona, frekvencije i sl.

Slika 10: Procesni kontrolni i statusni podaci

2.1.2.3. Pristup parametrima preko PCV oblasti

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 11):

Slika 11: Karakteristične vrednosti parametara - PCV deo

Prva dva bajta (RC) definišu značenje zahteva master uređaja, i značenje odgovora slave uređaja. Preko RC dela se određuje da li se želi očitavanje ili izmena parametara, a PNU (Parameter Number) određuje 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 rada.


12

2.1.2.4. Kontrolni profili

FC 302 može se upravljati 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:

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

Slika 12: Izgled kontrolnog telegrama Na Slici 12 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.


13

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

Slika 13: Topologija USS mreže U funkciji master-a može biti npr. PLC ili PC, dok su SIMOVERT i SIMOREG frekventni regulatori uvek u funkciji slave-a. U ovom radu je korišćen Simovert MicroMaster 440 frekventni regulator. Bitne odlike USS komunikacije su:

• podržava: multi-point konekciju, npr. EIA RS 485 hardver, ili point-to-point konekciju, npr. EIA RS 232 • master-slave pristup • singl master sistem • max. 31 slave i 1 master • koristi telegrame sa fiksnom ili promenljivom dužinom • jednostavan i pouzdan telegram format • informacije se prenose na isti način kao i kod Profibus DP (profil promenjljive brzine) • može se lako implementirati u postojeće sistme

Medijum za prenos podataka i bus interfejs su oderđeni u zavisnosti od načina korišćenja bus-a. U osnovnoj verziji USS protokola, interfejs je zasnovan na RS485 standardu. Point-to-point konekcija je zasnovana na RS232 standardu. Takođe mogće je korišćenje i fiberoptičkog kabla. Siemens za SIMOVERT MASTERdrives konvertore definiše korišćenje 9-pinskih sub d konektora i dvožilni zaštićeni uvijeni kabl koji zadovoljava određene mehaničke, termičke i električne karakteristike. Terminacija bus-a na krajevima se i ovde podrazumeva. Dužine kablova kojim se prenose podaci zavise od brzine prenosa podataka, karakteristika kabla, uslova stredine, kao i od broja konektovanih uređeja. U Tabeli 3 prikazana je zavisnost brzine prenosa podataka od dužine kabla.


14

Brzina prenosa podataka

Maksimalan broj uređaja

Maksimalna dužina kabla

9.6 kbit/s 32 1200 m

19.2 kbit/s 32 1200 m

38.4 kbit/s 32 1200 m

187.5 kbit/s 30 1000 m

Tabela 3: Zavisnost brzine prenosa podataka od dužine kabla

3.1.Struktura USS telegrama Master putem adresnog karaktera u telegramu vrši izbor pojedinačnog slejva. Adrese slejva ADR se nalazi upisana u “polling” listi koju master koristi za selekciju uređaja. Slave vrši transfer podataka samo na zahtev master-a, tako da je komunikacija između dva slave-a onemogućena. Svaki telegram se sastoji iz:

• STX - startni karakter (Start character) • LGE - dužina telegrama (Length specification) • ADR - adresni bajt , adresa slejva (Address byte) • Net data block - PKW (Parameter ID Value area) i PZD (Proces Data), kao kod

PROFIBUS DP profila promenljive brzine • BCC-karakter provere bloka (Block check character)

Slika 14: Struktura USS telegrama

Informacije koje se razmenjuju između master-a i slave-a putem telegrama su smeštene u posebnu oblast, takozvanu net data oblast. Struktura net data oblasti je ne zavisna od karakteristike protokola kojim će se net data prenositi. Iz ovoga se može zaključiti da je isti mehanizam pristupa procesnoj oblasti (control/status word i setpoint/actual value) kao kod PROFIBUS DP profil promenljive brzine. PKW oblast služi za čitanje i promenu vrednosti parametara frekventnog regulatora, dok PZD oblast sadrži informacije o procesu. Strukturu net data bloka čine obe oblasti nezavisno da li je telegram poslat od master-a prema slave-u ili obrnuto Slika 15.

Slika 15: Struktura net data bloka


15

3.1.2.Parametarski deo - PKW oblast PKW oblast omogućava pristup parametrima frekventnog regultora, odnosno njihovu promenu ili očitavanje korišćenjem USS bus-a. Kao što je prikazano na Slici 15, PKW oblast sačinjavaju:

• PKE (Prameter ID) i IND (Index) - sadrže informacije o tipu zadatka koji master šalje slejvu ili o tipu odgovora koji slejv šalje masteru, takođe definiši i broj parametra.

• PKW elements (Parameter value) - sadrži vrednosti parametara, tekst, ili opis parametara koji se prenosi. Dužina ove oblasti se može menjati u zavisnosti od zadatka i može iznositi 0-word-a, 1word, 3 word-a, 4 word-a kod telegrama sa fiksnom dužinom, ili može iznositi između 1 i 124 word-a kod telegrama sa promenjljivom dužinom.

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

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

Tabela 4: Sadržaj PZD oblasti

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


16

4. Programabilni logički kontroler - PLC Programabilni logički kontroler (Programmable Logic Controller - PLC) je mikrokontrolerski sistem u kome su hardver i softver specijalno adaptirani industrijskom okruženju. Nastao je krajem 60-tih godina sa namerom da se sistemi upravljanja zasnovani na relejnoj logici uproste, tj. da se otklone glavne mane relejne logike, a to su skupo održavanje komplikovanih sistema, pad pouzdanosti sa usložnjavanjem šema, ograničen vek trajanja releja itd. Implementacija novih upravljačkih zadataka u sistemu upravljanja omogućena je brzo i jednostavno reprograniranjem programabilnih logičkih kontrolera pomoću računara ili ručnih programatora, dok se kod sistema upravljanja zasnovanih na relejnoj logici morala menjati šema ožičavanja. PLC se obično primenjuje za rešavanje decentralizovanih upravljačkih zadataka, na samom mestu upravljanja, gde na osnovu prikupljenih ulaznih signala sa ulaznih uređaja (senzori, prekidači i sl.) i na osnovu logike implementirane u programu, formira izlazne signale sa kojima upravlja izlaznim uređajima ili objektom upravljanja (motori, kontaktori, elektromagnetni ventili, operatorski paneli, svetlosna i zvučna signalizacija i sl.), Slika 17.

Slika 17: Princip rada PLC-a

Program se piše u namenskom programskom jeziku, koji svaki proizvođač daje uz svoj PLC, a koji predstavlja kombinaciju programskog editora, kompajlera, i komunikacionog softvera. U editoru se program piše prateći redosled operacija upravljanja, a zatim se proverava njegova sintaksa i vrši kompajliranje. Ako je sve u redu, program se komunikacionom vezom smešta u memoriju PLC-a i pokreće. Današnji PLC može da se nosi sa izrazito složenim zadacima, kao što je kontrola pozicije, razne regulacije i druge složene primene. Za upravljanje složenim procesima moguće je povezati više PLC-ova preko posebno razvijenih komunikacionih modula u mrežu i sa centralnim računarom. Pošto se koristi kao industrijski računar samim svojim dizajnom je predviđen za primenu u neposrednom okruženju procesa sa kojim upravlja, tako da je otporan na razne nepovoljne uticaje, prašina, vlaga, visoka temperatura, vibracije, elektromagnetne smetnje.


17

4.1.Osnovni elementi PLC kontrolera Na Slici 18 je prikazana blok šema tipičnih komponenti koje čine strukturu PLC-a, a to su:

• Centralna procesorska jedinica - CPU • Memorija za program i podatke • Interna magistrala • Komunikacioni modul • Napajanje • Ulazni modul - digitalni i analogni ulazi • Izlazni modul - digitalni i analogni izlazi

Slika 18: Osnovni elementi PLC kontrolera Centralna procesorska jedinica je mozak PLC kontrolera. Sam CPU je neki od mikrokontrolera, ranije su to bili 8-bitni, a sada su to 16-bitni i 32-bitni. CPU brine o komunikaciji, izvršavanju programa, upravljanju memorijom, nadgledanjem ulaza i postavljanjem izlaza. PLC kontroler komunicira sa upravljačkim procesom preko analognih i digitalnih ulaza i izlaza. Informacije o stanju ulaza primarno se obrađuju i smeštaju u memoriju stanja ulaza i izlaza. Memorija se može podeliti na sistemsku i korisničku. Sistemska memorija pored operativnog sistema sadrži i korisnički program u binarnom obliku. Ova memorija je obično EEPROM i može se menjati kada se menja i korisnički program. Dobra praksa je i da se program smešta i u RAM memoriju podržanu baterijom, tako da se izvršava iz RAM-a, odnosno da se učitava u RAM iz EEPROM-a svaki put kada se uključuje PLC, ili u slučaju gubitka podataka iz RAM-a. Interna magistrala povezuje CPU, memoriju, komunikacioni deo, kao i module digitalnih i analognih ulaza i izlaza, komunikacione module i sl.


18

Korisnička memorija je podeljena u blokove koji imaju posebne funkcije. Jedan deo ove memorije se koristi za čuvanje stanja ulaza i izlaza, drugi deo se koristi za čuvanje vrednosti promenljivih kao što su vrednosti tajmera i brojača. Na osnovu stanja ulaza, stanja vremenskih članova, brojača i memorisanih međustanja, vrši se obrada koja formira stanja izlaza, koja se prenose u odgovarajuće memorijsko područje, a odatle preko internog busa ka izlazu. Komunikacioni deo obezbeđuje komunikaciju sa PC računarom, na kome se piše upravljački program. Moguća je i komunikacija sa drugim PLC-ovima, operatorskim panelima, distribuiranom periferijom i povezivanje sa višim nivoima upravljanja, što omogućava razmenu podataka sa ostalim sistemima u okviru procesa automatizacije na nivou pogona ili kompletnog postrojenja. Mali PLC-i imaju fiksan broj ulaza i izlaza i obično postoji mogućnost proširivanja sa dodatnim ulazima i izlazima ukoliko je to potrebno. Modularni PLC-i poseduju šinu na koju se dodaju moduli sa različitim funkcijama. Procesori i ulazno izlazni modul se prilagođavaju konkretnoj aplikaciji. Danas se često priključuju distribuirane periferije mesto fiksnih proširenja i na taj način se smanjuju izdaci za ožičavanje udaljenih delova postrojenja. 4.2.Princip rada Osnova rada programabilnog logičkog kontrolera zasniva se na ciklusima skeniranja. Pod skeniranjem se podrazumeva prolaz kroz sve uslove u nekom garantovanom vremenu. Proces skeniranja je prikazan na Slici 19 i sastoji se od sledećih koraka:

• Provera statusa ulaza - CPU proverava stanje ulaza i te podatke smešta u odgovarajuće registre u korisničkom delu memorije.

• Izvršavanje programa - u ovom koraku CPU na osnovu kontrolne logike u programu i prikupljenih ulaznih podataka kreira vrednosti izlaza i smešta u odgovarajuće memoijske lokacije.

• Opsluživanje komunikacionog porta - CPU obrađuje zahteve koji eventualno stižu na komunikacijski port PLC-a.

• Samotestiranje - izvršava se dijagnostika (samotestiranje) hardvera, memorije i U/I modula • Postaljanje izlaz - u ovom koraku CPU proverava stanje izlaza i po potrebi ih menja.

Slika 19: Ilustracija jednog radnog ciklusa PLC-a


19

4.3.Siemens SIMATIC familija programabilnih logičkih kontrolera

Siemens-ova familija programabilnih logičkih kontrolera SIMATIC spada svakako u najzastupljenije na svetskom, a pogotovo na evropskom tržištu. Namena im je prevashodno industrijska automatizacija, pa se u okviru familije nudi širok spektar kontrolera u zavisnosti od potreba tj. nivoa automatizacije koji se implementira– niski, srednji ili viši nivo. U okviru SIMATIC familije postoji podela na tri pod-familije, koje se u osnovi veoma malo razlikuju, a razlika se svodi na prilagođavanje nekim užim potrebama korisnika:

• S7 – kontroleri najšireg spektra primene, koriste se za standardne industrijske poslove

upravljanja kao što su brojanje, merenje, pozicioniranje, upravljanje u zatvorenim i otvorenim petljama itd. Koriste se u skoro svim osnovnim granama industrije (mašinska, automobilska, prehrambena, procesna), a postoje i posebne verzije prilagođene za primene u rizičnim sredinama.

• C7 – kontroleri koji u jednom obuhvataju mogućnosti S7 sa jednostavnim HMI funkcijama.

Njihova primena je tamo gde se zahteva kompaktnost, određena proširivost i jednostavnost, ali uz ekonomsku pristupačnost.

• M7 – kontroleri koji po svojim mogućnostima proširenja i skladištenja podataka idu korak

dalje od standardnih PLC-a ka personalnim računarima. Njihova primena je u poslovima gde se pored svega ostalog zahteva još i sakupljanje velike količine procesnih podataka, njihovo skladištenje, kao i obrada u realnom vremenu uz pomoć specijalizovanih softvera, pisanih često u višim programskim jezicima tipa C/C++.

U okviru navedenih podfamilija, postoje serije koje označavaju namenu u odnosu na nivo automatizacije za koji su kontroleri namenjeni, pa tako S7 serija 200 označava niski nivo, 300 srednji, a 400 viši. Kod M7 familije postoje serije 300 i 400. 4.3.1.Mreže u okviru SIMATIC familije programabilnih logičkih kontrolera

SIMATIC familija kontrolera podržava veći broj današnjih standarda umrežavanja kroz korišćenje raznih modula koji omogućuju njihovo priključivanje na te mreže. Ali pored standardnih postoje i dva specifična načina umrežavanja, karakteristična samo za SIMATIC uređaje, a to su PPI i MPI. Oba ova protokola su zatvorenog tipa, što znači da njima raspolaže samo matična kompanija tj. Siemens, pa niko drugi ne može konstruisati uređaje koji bi komunicirali po tim protokolima i na taj način se povezivali sa kontrolerima iz SIMATIC familija.

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


20

Tabela 5: Pregled PPI protokola

4.3.3. MPI protokol

MPI (MultiPoint Interface) je Siemens-ov protokol predviđen za povezivanje na nivou polja, i to samo SIMATIC S7, M7 i C7 familija uređaja, pošto je protokol zatvorenog tipa. MPI je u osnovi predviđen za povezivanje sa uređajima za programiranje (Programmig Device) i HMI uređajima, ali se može koristiti i za umrežavanje manjeg broja CPU-a radi razmenjivanja manje količine podataka. MPI mreža podržava nekoliko brzina prenosa podataka, da bi se osigurala njihova tačnost i pouzdanost prenosa. Da bi se uređaj povezao na MPI mrežu, ne mora da se dodaje poseban modul sa odgovarajućim komunikacionim procesorom, jer svaki CPU iz SIMATIC familije u sebi već ima ugrađenu podršku za MPI. Neke važnije odlike MPI komunikacije su:

• ekonomski najpristupačniji način povezivanja • zasnovana na RS-485 standardu, pa se mogu koristiti postojeći kablovi i konektori kao i za

Profibus • podržava GD (Global Data) cikličnu komunikaciju između kontrolera • podržava OPC (OLE for Process Controll) standard koji dozvoljava deljenje podataka u

kontrolerima sa spoljašnjim sistemima i aplikacijama višeg nivoa Važnije fizičke karakteristike navedene su u Tabeli 6:

Proizvođač Siemens Medijum oklopljeni dvožilni kabel ili optička vlakna Korisnika max. 127 Brzina prenosa podataka od 19.2 do 187.5 Kbit/s

Daljina prenosa 1100m preko RS-485 do 23km preko optičkih vlakana

Tabela 6: Pregled MPI protokola

MPI omogućava pristup CPU-a svim inteligentnim modulima PLC-a, npr. funkcijskim modulima i sl.

Proizvođač Siemens

Medijum specifičan serijski kabel RS-232C/422 do 187.5 kbit/s preko RS-485

Korisnika 2

Brzina prenosa podataka od 300 bit/s do 76.8 kbit/s preko RS-232C/422/485 19.2 kbit/s preko 20mA TTY

Daljina prenosa 10m preko RS-232C 1000m preko 20mA TTY pri 9.6 kbit/s 1200m preko RS-422/485 pri 19.2 kbit/s


21

4.4. PLC Siemens SIMATIC S7-200 serija PLC kontroleri iz ove serije su prevashodno namenjeni za manje kompleksnu automatiku, odnosno jednostavne zadatke iz oblasti upravljanja kao što su npr. liftovi, pokretne trake, prese i sl., ali se mogu koristiti i u nešto složenijim procesima upravljanja u industriji. Kontroleri se odlikuju kompaktnim dizajnom sa mogućnošću proširenja dodatnim modulima koji omogućavaju: dodatne ulaze i/ili izlaze, komunikaciju putem Profibus-a, Enterneta, Interneta, GPRS, kontrolu pozicioniranja kod step i servo motora, takođe je moguće priključenje LCD displeja za kontrolu i nadzor. Softver za programiranje kontrolera S7-200 serije je STEP7-Micro/WIN. On omogućava pisanje programa u nekom od standardnih editora LAD,FBD i STL. Oznake modela iz ove serije su CPU 221, CPU 222, CPU 224, CPU 226. Oni se međusobno razlikuju u brzini, količini memorije, broju digitalnih i analognih ulaza i izlaza, tajmera, brojača, mogućnostima proširenja dodatnim moduima i sl. 4.4.1.Pristup podacima u memorijskim oblastima S7-200 kontrolera S7-200 kontroler čuva podatke u različitim memorijskim lokacijama koje imaju jedinstvenu adresu. Jednostavnim navođenjem adrese memorijeske lokacije omogućen je direktan pristup programa željenoj informaciji. U Tabeli 7 su prikazani opsezi celobrojnih i realnih vrednosti koje možemo predstaviti kao byte, word ili double word.:

Tip Byte (B) Word (W) Double Word (DW)

Integer - unsigned 0 do 255 0 do FF

0 do 65535 0 do FFFF

0 do 4294967295 0 do FFFF FFFF

Integer - signed -128 do +127 80 do 7F

-32768 do +32767 8000 do 7FFF

-2147483648 do +2147483647 80 000 000 do 7FFF FFFF

Real 32 bit floating point - - +1.175495E-38 do +3.402823E (pozitivni)

-1.175495E-38 do -3.402823E (negativni)

Tabela 7: Opsezi celobrojnih i realnih vrednosti predstavljeni kao byte, word, double word

Za pristup bitu u u memorijskoj lokaciji navodimo adresu koja sadrži indentifikator memorijske oblasti, byte adresu i broj željenog bita. Primer pristupa bitu pod brojem 4, byte 3 u memorijskoj oblasti indentifikatora I u koju se smešta slika procesnih ulaza prikazan je na Slici 20. Ovakav način adresiranja naziva se i “byte.bit” adresiranje.

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


22

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

Slika 21: Pristup podatku na istoj V 100 memorijskoj lokaciji kao byte, word ili double word 4.4.2.PLC CPU 224 XP DC/DC/DC U okviru realizacije praktičnog dela rada korišćen je model sa oznakom CPU 224 XP DC/DC/DC koji je prikazan na Slici 22:

Slika 22: PLC CPU 224 XP Neke od karakteristika ovog modela su:

• 32 bitni procesor sa floating-point aritmetikom • Napajanje PLC-a 24V DC, kao i DI/DO • 14 digitalnih ulaza i 10 izlaza • 2 analogna naponska ulaza i 1 analogni naponski ili strujni izlaz • 2 ugrađena RS 485 porta (P0 i P1) sa brzinom prenosa između 1.2 i 187.5kbita/s (PPI/MPI) • 12 KB programske memorije i 10KB memorije za podatke • podržani protokoli: PPI, MPI i Freeport • prihvata maksimalno 7 modula

Komunikacija sa računarom je ostvarena korišćenjem RS 232/PPI Multi-Master kabla, koji je prikazan na Slici 23:


23

Slika 23: PPI Multi-Master kabl 4.4.3.EM 277 Profibus DP modul Za priključenje PLC kontrolera iz S7-200 serije na PROFIBUS DP mrežu u funkciji slejv uređaja koristi se EM 277 PROFIBUS DP modul. EM 277 je konektovan na S7-200 CPU preko U/I bus-a. Profibus mreža je konektovana na EM 277 PROFIBUS DP modul preko njegovog DP komunikacionog porta. Brzine prenosa podataka korišćenjem ovog porta su brzine karakteristične za PROFIBUS DP komunikaciju i kreću se između 9.6 kbit/s i 12Mbit/s. Izgled modula je prikazan na Slici 24:

Slika 24: EM 277 Profibus DP modul

Karakteristike ovog modula su:

• Napajanje DC naponom vrednosti 24V sa tolerancijom imeđu 20.4 i 28.8 V • 9-pinski Sub D DP slejv port • podržani protokol: PROFIBUS DP i MPI • podešavanje adrese stanice omogućeno je pomoću obrtnih prekidača, koji se nalaze na

prednjoj strani modula (u gornjem levom uglu na Slici 24). Adrese se kreću od 0 do 99. • Na prednjoj strani ovog modula nalaze se 4 led diode, koje pokazuju operativno stanje DP

porta, sa oznakama: CPU FAULT (signalizira stanje CPU), POWER (signalizira prisustvo napajanja), DP ERROR (aktivira se ukoliko postoji greška u U/I konfiguraciji ili parametru koji master upisuje u ovaj modul ), DX MODE (signalizira trenutak kada EM 277 DP modul ulazi u mod razmene podataka sa masterom i ostaje uključen sve dok traje razmena podataka).

U praktičnom delu rada ovaj modul je korišćen za povezivanje slejva S7-200 CPU 224 XP PLC-a na PROFIBUS DP mrežu u koji su uključeni FC302 frekventni regulator kao slejv i S7-300 CPU 314C-2DP PLC kao master.


24

4.5.PLC Siemens SIMATIC S7-300 serija 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 ilustrativno prikazani na Slici 25:

Slika 25: Primer proširenja S7-300 PLC-a dodatnim modulima

Skraćenice naziva pojedinih modula na Slici 25 imaju sledeće značenje:

• PS (Power Supplay Module) napojna jedinica - obezbeđuje pouzdano i kvalitetno napajanje modula.

• CPU (Central Processing Units) - 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 prilagođavanje 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, upravljenje 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 (Bas connectors) - povezuju module

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


25

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

Slika 26: 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, PIQ) - 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 međurezultata 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 određenih podataka sistemske i radne memorije, prilikom nestanka napajanja i restarta CPU memorije. Napomena: Memorijska kartica mora ostati umetnuta dok se program izvršava.


26

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

Slika 27: PLC S7-300 CPU 314C-2DP sa prikazanom Siemens SIMATIC MMC flash memorijskom karticom

Neke od karakteristika ovog modela su:

• 24 digitalna ulaza i 16 izlaza sa napajanjem 24V DC • 5 analognih ulaza i 2 izlaza • 4 brza 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 8:

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 8 : Oznake LED dioda i njihovo značenje

Za napajanje procesora CPU 314C-2DP i digitalnih ulaza, u praktičnom delu rada, korišćen je modul PS 307 2A koji mrežni napon od 220V AC pretvara u 24V DC. Izgled modula prikazan je na Slici 28:


27

Slika 28: Modul napajanja PS 307 2A

Povezivanje mrežnog napajana sa PS modulom za napajanje na CPU prikazano je na Slici 29. Sa 1 su označeni spojni provodnici između PS i CPU, sa 2 je označen MPI port, dok je 3 DP port.

Slika 29: Napajanje CPU modula naponom 24V DC iz PS napojnog modula

Za programiranje S7-300 kontrolera, kao i za upravljnje i nadzor realizovanog elektromotornog pogona korišćenjem Scada softera SIMATIC WinCC flexible-Advanced 2005, uz pomoć PC-a, korišćen je se USB-MPI/DP kabel koji je prikazan na Slici 30:

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


28

5.Frekventni refulatori Frekventni regulatori su elektronski uređaji koji omogućavaju upravljanje brzinom obrtanja i regulaciju asinhronih trofaznih i sinhronih motora. Brzina asinhronog motora je proporcionalna frekvenciji primenjenog napona, pa je iz tog razloga za promenu brzine potrebno menjati frekvenciju, a sa tim i napon, što nam omogćavaju frekventni regulatori, pretvarajući mrežni napon i frekvenciju, koji su konstantne veličine, u promenjljive veličine na osnovu neke zadate vrednosti. Takođe frekventni regulatori nude i druge funkcije, kao što su između ostalog zaštitne fnkcije (preopterećenje, kratak spoj podnapon, zemljospoj, itd.), funkcije mekog starta i zaustavljanja, unapred podešenih brzina i sl. Postoje dva tipa frekventnih pretvarača:

• frekventni pretvarači bez medjukola, poznatiji kao direktni pretvarači • frekventni pretvarači sa promenjljivim ili konstantnim međukolom

Savremeni frekventni regulatori koji se koriste u industriji za upravljanje i regulaciju brzinom su mikroprocesorski upravljani. Pretvarači sa međukolom imaju odredjene prednosti u odnosu na direktne pretvarače, kao što su:

• bolje upravljanje strujom • redukcija viših harmonika, a samim tim smanjeni gubici i buka • neograničenu izlaznu frekvenciju (ograničenje postoji u upravljanju i korišćenju samih

elektronskih komponenti).

Glavni elementi koji čine unutrašnju strukturu frekventnog regulatora sa međukolom su :

• Ispravljač • Jednosmerno međukolo • Trofazni invertor • Elektronsko upravljačko kolo

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


29

Slika 31: Principska šema frekventnog regulatora

Korišćenjem frekventnih regulatora u industriji pored pune kontrole brzine i momenta, vektorskog i skalarnog upravljanja, dobijamo još čitav niz drugih prednosti kao što su:

• 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. Takođe, ograničavanjem struja pri uključenju frekventni regulator nudi dalje uštede u poređenju sa sistemima sa direktnim startovanjem.

• Smanjeni troškovi održavanja pogona - jednom instaliran frekventni regulator sam po sebi ne zahteva nikakvo održavanje. Upravljajući motorima u određenom 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.

U nastavku su opisani frekventni regulatori MM440 proizvođača Siemens i FC302 proizvođača Danfoss koji su korišćeni u praktičnom delu radu.


30

5.1.MICROMASTER 440 proizvođača Siemens U praktičnom delu rada korišćen je frekventni regulator iz serije Micromaster 440, snage 1.5 kW. Namenjen je prvenstveno za upravljanje asinhronim (kao i sinhronim) motorima relativno malih snaga. Malih je dimenzija i težine 1.3kg.

Slika 32: Frekventni regulator MM440-1.5 kW

Neke od glavnih karakteristika ove serije pretvarača su:

• postoji mogućnost eksterne nadogradnje različitim modulima (na raspolaganju su enkoderski i PROFIBUS moduli) • šest programabilnih digitalnih ulaza, dva podesiva analogna ulaza (0-10V; 0-20mA) koji mogu biti korišćeni kao dodatna dva digitalna • dva programabilna analogna izlaza (0-20mA), tri programabilna relejna izlaza (30V DC / 5A otporničko opterećenje; 250V AC/ 2A induktivno opterećenje) • zaštita za motor i invertor ( podnaponska / nadnaponska zaštita, nadtemperaturna zaštita

komponenti invertora itd.) • kontrola momenta • kontrola fluksa • mogućnost takozvanog „letećeg restarta”- ukoliko dođe kratkog prekda napajanja, brzo se

vraća na stanje koje je bilo pre prekida napajanja - motor nastavlja da se vrti na predhodnoj brzini.


31

5.2.VLT AUTOMATION DRIVE FC302 proizvođača Danfoss VLT AUTOMATION DRIVE predstavlja seriju frekventnih regulatora koji su pogodni za sve industrijske primene od jednostavne kontrole brzine do dinamičkih servo pogona. Osnovnu verziju čine frekventni regulatori sa oznakom FC301 za regulaciju brzine asinhronih, dok su freventni regulatori sa oznakom FC302 visokih performansi kako za asinhrone, tako i za sinhrone motore. Omogućavaju skalarno (U/f) upravljanje, VVC+, kao i vektorsko upravljanje. U praktičnom delu rada je korišćen frekventni regulator FC302, snage 2.2kW. Kao i Siemens-ov frekventni regulator, namenjen je za motore manjih snaga. Poseduji mogućnost instaliranja različitih kartica koje služe za nadogradnju uređaja čime se povećava njegova fleksibilnost. Opcione kartice služe na primer za povezivanje enkodera ili za komunikaciju preko PREOFIBUS protokola, što će u ovom radu biti obrađeno.

Slika 33: Frekventni regulator 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


32

6.Realizacija praktičnog dela rada U okviru realizacije praktičnog dela rada zadatak je bio da se uspostavi komunikacija između:

• PLC-a Siemens S7-300 CPU 314C-2DP i frekventnog regulatora Danfoss FC302 preko PROFIBUS-a

• PLC-a Siemens S7-300 CPU 314C-2DP i PLC-a Siemens S7-200 CPU 224XP preko PROFIBUS-a

• PLC-a Siemens S7-200 CPU 224XP i frekventnog regulatora Siemens MM440 • PLC-a S7-300 CPU 314C-2DP i PC-a preko USB/MPI kabla

i omogući zadavanje referenci brzine dva elektromotora i očitavanje njihovih stvarnih brzina korišćenjem Scada softvera SIMATIC WinCC flexible-Advanced 2005. Zadatak je obavljen kroz dve etape:

• hardversko povezivanje • softverska podešavanja

6.1.Hardversko povezivanje Na Slici 34 su prikazani elementi realizovanog elektromotornog pogona kao i ostvaren način komunikacije između njih:

Slika 34: Ilustracija realizovanog elektromotornog pogona


33

6.1.1.Povezivanje Siemens S7-300 i Danfoss FC302 u PROFIBUS mrežu Za povezivanje PLC-a S7-300 i frekventnog regulatora FC302 korišćen je standardni dvožilni oklopljeni PROFIBUS kabel. Sa strane FC302 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 35 je prikazan pomenuti način spajanja.

Slika 35: Povezivanje FC302 na PROFIBUS

Pošto se FC302 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. 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. MPI port je iskorišćen za komunikaciju PLC-a sa PC računarom korišćenjem USB-MPI/DP adaptera. 6.1.2.Povezivanje Siemens S7-300 i Siemens S7-200 u PROFIBUS mrežu Povezivanje S7-200 PLC-a u PROFIBUS mrežu u funkciji slave uređaja omogućeno je korišćenjem EM277 PROFIBUS DP modula. Veza između ovog modula i PLC-a S7-300 je ostvarena korišćenjem standardnog dvožilnog oklopljenog PROFIBUS kabla, sa 9-pinskim Sub D konektorima na oba kraja. Sa strane S7-300, 9-pinski konektor je priključen na prolazni 9-pinski konektor koji je priključen na DP port ovog PLC-a. 6.1.3.Povezivanje Siemens S7-200 CPU 224 XP i Siemens MM440 na USS bus Za povezivanje PLC-a S7-200 i frekventnog regulatora MM440 korišćen je standardni dvožilni oklopljeni kabel. Sa strane MM440 vodovi kabla se vode direktno na terminale 29 (B vod) i 30 (A vod). Terminacija voda je ostvarena dodavanjem otpornika od 1.5kΩ, 120Ω i 470Ω između terminala 1 (+10V), terminala 2 (0V) i RS 485 terminala 29 i 30, kao što je prikazano na Slici 36 .


34

Slika 36:Terminacija USS bus-a na strani MM440 frekventnog regulatora

Sa strane PLC-a S7-200 povezivanje na USS bus je ostvareno korišćenjem 9-pinskog Sub D konektora koji je priključen na port P0 ovog PLC-a. Drugi port P1 je korišćen za programiranje S7-200 PLC preko PPI Multi Master kabla. Ovaj kabl nije neophodan pri radu realizovanog pogona, jer se upravljanje i nadzor odvija preko USB/MPI kabla. Iz tog razloga PPI kabl nije prikazan na Slici 34. 6.2.Softverska podešavanja U ovom poglavlju će biti objašnjena sva softverska podešavanja neophodna da bi se postigla PROFIBUS, USS i MPI komunikacija. 6.2.1.Podešavanje parametara frekventnih regulatora Nakon unosa podataka sa natpisne pločice oba motora i izvršene automatske adaptacije parametara (AMA) potrebno je podesiti parametre oba frekventna regulatora za PROFIBUS, odnosno USS komunikaciju. Podešavanje parametra Danfoss FC302 frekventng regulatora za PROFIBUS komunikaciju: • Terminacija PROFIBUS-a na oba kraja - kod PLC-a S7-300 na konektoru postoji prekidač, a

kod Danfoss frekventnog regulatora terminacija se vrši pomeranjem prekidača u ON stanje koji se nalazi ispod lokalnog upravljačkog panela -LCP (Local Control Panel).

• Podešavanje adrese frekventnog regulatora DIP prekidačima koji se nalaze takođe ispod LCP-a. U ovom radu adresa FC302 je podešena na 3.

• Za start frekventnog regulatora potrebno je spojiti klemne 13 (24V) i 37 -to je ulaz za Safe stop. • Konfigurisanje FC302 za rad na PROFIBUS-u:

P0-40 [Hand On] - disable, čime se omugućuje komunikacija sa PROFIBUS-om P8-10 [Control Word Profile] - Danfoss FC profile P8-50 do P8-56 – definišu kako se komande sa PROFIBUS-a tretiraju u odnosu na komande sa digitalnih ulaza/izlaza (OR, AND..) – sve staviti na BUS. P8-03 do P8-05 parametri koji definišu ponašanje FC302 kada se ima greška na PROFIBUS liniji (master ima grešku) – ostaviti na default vrednostima

• Pritiskom na taster AutoOn frekventnog regulatora startuje se Remote mode, tj. bus je aktivan


35

Podešavanje parametra Siemens MM440 frekventng regulatora za USS komunikaciju:

• Terminacija USS bus-a na oba kraja - kod PLC-a S7-200 na konektoru postoji prekidač, a kod Siemens frekventnog regulatora terminacija se izvodi dodavanjem otpornika između terminala 1, 2 i 29, 30 kao što je prikazano na Slici 36.

• P700 Index 0 [local/remote control mode] postaviti na 5 - USS on COM link • P1000 Index 0 [frequency setpoint] postaviti na 5 - USS on COM link • P2010 Index 0 [baud rate of the RS 485 serial interface] postavljeno na 6 - 9600 baud • P2011 Index 0 [slave adress] postavljeno na 0 (max 31 slave) 6.2.2.SIMATIC Manager

SIMATIC Manager je program koji omogućava detaljno konfigurisanje mreže (sa osnovnom mrežom kao i sa podmrežama), posmatranje varijabli, njihovo „forsiranje“ kao i unošenje programskog koda u jednom od ponuđenih jezika: STL-asembler tj. jezik nižeg nivoa, SCL-jezik višeg nivoa sličan npr. Pascal-u, LADDER-program grafički orjentisan i sličan relejnim šemama, FBD-takođe grafički jezik vrlo pogodan za praćenje toka signala, S7-GRAPH jezik koji se zasniva na crtanju grafa toka procesa, pogodan za tehnološke inženjere. Ovaj program omogućava i debagovanje koda (otklanjanje grešaka). Ilustracija primene SIMATIC Manager-a je data na Slici 37.

Slika 37: Ilustracija primene SIMATIC Manager-a


36

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

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

Slika 39: Izbor tipa CPU PLC-a i šine (rail)

Nakon odabira tipa CPU modula automatski se otvara prozor za podešavanje parametara PROFIBUS mreže, odabrano je: adresa master stanice 2, tip profila DP, brzina prenosa informacija 1.5Mbps, adrese ulaznih portova 124 do 126 i izlaznih 124 do125 Slika 40.


37

Slika 40: Podešavanje PROFIBUS komunikacije

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

Slika 41: Prikaz modula master uređaja Nakon izbora master uređaja i odabira parametara PROFIBUS komunikacije, potrebno je u mrežu dodati slave uređaje FC302 i EM277 PROFIBUS DP modul. Ukoliko se željeni uređaji ne nalaze u hardver katalogu, koji se nalazi na desnoj strani HW Config prozora, potrebno ih je naknadno ubaciti instaliranjem tzv. GSD fajlova (device database files). GSD fajl sadrži sve potrebne podatke za podešavanje komunikacije željenog slave uređaja. Ovi fajlovi se mogu naći na sajtu proizvođača čiji uređaj želimo da povežemo u PROFIBUS mrežu. Nakon instaliranja potrebnog GSD fajla Options>Install GSD file u hardverskom katalogu se pojavljuje ikona željenog slave uređaja, u ovom slučaji je to FC302 koga uvodimo u hardversku konfiguraciju jednostavnim prevlačenjem i


38

priključenjem na PROFIBUS mrežu, Slika 42.

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

Slika 43: Izbor sadržaja PCD dela


39

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

Slika 44: Ulazna i izlazna memorijska slika PLC-a

Nakon izvršene konfiguracije slave uređaja FC302 za rad na PROFIBUS mreži, potrebno je dodati drugi slave uređaj EM 277 PROFIBUS DP modul. Kao što je pomenuto, ovaj modul omogućava priključenje S7-200 PLC-a na PROFIBUS mrežu u funkciji slave uređaja. Pre podešavanja parametara ovog modula za rad u PROFIBUS mreži, potrebno je objasniti način komunikacije između master uređaja, PLC-a S7-300, i slave uređaja PLC-a S7-200 sa dodatim modulom EM 277. Svrha PROFUBUS DP konekcije je razmena podataka, gde master uređaj igra glavnu ulogu. Podaci koje master šalje slave-u su označeni kao izlazni podaci (output data), dok su podaci koje slave šalje master-u su označeni kao ulazni podaci (input data). Podaci koji stižu u slave uređaj su takođe označeni kao izlazni (outputs) iako oni predstavljaju ulazne podatke slave-a. Takođe podaci koji se vraćaju master-u su označeni kao ulazni (inputs) iako oni predstavljaju izlazne podatke slave-a. Na Slici 45 je prikazan memorijski model koji opisuje razmenu podataka između master S7-300 i slave S7-200 CPU 224XP uređaja korišćenjem EM 277 Profibus DP modula.

Slika 45: Princip razmene podataka između mastera

CPU 314C- 2DP i slave-a CPU 224 XP preko EM 277modula


40

Kao što je prikazano na Slici 45 master šalje podatke iz njegove izlazne oblasti (output area) u izlazni bafer (output buffer) slave-a (Receive mailbox). Iz ulaznog bafera (input buffer) slave-a (Send mailbox) master preuzima podatke i smešta ih u njegovu ulaznu oblast (input area). Izlazni i ulazni bafer S7-200 PLC-a su smešteni u njegovu V memorijsku oblasti (Variable memory). Ulazna i izlazna oblast S7-300 PLC-a je smeštena u PI i PQ memorijsku oblast, respektivno.

Da bi omogućili komunikaciju između master-a i slave-a moraju se prvo definisati adrese, odnosno veličina memorijskih oblasti za prijem i slanje podataka na obe strane. Veličina memorijskih oblasti zavisi od količine podataka koja će se prenositi. Za potrebe realizovanog pogona izabrano je 4 word-a za slanje i 4 worda za prijem podataka (4 Word Out/4 Word In), Slika 46 (EM 277 modul se ne nalazi u HW katalogu, pa je potrebno instalirati njegov GSD fajl, koga predhodno treba preuzeti sa Siemens-ovog sajta, adresa modula je podešena na 4 pomoću obrtnih prekidača). Moglo se izabrati i 8 bytes out/8 bytes in ili 8 byte buffer I/O, jer je u pitanju ista količina podataka koja se prenosi, jedina je razlika u konzistentnosti podataka. U izabranoj konfiguraciji 8 baytes dozvoljeno je izvršenje korisničkog interapta u CPU tokom prenosa podataka, dok je u konfiguraciji 4 word dozvoljeni izvršenje korisničkog interapta jedno između word-ova. U konfiguraciji 8 bayte buffer je onemogućeno izvršenje korisničkog interapta u CPU tokom prenosa ove količine podataka.

Podešavanje startne adrese izlaznog bafera (Receive malbox) slave-a vrši se iz prozora koji se otvara dvoklikom na EM 277 modul, Slika 46. Upisom broja 1000 u polje I/O Offset in V-memory definišemo startnu adresu izlaznog bafera na lokaciji VB 1000. Pošto je izabrana konfiguracija od 4 word-a za slanje i prenos slave automatski postavlja veličinu izlaznog bafera na 4 worda, odnosto 8 bajta, što znači da je krajnja adresa izlaznog bafera (Receive malbox) slave-a VB 1007, startna adresa ulaznog bafera (Send mailbox) VB 1008, a krajnja VB 1015, kao što je prikazano na Slici 45.

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


41

Potrebno je napomenuti da programer određuje startnu adresu output baffer-a slave uređaja, koju master šalje slave-u prilikom njegove konfiguracije. Slave koristi ovu informaciju za podešavanje svojih Send i Receive memorijskih oblasti.

Podešavanje startne adrese ulazne i izlazne oblasti (Input and Output area) master-a vrši se iz prozora koji se otvara dvoklikom na polje 4 Word Out/4 Word In koje je slektovano u donjoj polovini HW Config prozora kao Slici 47. Startne adrese Output i Input oblasti su podešene na 10 (PQ 10 i PI 10 respektivno), dok se krajnje adrese ovih oblasti same generišu, jer su veličine ovih oblasti poznate, i one iznose PQ 17 i PI 17.

Slika 47: Podešavanje startnih adresa Input i Output blasti S7-300 PLC-a

Potrebno je izvršiti podešavanje MPI komunikacije koja predstavlja vezu između PC računara i S7-300 PLC-a. Podešavanja MPI komunikacije vrše se isključivo iz programa NetPro koga pokrećemo iz HW Config prozora. Iz NetPro prozora moguće je vršiti i sva podešavanja vezana za PROFIBUS, ali u slučaju PROFIBUS-a inicijalna podešavanja kao što su izbor modula u okviru slave uređaja i PPO tipa moraju se obaviti u HW Config-u.

Podešavanje MPI komunikacije:

Podešavanje MPI mreže (podrazumeva se da je u Simatic Manageru/Options>Set PG/PC Interface komunikacija podešena na PC Adapter (MPI)), se vrši njenim obeležavanjem u NetPro prozoru i izborom iz menija Edit>Object Properties. Brzinu prenosa podataka treba postaviti na 187.5 kbit/s, što je ujedno i najveća moguća brzina za MPI komunikaciju. Moguće je i, ukoliko je to potrebno, posebno podesiti svaki uređaj koji je partner u komunikaciji. Koršćene stanice su simbolički prikazane u vidu blokova, pok su PROFIBUS i MPI protokoli simbolički predstavljni linijama. Konačan izgled podešavanja u alatu NetPro prikazan je na Slici 48.


42

Slika 48: Podešavanja u NetPro alatu

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


43

Slika 49: Zadavanje reference brzine i prosleđivanje komandi za

start, promenu smera i stop motora od S7-300 ka S7-200 PLC-u

Ovim su završena podešavanja u programu SIMATIC Manager i može se preći na program STEP 7-Micro/WIN koji služi za podešavanje i programiranje S7-200 PLC-a.

6.2.3.STEP 7- Micro/WIN Ovaj program omogućava podešavanje komunikacije kao i programiranje S7-200 PLC-a. Na početku je potrebno selektovati tip korišćenog PLC-a, izborom opcije iz menija PLC>Type> CPU224XP. Zatim je potrebno podesiti određene parametre vezane za PPI komunkaciju.

PPI komunikacioni protokol služi za podešavanje i programiranje S7-200 PLC-a uz korišćenje PPI MultiMaster kabla. Sva podešavanja kao i programiranje PLC-a S7-200 obavljaju se u programu Step 7-MicroWin. Podešavanja vezana za sistem tj. za sam PLC nalaze se u System Block-u. On se poziva iz menija View>Component>System Block. Podešavanja vezana za komunikaciju nalaze se u odeljku Communication Ports (podrazumeva se da je View>Component>Set PG/PC Interface komunikacija podešena na PC/PPI Cable (PPI)). Brzine oba porta su podešene na 9.6 kbps. Adresa porta P0 je podešena na 1. Ovaj port je predviđen za priključenje PLC-a na USS bus. Adresa porta P1 je podešena na 2. Ovaj port je predviđen za programiranje PLC-a preko PPI kabla. Na Slici 50 su prikazana pomenuta podešavanja. Sva podešavanja je potrebno učitati u PLC da bi postala aktivna, što se vrši izborom opcije File>Download.


44

Slika 50: Podešavanja komunikacije u Step7-MicroWIN alatu

Realizacija komunikacije kroz programski kod: Upravljenje i parametrizacija MicroMaster MM440 frekventnog regulatora korisćenjem USS protokola, u ovom radu, je ostvarena pomoću specijalne USS biblioteke u programu STEP 7- Micro/WIN, koju nudi Siemens za svoj S7-200 PLC. Ova biblioteka omogućava celokupnu implementaciju USS protokola pomoću četiri vrste instrukcija:

• USS_INIT - inicijalizacija USS protokola • USS_CTRL - kontrola brzine MM440 • USS_ WPM_x - promena vrednosti parametara • USS_ RPM_ x - očitavanje parametara sa Siemens-ovog MM440 frekventnog regulatora

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


45

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

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


46

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

Slika 53: USS_INIT instrukcija

Slika 54: USS_CTRL instrukcija


47

USS _CTRL instrukcija (Slika 54) služi za kontrolu MM440 frekventnog regulatora. Postavljanjem RUN ulaza u ON stanje dajemo naredbu za start motora, koji ubrzava do zadate brzine koja je upisana u VD30 memorijsku lokaciju. Da bi se motor pokrenuo MM440 mora biti selektovan kao aktivan u USS_INIT instrukciji, OFF2 i OFF3 mora biti postavljano na 0 i izlaz F_ACK mora biti na 0. OFF2 omogućava zaustavljanje motora po inerciji, a OFF3 omogućava zaustavljanje motora po rampi. F_ACK (fault acknowledge) bit se koristi za potvrdu greške u regulatoru. Regulator “briše” fault stanje prebacivanjem ovog bita iz 0 u 1. DIR (direction) omogućava promenu smera obrtanja motora. Drive označava adresu regulatora (postavljena na 0). Type predstavlja tip regulatora. Pošto se koristi MM440 regulator upisujemo vrednost 1 ispred ovog ulaza. Speed predstavlja zadatu brzinu frekventnog regulatora u procentima. Mogući opseg brzine je od -200 do + 200%. USS_RPM_W instrukcija (Slika 55) služi za očitavanje parametara MM440 frekventnog regulatora. Prebacivanjem XMT ulaza u ON stanje šalje se zahtev za očitavanje vrednosti parametra ka MM440. Param predstavlja broj parametra, u ovom slučaju se očitava vrednost parametra pod brojem 5, koji predstalja trenutnu vrednost frekvencije. Index predstavlja index parametra čiju vrednost želimo da očitamo. &VB20 predstavlja adresu bafera. Valeue je vrednost parametra koga očitavamo.

Slika 55: USS_RPM_W instrukcija Ovim su podešavanja vezana za USS komunikaciju završena. Napisani program je potrebno sačuvati i učitati u PLC.


48

6.2.4.SIMATIC WinCC flexible 2005 - Advanced Scada program SIMATIC WinCC flexible 2005 Advanced predstavlja moćan HMI1 softver koji služi za delimičnu kontrolu2, nadzor i prikupljanje podataka u automatizovanom sistemu korišćenjem PC-a3. Pored toga omogućava definisanje i prikaz alarmnih stanja u sistemu, prikaz trendova, odnosno prikaz promena veličina sistema u vremenu, formiranje izveštaja o alarmima, trendovima i akcijama operatera, kao i njihovo arhiviranje odnosno trajno čuvanje. Proces je predstavljen grafički na ekranu, preko skupa grafičkih elemenata kojima su pridruženi procesni tagovi (process tagss). Procesni ili eksterni tagovi omogućavaju komunikaciju između komponenti automatizacionog procesa, npr. HMI uređaja i PLC-a (u ovom radu PC-a i S7-300 PLC-a), odnosno omogućavaju komunikaciju između operatera i procesa. Eksterni tag je slika određene memorijske lokacije u PLC-u. Operateru je omogućeno da očitava i podešava vrednosti procesnih veličina, sa strane HMI uređaja (PC-a), korišćenjem procesnih tagova preko memorijskih lokacija PLC-a. Postoje i interni tagovi (internal tagss) koji su smešteni u memoriji HMI uređaja i koji služe za izvršenje internih (lokalnih) proračuna. Ovi tagovi nemaju konekciju ka PLC-u. Po startovanju programa i izborm opcije Create a new project with the Project Wizard otvaramo novi projekat. Izborom opcije Small machine ostvarujemo direktnu vezu između HMI uređaja i PLC-a. Nakon ove opcije otvara se prozor prikazan na Slici 56 u kome podešavamo tip komunikacije između HMI uređaja i kontrolera, kao i tip korišćenog kontrolera.

Slika 56: Izbor komunikacije i tipa kontrolera

1 Human Machine Interface - označava interfejs između operatora i mašine odnosno procesa/postrojenja. 2 U većini slučajeva SCADA softver omogućava delimičnu kontrolu procesa, jer su glavne kontrolne funkcije skoro uvek zabranjene operateru u stanici. Najveći deo kontrole se vrši automtski od strane PLC-a. 3 Osim Advanced postoje Micro,Compact i Standard verzije koje služe isključivo za prograniranje SIMATIC PANEL-a.


49

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

Slika 57: Radni przor SIMATIC Win CC flexible 2005 - Advanced softvera Radni prozor na Slici 57 se sastoji iz nekoliko glavnih okvira: • Project View (u levom delu)-sadrži sistematski popis svih važnijih svojstava i funkcionalnosti

paketa. Takođe omogućava brz i jednostavan pristup željenim editorima, podešavanjima i sl. • Work area(centrtalni deo)- radni prostor za kreiranje grafičkog interefejsa, kao i pregled editora. • Tools (u desnom delu)- prozor sa grafičkim alatima potrebnim za izradu interfejsa

Najvažniji editori u okviru ovog prozora su: • Screens editor – sadrži komande za dodavanje novih radnih ekrana u projekat, kao i pozivanje i

izmenu postojećih • Tags editor – služi za konfigurisanje eksternih i internih tagova • Connections – editor za difinisanje i uspostavljanje veza sa spoljašnjim uređajima sa kojih se

očitavaju podaci, najčešće su to PLC-ovi. Postoje drajveri za sve komercijalno zastupljenije uređaje, pa je time konfigurisanje i uspostavljanje veze u većoj meri olakšano

• Analog alarms – editor za definisanje i podešavanje svojstava analognih alarma • Descrete alarms – editor za definisanje i podešavanje svojstava digitalnih alarma • Data logs – editor za definisanje i podešavanje logova sa podacima. Podatke je moguće čuvati u

tekstualnoj datoteci ili zapisivati u bazu podataka • Alarm logs – isto kao i prethodni, samo što se odnosi isključivo na zapis i čuvanje alarmnih

stanja • Scripts – editor za pisanje programskih skripti u Visual Basicu U odeljku Communication, u editoru Connections su izvršena sledeća podešavanja: fizička veza sa PLC-om ostvarena je preko USB-MPI/DP kabla; parametri MPI komunikacije: brzina prenosa


50

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

Slika 58: Podešavanje komunikacije sa PLC-om U odeljku Communication, u editoru Tagss vršimo unos eksternih i internih tagova, Slika 59. Pri unošenju eksternih tagova u bazu potrebno je odrediti vezu sa koje se očitavaju, njihov tip i adresu memorijske okacije PLC-a sa koje se očitavaju. Treba voditi računa o dodeljivanju adresa tagovima, da bi se izbeglo da se adrese delimično poklapaju i tako pogrešno očitavaju vrednosti.

Slika 59: Editor baze podataka tj. Tags editor


51

Adrese eksternih tagova u ovom projektu su određene prema podešenim adresama procesnih podataka (PCD deo) PROFIBUS telegrama i prema adresama memorijskih lokacija PLC-a S7-300 koje služe za prihvatanje informacija sa Scade, koje dalje prosleđuju ka S7-200 PLC-u. Bilo kakva izmena funkcije delova PROFIBUS telegrama (PPO), obavezno povlači izmenu u dodeljivanju adresa promenljivima u bazi podataka WinCC flexible. Takođe, u ovom editoru mogu izvršiti i druga podešavanja vezana za tagove, od kojih su važnija npr. ciklus akvizicije, način tj. mod akvizicije, razne granične vrednosti, skaliranja itd.

Naredni korak je konfigurisanje grafičkog interfejsa korišćenjem grafičkih simbola, koji se nalaze u Tools prozoru, kao i povezivanje sa tagovima. Grafički interfejs se sastoji iz 3 prozora: GLAVNI, DANFOSS i SIEMENS GLAVNI prozor (Slika 60) omogućava izbor motora kojim će se upravljati. Jednostavnim klikom na ikonu Danfoss-ovog ili Siemens-ovog frekventnog regulatora prelazimo na jedan od preostala dva prozora DANFOSS ili SIEMENS.

Slika 60: Izgled glavnog prozora Aktiviranje ovih prozora je ostvareno korišćenjem dve Switch grafičke komponente iz Tools prozora. Klikom na Switch komponentu otvara se prozor Property View za njeno konfigurisanje. Izborom opcije General u polju Type biramo opciju Switch with graphic, dok je u opciji Events>Change potrebno podesiti ActivateScreen i izabrati DANFOSS prozor čime je omogućeno njegovo aktiviranje. Navedena podešavanja se odnose i na drugi Switch koji omogućava prelaz na prozor SIEMENS s‘tim da je potrebno u opciji Events>Change podesiti ActivateScreen i izabrati naziv pomenutog prozora. IZLAZ predstavlja grafičku komponentu Button koja omogućava izlazak iz Runtime režima Scade. Da bi to omogućili potrebno je da u prozoru koji se aktivira klikom na ovu komponentu u opciji Events>Click podesimo Stop Runtime mod.


52

DANFOSS prozor (Slika 61) poseduje osnovne kontrole za upravljanje motorom, a to su pokretanje/zaustavljanje i zadavanje željene vrednosti brzine. Za pokretanje i zaustavljanje korišćena je grafička komponenta Switch, pri čemu su njena stanja Switch on i Switch off podešena za upisivanje heksadecimalnih vrednosti 047C (decimalno 1148) i 043C (1084) za start i stop motora u tag CTW, koji služi za prenošenje kontrolne reči do frekventnog regulatora. Pomeranjem klizača kontrole Slider zadajemo referencu brzine motora, pri čemu dolazi do promene vrednosti taga MRV_0-100% u opsegu od 0 do 100. Kod definisanja navedenog taga u Events/Change value vrši se linearno skaliranje da bi se dobila vrednost iz apsolutnog opsega 0 do 16384, koja se upisuje u tag MRV (koji se potom PROFIBUS-om šalje kao zadata vrednost brzine frekventnom regulatoru). Kontrola Gauge grafički prikazuje stvarnu tj. očitanu vrednost brzine motora, skaliranu u obrtaje po minuti (pridruženi tag je MAV_rpm), dok komponenta IO Field prikazuje trenutnu vrednost struje.

Slika 61: Izgled DANFOSS prozora

Klikom na dugme SIEMENS prelazi se u istoimeni prozor (Slika 62). On takođe poseduje osnovne kontrole za upravljanje motorom, a to su pokretanje, zaustavljanje po rampi i po inerciji, promena smera obrtanja i zadavanje željene vrednosti brzine. Za pokretanje i zaustavljanje korišćena je grafička komponenta Switch, pri čemu su njena stanja Switch on i Switch off podešena za upisivanje vrednosti 0 ili 1 za start i stop motora u tag start_USS. Pomeranjem klizača kontrole Slider zadajemo referencu brzine mtora, pri čemu dolazi do promene vrednosti internog taga brzina_ref_0-100% u opsegu od 0 do 100. Informacija o referenci brzine koja se šalje ka S7-300 PLC-u i dalje USS bus-om ka MM440 frekeventnom regulatoru, upisuje se u eksterni tag brzina_ref koji sadrži skaliranu, odnosno istu vrednost taga brzina_ref_0-100% (jer je skaliranje izvršeno po obrascu y=a*x+c, gde je a=1,c=0 ). Kontrola Gauge grafički prikazuje stvarnu tj. očitanu vrednost brzine motora (pridruženi tag je brzina_ocit).


53

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


54

7.Izrada laboratorijske makete U cilju jednostavnijeg povezivanja PLC-a S7-300 i Danfoss FC302 frekventnog regulatora u PROFIBUS mrežu izrađena je laboratorijska maketa koja objedinjuje pomenute uređaje na jednom mestu i koja sadrži Simeas P mrežni akvizicioni uređaj, kao i opremu za zaštitu ovih uređaja od potencijalnih kvarova i opremu za signalizaciju. Razvodna tabla i sva korišćena oprema koja sačinjava laboratorijsku maketu nacrtani su u programu Microsoft Office Visio 2007, u razmeri 1:1, i prikazani su na Slici 63.

Slika 63: Dispozicija opreme laboratorijske makete


55

Elementi označeni brojevima na Slici 63 su:

1. PLC Siemens S7-300 CPU 314C-2DP 2. Danfoss frekventni regulator FC302 3. Simeas P mrežni akvizicioni uređaj proizvođača Siemens 4. Trafo 220V AC/ 24V DC za napajanje izlaza PLC-a 5. Motorni zaštitni prekidač sa pridruženim podnaponskim releom 6. Automatski osigurači 7. Total stop taster (tzv.pečurka) 8. Tasteri za start, stop, ubrzanje i usporenje motora 9. Signalizacija 10. Releji 220V priključeni na izlaze PLC-a 11. Kablovska kanalica 12. Razvodna tabla Sa X1,X2,X3 su označene grupe klema

Ova maketa predstavlja jedan deo realizovang automatizovanog elektromotornog pogona. Drugi deo pogona čine MM440 frekventni regulator i S7-200 PLC sa EM277 PROFIBUS DP modulom, koji su skoncentrisan na drugoj laboratorijskoj maketi. 7.1.Mrežni akvizicioni uređaj - Simeas P SIMEAS P je uređaj za široku primenu u kontroli kvaliteta električne enrgije u mrežama niskog i srednjeg naponskog nivoa. Njegova primena vezana je kako za monofazne, tako i za trofazne trozične i trofazne četvorožične sisteme napajanja.

Slika 64: SIMEAS P500

On prikuplja analogne vrednosti napona i struja, digitalizuje ih i propušta do signalnog procesora. Signalni procesor računa njihove srednje vrednosti, koje prosleđuje na izlaz. Te srednje vrednosti procesor, takođe koristi kao bazu za računanje ostalih veličina koje proizvođač navodi. Pored merenja faznih i linijskih struja i napona u sve tri faze, tu su aktivne, reaktivne i prividne snage (kako ukupne, tako i po fazama, kao i njihove minimalne i maksimalne vrednosti), frekvencija, faktori snage (kako ukupan, tako i po fazama), THD, utrošena električna energija. Sve merene veličine se mogu prikazati na displeju, snimiti u memoriji uređaja ili preneti putem serijskog interfejsa. Pokazivanja merenih veličina se automatski osvežavaju svake sekunde. Neke od mogućih konfiguracija displeja su prikazane na Slici 65.


56

Slika 65: Konfiguracija displeja SIMEAS P uređaja Na Slici 66 prikazan je ostvareni način povezivanja SIMEAS P na izrađenoj laboratorijskoj maketi (prikazanoj na Slici 63) sa strane priključaka mreže. Pošto se ovaj uređaj priključuje na mrežu napona 400 V i služi za merenje struje ne veću od 5A, nije potrebno koristiti strujne i naponske transformatore. Povezivanje u PROFIBUS mrežu je omogućeno korišćenjem RS485 porta. .

Slika 66: Primer povezivanja SIMEAS P na mrežu bez korišćenja strujnih i naponskih transformatora

Detaljan prikaz povezivanja SIMEAS P 500 sa delom opreme laboratorijske makete dat je u nastavku, gde su prikazane električne šeme razvoda.

7.2.Izrada električnih šema Električne šeme razvoda su izrađene uz pomoć softvera EPLAN Electric P8. Ovaj softver je specijalizovani softver koji je namenjen crtanju električnih šema za najrazličitiji opseg primena. EPLAN Electric P8 u mnogome olakšava izradu električnih šema. Njegova prednost je dosta velika biblioteka električnih uređaja najrazličitijih vrsta i namene, takođe je dosta jednostavno kreiranje novih uređaja. Značajno je i olakšano i generisanje različitih izveštaja o projektu, kao što su liste sa popisom korišćene opreme, liste terminala, liste kablova, itd. Izuzentno je značajno i to što se vrlo jednostavno vrši referenciranje delova opreme. Električne šeme koje prikazuju električni razvod napravljene laboratorijske makete, kao i primer povezivanja Danfoss frekventnog regulatora FC302 i S7-300 PLC-a u PROFIBUS mrežu su prikazani na narednim stranama.


57

8.Zaključak Industrijske mreže čine srž svakog distribuiranog sistema automatizacije. U okviru ovog rada prikazan je jedan deo mogućnosti PROFIBUS i USS komunikacije, kako teorijski tako i praktično, kroz realizovani ogledni automatizovani elektromotorni pogon. Praktična realizacija ovog pogona potvrdila je činjenicu da pogoni u kojima su primenjeni savremeni industrijski komunikacioni sistemi nude znatno veće operativne mogućnosti od pogona u kojima je komunikacija ostvarena korišćenjem standardnih analognih signala. Sem toga primenom PROFIBUS i USS komunikacionih protokola znatno se smanjuju troškovi instalacije i održavanja mreže u odnosu na industrijske mreže klasičnog tipa. U praktičnom delu rada pokazano je i da primenom PROFIBUS komunikacionog protokola možemo povezati opremu različitih proizvođača, jer je ovaj protokol internacionalno standardizovan, što mu je i glavna prednost. Sa druge strane USS protokol je zatvoren Siemens-ov protokol, što znači da se može koristiti isključivo za komunikaciju sa Siemens-ovim frekventnim regulatorima. Dobra strana je ta što je implementacija USS protokola, korišćenjem instrukcija iz USS biblioteke, jednostavna i što USS instrukcije omogućavaju jednostavno upravljenje i parametrizaciju MM440 frekventnog regulatora. Pošto je maksimalna brzina prenosa podataka kod USS komunikacije 187,5 kbit/s može se uočiti određeno kašnjenje motora na USS komande u odnosu na motor kojim se upravlja preko PROFIBUS-a.


58

9.LITERATURA

1) J.Weigmann,G.Kilian ''Decentralization with profibus DP/DPV1'' 2nd revisied and enlarged edition, 2003

2) DANFOSS ''FC 300 PROFIBUS'' Manual

3) SIEMENS ''Universal Serial Interface Protocol specification'', Edition 09/'94

4) SIEMENS ''MICROMASTER 440, 0.12 kW – 250 kW, Operating Instructions '', Issue 10/06

5) SIEMENS “MICROMASTER 440 , Parameter List“ , Issue 1/06

6) SIEMENS “MICROMASTER 440 , Quick Start Quide“

7) DANFOSS “ FC 300 Programming Guide, Manual“

8) SIEMENS SIMATIC “S7-200 Programmable Controller System Manual“, Edition 09/2007

9) SIEMENS SIMATIC “S7-300, CPU 31xC and 31x : Specifications Manual“, Edition 06/2008

10) SIEMENS SIMATIC - Controllers brochure, Edition 11/2008

11) SIEMENS SIMATIC - Controller S7-300 brochure, Edition 04/2004

12) SIEMENS SIMATIC HMI “WinCC flexible 2008 Compact/Standard/Advanced, User’s Manual“, Edition 07/2008

13) SIEMENS SIMATIC “Working with Step7, Getting started“, Edition 03/2006

14) SIEMENS “Power Meter SIMEAS P, Manual“, Edition 01/2007

15) Eplan “ EPLAN Electric P8 Getting Started“

Documents

DIPLOMSKI - MASTER RAD - keep.ftn.uns.ac.rs · PDF fileDiplomski - Master rad 3 1.Uvod Savremena industrijska proizvodnja zahteva brzo prilagođavanje trendovima tržišta i promenama