Seminar Ski Rad ME

Univerzitet u Sarajevu Elektrotehniki fakultet Odsjek za automatiku i elektroniku Kolegij: Mehatronika Nastavnik: doc.dr.sc. Jasmin Velagi Akademska godina : 2010/2011

PID regulacija uz koritenje MODBUS i Ethernet protokola

Autori : kalji Naida Vatri Inda

Kolegij: Mehatronika, k.g. 2010/2011 Nastavnik: Doc.dr.sc. Jasmin Velagi

Tema:PID regulacija uz koritenja MODBUS i Ethernet protokola Autori: kalji Naida i Vatri Inda

SadrajSaetak Uvod 1.Opis Simatic S7 200 1.1. Ekspanzioni moduli 1.1.1. Digitalni moduli 1.1.2. Analaogni moduli 1.1.3. Komunikacioni moduli 1.2.CPU 222 2.Softverski paketi 2.1.Step 7-Micro/Win 2.2.Koritenje WINCC Runtime ili Windows-baziranog operatorskog panela 3. Komunikacija sa Simatic S7-200 kontrolerima 3.1. Modbus protokl 3.1.1.Modbus Master Protokol 3.1.2. Modbus Slave Protokol 3.1.3. Modbus adresiranje 3.1.4. Instrukcije za Modbus protokol 3.2.Ethernet komunikacija 4.Model istosmjernog motora 5.Realizacija projektnog zadatka 5.1. Proramiranje PLC-a 5.2. Konfiguracija CP 243-1 unutar WinCC PC Runtime-a 5.3. Koriitenje ekspanzionog modula EM-235 5.4. Realizacija PID regulatora 5.5. Modbus protokol 5.6. Konfiguracija Wincc Flexible Runtime i uvezivanje kompletnog sistema Zakljuak Literatura 3 4 5 6 6 6 7 7 9 9 10 12 14 14 14 15 16 20 21 23 24 30 32 34 40 45 49 50

2|50



Saetak Zadatak seminarskog rada je bio regulacija brzine vrtnje istosmjernog motora pomou masterslave komunikacije koritenjem MODBUS i Ethernet protokola. Upravljanje je ostvareno na slave PLC-u tako to se zadana vrijednost brzine vrtnje sa HMI interfejsa na raunaru slala na master PLC preko Etherneta, koji je dalje tu vrijednost preko MODBUS protokola proslijeivao na slave. Upravljanje sa povratnom spregom je ostvareno na slave PLC-u. Radi vizuelnog prikaza promjene brzine vrtnje, master PLC je itao vrijednost sa slave PLC-a i proslijeivao je na HMI. Za uspjenu realizaciju projekta, bilo je potrebno upoznati se sa nainom funkcionisanja Simatic S7-200 PLC-a, njegove CPU i ekpanzionih modula, te karakteristika MODBUS i Ethernet protokola, uz koritenje softverskih paketa Step 7 Micro/WIN i WIN CC Runtime.

3|50



UVOD PLC - programabilni logiki kontroler je digitalni elektroniki sistem, koji se koristi u industrijskoj sredini s programabilnom memorijom za internu pohranu s ciljem primjene orijentiranih upravljakih naredbi kod implementiranja specifinih funkcija kao to su npr. logiko upravljanje, slijedno upravljanje, funkcije odbrojavanja, funkcije brojanja i aritmetike funkcije. Osnovna namjena PLC-a je upravljanje, putem digitalnih ili analognih ulaznih i izlaznih signala, razliitim vrstama strojeva i procesa. Istosmjerni motori su nali iroku primjenu u razliitim oblastima industrije. Smjeteni su u mnogim proizvodima za korisnike, industrijske, medicinske i vojne primjene. Veina tih primjena zahtijeva mogunost promjene kako smjera tako i brzine motora. Smjer i brzina predstavljaju dva kljuna parametra kada je u pitanju upravljanje istosmjernim motorima.

4|50



1. Opis PLC Simatic S7-200SIMATIC S7-200 je jedna od grana Siemens-ove linije proizvoda kao to prikazuje slika ispod. Simatic S7-200 Mikro-PLC prua cijeli niz mogunosti komunikacije.

5|50



Slika 1. Ogranci S7-200

Moe komunicirati sa do 126 ureaja kao to su: ureaji za programiranje, SIMATIC HMI proizvodi te moe biti umreen s drugim mikro PLC-ovima. U mrei sa samo jednim S7-200 komunikacija je ostvarena sa integrisanim PPI protokolom. U veem sistemu gdje su ukljuene u sistem i komponente kao tu su SIMATIC S7-300/400, S7-200 komunicira preko MPI protokola. Dok za komunikaciju preko MODBUS RTU mree koristimo se odgovarajuim instrukcijama Modbus protokola, koji e detaljnije biti objanjen u ovom seminarskom radu. Takoer, nezaobilazan je i Industrijski Ethernet. PLC se sastoji od ulaznih modula, Centralne Procesne Jedinice (CPU) i izlaznih modula. Ulaz prihvata razliite digitalne ili analogne signale iz razliitih ureaja (senzora) i pretvara ih u logike signale koje CPU moe obraivati. CPU pravi odluke i izvrava kontrolne instrukcije na osnovu programskih instrukcija u memoriji. Izlazni moduli pretvaraju kontrolne instrukcije iz CPU-a u digitalni ili analogni signal koji mogu koristiti razliiti ureaji (aktuatori). Programski ureaj se koristi da unese eljene instrukcije. Ove instrukcije odreuju ta e PLC uraditi pri odgovarajuem ulazu. Operatorski interfejs dozvoljava da se prikau procesne informacije, te da se unesu novi kontrolni parametri. Ako uzmemo u obzir sve elemente koji kreiraju jedinstven PLC onda su njegove karakteristike sljedee: - maksimalna automatizacija za nisku cijenu - jednostavna instalacija,programiranje i operacije - irokoskalna integracija,spaava prostor zbog svojih malih dimenzija - mogu se koristiti kako za jednostavne kontrole tako i za kompleksne automatske zadatke - svi CPU-ovi se mogu koristiti u tzv. stand-alone modu(rade samostalno) ili u mreama i unutar distribuiranih struktura - posjeduju izvanrednu real-time performansu kao i snane komunikacione opcije(PPI,PROFIBUS DP,AS-interface) Pod pogodnostima najbitniji je opseg dodatnih modula koje moemo povezati na na PLC, te njihova funkcija koja proiruje performanse. SIMATIC S7-200 sadri sljedee elemente: - CPU(Central Processing Unit), - Signalni moduli, - Funkcionalni moduli, - Komunikacioni moduli, - Modul za napajanje, - HMI(Human Machine Interface) moduli, - Softver 1.1. Ekpanzioni moduli SIMATIC S7-200 je dizajniran kao konzistentan modularni sistem. Modularnost je vrlo vana karakteristika i po potrebi korisnik moe nadograditi svoju opremu zavisno od zahtjeva. Zato 6|50



su napravljeni tzv. ekspanzioni moduli ili skraeno za Siemens proizvode EM koji se jednostavno prikljuuju na odreeni CPU te u zavisnosti od svoje funkcionalnosti omoguava CPU da kontrolie i prati jo kompleksnije zadatke. Signalni moduli se mogu podijeliti u dvije grupe: digitalni i analogni moduli. 1.1.1. Digitalni moduli Ovi moduli, kao to im i sam naziv govori, daju mogunost da CPU proiri svoj na njemu ogranien broj digitalnih ulaza i izlaza. Mogua su proirenja od 4/4 do 32/32 ulaza/izlaza. Mogu se skalirati po potrebi; iste verzije sa razliitim narudzbenim brojem imaju razliite karakteristike. 1.1.2. Analogni moduli Ovi moduli su od posebnog znaaja za sisteme automatskog upravljanja i njegove prednosti su: optimalna adaptacija (analognim i digitalnim ekspanzionim modulima korisnik moe optimizirati svoj kontroler za kompleksnije zadatke), direktan prikljuak senzora i aktuatora (12 bitna rezolucija i razliiti ulazni i izlazni opsezi omoguuju da se senzori i aktuatori prikljue bez potrebe za dodatnim pojaalima). Sa aspekta MODBUS protokola potrebno je napomenuti da on izvrava mapiranje samo analognih ulaza (ili ulaznih registara kada se posmatraju funkcije MODBUS-a).Za sve ulaze pa time i analogne vai da nije mogue izvriti upis u njih preko MODBUS komunikacije.Mogua je samo funkcija itanja stanja pojedinih ulaza ili skup njih preko vrijednosti registara V-memorije CPU-a koju emo kasnije detaljno opisati. MODBUS instrukcije ne podravaju manipulisanje analognim izlazima. 1.1.3. Komunikacioni moduli Maksimalni potencijal CPU-ova od serije 222 pa nadalje se moe iskoristiti preko komunikacionih modula. Preko njih, pojedinani CPU-ovi se ujedinjavaju u mreu inei ih kao jedinicu snanom da kontroliu svim zahtjevanim procesima kao i dobijanje vanih informacija. Potrebno je jo razlikovati istu S7-200 i mijeanu mreu. ista S7-200 mrea se izvodi preko integrisanog PPI protokola. U tom sluaju S7-200 CPU moe biti master. U mijeanoj mrei, mrea koja je sastavljena od TIA ( Totally Integrated Automation) komponenti u kojoj uestvuju i SIMATIC S7-300/400 ili SIMATIC HMI,S7-200 CPU-ovi su integrisani kao MPI slave-ovi. Dodatne komunikacione karakteristike CPU-ova je da mogu uz pomo USS protokol instrukcija kontrolisati do 32 Siemens-ovih frekventnih konvertora bez dodatnog hardvera.

1.2. Centralna procesorska jedinica CPU 222 Simatic s7-200 koristi centralnu procesorsku jedinicu tipa CPU 222. Memorija je podijeljena na programsku i memoriju podataka. Programska memorija moe da varira unutar odreenog CPUa u zavisnosti od toga da li je:sa opcijom run mode edit ili bez opcije run mode edit.

7|50



Slika 1.2.1. CPU 222

Za CPU 222 vai da je memorijski kapacitet isti sa ili bez opcije run mode edit i ona iznosi 4kB ili 4096 bajta. Kapacitet memorije podataka iznosi 2kB ili 2048 bajta. Programska memorija se sastoji od linearnog niza memorijskih lokacija, to jeste, svaka lokacija sadri 8 bita=1 bajt i u njih se smjeta program sainjen od programskih instrukcija, adresnih pointera i drugih blokova koji su bitni za pravilno funkcionisanje programa. Meutim, to nije sluaj kod memorije podataka. Iako je dat ukupan kapacitet, ona je razdjeljena na segmente odreene veliine.Svaki segment ove memorije se koristi za smjetanje podataka razliitog tipa.Data memorija je,takoer kao i programska,struktuirana kao niz bajta koji svaki sadri 8 bita. Formati podataka mogu biti razliiti. Najmanja jedinica svakog podatka je bit. Preko bita se moe iskazati dva razliita stanja=stanje logike nule i stanje logike jedinice. Ako se eli manipulirati veim podacima onda se koriste memorijski formati:bajt,rije i dvostruka rije.

Slika 1.2.2. Memorija CPU 222

Ve smo naveli da je memorija podataka podijeljena. Svaki dio memorije je dodijeljena odreenom identifikatoru memorijskog podruja. Na primjer, dodjeljeno je posebno memorijsko podruje za digitalne ulaze. Simbol koji oznaava digitalne ulaze je I. Ta oznaka je ujedno i memorijski identifikator. Q je simbol koji oznaava digitalne izlaze. I njima je dodijeljena odreena koliina memorije. Zakljuujemo,razliiti identifikator ili simbol koristi razliito memorijsko podruje. Na slici se vidi kako je svaki identifikator(SM,V,M,L) dobio svoj segment memorije.Kada se u programu naznai o kojem je identifikatoru rije, prilikom izvravanja istog preko tog identifikatora se vri selekcija memorijskog podruja. Pretpostavimo da elimo pristupiti prvom digitalnom ulazu. U programu moramo prvo upisati Identifikator I,a zatim broj bajta i bita unutar tog bajta(0.0).Kada se program izvrava,identifikator I je ulazna karta u procesnu sliku I memorijskog podruje a 0.0 je offset unutar tog podruja. 8|50



Pristup podacima u memoriji se vri adresiranjem. Postoji 2 naina adresiranja: bajt.bit adresiranje i adresiranje na bazi bajt adresnog formata. Adresiranje na bazi bajt-adresnog formata moe da obuhvati vie informacija preko jednog adresiranja. Mogue je adresirati bajt, rije i dvostruka rije varijable. Adresiranje se vri na sljedei nain: - prvo slovo obiljeava memorijske podruje (npr.V,SM,L,I,Q itd.) - drugo slovo predstavlja veliinu podatka kojem se pristupa (B=bajt,W=rije,D=dvostruka rije ) - nakon dva slova slijedi broj koji predstavlja memorijsku lokaciju unutar memorijskog podruja kojoj se pristupa. Memorijske lokacije su bajt veliine. Ako se adresira rije ili dvostruka rije podatak onda ovaj broj predstavlja najznaajniji bajt. Sve ovo prethodno objanjeno nam ilustruje sljedea slika:

Slika 1.2.3.Bajt bit adresiranje

2. Softverski paketi 2.1. Step 7- Micro/WINPotrebni softver za programiranje kontrolera S7-200 jeste STEP 7 Micro/WIN softverski paket. Softver STEP 7-Micro/WIN nudi mogunosti koje tedi vrijeme i predstavlja softver koji je pristupaan korisniku. Njegovo koritenje je organizirano kao bilo koja standardna Windows aplikacija. Micro / WIN sadri sve potrebne alate za programiranje cijele S7-200 linije kontrolera. Simatic ima moan skup instrukcija na raspolaganju i moete programirati u skladu s IEC 1131 standardom. Pokretanjem programa se otvara prozor prikazan na slici 2.1.1.

9|50



Slika 2.1.1. Step 7-Micro/Win

Ikone smjetene u Navigation Bar se koriste za otvaranje elemenata Step 7-Micro/Win projekta. Klikom na ikonu Comunications otvara se prozor za postavke komunikacije izmeu PLC-a i projekta.

Slika 2.1.2 Radno okruenje u Step 7-Micro/Win

Programski blok se sastoji od izvrnog koda i komentara. Izvrni kod se sastoji od glavnog programa (main program), podrutina i prekidnih rutina. Izvrni kod se kompajlira i prebacuje (download-uje) na S7-200, dok sa komentarima to nije sluaj. 2.2.Koritenje WINCC Runtime ili Windows-baziranog operatorskog panela Poseban jeftini softver, WINCC predstavlja osnovni element u sistemu koji je odgovoran za kontrolu komunikacije izmeu HMI-a i PLC-a pomou tagova i lokalnih pokazivaa. Pod komunikacijom se podrazumjeva razmjena podataka izmenu dva vora spojena prijenosnim medijem. Komunikacioni vorovi mogu meusobno biti povezani direktno kablom ili pak putem mree. Komunikacioni vor moe biti svaki uesnik u mrei koji je u stanju sa drugim uesnicima da komunicira i prenosi podatke. U WinCC flexible okruenju, sljedei uesnici mogu biti komunikacioni partneri: - Centralni moduli i/ili komunikacioni moduli u sistemu upravljanja - HMI ureaji i/ili komunikacioni procesori u PC-u 10 | 5 0



Podaci koji se razmjenjuju izmeu komunikacionih vorova mogu sluiti razliitim svrhama: - kontrola procesa, - akvizicija podataka procesa, - dojava stanja u procesu, - arhiviranje procesnih podataka. U WinCC flexible postoje eksterni i interni tagovi. Eksterni tagovi se koriste za komunikaciju i predstavljaju sliku definiranih memorijskih lokacija na PLC-u. I HMI i PLC, mogu itati i pisati na memorijske lokacije. Tagovi koje kreiramo pokazuju na definisane PLC adrese. HMI ita vrijednost sa definisane adrese a potom ga prikazuje.Takoer, i operator moe da unosi vrijednosti u HMI ureaj, koje e potom biti ispisane na odgovarajuu PLC adresu. Osnovna struktura WinCC flexible programskog paketa prikazana je na sljedeoj slici:

Slika 2.2.1. Radno okruenje u Wincc-u

Prije nego se osvrnemo na postupak kreiranja nove konekcije ( u naem sluaju Ethernet-a) proi emo kroz kratak pregled uputa za kreiranje novog projekta. Pokretanjem WinCC Flexible u meniju Project i klikom na opciju New project otvori se sljedei prozor:

11 | 5 0



Slika 2.2.2. Device selection

Odaberemo WinCC flexible Runtime jer elimo kreirati Windows bazirani operatorski panel. Klikom na Ok generisali smo novi projekat. Otvoriti e se novi projekat kao to prikazuje slika ispod.

Slika 2.2.3. Izgled novog projekta

Na lijevoj strani se nalazi stablo projekta u kojem se nalaze svi elementi koriteni u projektu i imamo mogunost da ih odaberemo kao i da dodajemo nove. Na sredini je poetni prozor, na koji postavljamo elemente, a odabiremo ih iz prozora sa alatima na desnoj strani. Ispod glavnog prozora nalazi se prozor za podeavanje funkcija i osobina elementa. Postoji niz elemenata koje moemo dodati na na prozor te time olakati korisniku koritenje i razumijevanje .Postoji jo i niz razliitih indikatora, prekidaa i dugmadi koje je mogue dodati na projekat. 12 | 5 0



Svi elementi koji mogu mijenjati svoje stanje (tj. nisu oni koji su tu samo fiziki prisutni da bi olakali razumijevanje kao to su razne cijevi) se mogu podesiti preko tag-ova. Svaki tagu moe biti dodijeljen tip podataka kojima operie i tagovi u naem projektu su eksterni, to u veini sluajeva nije tako, nego su tagovi kombinacija eksternih i internih.

3. Komunikacija sa Simatic S7 kontrolerimaOva sekcija opisuje komunikaciju izmeu HMI ureaja i SIMATIC S7 PLC-a. Kada radimo sa SIMATIC S7, HMI ureaji se mogu spojiti preko razliitih mrea. Tip mree zavisi od vrste modula koji se koristi. U tabeli ispod su date podrane mree za razliite tipove PLCova.

Tabela 1.1 Simatic S7 kontroleri

Iz prethodne tabele se jasno vidi da S7-200 uz koritenje odgovarajuih modula, podrava sljedee tipove komunikacionih mrea : - PPI (Point to Point Interface), - MPI (Multi Point Interface), - PROFIBUS, - ETHERNET. U Ethernet mrei konekcija je uspostavljena preko komunikacijskog procesora (CP) ili CPU-a SIMATIC S7 PLC-a. Druge konekcije u mrei se mogu uspostaviti koristei MPI/PROFIBUS interface CPU-a.

13 | 5 0



3.1. MODBUS protokol MODBUS protokol razvijen je 1979. godine od strane Modicon-a u svrhu realizacije klijent/posluitelj komunikacije izmenu programibilnih logikih kontrolera (PLC). Kroz vrijeme MODBUS protokol postao je ope prihvaen ponajvie zbog svoje jednostavnosti, dostupnosti i otvorenosti, te danas predstavlja najee koriten komunikacijski protokol u industrijskom okruenju. Popularizacijom Ethernet mree i njezinim prodorom u industrijska okruenja rezultiralo je pojavom novijih komunikacijskih protokola esto baziranih na popularnim industrijskim serijskim protokolima. Jedan od takvih protokola je i MODBUS/TCP. Program STEP7-Micro/WIN sadri posebnu biblioteku instrukcija koje omoguavaju Modbus komunikaciju ureaja. Navedene instrukcije sadre posebno dizajnirane podrutine (subroutines) i prekidne rutine preko kojih moemo konfigurisati da li e koriteni S7-200 CPU raditi kao Modbus master ili Modbus slave ureaj. Instrukcije koje vre konfiguraciju Modbus ureaja su smjetene u folderu Libraries programa STEP7-Micro/WIN koji se nalazi u grani instrukcija. Moemo razlikovati dvije vrste biblioteka instrukcija. Jedna se odnosi na Modbus master, dok se druga odnosi na Modbus slave protokol. 3.1.1. Modbus master protokol Kao to smo ve naveli, instrukcija MBUS_CTRL vri inicijalizaciju mastera. Izvravanje ove instrukcije traje oko 1.11 milisekundi u toku prvog skana a oko 0.41 ms u toku sljedeih skanova. Vrijeme skana se proiruje kada MBUS_MSG podrutina izvrava zahtjev. Veina vremena se troi na kalkulisanje Modbus CRC za zahtjev i odziv.CRC (Cyclic Redundancy Chek) osigurava integritet komunikacijske poruke. Za svaku rije koja se nalazi u zahtjevu ili odzivu,vrijeme skana se poveava za oko 1.85 milisekundi. Poto zahtjev/odziv moe sadravati maksimalno 120 rijei to e za maksimalni zahtjev/odziv vrijeme skana biti poveano za nekih 222 milisekundi. Zahtjev itanja (read request) poveava vrijeme skana uglavnom kada je odziv/odgovor primljen od slave-a,a manje kada se zahtjev alje. Zahtjev pisanja (write request) poveava vrijeme skana uglavnom kada se podatak alje slave-u, a manje kada se odziv prima. 3.1.2. Modbus slave protokol Modbus komunikacije iskoritavaju CRC kako bi se osigurao integritet komunikacijske poruke. Modbus slave protokol koristi CRC tabelu prethodno izraunatih vrijednosti za smanjivanje vremena potrebnog za procesiranje poruke. Inicijalizacija ove CRC tabele zahtjeva nekih 240 milisekundi.Inicijalizacija se vri unutar MBUS_INIT podrutine i obino je izvrena u toku prvog skana korisnikog programa nakon ulaza u RUN mod. Vrijeme skaniranja se poveava kada MBUS_SLAVE podrutina opsluuje zahtjev. Poto se najvie vremena potroi na kalkulisanje CRC, vrijeme skaniranja se poveava za 420 mikrosekundi za svaki bajt koji se nalazi u zahtjevu/odzivu. Za maksimalnu veliinu zahtjeva/odziva (itanje ili pisanje 120 rijei) vrijeme skana e se poveati za aproksimativno 100 milisekundi.

14 | 5 0



3.1.3 Modbus adresiranje Modbus adrese su zapisane kao 5-karakterne vrijednosti koje sadravaju informacije o tipu podataka i offsetu. Prvi karakter oznaava tip podatka dok ostala 4 selektiraju podesne vrijednosti unutar tipa podatka. Modbus master instrukcije podravaju sljedee Modbus adrese: - 00001 do 09999 su diskretni izlazi(kalemi) - 10001 do 19999 su diskretni ulazi(kontakti) - 30001 do 39999 su ulazni registri(analogni ulazi) - 40001 do 49999 su registri zadrke Sve Modbus adrese su jednobazne to znai da vrijednost prvog podatka poinje na adresi jedan. Opseg validnih adresa e zavisiti od slave ureaja. Razliiti slave ureaji e podravati razliite tipove podataka i opsege adresa. Modbus slave instrukcije podravaju sljedee Modbus adrese: - 00001 do 00128 su diskretni izlazi mapirani u Q0.0 Q15.7 - 10001 do 10128 su diskretni ulazi mapirani u I0.0 I15.7 - 30001 do 30032 su analogni ulazni registri mapirani u AIW0-AIW63 - 40001 do 04xxxx su registri zadrke mapirani u V memoriji Sve Modbus adrese su jednobazne. Tabela ispod pokazuje mapiranje Modbus adresa u adrese S7-200.

Tabela 3.1.3.1. Mapiranje Modbus adresa u adrese S7-200

15 | 5 0



Modbus slave protokol nam omoguava da ograniimo broj ulaza, izlaza, analognih ulaza i registara zadrke (V memorija) koje su pristupan e Modbus masteru.

3.1.4. Instrukcije za modbus protokol

MBUS_INIT instrukcija (inicijalizacija slave-a) Ova instrukcija se koristi da inicijalizira i ukljui/iskljui Modbus komunikaciju. Da bi se koristila instrukcija MBUS_SLAVE, potrebno je prethodno izvriti MBUS_INIT i to bez greaka. Na slici je predstavljen izgled bloka instrukcije MBUS_INIT u programu STEP7-Micro/WIN. Oznake SIMATIC i IEC 1131 predstavljaju vrstu instrukcijskog seta. LAD (Ladder Logic), FBD (Function Block Diagram) oznaavaju vrstu editora koji se moe koristiti u programu. LAD editor prikazuje program koji grafiki lii na elektrine eme to znai da se na njemu moe pratiti protok energije preko niza kontakata i kalemova koji predstavljaju stanja ulazne i izlazne logike respektivno. FBD editor prikazuje program koji grafiki lii na emu logikih kola, dok STL (ovdje nije prikazan) editor prikazuje Slika 3.1.4.1. Modbus INIT instrukcija program u vidu teksta. Kao to vidimo na slici, instrukcija MBUS_INIT sadri odreen broj parametara koji karakteriu nain rada instrukcije. Prvi parametar koji se nalazi na blokovima LAD i FBD editora je EN. EN (Enable IN) je Bool ulaz za blokove LAD i FBD. Da bi se blok instrukcije izvio, potrebno je da energija bude prisutna na ovom ulazu. STL instrukcije nemaju ovaj EN ulaz. Instrukcija MBUS_INIT se izvrava u toku svakog skan ciklusa kada je EN ulaz ukljuen. Ona bi se trebala izvravati tano jednom za svaku promjenu komunikacionog stanja. Stoga, EN ulaz bi se trebao pulsirati kroz ivino detekcioni element ili izvravati samo na prvom skanu. Parametar Done oznaava kompletiranje instrukcije MBUS_INIT, odnosno, nakon izvrenja instrukcije, Done bit se setuje. Vrijednost na ulazu Mode odreuje komunikacijski protokol, to jeste vrijednost 1 na ulazu dodijeljuje Port 0 za Modbus protokol koji biva ukljuen, a vrijednost 0 na ulazu dodijeljuje Port 0 PPI i Modbus protokol se iskljuuje. Preko parametra Baud se moe podesiti baud rate na 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 ili 115200. Baud rate je brzina kojom se podaci prenose u mrei i ona se obino mjeri u kilobaud (kbaud) ili megabaud (Mbaud). Na primjer, baud rate od 19.2 kbaud odgovara brzini prenosa od 19200 bita u sekundi. Svaki ureaj koji komunicira preko mree mora biti konfigurisan na isti baud rate. Moe se rei da je najbri baud rate odreen najsporijim ureajem mree. Uz pomo parametra Addr moemo podesiti vrijednost adrese izmeu 1 i 247. 16 | 5 0



Parametar Parity pokazuje mod provjere pariteta. Sva podeenja koriste jedan stop bit. Sljedee vrijednosti se koriste za oznaavanje stanja pariteta: 0 nema parnosti 1 parno 2 neparno Parametar Delay predstavlja vrijeme koje se dodaje na kraju poruke prije nego to pone prenos sa sljedeom, tj. pomou ovog parametra moemo zadati po volji vrijeme timeout-a poruke u milisekundama. Ako se radi o oienoj mrei, tipina vrijednost ovog parametra je 0. Ako se koristi modem sa korekcijom greke onda bi se vrijednost Delay trebalo podesiti na 50-100 milisekundi. Vrijednosti Delay mogu biti od 0 do 32767 milisekundi. Preko parametra MaxIQ podeavamo broj I i Q taaka koji su raspoloivi Modbus adresama 0xxxx i 1xxxx sa vrijednostima od 0-128. Vrijednost 0 iskljuuje sva itanja i pisanja ulaza i izlaza. Preporuena vrijednost MaxIQ je 128 koja doputa pristup svim I i Q takama S7-200. Preko parametra MaxAI podeavamo broj ulaznih registara (AI) koji su rapoloivi Modbus adresama 3xxxx sa vrijednostima od 0-32. Vrijednost 0 iskljuuje itanje analognih ulaza. Preporuena vrijednost MaxAI koja doputa pristup svim analognim ulazima je sljedea: - 0 za CPU 221, 16 za CPU 222 i 32 za CPU 224,CPU 224XP i CPU 226. Preko parametra MaxHold podeavamo broj registara zadrke u V memoriji raspoloivi Modbus adresama 4xxxx. Na primjer, da bismo dopustili da master pristupi 2000 bajta V memorije, MaxHold podeavamo na vrijednost od 1000 rijei (registri zadrke su rije formata tj.oni su 16-bitni,stoga 1000rijei (rije)=2000 bajta). Parametar HoldStart oznaava poetnu adresu registra zadrke u V memoriji. Ova vrijednost je generalno podeena na VB0 tako da je parametar HoldStart podeen na &VB0 (adresa VB0). Druge adrese V memorije mogu biti specificirane kao poetne adrese registara zadrke kako bi VB0 koristili bilo gdje u projektu. Modbus master ima pristup MaxHold broju rijei V memorije koje poinju na HoldStart.

MBUS_SLAVE instrukcija MBUS_SLAVE instrukcija se koristi za opsluivanje zahtjeva koji dolazi od Modbus mastera i ona mora biti izvrena u toku svakog skan ciklusa kako bi provjerio da li postoji Modbus zahtjev i odgovorio na isti. Kada se ulaz EN ukljui, instrukcija se izvrava svakog skan ciklusa. Kao to se moe vidjeti na slici, MBUS_SLAVE instrukcija nema ulaznih parametara. Izlaz Done je ukljuen kada MBUS_SLAVE instrukcija odgovara na Modbus zahtjev a iskljuen kada zahtjev nije bio opsluen. Dok, izlaz Error sadri rezultate o izvrenju instrukcije. Ovaj izlaz je validan samo kada je izlaz Done ukljuen.Ako je Done iskljuen, Error parametar se ne mijenja.

Slika 1 MBUS_SLAVE instrukcija

17 | 5 0



Kada se koriste MODBUS slave biblioteke, onda se moraju ispotovati sva navedena pravila poev od korektnog pozicioniranja bloka u programskom editoru pa do unoenja parametara. Treba naglasiti da iako svi parametri mogu biti korektno upisani, mogue su pojave greaka to uzrokuje neuspjeno realizovanje MODBUS protokola. Odreeni parametri slave instrukcija se moraju podudarati sa odreenim parametrima master instrukcija. Master instrukcije se ne smiju mijeati sa slave instrukcijama unutar istog programa. MBUS_CTRL instrukcija (inicijalizacija master-a) MBUS_CTRL instrukcija za Port 0 (ili MBUS_CTRL_P1 za Port 1) se koristi za inicijalizaciju, nadgledanje i iskljuivanje Modbus komunikacije. Da bi se MBUS_MSG instrukcija mogla koristiti potrebno je prethodno bez greaka izvriti MBUS_CTRL instrukciju. Prvi od ulaznih parametara je EN. Kada je on ukljuen, instrukcija se izvrava na svakom skan ciklusu. Nakon kompletiranja instrukcije setuje se Done bit. MBUS_CTRL instrukcija se mora pozivati svakog skana (ukljuujui prvi skan) kako bi se dopustilo nadgledanje progresa istaknutih poruka iniciranih MBUS_MSG instrukcijom. Modbus master protokol nee raditi korektno ako se MBUS_CTRL instrukcija ne poziva

Slika 2 MBUS_CTRL instrukcija

tokom svakog skana. Vrijednost na ulazu Mode odreuje komunikacijski protokol, tj. vrijednost 1 na ulazu dodijeljuje Port 0 za Modbus protokol koji biva ukljuen, a vrijednost 0 na ulazu dodijeljuje Port 0 PPI i Modbus protokol se iskljuuje. Parametar Parity pokazuje mod provjere pariteta mastera. Sva podeavanja koriste jedan start i jedan stop bit. Sljedee vrijednosti se koriste za oznaavanje stanja pariteta: 0 nema parnosti 1 parno 2 neparno Pomou parametra Timeout moemo podeavati vrijeme ekanja na odziv slave-a u milisekundama. Vrijednost Timeout-a moe biti u opsegu od 1-32767 milisekundi. Tipina vrijednost je 1000 milisekundi (1 sekunda). Timeout bi se trebao podesiti na dovoljno veliku vrijednost kako bi slave ureaj imao vremena da odgovori za odabrani baud rate. Timeout parametar se koristi za odreivanje da li Modbus slave ureaj odgovara na zahtjev. Vrijednost Timeout-a odreuje koliko dugo e Modbus master ekati na prvi karakter odziva nakon to se poalje posljednji karakter zahtjeva. Modbus master e primiti itav odziv od Modbus slave-a ako se najmanje jedan karakter odziva primio unutar Timeout vremena. MBUS_MSG instrukcija

18 | 5 0



MBUS_MSG instrukcija (ili MBUS_MSG_P1 za Port 1) se koristi za upuivanje zahtjeva Modbus slave-u i procesiranje odziva. Upuivanje zahtjeva prema Modbus slave-u je mogue samo kada su ulazi EN i First ukljueni istovremeno. Za slanje zahtjeva, ekanje na odziv i procesiranje odziva potrebno je obino nekoliko skan ciklusa. EN ulaz mora biti ukljuen kako bi se omoguilo slanje zahtjeva i trebao bi ostati u tom stanju dok se Done bit ne setuje. Samo jedna MBUS_MSG instrukcija moe biti aktivna u jednom momentu. Ako je ukljueno vie MBUS_MSG instrukcija, prva od njih e biti izvrena a sve sljedee e biti prekinute sa kodom greke 6 (error code 6). Parametar First bi trebao biti ukljuen samo Slika 3.1.4.4. MBUS_MSG instrukcija jedan skan kada postoji novi zahtjev za slanje. First ulaz je potrebno pulsirati kroz ivino detekcioni element (tj. na pozitivnu ivicu) to uzrokuje prenos zahtjeva jedanput. Parametar Slave predstavlja adresu Modbus slave ureaja. Opseg doputenih vrijednosti je od 0-247. Adresa 0 je broadcast adresa i ona se moe koristiti samo za pisanje zahtjeva. Ne postoji odziv na broadcast zahtjev na adresi 0. Broadcast adrese ne mogu podrati svi slave ureaji. Modbus slave biblioteka S7-200 ne podrava broadcast adrese. RW parametar odreuje da li je neka poruka za itanje ili pisanje. Znaenja vrijednosti parametra RW su sljedea: - 0-itaj(read) - 1-pii(write) Diskretni izlazi (kalemi) i registri zadrke podravaju zahtjeve itanja i pisanja, dok diskretni ulazi (kontakti) i ulazni registri podravaju samo zahtjeve itanja. Parametar Addr oznaava poetnu Modbus adresu. Doputeni su sljedei opsezi vrijednosti: - 00001 do 09999 za diskretne izlaze (kaleme) - 10001 do 19999 za diskretne ulaze(kontakte) - 30001 do 39999 za ulazne registre - 40001 do 49999 za registre zadrke Odreeni opseg vrijednosti za Addr su zasnovani na adresama koje podrava Modbus slave ureaj. Parametar Count odreuje broj elemenata podatka za itanje ili pisanje u nekom zahtjevu. Za podatke tipa Bit, Count e biti broj bita, a za podatke tipa Rije, Count e predstavljati broj rijei (rije). - -Adresa 0xxxx Count je broj bita za itanje ili pisanje - -Adresa 1xxxx Count je broj bita za itanje - -Adresa 3xxxx Count je broj rijei ulaznog registra za itanje - -Adresa 4xxxx Count je broj rijei registra zadrke za itanje ili pisanje

19 | 5 0



MBUS_MSG instrukcija e itati ili pisati maksimalno 120 rijei ili 1920 bita (240 bajta podatka). Stvarna granica vrijednosti parametra Count-a e zavisiti od granica Modbus slave ureaja. Parametar DataPtr je indirektni adresni pointer koji ukazuje na podatke povezane sa zahtjevom itaj ili pii u V memoriji CPU-a S7-200. Za zahtjev itanja, DataPtr bi trebao ukazati na prvu CPU memorijsku lokaciju koritenu za pohranu podatka koji je proitan od Modbus slave-a. Za zahtjev pisanja, DataPtr bi trebao ukazati na prvu CPU memorijsku lokaciju podatka za slanje prema Modbus slave-u. Vrijednost DataPtr je proslijeena u MBUS_MSG kao indirektni adresni pointer. Na primjer, ako podatak za pisanje u Modbus slave ureaj poinje na adresi VW200 u CPU, vrijednost DataPtr e biti &VB200 (adresa VB200). Pointeri moraju uvijek biti VB tipa ak i ako ukazuju tipa ak i ako ukazuju na podatak tipa rije (rijei). Registri zadrke (adrese 4xxxx) i ulazni registri (3xxxx) imaju vrijednosti rijei (rije). Kao to ve znamo jedna rije (rije) odgovara vrijednosti od 2 bajta (bajt) ili 16 bita. CPU rijei su formatirane isto kao MODBUS registri . Done izlaz je iskljuen za vrijeme slanja zahtjeva i primanja odziva, a ukljuen kada je odziv kompletiran ili kada se MBUS_MSG instrukcija prekine zbog neke greke. Error izlaz je validan samo kada je Done izlaz ukljuen. Kodovi greke nie vrijednosti(1-8) su greke koje detektuje MBUS_MSG instrukcija. Ovi kodovi generalno ukazuju na probleme sa ulaznim parametrima MBUS_MSG instrukcije ili na problem primanja odziva od slave-a. Greka pariteta i CRC ukazuju na to da postoji odziv ali da se podatak nije korektno primio. Ovo je obino uzrokovano elektrinim problemom kao to su loe spajanje ili elektrini um. Kodovi greke veeg vrijednosti (poev od 101) su greke koje je uzvratio Modbu slave ureaj. Ove greke ukazuju da slave ne podrava zahtjevanu funkciju ili da zahtjevana adresa (bilo da se radi o tipu podatka ili opsega adresa) nije podrana od Modbus slave ureaja. 3.2. ETHERNET komunikacija Ethernet predstavlja skup mrenih raunarskih tehnologija primjenjenih unutar lokalnih mrea (LAN Local Area Network). Na fizikom sloju Ethernet definira raspored oienja, te vrste i nivoe signala za prijenos podataka. Na drugom sloju Ethernet definira nain pristupa mediju za prijenos podataka (MAC Media Access Control) i definira zajedniki adresni format. Ethernet je standardiziran kroz IEEE 802.3 standard. Ethernet je razvijen sredinom 70-tih unutar tvrtke Xerox. U poetku je imao brzinu prijenosa od 3Mbps i koristio je 8-bitno adresiranje. Dananji standardi propisuju brzine od 1Gbps i 48 bitno adresiranje (MAC adresa). U poetku je kao standardni medij za prijenos podataka koriten koaksijalni kabl, dok se danas standardno koristi neki od oblika UTP (unshielded twisted pair) kabla. Pored navedenih, kao mediji u ethernetu se jo koriste optika vlakna. U poetku razvoja, Ethernet je koristio CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection) protokol za utvrivanje redoslijeda pristupa dijeljenom mediju. Taj protokol omoguuje pristup mediju za slanje podataka ako je medij dostupan (niko drugi ne alje). Ako dvije stanice alju istovremeno, dogodi se kolizija i nakon nekog vremena ekanja podaci se ponovo alju (kad niko drugi ne alje). Kad raunar eli poslati podatke, to se odvija kroz slijedei algoritam:okvir je spreman za slanje,

20 | 5 0



-

-

provjerava se da li je medij za slanje u mirovanju; ako nije, eka se dok ne bude u mirovanju. Na vrijeme ekanja se jo doda vrijeme koliko traje razmak izmeu dva Ethernet okvira (960 ns za 100 Mbit/s Ethernet) , ako je medij u mirovanju, okvir se alje , provjera da li se dogodila kolizija; ako jest, ide se na proceduru detekcije kolizije, ponitavaju se brojai ponovnog slanja i zavrava se prenos okvira. Ukoliko na jednom mediju istovremeno postoje dva signala, onda se dogodila kolizija.

Procedura detekcije kolizije:-

-

oba ureaja koji alju istovremeno nastavljaju slanje okvira dok se ne dostigne minimalno vrijeme paketa. Na taj nain nastaje tzv. jam signal (signal za ometanje) koji omoguuje da svi ureaji na tom mediju detektiraju koliziju , zatim se povea broja za ponovno slanje , provjerava se da li je dosegnut maksimalan broj pokuaja slanja okvira; ako jest, prekida se pokuaj slanja , na osnovu broja kolizija i nekog sluajnog broja rauna se i eka neko vrijeme , ponovo se pristupa glavnoj proceduri za slanje poevi od 1. koraka.

Kroz CSMA/CD komunikacija je bila mogua samo kao half-duplex prijenos podataka, to znai da je samo jedna stanica mogla slati u jedinici vremena. Takve, prvotne mrene topologije su bile izgraene oko centralnog vodia (bus) ili oko centralnog ureaja - huba na kojeg su bili spojeni ostali mreni ureaji tvorei fiziki oblik zvijezde. Odatle i naziv star topologija. Ethernet je danas postao de facto standard u primjeni u lokalnim mreama. Jednostavan je za primjenu i odravanje, te uz dananje cijene opreme, dosta jeftin. Velika mu je prednost mogunost jednostavnog proirenja mree zamjenom postojeih ili dodavanjem novih switch-eva. Od velike je pogodnosti to veliki broj proizvonaa matinih ploa ugrauju mrene kartice u ploe bez potrebe njihovog naknadnog dodavanja. Hardverski uslovi za ETHERNET komunikaciju su : - Za povezivanje Panel PC-a ili standardnog PC-a sa S7-300/400 PLC-om preko Etherneta,potreban je komunikacioni procesor (naprimjer CP 1613, CP 1612, ili CP 1512) ili Ethernet mrena kartica (naprimjer SIMATIC Panel PC On-board Ethernet adapter, standardni Ethernet modul), Za Ethernet vezu izmenu Panel PC-a ili standardnog PC-a i S7-200 PLC-a, potreban je komunikacioni procesor, kao to je CP243-1.

-

Da bi se realizovala ETHERNET komunikacija sa softverskog stanovita potrebni su : WinCC flexible MicroWin

Potrebno je izvriti konfiguraciju modula u oba programa.

4. Model istosmjernog motoraIstosmjerni motor predstavlja motor sa permanentnim magnetima za stvaranje uzbudnog polja.Osovina motora je povezana jednim prenosnim zupanikom sa drugom osovinom koja predstavlja fiziki izlaz cjelokupne eksperimentalene makete. Ovim prijenosnim zupanicima je optereen istosmjerni motor tako da postoji teret na samoj osovini motora, tj maketa e 21 | 5 0



vjernije opisati realne uslove u kojma radi motor. Osovina motora se moe preko ovog zupanika dodatno opteretiti i posmatrati njegovo ponaanje u tim uslovima. Naravno, za nau situaciju neemo vriti dodatna optereenja na motoru. Cjelokupni sistem se sastoji od istosmjernog motora , linearnog pojaala( 0-10 V ) te tahogeneratora. Na sljedeoj slici dat je izgled sistema:

Slika 4 .1. Upravljani sistem

Informaciju o trenutnoj brzini vrtnje DC motora dobivamo od tahogeneratora koji je spojen na osovinu DC motora. Tahogeneratori su generatori naizmjenine ili jednosmjerne struje sa stalnim magnetima, iji izlazni napon se moe izraziti relacijom : E=kn, (1) gde su: k - konstanta tahogeneratora; n - broja obrtaja u minuti odnosno brzina; - magnetni fluks. Upravljaki signal koji se dovodi na motor nalazi se u opsegu 0-10 V , pri emu motor za maksimalan napon na ulazu daje maksimalnu brzinu koja je proporcionalna naponu od 3 V ( eksperimentalno utvreno ) . Treba napomenuti da je pomenuti DC motor vezan na tahogenrator i reduktor, odnosno da postoji stalno prisutan momenat tereta. Zbog toga se u opsegu 0-3 [V] na ulazu na stezaljke motora ne ostvaruje nikakvo kretanje, odnosno DC motor u ovom opsegu ima mrtvu zonu. Dakle opseg ulaznog signala koji omoguava vrtnju motora je u granicama 3-10 V. Potrebna PID regulacija je ostvarena uz koritenje PID Auto Tune Wizarda koji se nalazi u Step7 Micro/WIN programu. Njegovo koritenje e biti objanjeno u realizaciji projekta .

22 | 5 0



5. Realizacija projektnog zadatkaBlok shema realizacije prethodno opisanog projektnog zadatka je sljedea :

PC sa HMI interfejsom ETHERNET Ethernet modul Master PLC MODBUS Slave PLC Analogni modul

Istosmjerni motorSlika 5.1. Blok shema projektnog zadatka

23 | 5 0



Slika 5.2. Projektni sistem

5.1. Programiranje PLC-a Komunikacija slave PLC-a i raunara uspostavlja se preko RS-485.Da bi uspostavili komunikaciju slave PLC-a i raunara potrebno je prvo uspostaviti PC/PPI komunikaciju. Treba napomenuti da se pod pojmom komunikacija ovdje misli na ispravno prepoznavanje PLC-a od strane raunara i mogunost prebacivanja projekta izraenog u Step7 Micro/Win-u na konkretan PLC, te ovaj korak slui kao verifikacija komunikacije. Prije pokuaja uspostavljanja komunikacije, potrebno je da je PLC u stop ili term modu. Sljedei korak je odabir PC/PPI komunikacije unutar PG/PC interfejsa. Klikom na dugme Communications otvara se sljedei prozor. Unutar ovog prozora vidljive su neke karakteristike komunikacije raunara iz Micro/WIN-a s PLC-om, te da li je komunikacija dobro podeena. Dvostrukim klikom na refresh ikonu u 24 | 5 0

Slika 5.1.1. Prozor za uspostavljanje komunikacije



komunikacijskom prozoru. Step 7 MicroWin trai S7-200 stanicu i prikazuje je kao CPU ikonu ukoliko je uspjeno uspostavljena komunikacija. Odabrati traeni CPU. Klikom na OK uspostavljena je komunikacija preko PC/PPI kabla. Ukoliko Step 7 MicroWin ne pronae traeni S7 200 CPU treba provjeriti sve postavke i ponoviti pomenute korake. Ukoliko je traeni CPU pronaen, Step 7 MicroWin je spreman za kreiranje novog projekta i prebacivanje istog na PLC. Veza izmeu master PLC-a i raunara je Ethernet komunikacija. Da bismo napravili Ethernet komunikaciju potrebno je izvriti odreene postavke i u STEP 7 Micro/Win i u Win CC-u. Konfiguracija CP 243-1 sa STEP 7 Micro/WIN Otvoriti Step 7 Micro/Win aplikaciju, Pokrenuti Ethernet wizard Tools->Ethernet Wizard, Kliknuti na Next.

Prozor koji se otvara je prikazan na slici ispod.

Slika 5.1.2. Prozor pri pokretanju Ethernet Wizard-a

Klikom na Next mogue je da se pojavi meuprozor na koji treba kliknuti Yes.

Slika 5.1.3. Konfiguracija Ethernet-a

Sljedei prozor koji se prikazuje je: 25 | 5 0



Slika 5.1.4. itanje modula

Potrebno je kliknuti na Read Modules. Bitno je to da prije toga unutar PG/PC interface je izabrana PC/PPI komunikacija i da je USB-RS 485 kabl spojen na PLC. WinCC fexible Runtime moe jedino uspostaviti konekciju sa CP243-1 ukoliko je modul konfigurisan na position 0. TSAP vrijednost mora biti setovana na 02.00 Provjeriti da li je CP konektovan na poziciju modula nula i promjeniti ukoliko je neophodno. Ako je modul oitan nakon kratkog vremena unutar tabelarnog prikaza treba da budu proitani svi Ethernet moduli, ako ih ima prikljuenih na PLC. Potom kliknemo na Next. Sada je potrebno definisati IP adresu za CP 234-1. Bitno je samo da IP adresa nee biti automatski unijeta i da je korisnik mora sam unijeti. Takoer odabir IP adrese nije bilo kakav. Bitno je da prva tri seta budu identina kao IP adresa raunara. Takoer, Subnet Mask mora biti 255.255.255.0. Unutar Module Connection Type odabrati: Auto Detect Communication.

26 | 5 0



Slika 5.1.5. Definisanje IP adrese

Sljedei prozor definira broj konekcija za konfigurisanje modula. Odrediti komandni bajt modula i broj point-to-point konekcije sa CP243-1.

Slika 5.1.6. Odreivanje parametara PtP konekcije

Zatim je potrebno konfigurisati konekciju kao to to prikazuje slika 5.1.7. Klikom na OK potvrujemo podeenja.

27 | 5 0



Slika 5.1.7. Konfiguracija konekcije

Preostaje nam jo podesiti CRC zatitu.

Slika 5.1.8. Podeenje CRC zatite

Odabirom Yes ili No biramo elimo li raditi sa ili bez CRC zatite. Klikom na Next dobivamo prozor kao na slici 5.1.9. 28 | 5 0



Slika 5.1.9. Pridruivanje memorije

Klikom na Suggest adress Wizard sam identifikuje memorijsko podruje za varijable. Kliknuti na Next. Preostaje jo kreiranje komponenti, tj.ako smo koristili CRC zatitu. Pojavljuje se ovaj prozor.

Slika 5.1.10. Zavrni prozor

Klikom na Finish zavravamo konfiguraciju Ethernet modula u Step 7 Micro/WIN-u. Potrebno je dodati joi ETHO subrutinu koja se izvrava u svakom ciklusu, to jest potrebno je dodati blok sa slike 5.1.11.. SM0.0 je rezervisani bit koji je uvijek 1 i on omoguava (Enable) Ethernet komunikaciju.

Slika 5.1.11. Blok za Ethernet komunikaciju

29 | 5 0



Da bi PLC i raunar komunicirali preko Etherneta potrebno je unutar PG/PC interface-a odabrati TCP/IP protocol.

Slika 5.1.12. Suelje za odabir TCP/IP protokola

Nakon toga, da bi se uspostavila komunikacija potrebno je unutar Communications bloka unijeti IP adresu PLC-a i klikom na Refresh, ukoliko je sve obavljeno po protokolu, komunikacija bi trebala biti uspostavljena. 5.2. Konfiguracija CP 243-1 unutar WinCC PC Runtime-a Pretpostavimo da smo krieirali novi projekat. Preostalo nam je jo da podesimo komunikaciju. Unutar odjeljka komunikacija se pojavljuje prozor kao na slici ispod.

30 | 5 0



Slika 5.2.1. Postavka Ethernet komunikacije

Potrebno je odabrati Simatic S-200 communication driver, potom komunikaciju ukljuiti na ON. Odabrati Interface Ethernet i upisati odgovarajue IP adrese, za raunar onu koju smo izabrali za raunar, a za modul onu koju smo upisali kada smo unutar Step 7 Micro/WIN-a odredili da bude IP adresa modula. Za Acces point treba biti odabrano S7ONLINE. Klikom na OK je zavreno podeavanje Etherneta. Pri realizaciji naeg projekta smo testirali Ethernet komunikaciju tako to smo odgovarajuim markerom kojeg smo setovali preko taga funkcijom SetBit, aktivirali digitalni izlaz na PLC-u. Time smo provjerili validnost postavke. M0.0 je bit koji je setovan preko taga iz WINCCa, te u sluaju da je komunikacija uspjela, digitalni izlaz Q0.2 bi se upalio (indikator je led). U sluaju da se ne upali unutar MW2 se nalazi greka zbog koje nije ostvarena Ethernet komunikacija. Takoer, Q0.5 je upaljen u sluaju da je CP spreman za operaciju.

Slika 5.2.2. Program Ethernet.mwp

5.3. Koritenje ekspanzionog modula EM-235 Kako je za PID regulaciju potrebno koritenje analognih ulaza i izlaza, to je potrebno izvriti odgovarajue podeenje analognog modula EM-235, koji ima etiri analogna ulaza i jedan analogni izlaz sa 12-bitnom rezolucijom . Na slici je dat prikaz EM-235.

31 | 5 0



Slika 5.3.1. Izgled i konfiguracija EM-235

S7-200 ita vrijednosti analognog ulaza iz ekspanzionih modula svaki put kada program pristupi analognom ulazu. S7-200 pretvara analognu vrijednost (kao to je temperatura ili napon) u rije (16 bit-nu digitalnu vrijednost). Ovim se vrijednostima pristupa sa identifikatorom podruja (AI), veliina podatka (W), i poetnom adresom bajta. Poto su analogne ulazi rijei i uvijek poinju na parnim brojevima bajta 8 kao to su 0, 2, ili 4), prisutupa im se sa parnom adresom bajta (kao to je AIW0, AIW2, ili AIW4). Vrijednosti analognih ulaza su samo za itanje. - Format AIW[poetna adresa bajta] AIW4 Vrijednosti analognog izlaza se nalaze na memorijskoj lokaciji AQW0. U analogni izlaz je mogue pisati unutar programa . Ulazne i izlazne specifikacije modula date su u nastavku .

32 | 5 0



Slika 5.3.2. Ulazno i izlazne specifikacije

Vaan parametar kod koritenja analognom modula je opseg i rezolucija analognih ulaza i izlaza . EM235 posjeduje prekidae zvane DIP prekidai, pomou kojih je mogue podesiti pomenute parametre . U tabeli 5.3.3. je data konfiguracija DIP prekidaa za razliite opsege .

33 | 5 0



Tabela 5.3.1. Konfiguracija DIP prekidaa

Kako na sistem zahtijeva unipolarni upravljaki signal 3-10 V i signal povratne sprege 0-3 V , to je potrebno definisati opseg napona 0-10 V . Dio sa DIP prekidaima prikazan je na slici .

5.3.3. Dio modula sa DIP prekidaima

Format rijei koje se zapisuju u ulazne i izlazne registre , za konfigurisani unipolarni opseg napona je od 0-32000 ( tabela ulaznih specifikacija ) . 5.4. Realizacija PID regulacije motora PID regulacija brzine vrtnje istosmjernog motora je uspostavljena koritenjem bloka PID_INIT ija se konfiguracija unutar STEP 7 Micro/Win. Odabir se vri na sljedei nain : U Instrucion Tree odaberemo Wizard ,a zatim PID.Otvara se prozor kao na sljedeoj slici:

34 | 5 0



Slika 5.4.1. Poetni prozor za konfiguraciju PID-a

Klikom na Next otvara se prozor za odabir ogranienja za zadanu kao polja za zadavanje parametara PID regulatora.

Slika 5.4.2. Odabir opsega zadane vrijednosti i parametara PID regulatora

35 | 5 0



Sljedei korak u podeenju prikazan je na slici .

Slika 5.4.3. Podeenje opsega procesne varijable i upravljakog signala

Trenutna vrijednost se kree u opsegu 0-3 V, a kako punom zadanom opsegu 0-10 V odgovara zapis u memoriji 0-32000, to na osnovu skaliranja, trenutnoj vrijednosti od 3V odgovara ineteger vrijednost 9600, koju i zapisujemo. Opseg trenutne i zadane vrijednosti je isti, samo je razlika to je zadana vrijednost realnog tipa, a procesna varijabla je tipa integer. Ogranienja koja se postavljaju na upravljaki signal su posljedica postojanja mrtve zone ( 03V ). Naponskim nivoima 3-10 V odgovaraju opseg integer vrijednosti 9600 32000. Praenjem procedure do kraja, kako je prikazano u nastavku, konfiguriemo PID regulator .

36 | 5 0



Slika 5.4.4. Loop Alarm Options

Slika 5.4.5. Rezrevisanje V memorije za PID

37 | 5 0



Slika 5.4.6. Kreiranje subrutine PID-a

Slika 5.4.7. Zavrni korak u konfiguraciji PID-a

38 | 5 0



Potrebno je napomenuti da je prilikom odabira memorije za instrukcije PID regulatora ( Slika 5.4.5 ) potrebno voditi rauna da se memorijske lokacije ne poklope za odgovarajuim memorijskim lokacijama koje koristi slave PLC ( to e biti objanjeno u poglavlju za konfiguraciju MODBUS protokola ). Nakon konfiguracije PID regulatora, njegov blok se nalazi u Instruction Tree -> Call Subrutnies i prikazan je u nastavku. Enable bit je potrebno da bude setovan sve vrijeme dok traje regulacija. To postiemo dovoenjem specialnog bita SM0.0 ( koji se nalazi u SM specialnoj memoriji ) i koji uvijek ima logiku vrijednost 1. Procesnu varijablu dovodimo sa izlaza motora na analogni ulaz 2 ( AIW2). Trenutnu vrijednost dovodimo sa napojne jedinice na analogni ulaz 0 ( AIW0 ) nakon pretvorbe u realni tip podataka koja se postie sa blokom S_ITR. Shema u LD dijagramu koja prikazuje pomenute konfiguracije slijedi.

Slika 5.4.8. Blok shema PID regulacije

Parametre PID regulatora smo odredili eksperimentalno pomou prikaza odziva u PID Tune Control Panel ( koji moemo pronai unutar Step7 Micro/WIN -> Tools ). Na slici 5.4.9. vidimo da je praenje eljene vrijednosti zadovoljavajue, sistem nema ili ima vrlo mali prvi preskok, brz je i nema greke u stacionarnom stanju.

39 | 5 0



Slika 5.4.9. Odziv sistema za zadane parametre

5.5.Modbus Protokol MODBUS protokol sadrava dva programa koje je potrebno kreirati: program za master PLC i program za slave PLC. Ovi programi su fiziki razdvojeni, master program se uitava u master PLC, a slave program u slave PLC. Slave program Za uspostavljanje master-slave komunikacije potrebno je u slave programu izvriti inicijalizaciju slave-a, to postiemo blokom MBUS_INIT, a zatim omoguiti opsluivanje zahtjeva koji alje master sa blokom MBUS_SLAVE. Blokovi su prikazani u nastavku.

Slika 5.5.1. Blok za inicijalizaciju slave-a

40 | 5 0



Slika 5.5.2. Blok za omoguenje opsluivanja zahtjeva

Mode parametar je podeen na 1, to znai da je aktivna MODBUS komunikacija. Addr predstavlja adresu slave-a i ona mora biti jednaka kao i u master programu . Bound predstavlja brzinu prijenosa podataka, i postavljena je na 9600, kao to emo je podesiti u i u bloku za inicijalizaciju mastera . Parity i Delay su postavljeni na 0. Parametrima MaxAI i MaxIQ smo omoguili koritenje svih analognih i digitalnih ulaza . Podeenjem MaxHold na 100 smo dodijelili 200 bajta memorije. registrima zadrke koje master koristi pri komunikaciji Poetna adresa registra zadrke definisana je sa HoldStart. Vrijednost Done bita i Error-a e se snimiti na zadanim memorijskim lokacijama . Enable ulaz bloka MBUS_INIT potrebno je stalno osvjeavati radi mijenjanja vrijednosti na adresi VB0 u zavisnosti od zahtjeva ( koji moe biti itanje ili pisanje ). Timer predstavlja logiki signal kod kojeg logika vrijednost 1 i 0 traju po 300 ms. Realizacija timera T33 je izvedena na sljedei nain :

Slika 5.5.3. Realizacija timera T33

Blok MBUS_SLAVE mora biti stalno aktivan kako bi slave mogao u svakom trenutku odgovoriti na zadani zahtjev mastera . 41 | 5 0



Slave instrukcijama je potrebno dodijeliti 780 bajta V memorije, pri emu je potrebno voditi rauna da se one ne preklapaju sa memorijom koja je dodijeljena registrima zadrke ( 200 bajta memorije, poevi od VB0 ), kao ni sa memorijom sa kojom operie PID regulator. Dodjelu memorije vrimo otvaranjem File->Library Memory .

Slika 5.5.4. Dodjela V memorije slave instrukcijama

Potrebno je napomenuti da bez obzira na broj zahtjeva koje slave mora opsuluiti, potrebno je koristiti samo jedan blok MBUS_INIT kao i MBUS_SLAVE , a razliiti zahtjevi se u naem sluaju opsluuju periodino u zavisnoti od perioda osvjeavanja . Master program Za realizaciju regulacije i vizuelni prikaz trenutne vrijednosti brzine vrtnje, u master programu je potrebno omoguiti itanje sa slave-a kao i upisivanje zadane vrijednosti brzine u slave program . Vidimo da e master davati dva zahtjeva prema slave-u, zahtjev itanja i zahtjev pisanja. Za inicijalizaciju komunikacije , potrebno je dodati blok MBUS_CTRL pomou kojeg vrimo inicijalizaciju mastera . Bez obzira na broj zahtjeva , ovaj blok se pojavljuje samo jednom u programu. Dat je u nastavku.

42 | 5 0



Slika 5.5.5. Blok za inicijalizaciju mastera

MBUS_CTRL mora biti uvijek aktivan, zbog ega na njegov Enable ulaz dovodimo logiku vrijednost 1. Mode parametar takoer mora biti 1. Brzina prenosa podataka, Baund, i Parity su jednake kao i u slave-u. Timeout je podeen na 1000ms. Za izvravanje eljenog zahtjeva master-a prema slave-u koristi se blok MBUS_MSG .

Slika 5.5.6. Blok za slanje zahtjeva pisanja u slave

Ovaj blok slui za upisivanje zadane vrijednosti ( koja je prethodno upisana na adresu VW0 ) u slave PLC, na adresu koja je podeena sa parametrom HoldStart u slave programu . Dodjeljivanjem Count-u vrijednosti 1, elimo da master upie vrijednost sa VW0 u jedan registar slave-a, odnosno, pisanje e se stalno vriti na toj adresi . Poto je potrebno vriti pisanje u slave, to koristimo registre zadrke MODBUS komunikacije koji su mapirani poevi od adrese 40001 , to smo definisali parametrom Addr. Za prikaz trenutne vrijednosti na HMI okruenju ( sa kojim komunicira master ) potrebno da je master ita trenutnu vrijednost sa AIW2 slave-a . Blok za zahtjev itanja je prikazan na slici:

43 | 5 0



Slika 5.5.7. Blok za zahtjev itanja

Parametrom RW definisali smo zahtjev itanja. Kako je potrebno itati sa AIW2 sa slave plca, to Addr postavljamo na 30002 u kojima se uvaju vrijednosti zapisane na ulaznim registrima MODBUS komunikacije . Vrijednost sa AIW2 u slave-u, prepisujemo na adresu VB4 u masteru to smo definisali sa parametrom DataPtr. Takoer, sa parametrom Count smo ponovo definisali prepisivanje samo na jedan registar. Da bismo osigurali kontinuirano upisivanje u slave i itanje sa slave-a potrebno je periodino osvjeavati blokove MBUS_MSG i to tako da odgovarajui timeri koje dovodimo na Enable i First ulaz oba bloka rade tako da se zahtjevi za itanje i pisanje nikada ne alju istovremeno. Realizacija koritenih timer-a prikazana je na slici .

Slika 5.5.8. Realizacija koritenih timer-a

Timer T33 je relizovan na isti nain kao i u slave-u, samo to je period trajanja logike jedinice i nule po 300ms u ovom sluaju. Masteru je takoer potrebno dodijeliti memoriju za instrukcije, to postiemo u prozoru Library Memory. Master za svoje instrukcije zahtijeva 284 bajta memorije .

44 | 5 0



Slika 5.5.9. Dodjela V memorije masteru

5.6. Konfiguracija Wincc Flexible Runtime i uvezivanje kompletnog sistema Kao razvojno okruenje za upravljanje motorom i prikaz odziva koristili smo sljedei interfejs.

45 | 5 0



Slika 5.6.1. Interfejs za komunikaciju

Kao to je reeno, za povezivanje memorije PLC-a i veliina kojima upravljamo i prikazujemo u Wincc-u koristimo tagove. Konfiguracija tagova podeavamo otvaranjem ProjectView->Communication->Tags. Za na projekat relevantne su dvije veliine za koje smo vezali tagove.

46 | 5 0



Slika 5.6.2. Podeenje tagova

eljenu brzinu vrtnje zadajemo preko slider-a koji smo povezali sa tagom Tag_3 koji zapisuje vrijednost na memorijsku lokaciju VW6 u memoriji mastera. Trenutna brzina vrtnje se oitava na Bar spremniku koji je preko taga Tag_1 povezan sa memorijskom lokacijom VW4 u masteru. Da bismo prikazali promjene zadane i trenutne vrijednosti u vremenu koristili smo alat Trend View. U Property-u za Trend View podesili smo ogranienja na x i y osama, to se vidi na graficima. Brojana oitanja adane i trenutne vrijednosti omogueno je pomou alata IO Fields, iji Mode unutar njegovog Property-a postavimo na Output. Moramo napomenuti da smo dodali dugme Zaustavi RUNTIME jer pokretanjem runtime-a se projekat otvara u full screen i nije mogue izai iz njega osim nasilno (sa CTRL+ALT+DEL). Ovo dugme je vezano za tag koji obavlja funkciju koja se zove StopRuntime. Nakon spajanja kompletnog sistema ,konfigurisanjem svega potrebnog, prethodno opisanog i pokretanjem RUNTIME-a preko Wincc-a dobijen je sljedei odziv :

47 | 5 0



Slika 5.6.3. Odziv motora pri zadanoj sekvenci brzine

48 | 5 0



ZakljuakZbog potekoa u sinhronizaciji zahtjeva mastera i odgovora slave-a i nemogunosti da u potpunosti uskladimo vremena pisanja i itanja kao i uticaja kanjenja koja nastaju usljed protoka informacije linijom HMI-Master-Slave vidimo da postoje odreeno kanjenje u regulaciji i prikazu odziva , to ostavljamo buduim generacijama kao zadatak.

49 | 5 0



LiteraturaS7-200 Programmable Controller System Manual,Siemens AG,2007 SIMATIC S7-200 Catalog,Siemens AG,2007 Modbus Protocol User Guide, Grid Connect,2006 Modbus Application protocol specification,MODBUS-IDA,2006 1Modbus Protocol User Guide,Lantronix,2005 17.http://www.automation.siemens.com Tehnical Manual-CP 243-1 Communications processor for Industrial Ethernet Seminarski rad iz Distribuiranih sistema Using the MODBUS and Ethernet protocol (autori :Amina Mujki i Mirza Hamzi )

-

Seminarski rad iz predmeta Akvizicija I prenos podataka PID Auto Tune and PID Control Panel (autori : Enisa Kapetanovi i Kerim Obaranin )

50 | 5 0

Documents

Seminar Ski Rad ME