SKADA sistem

Univerzitet u Sarajevu

Elektrotehnički fakultet

Odsjek za automatiku i elektroniku

Akademska 2014/2015 godina

Kolegij: Distribuirani sistemi

Upravljanje asinhronim motorom preko Altivar 71 frekventnog pretvarača korištenjem Modicon M340 PLC-a

Nastavnik: Studenti:

R. prof. dr Jasmin Velagić dipl. el. ing. Mina Ferizbegović

Jasmina Zubača

Sarajevo, februar 2015. godine

Kolegij: Distribuirani sistemi, ak. g. 2014/2015 Upravljanje brzinom vrtnje asinhronog motora Nastavnik: R. prof. dr Jasmin Velagić Autori: Mina Ferizbegović, Jasmina Zubača

1

Sažetak rada

Komunikacione mreže su sastavni dio kompleksnih industrijskih pogona i

sistema. S ciljem povećanja produktivnosti i fleksibilnosti upravljanja i nadzora takvih

pogona povećavala se i potreba za upotrebom komunikacijskih mreža u industriji. Kako

je jedan od najčešće korištenih aktuatora u industriji asinhroni motor, od posebnog

značaja je realizacija upravljanja asinhronim motorom.

Tema ovog seminarskog rada je upravljanje asinhronim motorom preko Altivar

71 frekventnog pretvarača korištenjem Modicon M340 PLC-a. Potrebno je uz korištenje

enkodera obezbijediti povratnu spregu za upravljanje asinhronim motorom, a na

Magelis XBT GT4330 HMI-u napraviti aplikaciju za upravljanje. Informacije o trenutnoj i

zadanoj brzini se preko Ethernet komunikacije prosljeđuju na XBT GT4330.

U nastavku rada su predstavljeni i opisani uređaji korišteni za rješavanje

postavljenog zadatka. Također, prikazani su softverski alati korišteni za programiranje

navedenih uređaja.


2

Sadržaj

Sažetak rada .................................................................................................................................................... 1

1. Uvod ............................................................................................................................................................... 4

2. Opis pojedinih dijelova sistema ....................................................................................................... 5

2.1. Magelis XBT GT4330 ........................................................................................................... 5

2.1.1. Komunikaciona sučelja Magelisa XBT GT4330 ............................................................... 7

2.1.2. Opis komunikacionih kanala .................................................................................................. 8

2.1.3. Podešenja displeja ...................................................................................................................... 9

2.2. Modicon M340 .................................................................................................................... 10

2.2.1. Napojna jedinica ....................................................................................................................... 10

2.2.2. Procesorska jedinica ............................................................................................................... 11

2.2.3. Diskretni ulazno-izlazni moduli ......................................................................................... 13

2.2.4. Analogni ulazno-izlazni moduli .......................................................................................... 15

2.2.5. Brojački moduli ........................................................................................................................ 15

2.3. Frekventni pretvarač Altivar 71 .................................................................................. 17

2.4. Asinhroni motor ................................................................................................................. 18

2.4.1. PID regulacija ............................................................................................................................ 18

2.5. Enkoder ................................................................................................................................. 19

2.6. Ovisnost frekvencije izlaznog signala enkodera i frekvencije sa Altivar-a .. 21

3. Opis korištenih softverskih alata ................................................................................................. 22

3.1. Unity Pro-programska podrška za PLC ...................................................................... 22

3.2. Vijeo Designer-programska podrška za HMI ........................................................... 24

3.2.1. Kreiranje projekta u Vijeo Designeru .............................................................................. 24

3.2.2. Prenos projekta sa računara na HMI ................................................................................ 27

4. Komunikacioni interfejsi .................................................................................................................. 28

4.1. Ethernet ............................................................................................................................... 36

4.2. Modbus ................................................................................................................................. 40

4.2.1. Načini prenosa podataka ...................................................................................................... 41


3

5. Praktična realizacija ........................................................................................................................... 43

5.1. Praktična realizacija aplikacije za Magelis ............................................................. 43

5.1.1. Podešavanje komunikacionih parametara Magelisa ................................................. 43

5.1.2. Izgled kreirane aplikacije za Magelis ............................................................................... 44

5.2. Praktična realizacija aplikacije za PLC ..................................................................... 45

5.2.1. Podešavanje komunikacije ................................................................................................... 47

5.3. Realizacija komunikacije M340 sa Magelisom i Altivarom ............................... 48

5.4. Podešavanje Altivar-a ..................................................................................................... 50

5.5. Fizičko povezivanje ostalih komponenti sistema ................................................. 52

Zaključak ........................................................................................................................................................ 54

Literatura ....................................................................................................................................................... 55


4

1. Uvod

Distribuirani računarski sistemi su sistemi u kojima više neovisnih procesora i

spremnika podataka podržavaju interakciju procesa i/ili baza podataka usmjerenu ka

postizanju zajedničkog cilja. Interakcija se ostvaruje izmjenom informacija preko

komunikacijske mreže.

Prema ovoj definiciji u distribuirane sisteme ne spadaju sistemi kod kojih se

komunikacija ostvaruje preko zajedničke memorije ili preko paralelne sabirnice koje

zahtijevaju da komponente sistema moraju biti prostorno bliske.

Isto tako i umreženi računari koji mogu razmjenjivati datoteke preko

komunikacijske mreže, ali koji nemaju interakciju usmjerenu ka postizanju zajedničkog

cilja ne smatraju se distribuiranim računarskim sistemima.

Projektni zadatak ovog seminarskog rada je realizacija distribuiranog sistema za

upravljanje asinhronim motorom korištenjem PID regulatora sa zatvorenom povratnom

spregom. Blok struktura upravljanja je prikazana na slici 1.1.

Slika 1.1. Blok struktura upravljanja

Master uređaj na slici 1.1. je upravljački interfejs HMI. On vrši kontrolu ostalih

uređaja sistema preko M340 PLC-a na kojem je realizovan PID regulator. U okviru rada

je bilo potrebno povezati uređaj HMI Magelis XBT GT4330, Modicon M340 i Altivar 71

frekventni pretvarač koristeći komunikacione protokole Ethernet i Modbus. Na slici 1.2.

je prikazan sistem upravljanja sa navedenim uređajima.


5

Slika 1.2. Realizovani sistem

Pomenuti uređaji vrše razmjenu informacija preko komunikacijskih mreža i usmjereni

su ka izvršenju zajedničkog cilja. U ovom slučaju, zajednički cilj je upravljanje

asinhronim motorom.

Slika 1.3. Maketa sa Schneider Electric uređajima

Altivar 71

Transformator

koji se koristi

za napajanje

Magelis-a

Magelis XBTGT4330 Modicon M340


6

2. Opis pojedinih dijelova sistema

2.1. Magelis XBT GT4330

Kao HMI uređaj u ovom sistemu se koristi touch-screen Magelis XBT GT 4330

proivođača Schneider Electric, brend Telemecanique.

HMI – Human Machine Interface, je grafički touchscreen koji omogućava različite

funkcije kontrole procesa. Radi na naponu od 24 V DC. XBTG je serija prozvoda koje

karakterišu različite osobnosti. Korišteni XBT GT 4330 ima sljedeće osobine:

Veličina ekrana: 7,4'',

Rezolucija u pikselima: VGA 640x480,

Ekran u boji,

„Thin Film Transistors“ tehnologija izrade ekrana,

2 x Serijski port,

Ethernet.

Na slici 2.1. je prikazan izgled HMI uređaja, a u tabeli 2.1. su date njegove krakteristike.

Slika 2.1. Prikaz Magelis XBT GT 4330


7

Tabela 2.1. Karakteristike HMI uređaja

U daljem tekstu skraćenica HMI će referisati uređaj Magelis XBT GT4330.

2.1.1 Komunikaciona sučelja Magelis XBT GT 4330

Kod HMI-a se razlikuju dva moda komunikacije:

1. EDIT MODE – mod za programiranje HMI-a prikazan na slici 2.2.,

2. RUN MODE – radni mod HMI-a prikazan na slici 2.3.


8

Slika 2.2. Edit mode HMI-a

Slika 2.3. Run mode HMI-a

2.1.2. Opis komunikacionih kanala

Komunikacioni kanali HMI-a su:

Serijski port COM1,

Serijski port COM2,

Drugi portovi:

o Ethernet,

o Flash memorijska kartica,

o Zvučni izlaz.

U okviru praktične realizacije korišten je Ethernet port za povezivanje HMI-a i M340

PLC-a.


9

2.1.3. Podešenja displeja

Settings izbornik HMI-a se može pozvati na dva različita načina:

Po uključenju HMI-a na napajanje u roku od 10 sekundi potrebno je pritisnuti

gornji lijevi ugao ekrana.

Settings se može pozvati uzastopnim pritiskom na gornji desni zatim donji desni i

na kraju donji lijevi ugao.

Po izvršavanju jednog od gore navedenih postupaka pojave se dvije palete: Offline i

System. Na slici 2.4. su prikazane offline i system palete.

Slika 2.4. Offline paleta i System paleta

Offline paleta

Offline paleta omogućava odabir sljedećih

parametara:

Network – mrežni parametri:

o IP adresa,

o Subnet Mask,

o Default Gateway.

Buzzer – zvučnik,

Backlight – osvjetljenje zaslona,

Self test – testiranje uređaja.

System paleta

System paleta omogućava pristup sljedećim

parametrima:

Stylus – nije podržana opcija u ovoj

seriji HMI-a.

Date/Time – Datum/Vrijeme,

Restart,

Version information – osnovni

podaci o uredjaju,

Language – podešenje jezika,

Memory,

Brightness – osvjetljenost zaslona,

Option.

Tabela 2.2. Karakteristike offline i system paleta


10

2.2. Modicon M340

Modicon M340 je programabilni logički kontroler (PLC), i u hardverskom pogledu

je organizovan modularno. To znači da su komponente kontrolera (procesorska,

napojna, ulazno-izlazne, kao i aplikaciono-specifične jedinice) moduli koji se priključuju

na slobodne slotove (mjesta predviđena za module) nosača - reka (engl. Rack), gradeći

željenu konfiguraciju kontrolera.

Na prvo mjesto na nosaču dodaje se napojna jedinica, a na susjedno mjesto

procesorska jedinica. Redoslijed priključivanja ostalih modula nije bitan ali se ovaj

redoslijed mora uvažavati pri softverskom konfigurisanju modula. O ovom će biti više

govora u nastavku. U aplikaciono-specifične jedinice spadaju ulazno-izlazni moduli

(analogni i diskretni), brojački moduli, specifični moduli za određene vrste senzora itd.

Slika 2.5. Izgled nosača modula (lijevo), izgled Modicon M340 modularnog PLC-a (desno)

U nastavku će biti objašnjeni pojedini moduli Modicon-a M340.

2.2.1 Napojna jedinica

Slika 2.6. Napojna jedinica


11

BMX CPS serija napojnih jedinica obezbjeđuje napajanje za svaki nosač iz BMX

XBP serije, odnosno module instalirane na njemu. Postoje dva tipa napojnih jedinica, u

zavisnosti od izvora napajanja :

napojne jedinice koje se napajaju naizmjenično (100...240 V)

napojne jedinice koje se napajaju istosmjerno (24V, 48V)

Pored napona napajanja, pri odabiru odgovarajuće napojne jedinice, potrebno je

voditi računa i o maksimalnoj snazi na izlazu. U ovu svrhu, potrebno je predvidjeti

potrošnju svih modula i senzora i aktuatora koji će biti napajani sa napojne jedinice.

Izlazi sa napojne jedinice imaju integrisane naponske, strujne i termičke zaštite.

Na slici 2.6. je prikazan izgled napojne jedinice. Na donjem dijelu prednje strane

nalaze se dva konektora. Jedan od ovih konektora ima pet pinova od kojih se tri koriste

za dovođenje vanjskog napona, u ovom slučaju 220V (jer se prikazana napojna jedinica

napaja sa naizmjeničnom strujom napona 220V). Preostala dva pina predstavljaju izlaz

sa napojne jedinice istosmjernog napona od 24V i 0,9A struje. Ovaj izlaz se može koristiti

za direktno napajanje senzora i aktuatora, ili za napajanje drugih elektronskih sklopova.

Drugi konektor je ostavljen za povezivanje alarmnog releja. Alarmni relej je u stanju

logičke jedinice u slučaju da napojna jedinica ispravno radi. Međutim ako dođe do

kratkog spoja na bilo kojem od izlaza napojne jedinice ili prekida u izvršavanju

programa u PLC-u, relej prelazi u logičko stanje nula.

Iznad konektora za alarmni relej nalazi se i reset dugme koje omogućava ručno

resetovanje cjelokupnog sistema koji se napaja sa napojne jedinice. Aktiviranje ovog

dugmeta ima iste efekte kao i hladan start PLC-a: pored resetovanja svih modula i

postavljanje svih izlaza na vrijednost logičke nule, dolazi i do deaktiviranja alarmnog

releja (ukoliko je bio aktivan).

U gornjem desnom uglu napojne jedinice nalazi se displej na kojem se signalizuje

trenutno stanje modula napajanja. Na displeju novijih izvedbi modula se signalizira

stanje svih modula, odnosno signalizira se čak iako se greška desila na nekom drugom

modulu. Na displeju, bez obzira na izvedbu, nalaze se dva LED indikatora:

OK LED – aktivan ako ne postoji kratak spoj na izlazima napojne jedinice

24V LED – aktivan ako ne postoji krakat spoj na izlazu od 24V istosmjernog

napona sa napojne jedinice.

2.2.2. Procesorska jedinica

Procesorska jedinica upravlja cijelom PLC stanicom konfigurisanom na nosaču.

Schneider Electric nudi četiri različita tipa procesora, koji se međusobno razlikuju po

veličini raspoloživog memorijskog prostora, brzini obrade informacija, broju podržanih

I/O modula, kao i po broju i tipu ugrađenih komunikacionih portova. Na slici 2.7. je

prikazan izgled procesorske jedinice.


12

Slika 2.7. Procesorska jedinica

Procesorske jedinice u zavisnosti od tipa nude sljedeće:

512-1024 diskretna ulazno-izlazna kanala,

128-256 analogna ulazno-izlazna kanala,

20-36 brojačkih kanala,

0-2 MODBUS konektora,

0-2 10BASE-T/100BASE-TX Ethernet TCP/IP port,

CANopen machine i instalacioni bus,

USB tip TER port (za programiranje terminala).

Procesor sadrži i displej sa od pet do sedam LED indikatora koji daju uvid u stanje

procesora i pripadnih modula na nosaču. LED indikatori su:

RUN – aktivan ako je program na PLC-u pokrenut,

ERR – aktivan ako je došlo do greške na procesoru ili bilo kojem dijelu sistema,

I/O – aktivan ako je greška na nekom ulazno-izlaznom modulu ili greška u

konfigurisanju,

CARDERR – aktivan ako je došlo do greške u incijalizaciji memorijske kartice,

SER COM – trenutna razmjena podataka preko serijske komunikacije (serijski

port aktivan) – treba da svijetli ukoliko je Modbus komunikacija uspostavljena,

CAN RUN – CANopen mreža aktivna,

CAN ERR – greška u konfigurisanju ili radu CANopen porta ili mreže,

ETH ACT – uspostavljena ETHERNET veza, trenutno se ne odvija razmjena

podataka,

ETH STS – ETHERNET mreža aktivna,

ETH 100 – razmjena podataka se trenutno vrši preko ETHERNET mreže.


13

Pojedini indikatori imaju različite načine rada, pa se različitim brojem blinkanja identifikuju stanja ili eventualne greške u radu programa i komunikacije. Ove podatke je moguće pronaći u dokumentaciji procesorskog modula.

Važno je napomenuti da se na zadnjoj strani procesorske jedinice nalaze dva rotaciona prekidača kojima je moguće odrediti IP adresu procesorskog modula u sklopu mreže.

Slika 2.8. Prekidači za podešavanje IP adrese procesorskog modula

Moguća su četiri načina IP adresiranja procesorskog modula:

STORED – IP adresa je definisana softverski u okviru aplikacije,

BOOTP – uređaj dobiva IP adresu od BOOTP servera mreže,

CLEARIP – uređaj koristi IP adresu određenu na osnovu svoje MAC adrese (IP

adresa se dobiva kao zbir broja 84 i najmanje značajna tri bita u

heksadecimalnom zapisu MAC adrese),

TENS i ONES – IP adresa se definiše rotirajućim prekidačima.

2.2.3. Diskretni ulazno-izlazni moduli

Široki opseg diskretnih ulaza i izlaza se može koristiti u svrhu zadovoljavanja

zahtjeva na :

funkcionalnost – naizmjenični (AC) ili istosmjerni (DC) diskretni ulazi/izlazi,

pozitivna ili negativna logika,

modularnost – 8, 16, 32, 64 kanala po modulu .

Ulazi primaju signale od senzora i izvode akviziciju, adaptaciju, električnu

izolaciju, filtraciju, zaštitu od interferencije signala. Izlazi memorišu komande od

procesora kako bi omogućili kontrolu predaktuatora dekapliranjem ili preko

pojačavačkih krugova.


14

Slika 2.9. Diskretni I/O modul BMX D serije

Diskretni I/O moduli imaju različit broj diskretnih ulaza i izlaza ovisno o tipu

modula. Zbog modularnosti PLC-a broj diskretnih ulaza može biti povećan u skladu sa

zahtijevima aplikacije. Pored toga, svaki od modula ima displej za prikaz stanja svakog

od digitalnih ulaza, odnosno izlaza. To omogućava jednostavnije testiranje sklopova

vezanih na ulaze i izlaze modula, kao i provjeravanje funkcionalnosti programa PLC-a.

Diskretni ulazi i izlazi su grupisani u kanale. Broj kanala ovisi o tipu modula i broju digitalnih ulaza i izlaza. Postoje zasebni moduli koji imaju samo ulaze, odnosno samo izlaze. Također, postoje i moduli koji imaju i ulaze i izlaze. Izlazi mogu biti tranzistorski i relejni.

Ulazi i izlazi imaju temperaturne zaštite i ograničenja struja. To omogućava zaštitu modula od pregrijavanja. U slučaju kratkog spoja, preopterećenja ili inverznog polarisanja bilo kojeg od izlaza zaštita se aktivira, i na taj način onemogućava oštećenje modula. Po aktiviranju zaštite modula kanal na kojem je došlo do greške se deaktivira, odnosno svi izlazi se postavljaju na vrijednost logičke nule. Ova greška je prikazana na displeju stanja modula. Poslije otklanjanja greške modul je potrebno reaktivirati. Njegova reaktivacija se vrši automatski slanjem komande za reaktivaciju svakih 10 sekundi dok greška ne bude otklonjena, ili direktno programski – slanjem direktne naredbe za reaktiviranje modula.

Digitalni ulaz je moguće proglasiti i referentnim za RUN/STOP komandu izvršavanja programa u PLC-u. U tom slučaju, prekidač ili taster koji se koristi u tu svrhu imaju prioritet u odnosu na bilo koji drugi način pokretanja programa. Pokretanje programa se vrši na uzlaznu ivicu referentnog digitalnog ulaza.

Posebna opcija za digitalne izlaze je FALLBACK mod rada. Ovaj mod rada

omogućava postavljanje digitalnih izlaza u stanja koja nisu narušavajuća za aplikaciju. U definisanju digitalnih izlaza moguće je odabrati FALLBACK mod rada (stanja izlaza se postavljaju na svoju fallback vrijednost, definisanu u programu) ili mod održavanja stanja (stanja izlaza se održavaju u stanjima u kojima su bili neposredno prije zaustavljanja izvršavanja programa).


15

2.2.4. Analogni ulazno-izlazni moduli

Slika 2.10. Analogni ulazni modul BMX AMI serije (lijevo); Analogni izlazni modul BMX AMO serije

(desno)

Svi analogni moduli su standardnog formata i zauzimaju jedan slot na nosaču. I

ovi moduli imaju displej stanja ulaza, odnosno izlaza.

Svi ulazi i izlazi imaju integrisane zaštite modula od preopterećenja, analogne

filtere za otklanjanje smetnje i prilagođavanje ulazne vrijednosti za AD konverziju.

Važno je napomenuti da u slučaju prekoračenja granica analogne vrijednosti (naponske

ili strujne) ne dolazi do oštećenja modula, već samo do setovanja bita prekoračenja

opsega. Analogni ulaz ostaje na svojoj maksimalnoj, odnosno minimalnoj vrijednosti.

U ovom slučaju softverski je moguće detektovati izlazak iz opsega. Softverski je

omogućeno i biranje faktora pojačanja te dodavanje faktora kompenzacije drifta ulazne

vrijednosti s ciljem što preciznijeg očitanja vrijednosti. Za AD konverziju se koristi 24-

bitni ADK koji osigurava veliku preciznost konverzije. Svaki ulaz i izlaz moguće je

softverski nadgledati, odnosno moguće je softversko ispitivanje greške do koje je

eventualno došlo u konverziji. Ova opcija pojednostavljuje dijagnosticiranje i otklanjanje

greške.

2.2.5. Brojački moduli

Ovi moduli omogućuju jednostavno brojanje impulsa dovedenih s vana. Modul

ima ulazne i izlazne kanale tako da je, pored brojanja eksternih, moguće i generisanje

naizmjeničnih signala u vidu četvrtki. Brojački modul posjeduje 4 kanala, od kojih 2

ulazna i 2 izlazna. Modul omogućava i napajanje senzora od 10 do 30 V, ovisno o

napajanju dovedenom na ulaze predviđene za napajanje svakog od kanala. Naponi


16

dovedeni na ulaze brojačkog modula također moraju imati amplitude u rasponu od 10

do 30V.

Slika 2.11. Brojački modul EHC serije

Iako se ovaj modul najčešće koristi za vezanje enkodera, opseg njegovih primjena

je veoma širok zahvaljujući mogućnosti softverskih podešavanja ovog modula. Modul

može raditi u slijedećim modovima:

32-bitni brojač (Counter Mode)

Brojač događaja (Event Counting Mode)

Računanje frekvencije (Frequency Mode)

Brojanje u petlji (Loop Counter Mode)

Određivanje perioda (Period Measuring Mode)

Određivanje odnosa frekvencija (Ratio Mode)

Širinska modulacija (Pulse Width Modulation Mode)

Zbog uvođenja ovih opcija softverska realizacija bilo koje primjene modula je

znantno olakšana. Posebno interesantan je mod brojanja događaja. U ovom modu brojač

se može koristiti za generisanje vanjskih interapta, te na taj način olakšati programiranje

cjelokupnog upravljačkog algoritma. Pored toga, s ovim modulom je omogućeno i

generisanje PWM signala, te su primjene PLC platforme na taj način znatno proširene.

Modul također posjeduje naponske, strujne i temperaturne zaštite.

U poglavlju 3.1. je prikazan način povezivanja enkodera na brojački modul.

Displej za prikaz stanja


17

2.3. Frekventni pretvarač Altivar 71

Altivar 71 je frekventni pretvarač za upravljanje asinhronim motorima koji se koristio u

okviru seminarskog rada. Uređaj je dizajniran da odgovori velikom broju

konfiguracionih zahtjeva kada su u pitanju industrijske komunikacione instalacije. Ovo

uključuje Modbus i CANopen standardne komunikacione protokole.

Slika 2.12. Frekventni pretvarač Altivar 71

Karakteristike korištenog frekventnog pretvarača su:

Napajanje je trofazno 200-240V, 50/60Hz, snage 1-5kW (2HP),

Regulacija brzine fluks-vektorskim upravljanjem sa ili bez senzora,

Opseg brzina: od 1 do 1000 u zatvorenoj petlji s povratnom informacijom s

enkodera, od 1 do 100 u otvorenoj petlji,

Grafički panel: tekst, tipka za navigaciju, programibilne funkcijske tipke, izbornik

"Simply Start" ...,

Zaštita motora i pogona,

Sigurnosne funkcije "Power Removal ", ATEX,

Dostupno više od 150 funkcija: PID regulator, kontrola mehaničke kočnice za

okomita i vodoravna kretanja...,

Ugrađeni EMC filtar klase A,

Ugrađeni Modbus i CANopen,

Dodatne I/U komunikacijske kartice, sučelje kartice za enkoder,

Komunikacijske kartice: Fipio, Ethernet, Modbus Plus, Profibus DP, DeviceNet,

Uni-Telway, INTERBUS,

Controller Inside programibilna kartica.


18

2.4. Asinhroni motor

Objekat upravljanja je trofazni asinhroni motor prikazan na slici 2.13.

Slika 2.13. Asinhroni motor

Specifikacije asinhronog motora su prikazane u tabeli 2.3.

Proizvođač Georgh Kobold, Njemačka

Tip motora 3-fazni asinhroni motor sa klizno kolutnim rotorom

Napajanje 220/380V

Snaga 0.37 kW

Nominalna struja 1,05A

Nominalna vršna struja 1,85A

Maksimalna brzina vrtnje 1400 ob/min

Klasa izolacije B

Tabela 2.3. Specifikacije asinhronog motora

Dakle, asinhroni motor je upravljan preko frekventnog pretvarača Altivar-a 71.

Povratne informacije o brzini vrtnje motora je davao enkoder o kom će biti nešto više

rečeno u nastavku rada. Za regulaciju brzine vrtnje je korišten PID regulator

implementiran na PLC-u.

2.4.1. PID regulacija

Proporcionalno-integralno-derivativni regulator (skraćeno PID regulator) je

mehanizam za korekciju greške upravljanja u zatvorenoj sprezi i jako je često korišten u

industrijskim sistemima upravljanja. Ulaz u PID regulator je greška regulacije, odnosno

razlika između zadane i trenutne vrijednosti upravljanja. PID regulator pokušava ovu


19

grešku svesti na nulu promjenom svog izlaza koji ujedno predstavlja i ulaz u sistem

upravljanja.

Standardni PID regulator posjeduje tri odvojena parametra: proporcionalni P,

integralni I i derivativni D parametar. P parametar ovisi o trenutnoj vrijednosti greške, I

parametar o akumulaciji greške u prošlosti i D parametar o očekivanoj promjeni greške

u budućnosti baziranoj na osnovu trenutne brzine promjene. Suma ova tri elementa daje

izlaz PID-a. Česte su primjene samo PI, PD ili samo P regulatora.

Slika 2.14. PID regulator

2.5. Enkoder

Brzina vrtnje motora se mjeri pomoću enkodera. Digitalni optički enkoderi su

uređaji koji linearno ili rotaciono kretanje pretvaraju u niz digitalnih impulsa.

Enkoder je spojen direktno na osovinu. U okviru datog projekta je korišten

Inkrementalni enkoder BALLUFF BDF. Princip rada se zasniva na konverziji mehaničke

pozicije enkodera u naponske signale (četvrtke) . Izlazni signal u ovom zadatku se vodio

na brojački modul i koristio se za određivanje brzine vrtnje. Više o inkrementalnom

enkoderu moguće je pronaći u njegovoj tehničkoj dokumentaciji.

Karakteristike korištenog enkodera date su u sljedećoj tabeli.

Tip enkodera BALLUFF BDG 6360-1-05-2500-65

Frekvencija osvježavanja 100 kHz

Broj digitalnih impulsa po obrtaju

[rezolucija]

360/2500=0.144

Izlazno sučelje (interfejs) Push-pull veza


20

Tabela 2.4. Karakteristike enkodera date od strane proizvođača

Slika 2.15. Izgled enkodera korištenog u projektu(lijevo) Izvodi enkodera(desno)

U narednoj tabeli je data legenda žica prema boji.

Signal Boja Signal Boja

+Ub smeđa B siva

+Ubs plava B roza

OV bijela C crvena

OVs bijela C crna

A smeđa GND žuta

zelena

Tabela 2.5. Legenda žica prema boji

Brzina Max. 6000 obrtaja po minuti

Konekcija (veza) Kabl, konektor, kabl+konektor

Izvor svjetlosti LED dioda

Radna temperatura -20⁰C - 80⁰C

Zaštita IP 65

Napon napajanja 5V±5%


21

2.6. Ovisnost frekvencije izlaznog signala enkodera i frekvencije sa Altivar-a

Za snimanje karakteristike korišten je Simply Start koji se nalazi unutar Main Menu-a u

Altivar-u, odnosno prije uspostavljanja Modbus komunikacijske mreže.

Slika 2.16 Ovisnost frekvencije sa enkodera i frekvencije poslane sa Altivara

Linearni model:

Parametri fitovanja:

SSE: 27.8 R-square: 0.9972 Adjusted R-square: 0.9971 RMSE: 0.7692

10 20 30 40 50 60

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Frekvencija sa enkodera [kHz]

Fre

kvencija

sa A

ltiv

ara

Odnos frekvencija sa Altivara i enkodera

Linearna ovisnost frekvencija


22

3. Opis korištenih softverskih alata

Za izradu ovog rada korištena su dva softverska paketa Unity Pro i Vijeo Designer. Oni će

biti opisani u nastavku.

3.1. Unity Pro

Unity Pro je zajednički softver za programiranje, debug-iranje i izvršavanje aplikacija u

realnom vremenu za sve Modicon-ove platforme.

Za izradu zadatka je korišten brojački modul EHC0200. Stvarna brzina motora, sa

enkodera, je dovedena na ulaz brojačkog modula EHC0200. Za izradu se koristi opcija

za računanje frekvencije (frequency mode). Pri ovom načinu rada rezultantna

frekvencija je izražena u Hz, a maksimalna frekvencija koju može mjeriti je 60 kHz. Ovo

je olakšalo određivanje stvarne brzine. Prvo je definisana varijabla enkoder (tipa

T_UNSIGN_CPT_BMX), a zatim su izvršena podešavanja brojačkog kanala 0 u skladu sa

potrebama.

Slika 3.1. Definisanje varijable enkodera sa modula EHC 0200


23

Na osnovu zadane brzine sa Magelis-a i podatka o frekvencije izlaznog signala sa

enkodera, koji dolazi u PLC sa brojačkog modula EHC 0200, bilo je moguće odrediti

grešku. Za regulaciju je korišten je PI regulator implementiran u okviru PLC programa.

Na slici 3.2. je prikazana principijelna shema regulacije. Rezultantna frekvencija se šalje

na Altivar. Na ovaj način je zatvorena petlja upravljanja. Komponente PI regulatora su

određene eksperimentalno, pri čemu se vodilo računa o vrijednosti prvog preskoka,

vremena smirivanja i sl. Na slici 3.3. je prikazano ožičavanje EHC 0200 modula.

Slika 3.2. Principijelna shema upravljanja

Slika 3.3. Ožičavanje EHC 0200 modula

Bitno je napomenuti da za pravilan rad displej za prikaz stanja mora imati slijedeće

karakteristike:

RUN - green

IA0 - ako je na ulazu vrijednost logičke „1“ onda je green, u suprotnom ne svijetli

(Ako se koristi Channel1 onda treba da je analogno za IA1)

Svi ostali led indikatori su isključeni

Signal sa

enkodera


24

3.2. Vijeo Designer

Vijeo Designer je softverska aplikacija koja se koristi za programiranje HMI sučelja.

Posjeduje sve potrebne alate za realizaciju projekta, od alata za akviziciju podataka do

grafičkih alata za vizuelno uređenje.

3.2.1. Kreiranje projekta u Vijeo Designeru

Vijeo Designer je namjenski softver za programirane Magelis displeja. Kada se pokrene

program otvori se prozor koji je prikazan na sljedećoj slici.

Slika 3.4. Početni prozor Vijeo designera

U početnom prozoru moguće je izabrati jednu od tri opcije. Prva opcija je kreiranje

novog projekta. Druga opcija daje mogućnost da se otvori posljednji projekt, i treća

opcija je da se otvori već postojeći program. Dakle kada se u ovom prozoru odabere prva

opciju (Create new Project) pojavit će se prozor kao na sljedećoj slici.

Slika 3.5 Imenovanje projekta


25

U ovom prozoru se daje ime programu. Takođe projekat se može zaštiti

postavljanjem lozinke. Klikom na „Dalje“ otvorit će se prozor kao na slici 3.6.

Slika 3.6. Odabir konkretnog tipa displeja (lijevo); Prozor za podešavanje parametara ETHERNET

porta (desno)

Ovdje se odabere tip i serija displeja za koju se pravi program. Zatim se bira

adresa ovog uređaja na mreži. U okviru projekta, adresa HMI-a je bila 10.0.4.100. IP

adresu je moguće dobiti ako odredimo adrese switch-a. Na switch su spojeni i računari, a

njegovu IP adresu možemo provjeriti naredbom ipconfig unutar Command Prompt-a

(RUN->cmd). To je prikazano na slici 3.7.

Slika 3.7. IP adresa računara spojenog na switch


26

Na osnovu slike 3.7. moguće je dobiti prva tri polja IP adrese koju daje switch, a to

je 10.0.4. Odabrana je adresa uređaja i to 109 (PLC) i 100 (HMI). Moguće je provjeriti da

li su ove adrese zauzete koristeći komandu ping. Na slici 3.8. je prikazan slučaj kada

uređaj sa datom adresom nije na mreži, a na slici 3.9. kada je na mreži.

Slika 3.8. Uređaj se ne nalazi na mreži

Slika 3.9. Uređaj se nalazi na mreži

Također, postoji mogućnost dodavanja drugih uređaja na mreži. Druge uređaje

nije neophodno dodati odmah pri kreiranju projekta, jer se mogu dodati i naknadno.

Više o funkcionalnostima Vijeo Designera moguće je pronaći u njegovoj dokumentaciji.

Slika 3.10. Dodavanje uređaja koji su na mreži


27

3.2.2. Prenos projekta sa računara na HMI

Za korektan prenos projekta na HMI kao ciljni hardver (terminal) neophodno je

da se prođe kroz sljedeće korake:

1. Validation Kroz ovaj ciklus se izvršava potvrđivanje projekta kao

cjeline. Pokreće se ako u „Build“ padajućem izborniku

odaberemo „Validate all“ komandu.

2. Building Pokretanjem ove procedure realizira se povezivanje

programskih cjelina što u konačnici omogućava da je

moguće njegovo izvršavanja od strane Vijeo Runtime

modula. Ako u „Build“ padajućem izborniku odaberemo

„Build all“ pozvaćemo izvršavanje ove procedure a ako

pak odaberemo „Download“ aplikacije na željeni ciljni

hardver automatski se izvršava i Building procedura.

3. Error correction Sistem izdaje „Error“ i „Warning“ poruke kao rezultat

pozvanih procedura:

„Validation“

„Compilation“

„Loading“

Ove poruke su prikazane u „Feedback“ prozoru. Greške i

upozorenja su predstavljene crvenom i žutom bojom a ako

je neka od gore navedenih procedura izvršena bez

registrovanja greške rezultat je prikazan zelenom bojom.

4. Loading the

application

Ova funkcija se koristi za transfer aplikacije na ciljni sistem.

Transfer podataka je moguće izvesti koristeći:

Ethernet: transfer se obavlja poštujući ethernet

protokol,

Serial: transfer se obavlja direktno preko USB kabla

(ili RS232).

Aplikaciju je moguće i simulirati klikom na Build->Simulation. Prije nego se

aplikacija prebaci na HMI uređaj poželjno je prvo očistiti Target klikom na Build->Clean

All , a zatim ponovo sve buildati i prebaciti na HMI uređaj.

Prije nego se prebaci aplikacija na HMI uređaj, potrebno izvršiti određena

podešavanja komunikacijskih protokola. Kao prvo potrebno je da se konfiguriše način na


28

koji će se prebaciti aplikacija simulirana na računaru. Klikom na Target u prozoru

Navigator-a prozor Property Inspector će poprimiti sljedeći izgled:

Slika 3.11. Preglednik osobina

Postoje 3 opcije, od kojih je moguće samo jednu odabrati. U ovom slučaju odabrano je

prebacivanje aplikacije sa računara preko USB-a.

4. Komunikacioni interfejsi

Kako su u okviru ovog rada korištena dva tipa mreže: Modbus i Ethernet, to će u

nastavku biti pojašnjeni principi rada svake od mreža.

Bez obzira na tip mreže, svaka razmjena podataka preko komunikacijske mreže

se odvija po skupu pravila i procedura koje prate razmjenu podataka. Ta pravila i

procedure su protokoli. Protokol se realizira u vidu procesa koji je potrebno obaviti da

bi se očuvao integritet prenosa podataka. Protokolom su definisani postupci

komunikacije, povezivanje, sinhronizacija, verifikacija i prenos podataka između procesa

na istom računaru ili više računara povezanih u računarsku mrežu. Protokoli obično

specificiraju format poruka i načine obrađivanja grešaka u prenosu. Moderne

komunikacijske mreže izgrađene su sa visokim stepenom struktuiranosti. S ciljem

smanjivanja kompleksnosti dizajniranja mreže, većina protokola se organizira kao serija

slojeva u kojima se svaki novi sloj gradi na prijašnjem. Svaki proces se obavlja na jednom

od razina (slojeva) protokola što predstavlja strukturu (ram, okvir) poruke obrađene

protokolom.


29

Slika 4.1. Struktura poruke obrađene protokolom

Na razini 1 vrši se prikupljanje podataka, na razini 2 grupisanje podataka u

blokove i na razini 3 slanje i prenos podataka. Bitovi unutar okvira (frame-a)

organizirani su u polja:

Adresno polje – sadrži adresu čvora pošiljatelja i primatelja,

Kontrolno polje – opisuje namjenu okvira, tj. da li okvir sadrži podatke ili

naredbe,

Polje podataka – predstavlja koristan sadržaj okvira, dio u kojem su sadržani

podaci,

Polje kontrole na grešku – otkriva greške u okviru.

Kako bi slojevitost komunikacijskih protokola bila standardizirana, potrebno je

usvojiti referentni model slojevitosti protokola. Na osnovu incijative OSI (Open Systems

Interconnect), 1978. godine uveden je ISO/IEC standard 7498, danas poznat pod

imenom OSI referentni model. Ovaj model daje apstraktni opis komunikacionih i

računarskih mrežnih protokola. On predstavlja hijerarhijsku strukturu sedam slojeva i

definira zahtjeve za komunikacijom između dva računara ili uređaja. OSI referentnim

modelom opisan je način na koji treba upravljati podacima za vrijeme različitih faza

njihovog prenosa. Pri uvođenju OSI referentnog modela uvažena su sljedeća načela:

Zaseban sloj za svaku razinu apstrakcije

Svaki sloj obavlja precizno definiranu funkciju

Svaki se sloj mora moći standardizirati

Protok podataka između slojeva mora biti što je moguće manji

Postizanje optimalnog broja slojeva – kompromis između broja funkcija po

sloju i broja slojeva

Važno je napomenuti da OSI nije protokol, već model za struktuiranje

komunikacijskog softvera primjenjiv na svaku mrežu. Većina današnjih komunikacijskih

protokola može biti preslikana u OSI model. Uvođenjem slojeva postignuto je

razgraničavanje pojedinih funkcija u umrežavanju na način da jedan sloj nema nikakvog

uticaja na susjedne slojeve. Na taj način omogućen je njihov pojedinačni razvoj, te

promjena sklopova u uređaju koji utiče u komunikaciji, bez utjecaja na njegovu

funkcionalnost, te međusobna komunikacija mreža različitih proizvođača. U tabeli ispod

navedeni su svi slojevi iz OSI referentnog modela.


30

Sloj Format Akcija Protokoli Mrežne

komponente

Sloj primjene

Podaci

Usluge neposredno dostupne korisniku,

implementacija u okruženju

operativnih sistema

DNS, FTP, TFTP, BOOTP,

SNMP, RLOGIN,

SMTP, MIME, NFS, FINGER, TELNET, NCP,

APPC, AFP, SMB

Gateway

Sloj prikaza Podaci

Oblikovanje i prikaz podataka (ASCII i sl),

enkripcija, kompresija teksta, razbijanje poruke u

blokove

Gateway

Konekcijski (pristupni)

sloj Podaci

Usaglašavanje mogućnosti različitih

sistema, uspostavljanje sjednice „user to user“, upravljanje

konekcijom – ponovna

sinhronizacija

etBIOS, Names Pipes,

Mail Slots, RPC

Gateway

Prenosni sloj

Segmenti

Upravljanje protokom „s kraja na

kraj“, usluge prioriteta, nadzor

nad prenosom podataka, oporavak od grešaka, pouzdani

prenos

TCP, ARP, RARP, SPX,

NWLink, NetBIOS/Net

BEUL, ATP

Gateway, Advanced

Cable Tester,

BRouter

Mrežni sloj Paketi

Rutiranje, formiranje paketa iz blokova

poruka, povezivanje različitih mreža,

kontrola protoka u mreži i između

mreža, sprječavanje zagušenja, brojanje podatak, logičko

adresiranje

IP, ARP, RARP, ICMP,

RIP, OSFP, IGMP, IPX, NWLink,

NetBEUI, OSI, DDP, DECnet

Router, Router, Frame Relay

Device, ATM

Switch, Advanced

Cable Tester

Podatkovni sloj

Okviri Otkrivanje grešaka u prenosu, separacija poruka u okvirove –

Logical Link Control

802.1 OSI

Bridge, Switch,

ISDN


31

pakiranje, enkripcija, upravljanje

protokom, oporavak od grešaka, pristup mediju (fizičko

adresiranje)

Model 802.2 Logical Link Control Media Acces

Control 802.3

CSMA/CD (Ethernet)

802.4 Token Bus (ARCnet)

802.12 Demand Priority

Router, Intelligent

Hub, NIC,

Advances Cable Tester

Fizički sloj Bitovi

Fizički prenos podataka, kodiranje,

modulacija, električko i

mehaničko spajanje (električne i fizičke

veze – ožičenje)

IEEE 802 IEEE 802.2 ISO 2110

ISDN

Repeater, Multiplexe

r, Hub, TDR,

Oscilloscope,

Amplifier

Tabela 2.6. Prikaz slojeva OSI referentnog modela

1. Fizički sloj Ovaj sloj se brine za prenos „sirovih“ bita preko komunikacijskog kanala, definira

električne, mehaničke i funkcionalne procedure i standarde koju su potrebni za pristup

fizičkom mediju, tj. mreži, kao i fizički medij prenosa koji leži odmah ispod fizičkog sloja.

Protokoli ovog sloja definiraju parametre kao što su nivo napona, oblik i struktura

priključnica, oblik signala, ančin prenosa itd. Oni također moraju osigurati da kad jedna

strana pošalje logičku jedinicu, da je i druga strana tako primi, definisati oblik, broj i

ulogu pinova mrežnih konektora, način uspostavljanja i raskidanja veze, vremensko

trajanje prenosa jednog bita, odrediti da li je moguća istovremena dvosmjerna razmjena

podataka itd.

2. Podatkovni sloj Glavni zadatak ovog sloja je da sirovi medij pretvori u liniju koja se čini

oslobođenom od grešaka u prenosi iz mrežnog sloja, odnosno, osigurati pouzdani prenos

pdoataka preko linije od čvora do čvora.Predajnik razbija ulazne podatke u podatkovne

okvire (obično veličine nekoliko stotina bajtova), prenes ih sekvencijalno i procesira

potvrdu o primanju od strane primatelja. Ako se poruka ošteti ili izgubi, doći će do

duplicaranja okvira, protokol na podatkovnom sloju mora znati otkloniti ovaj problem.

Ovo se može postići dodavanjem posebnih nizova bita na početak i kraj svakog okvira.

Kad okvir dođe do primatelja, kontrolni bitovi se provjeravaju. Ako postoji mogućnost

da se isti nizovi pojave i u podatkovnom dijelu okvira, ovaj sloj mora voditi računa i o

izbjegavanju tako prouzrokovane konfuzije. Također, vodi se računa o regulaciji


32

prometa kako bi se prenosniku moglo „reći“ koliki raspoloživi prostor za primanje ima

primatelj. Ovaj sloj često posjeduje integriranu regulaciju protoka i grešaka.

3. Mrežni sloj Ovaj sloj se brine o transparentnom prenosu podataka između prenosnih slojeva

krajnjih stanica, određuje prenosne puteve i obavlja funkcije komutiranja, tj. uspostavlja,

održava i raskida komunikacijske veze. On nastoji minimizirati „cijenu“ prenosa

podataka povećavajući broj paketa koji se šalju, ali istovremeno vodeći računa o tome da

povećanjem njihovog broja ne dođe do njihovog međusobnog sudara. Također, mrežni

sloj ima zadatak premoštavanja problema pri prelasku sa mreže jednog tipa na mrežu

drugog tipa, odnosno, on omogućava povezivanje heterogenih mreža.

4. Prenosni (transportni) sloj Osnovna funkcija transportnog sloja je primanje podataka iz konekcijskog sloja,

njihova podjela na manje jedinice (ako ej to potrebno), njihov dalji prenos ka mrežnom

sloju i osiguravanje pristizanje svih dijelova na drugi kraj bez greške. Zadatak ovog sloja

je i multipleksiranje, odnosno podjela transportnih veza na istoj mrežnoj vezi s ciljem

postizanja boljeg protoka i veće brzine prenosa.

5. Konekcijski (sesija) sloj Konekcijski sloj dopušta korisnicima da stvore veze između sebe. Ove veze se

nazivaju sesijama ili sjednicama. Sesije dopuštaju obični prenos podataka, kao i

transportni sloj ali pružaju i neke bolje usluge, korisne u nekim aplikacijama, npr.

dopuštanje logiranja na udaljeni time-sharing sistem. Također, ovaj sloj omogućava

mrežni promet u oba smjera istovremeno. Ovo se odvija pomoću tzv. „token ring“

upravljanja. Na ovaj način se uređuje sistem prenosa podataka, jer samo uređaj koji ima

token (zalog) može pristupiti mreži i izvršiti slanje podataka.

6. Sloj prikaza (reprezentacijski sloj) Ovaj sloj obavlja određene funkcije koje se traže dovoljno često da bi se potražilo

opće rješenje, umjesto dopuštanja svakom korisniku da te zahtjeve obrađuje sam.

Prezentacijski sloj se brine i za sintaksu i semantiku infomarcije koja se prenosi i

osigurava da je ona ista za sve uređaje na mreži. Sloj prikaza vrši i kompresiju podataka

s ciljem smanjivanja broja bitova koje treba prenijeti, te kodiranje nekih podataka koje je

često potrebno za održavanje privatnosti i autentificiranje.

7. Sloj primjene (aplikacijski sloj) Aplikacijski sloj obuhvata sve procese koji se obavljaju na razini korisnika. U ovaj

sloj spadaju razni protokoli koji su obično potrebni za osnovni interfejs prema korisniku.

Također, protokoli unutar sloja primjene omogućavaju premoštavanje razlika u

korisničkim terminalima. Dodatna funkcija ovog sloja je i prenos datoteka, odnosno

premoštavanje razlika u formatu i unutrašnjoj strukturi datoteka između dva učesnika u

komunikaciji. Pored toga, ovom sloju pripadaju i mnogi specifični servisi koji se danas

masovno koristen, poput elektronske pošte, udaljenog logiranja i dr.


33

Važan proces u OSI modelu je komunikacije između slojeva. U procesu

komunikacije, nijedan sloj ne smije biti preskočen. Veza između nižeg i višeg sloja naziva

se interfejs. Funkcija n-tog lsoja u komunikacijskom sistemu odvija se u saradnji sa

procesom n-tog sloja uređaja s kojim se komunicira. Način komunikacije između

odgovarajućih slojeva naziva se protokol n-tog sloja. Bitno je razlikovati ova dva pojma,

interfejsa i protokola. Protokol je predmet standardizacije, a interfejs nije, i on ovisi o

proizvođaču.

Slika 4.2. Grafički prikaz komunikacije između dva uređaja na osnovu OSI referentnog modela

U početku komunikacije, aplikacijski sloj uređaja koji započinje komunikaciju

poziva aplikacijski sloj uređaja koji se poziva. Ova dva sloja uspostavljaju ravnopravan

odnos koristeći protkol sloja 7. Protokol 7 zathjeva od sloja 6 potrebne usluge, pa ovaj

sloj uspostavlja ravnopravan odnos s odgovarajućim slojem na drugoj strani kanala.

Protokol sloja 6 zahtjeva potrebne uslude od sloja 5 itd. Ovaj princip uspostavljanja

logičke veze između dva odgovarajuća sloja. Važno je napomenuti da ova komunikacija

se odvija na logičkom nivou, a ne na fizičkom, odnosno, slojevi nisu međusobno direktno

povezani. Tek nakon povezivanja svih slojeva, odnosno uspostavljanja svih interfejskih

veza, prelazi se na uspostavljanje fizičke veze, odnosno veze na nivou fizičkog sloja. Tek

na ovom nivou dolazi do stvarne razmjene podataka. Očigledno da svaki sloj u OSI

modelu, uz pomoć pripadnog mu protokola šalje svoje podatke nižem sloju i tako sve do

fizičkog sloja. Po prijemu, fizički sloj šalje podatke odgovarajućem sloju prijemne stanice

koji predaje podatke sloju veze (podatkovnom sloju), ovaj mrežnom itd., sve do

odredišnog sloja.

Iako OSI model smanjuje specifikacije i prilagodbe u okviru jedne mreže, on je

ipak presložen za primjenu u industriji, i najčešće svoju primjenu ima u

telekomunikacijama. Razlog za ovo je prvenstveno kašnjenje koje se javlja zbog velikog


34

broja slojeva, pa OSI model nije prihvatljjiv za rad na sistema u realnom vremenu. Iz tih

razloga se uvodi drugačiji model, TCP/IP model.

TCP/IP (Trasmission Control Protocol/Internet Protocol) model je softverski

komunikacijski model koji se najčešće koristi u računarskim mrežama. Ovaj model

neovisno o tipu opreme i softvera na uređajima, omogućava implementaciju različitih

mreža. U odnosu na OSI model, TCP/IP model ima samo četiri sloja.

Slika 4.3. Slojevi OSI I TCP/IP modela

1. Sloj primjene

Na ovom nivou mogu postojati svi, ili samo neki od slijedećih protokola:

FTP (engl. File Transfer Protocol) – omogućava prenos datoteka sa znatno širim

skupom dodatnih informacija. Ovaj protokol omogućava prenos datoteke bez

direktnog logiranja na udaljeni uređaj. Ovaj protokol svoju primjenu ima i na

internetu, te WAN i LAN mrežama.

SMTP (engl. Simple Mail Transfer Protocol) – omogućava prenos elektronske

pošte između procesora u mreži. Za prenos pošte koristi sličan protkol FTP-u.

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) – omogućava prenos datoteka sa

minimalnim zahtjevima i minimalnim dodatnim funkcijama. Ovaj protokol

predstavlja softversko ubrzavanje prenosa datoteka koje nemaju dodatne

isgurnosne zaštite. Princip rada je isti kao i kod FTP, jedina razlika se ogleda u

protokolu koji se koristi za prenos datoteka preko mreže.

SNMP (Simple Network Management Protocol) – koristi se za prenos statusnih

poruka i prijavljivanje problema administratoru.


35

2. Prenosni sloj

Na ovom nivou se također mogu koristiti neki od protokola:

TCP (Transmission Control Protocol) – omogućava poudanu slijednu

komunikaciju i baza je za više protokole koje zahtjevaju da se podaci prenesu bez

greške. To je tip protokola koji zahtjeva potvrdu ispravnog prijema podataka

prije slanja narednih.

UDP (User Datagram Protocol) – ovaj protokol je pogodan za prenos govora ili

video zapisa. Nije orjentiran na povezivanje tačaka, odnosno, ovaj protokol ne

vrši provjeru da li je podatak pristigao i da li je došlo do greške, za razliku od TCP

protokola. Ovaj protokol se koristi gdje pouzdanost pristizanja poruke nije toliko

bitna.

3. Mrežni sloj

Na ovom nivou se koriste protokoli:

IP (Internet Protocol) – usmjerava grupe podataka (pakete ili datagrame)

optimalnim putem, ostvaruje kontakt i komunikaciju između dva udaljena

uređaja putem međumrežja. Mrežni uređaji, npr. routeri koriste ROUTING

protokole i IP adresu koja se nalazi u zaglavlju paketa te na taj način ovom

protokolu omogućavaju izvršavanje navedenog zadatka kreirajući mu optimalan

put. IP se brine za prenos paketa podataka koje je složio TCP ili UDP i koristi skup

unikatnih adresa za svaki uređaj na mreži da bi otvrdio smjer i odredište podatka

koji se šalje.

ICMP (Internet Control Message Protocol) – provjerava i generiše poruke o

statusu uređaja na mreži. Koristi se da bi se drugi umreženi uređaji obavjestili o

kvaru na jednom od njih. ICMP i IP obično rade zajedno.

4. Fizički i podatkovni sloj

Ovaj sloj se naziva i podmreža (engl. Subnet). TCP/IP se može primijeniti na raznim

komunikacijskim mrežama, bez obzira na prenosni medij i fizičku izvedbu mrežu. Važno

je da mreža na kojoj se protokol koristi omogućuje IP adresiranje uređaja. Na ovom

nivou moguće je koristiti većinu danas široko zastupljenih mreža, npr. Etherner LAN,

Token Ring LAN, ATM, X.25 mreža, Modem, bežične mreže i dr.

Nakon detaljnog razmatranja modela komunikacionih protokola, moguće je preći na

detaljniji opis Ethernet i Modbus mreže, mreža koje su korištene u ovom radu.


36

4.1. Ethernet mreža

Ethernet je najrasprostranjenija mrežna tehnologija koja se koristi kod LAN

mreža. Uobičajena bitska brzina kod prenosa podataka na ovoj mreži je 10 Mbps, a noviji

standardi dozvoljavaju brzinu prenosa od 100 Mbps. Najčešće korišteni standardi za

Ethernet su Ethernet 2.0 i IEEE 802.3. U oba slučaja kao medij za prenos se koristi

djeljiva magistrala po kojoj, u datom trenutku, samo jedan čvor može da prenosi (šalje)

podatke. Podaci se prenose u formi okvira koji sadrži MAC (media access control)

izvorišnu i odredišnu adresu predajnog i prijemnog čvora, respektivno. Lokalni deljivi

segment naziva se segment. Svaki čvor na mreži nadgleda svoj segment i kopira bilo koji

okvir koji se odnosi na njega.

Ethernet koristi CSMA/CD (engl. Carrier Sense Multiple Access/Collision

Detection), a to znači da svaki čvor nadgleda magistralu (engl. Ether) sa ciljem da odredi

da li je ona zauzeta. Čvor koji želi da preda podatke čeka na pasivan uslov (engl. idle

condition) magistrale pa nakon detekcije idle uslova počinje sa slanjem poruke. Pri tom

može da dođe do kolizije u situaciji ako dva čvora počinju istovremeno sa predajom. Da

bi se na neki način uspješno rješio ovaj problem, čvorovi u toku predaje moraju

nadgledati stanje na kablu. Kada se desi kolizija oba čvora prestaju sa predajom okvira i

šalju ometajući signal. Na ovaj način se informišu svi čvorovi na mreži da je došlo do

kolizije. Svaki čvor nakon toga čeka određeni period prije nego što pokuša sa

retransmisijom. Imajući u vidu da svaki čvor ima slučajno određeno (dodjeljeno) vrijeme

za ponovnu predaju, vjerovatnoća da će doći do ponovne kolizije je veoma mala. Kolizija

u principu smanjuje brzinu prenosa podataka. Svaki čvor na mreži mora biti u stanju da

detektuje koliziju i biti sposoban za istovremenu predaju i prijem.

Detektovanje kolizije se odvija u okviru podmrežnog ili fizičkog (engl. Subnet) sloja

TCP/IP modela protokola.

Slika 4.4. Format okvira poruke koja se šalje preko Ethernet mreže

Okvir poruke koja se šalje preko Ethernet mreže je prikazan na prethodnoj slici.

Okvir je sastavljen iz grupisanih bitova koji imaju različite uloge. Njihove uloge će biti

detaljnjije obrađene u nastavku.

Preambula - 7 bajta 10101010 iza kojih slijedi jedan bajt 10101011 (start of frame

delimiter); koristi se za sinhronizaciju sata prijemnika.

Adrese (odredišne i izvorišne) – 6 bajta

- višeodredišno – slanje grupi stanica, - sveodredišno – (dest = sve jedinice) sve stanice u mreži.


37

Tip – indicira protokol više razine (najviše IP)

CRC – 4 bajta.

Ethernet okvir sadrži dvije MAC adrese:

odredišnu

izvorišnu

MAC adresa svakog uređaja je jedinstvena i najčešće ima 6 bajta (unicast MAC adresa),

od kojih:

- prva tri bajta dodijeljena su proizvođaču od strane IEEE (00.80.F4 za Telemecanique i 00.00.54 za Modicon)

- Sljedeća tri broja određuju broj uređaja

Glavna funkcija IP protokola je usmjeravanje i jednoznačno adresiranje kroz

mrežu. IP adrese su organizovane u 4 klase: A, B, C i D. Klasa D koristi se za multicasting

veze, dok se klase A, B i C koriste za ostale veze.

Slika 4.5. Klase A, B i C

TCP (Transmission Control Protocol) je dizajniran tako da osigura pouzdani tok

bajtova s jednog do drugog kraja po nepouzdanim mrežama koje se mogu razlikovati po

topologiji, propusnosti, kašnjenju, veličini paketa i dr. Svaki računar koji podržava TCP

ima TCP prenosni entitet (dio softvera) kao proceduru, korisnički proces ili kao dio

jezgre – upravlja TCP tokovima (streams) i interfejsima prema IP sloju. TCP entitet

prihvata od lokalnih procesa tok podataka korisnika, razbija ga u dijelove koji ne prelaze

64KB i šalje svaki dio kao posebni IP datagram. Kada IP datagrami sa TCP podacima

Klasa Rang Min Submask

A 0.0.0.0 do 127.255.255.255 255.128.0.0

B 128.0.0.0 do191.255.255.255 255.255.128.0

C 192.0.0.0 do 223.255.255.255 255.255.255.128

D 224.0.0.0 do 239.255.255.255 /

ID stanice (3 bajta) ID mreže 0 Klasa A

ID stanice (2 bajta) ID mreže 1 0 Klasa B

ID stanice ID mreže 1 1 0 Klasa C

126 mreža

16382 mreža

2097150 mreža


38

stignu na drugi kraj, predaju se TCP entitetu koji obnavlja originalni tok bajtova. TCP

mora osigurati pouzdanost koju ne omogućuje IP.

Slika 4.6. TCP zaglavlje

Polja u okviru TCP zaglavlja imaju sljedeće značenje i ulogu:

- Source port – 16 bitna adresa.

- Destination port – 16 bitna adresa. Uspotavlja se konekcija (logička) između dva

socketa. U svakom trenutku moguća je samo jedna konekcija.

- Sequence number (slijedni broj) – kod TCP prije slanja svakom bajtu se

pridodaje. On je broj prvog podatkovnog bajta u TCP segmentu iza TCP zaglavlja.

- Acknowledgement number – sadrži slijedni broj koji se očekuje od partnera.

- Data offset – duljina TCP zaglavlja u 32 bitnoj riječi.

- Reserved – Bitovi rezervirani za potencijalne buduće primjene. Moraju biti

postavljeni na nulu.

- Kontrolni bitovi:

- U (URG) – Urgent Pointer,

- A (ACK) – Acknowledgment,

- P(PSH) – Push funkcija,

- R (RST) – Resetiranje konekcije,

- S (SYN) – Sinhronizacija slijednih brojeva (uspostavljanjekonekcije),

- F (FIN) – Posljednji podatak od pošiljatelja (oslobađanje konekcije).

- Window – ovo polje sadrži maksimalan broj bajtova koje partner još može

poslati

- Checksum – provjerena suma eksplicitno osigurava ispravnost TCP zaglavlja.

- Urgent Pointer – Kada se šalju urgentni podaci, oni se stavljaju odmah iza

zaglavlja. Urgent Pointer sadrži broj bajtova urgentnih podataka.


39

TCP upravljanje vezom (Connection Management)

Kod TCP protokola, veza se uspostavlja korištenjem three-way handshake protokola

prikazanoj na sljedećoj slici.

Slika 4.7. Dijagram uspostavljanja TCP veze

Da bi se uspostavila veza, server s jedne strane pasivno čeka izvršavajući LISTEN

i ACCEPT primitive. S druge strane klijent izvršava CONNECT primitiv specificirajući IP

adresu i port na koji se želi vezati, maksimalnu veličinu TCP segmenata i opcionalno

neke korisničke podatke (npr. šifru); CONNECT šalje TCP segment sa uključenim SYN

bitom (za sinkronizaciju) i isključenim ACK bitom (za potvrdu), te čeka na odgovor. Kad

taj segment stigne, TCP entitet na odredištu provjerava da li postoji proces koji je izvršio

LISTEN na portu navedenom u polju za odredišni port zaglavlja segmenta, ako ne postoji

šalje se odgovor sa uključenim RST bitom (za resetiranje veze) i veza se odbacuje. Ako

postoji proces koji osluškuje na navedenom portu, daje mu se dolazeći TCP segment i

ako ga prihvati, šalje nazad segment sa potvrdom. Kada oba hosta pokušavaju

istovremeno uspostaviti vezu između ista dva socketa, uspostavlja se samo jedna veza.

Kod oslobađanja TCP veze, smatra se da je riječ o paru simplex veza (a ne o 1 full-duplex)

koje se oslobađaju neovisno jedna o drugoj, tj. obje strane šalju TCP segment sa

postavljenim FIN bitom (za oslobađanje veze). Strana koja primi segment sa FIN bitom

šalje potvrdu i prestaje slati podatke (ali može primati podatke koji i dalje mogu stizati

od druge strane dok i ona ne pošalje segment sa FIN). Da bi se spriječio two-army

problem, koriste se timeri, tj. strana koja šalje FIN prekida vezu ako ne dobije potvrdu

unutar određenog vremena. Prekid veze se vrši na sličan način.


40

Slika 4.8. Dijagram prekidanja TCP veze

4.2. Modbus

Modbus protokol je razvije od strane kompanije MODICON 1979. Godine (kasnije preuzeta od strane Schenider Electric) i izvorno zamišljen za upotrebu s programabilnim logičkim kontrolerima (PLC), no zbog svoje jednostavnosti i lake dostupnosti danas je to praktički industrijski standard primjenjiv u raznim elektroničkim uređajima.

Modbus protokol zasnovan je na serijskoj komunikaciji između master jedinice i

jedne ili više (do 247) slave jedinica spojenih u istu mrežu, izravno ili pomoću modema.

Svaka slave jedinica ima svoju adresu i samo jedinica kojoj je naredba poslana reagira na

naredbu. Izuzetak od ovog pravila su broadcast naredbe, koje se odnose na sve jedinice i

na koje nije potrebno odgovarati.

Slika 4.9. Princip prenosa podataka preko MODBUS mreže

Standardni Modbus uređaji upotrebljavaju RS-232C kompatibilnu vezu koja

definira pinove konektora, kabel, razine signala, brzinu prenosa i provjeru pariteta, no

Modbus protokol je moguće primijenjivati i na drugačijim mrežama, primjerice na

Ethernetu. U tom slučaju, Modbus protokol je integrisan u okvire poruka u skladu sa

drugim protokolima. Sam Modbus protokol određuje strukturu poruke koju uređaji

mogu prepoznati bez obzira na tip mreže te način na koji će pojedini uređaj prepoznati

svoju adresu, pročitati njemu namijenjenu poruku i na nju primjereno reagirati. Pojedina


41

poruka sastoji se od adresnog dijela, funkcijskog koda, podatkovnog dijela i dijela koji se

odnosi na provjeru ispravnosti poruke.

Slika 4.10. OSI model Modbus protokola

4.2.1. Načini prenosa podataka

Modbus protokol definira dvije varijante prenosa podataka (ASCII i RTU) koje

opisuju način pakiranja podataka u poruku i njihovog dekodiranja. Željeni način prenosa

potrebno je odabrati pri inicijalizaciji mreže i ona mora biti ista za sve uređaje spojene

na jednu mrežu.

ASCII

Kod ASCII prenosa podataka svaki bajt se šalje kao dva ASCII znaka, od kojih svaki

predstavlja jednu heksadecimalnu znamenku (0..9, A..F). Pri tome se svaki ASCII znak

pakira u riječ na sljedeći način:

• 1 start bit

• 7 bitova podataka poredanih po rastućoj bitnosti (LSB)

• 1 paritetni bit (ako je pri inicijalizaciji odabrana opcija provjere pariteta)

• 1 stop bit (ako je pri inicijalizaciji odabrana opcija provjere pariteta), odnosno 2 stop

bita (ako pri inicijalizaciji nije odabrana opcija provjere pariteta).

Za provjeru ispravnosti poruke kod ASCII prenosa upotrebljava se LRC metoda

(longitudinal redundancy check), a znakovi se mogu slati s do 1 sekundom razmaka bez

da uređaj to detektira kao grešku. U svrhu uokvirivanja poruke kao prvi znak šalje se

dvotačka (:) (heksadecimalno 3A), dok se kao zadnji znak šalje CRLF (carriage return-

line feed – ASCII 0D, heksadecimalno 0A). Uređaji na mreži kontinuirano nadziru

Modbus protokol

Fizički sloj

Podatkovni sloj

Mrežni sloj

Transportni sloj

Konekcijski sloj

Prezentacijski sloj

Aplikacioni sloj

1

2

3

4

5

6

7

Nije iskorišten

Master / slave

Transmission mode RTU or ASCII

RS485 / RS232

2 ili 4 žice


42

mrežnu sabirnicu i čekaju da se pojavi znak za početak poruke. Nakon pojave dvotačke,

svi uređaji pročitaju adresni dio poruke da bi provjerili odnosi li se poslana poruka na

njih.

Slika 4.11. Struktura ASCII formata poruke

RTU

RTU (remote terminal unit) prenos podataka izravno prenosi heksadecimalne

znamenke bez njihove konverzije u ASCII kod. Pri tome jedan bajt sadrži dvije

heksadecimalne znamenke koje se šalju kao jedan znak u jednoj riječi, što za rezultat ima

veću korisnost pri istoj brzini prenosa. Pakiranje podataka u riječ provodi se na sljedeći

način:

• 1 start bit

• 8 bitova podataka poredanih po rastućoj bitnosti (LSB)

• 1 paritetni bit (ako je pri inicijalizaciji odabrana opcija provjere pariteta)

• 1 stop bit (ako je pri inicijalizaciji odabrana opcija provjere pariteta), odnosno 2 stop

bita (ako pri inicijalizaciji nije odabrana opcija provjere pariteta).

Za provjeru ispravnosti poruke upotrebljava se CRC metoda (cyclic redundancy

check), a znakovi se moraju slati kontinuirano. Početak i kraj poruke označavaju se

pauzama u komunikaciji u trajanju od barem 3.5 znakovnih intervala (obično se uzima

višekratnik znakovnog intervala pri brzini prenosa definiranoj na mreži, na slici dolje

označeno kao T1-T2-T3-T4). Ako se u toku prenosa poruke pojavi pauza dulja od 1.5

znakovnih intervala, primatelj će izbrisati nedovršenu poruku i pretpostaviti da sljedeći

bajt predstavlja adresni dio nove poruke. Osim toga, ako nova poruka počne za manje od

3.5 znakovnih intervala nakon završetka prethodne, primatelj je neće prepoznati kao

novu poruku, već kao nastavak prethodne, što će uzrokovati grešku. i u ovoj varijanti

uređaji konstantno nadziru mrežnu sabirnicu, a kad se poruka pojavi, svi dekodiraju

adresni dio da bi ustanovili odnosi li se ista na njih.

Slika 4.12. Struktura RTU formata poruke


43

5. Praktična realizacija

5.1. Praktična realizacija aplikacije za Magelis u programskom paketu Vijeo

Designer

Postupak kreiranja novog projekta je već prethodno objašnjen u poglavlju 3.2.1.

Ovdje će biti izložen način uspostavljanja mreže između PLC-a i Magelisa , kao i

funkcionalnosti kreirane aplikacije.

5.1.1. Podešavanja komunikacijskih parametara Magelisa

Adresa HMI-a na mreži je 10.0.4.100 (prikazano u poglavlju 3.2.1). Nakon što je

kreiran projekat potrebno je dodati ostale uređaje na mreži, u ovom slučaju PLC

Modicon M340. To se radi desnim klikom miša na IO Menager u Navigator-u. Tad se

otvara novi prozor kao na slici.

Slika 5.1. Dodavanje uređaja na mreži Maglis-a

Kao što se vidi na slici odabrani proizvođač je Schneider Electric Industries

SAS, odabrani driver je Modbus TCP/IP, a odabrana oprema je Modbus Equipment.

Oprema se odabira na osnovu uređaja koji je na mreži sa Maglisom što je u ovom sličaju

Schneired-ov PLC MODICON M340. Nakon što je operema odabrana, u IO Manager će

biti dodana nova sekcija kao što je prikazano na sljedećoj slici.


44

Slika 5.2. Podešavanje komunikacije

Dvostrukim klikom na ModbusTCPIP01 moguće je vidjeti osobine HMI uređaja

Magelis XBTGT4330. Dvostrukim klikom na opremu (ModbusEquipment01) otvara

se prozor u kojem je moguće podesiti komunikacijske parametre uređaja na mreži. U

ovom radu taj uređaj je PLC Modicon M340. Njemu je dodijeljena adresa 10.0.4.109 na

mreži. Kao što se vidi sa slike, moguće je mijenjati i druge paramtre mreže. Veoma je

bitno da kofiguracija parametara mreže na Magelisu odgovara konfiguraciji parametar

mreže na PLC-u da bi prenos podataka bio ispravan.

Također, veoma je bitno čekirati sintaksu IEC61131. Čekiranjem ove sintakse

olakšava se način adrsiranja varijabli koje su zajedničke za Magelis i PLC. Sintaksa za

adrese registara je u tom slučaju ista i za Unity Pro i Za Vijeo Designer i oblika je : %MW

broj.

5.1.2. Izgled kreirane aplikacije za Magelis

Na slici 4.3. su prikazani izgledi panela od kojih se sastoji aplikacija. Aplikacija se

sastoji od 3 panela. Po uključenju HMI-a otvara se prvi panel na kome piše ime teme.

Klikom na dugme Dalje prelazi se na drugi panel. Na njemu se vrši zadavanje brzine

motora kao i prikaz trenutne brzine motora. Klikom na dugme dijagrami moguće je

pratiti promjene brzine motora.


45

Slika 5.3. Izgledi panela

5.2. Praktična realizacija aplikacije za PLC u programskom paketu Unity Pro XL

U početnoj fazi izrade aplikacije bilo je neophodno definisati sve module koji će

biti korišteni, te softverski ih postaviti na lokacije na rack-u na koje su postavljeni i

fizički. Ovo je izvršeno odmah pri pokretanju novog projekta. Izgled rack-a u okviru

softvera poslije ovog podešavanja je prikazan na sljedećoj slici.

Slika 5.4. Izgled PLC konfiguracije


46

5.2.1. Podešavanje komunikacije

U nastavku je izvršeno podešavanje komunikacijskih portova. Duplim klikom na

portove koji su prikazani na procesorskoj jedinici (s obzirom da su portovi na ovoj

verziji procesorske jedinice integrisani) otvara se prozor za podešavanje parametara

komunikacije. Ova podešavanja je također moguće izvršiti i proširivanjem liste u okviru

procesorske jedinice prikazane u Project Browser-u. Prvo je izvršeno podešavanje

parametara komunikacije za MODBUS mrežu.

Slika 5.5. Podešavanje serijskog porta

Podešavanje Ethernet port-a se odabire na isti način, ali je prije tog podešavanja

potrebno konfigurisati Ethernet mrežu. Konfigurisanje Ethernet mreže se vrši odabirom

Communication foldera, a zatim desnim klikom na Networks folder i odabirom New

Network izbora na meniju. Zatim se pokreće wizard za dodavanje nove mreže. U

novootvorenom prozoru potrebno je izabrati Ethernet i dati ime mreži.

Slika 5.6. Dodavanje nove Ethernet mreže

Klikom na OK generiše se nova mreža. Duplim klikom na ime ove mreže (sada prisutno u

Project Browser-u) sa desne strane otvara se prozor za podešavanje parametara

Ethernet komunikacije.


47

Slika 5.7. Podešavanje Ethernet mreže


48

Poslije ovog, potrebno je podesiti i Ethernet port na procesorskom modulu. Ovo

podešavanje se vrši duplim klikom na Ethernet port na procesorskom modulu ili

odabirom Ethernet-a u okviru proširene liste u okviru procesorske jedinice prikazane u

Project Browser-u.

5.3. Realizacija komunikacije Modicon-a sa Magelis-om i Altivar-om

Poslije konfigurisanja Ethernet mreže u Unity Pro paketu, potrebno je izvršiti i fizičko

povezivanje Magelisa i PLC-a. Ovo povezivanje je prikazano na slici ispod.

Slika 5.8. Povezivanje Magelisa i procesorske jedinice PLC-a Ethernet kablom (RJ45)

Dakle, Ethernet komunikacija između PLC-a i HMI-a je moguća ukoliko se koristi

switch. Ukoliko se direktno uređaji povežu, komunikacija neće biti moguća, jer Ethernet

spada u zvjezdastu topologiju.

Altivar i PLC se mogu direktno povezati koristeći RS486 kabel.

Slika 5.9. Povezivanje Altivar-a i procesorske jedinice PLC-a preko RS485 kabla


49

5.4. Podešavanje Altivar-a 71

Da bi Altivar uspješno obavljao svoju funkciju, u ovom projektu upravljao motorom,

potrebno je izvršiti razna podešenja koja su prikazana u narednim tabelama.

1.1 Simply start 2/3 wire control 2 wire

Macro configuration Start/Stop

Customized macro Yes

Standard mot.freq 50Hz IEC

Input phase loss Ignore

Rated motor power 0.40kW

Rated motor volt. 230V

Rated mot. current 2.0A

Rated motor freq. 50.0Hz

Rated motor speed 1420rpm

Max frequency 60.0Hz

Auto tuning No

Auto tuning state Not done

Output Ph rotation ABC

Mot. therm. current 6.1A

Acceleration 3.0s

Deceleration 3.0s

Low speed 0.0Hz

High speed 50.0Hz

1.3 Settings Ramp increment 0.1

Acceleration 3.0s

Deceleration 3.0s

Low speed 0.0Hz

High speed 50.0Hz

Mot therm.current 6.1A

Speed prop.gain 40%

Speed time integral 100%

K speed loop filter 0

IR compensation 100%

Slip compensation 100%

Ramp divider 4

Auto DC inj.level 1 5.6A

Auto DC inj.time 1 0.5s

Auto DC inj.level 2 4.0A

Auto DC inj.time 2 0.0s

Switching freq. 4.0kHz

Current Limitation 12.0A

Motor fluxing No

1.2 Monitoring HMI Frequency ref. 0.0Hz

HMI torque ref. 0.0%

Frequency ref. 0.0Hz

Output frequency 0.0Hz

Measured output fr. 0.0Hz

Motor current 0.0A

Motor speed 0rpm

Motor voltage 0V

Motor power 0%

Motor torque 0.0%

Mains voltage 213.4V

Motor thermal state 0%

Drv.thermal state 35%

Consumption 1059Wh

Run time 56h

Power on time 611h

IGBT alarm counter 0

Config.active Config. no 0

1.4 Motor control Standard mot.freq 50Hz IEC

Rated motor power 0.40kW

Rated motor volt. 230V

Rated mot.current 2.0A

Rated motor freq. 50.0Hz

rpm increment x1 rpm

Rated motor speed 1420 rpm

Max frequency 60.0Hz

Auto tuning No

Automatic autotune No

Auto tuning state Not done

Output Ph rotation ABC

Motor control type SVC V

Vector Control 2pt No

IR compensation 100%

Slip compensation 100%

ENA system No

Sinus filter No


50

Navedeni parametri su najčešće odmah podešeni, osim onih koji su tiču komunikacije.

Još je poželjno odabrati parametre koji će se prikazivati na displeju Altivara, a to su

parametri: brzina vrtnje motora i frekvencija.

Main menu Monitoring config. - Monitoring screen type - Display value type – Digital- Parametar

selection

Motor speed Frequency ref

Pored toga potrebno je izvršiti i slijedeće podešenje:

Main menu Display config. – Parametar Access - Protection -Protected Channels

Modbus

Pored manuelnog načina konfigurisanja parametara za mrežu Modbus, moguće je učitati

file koji će da postavi potrebne za mrežu. Za Modbus mrežu to je File 3. To je moguće

uraditi na slijedeći način:

1.5 Input/Output cfg 2/3 wire control 2 wire

2 wire type Transition

Reverse assign. C103

Reference template Standard

1.7 Application funct Reference switch √ Auto DC injection √ Preset speeds √

1.6 Command

Ref.1 Channel Modbus

RV Inhibition No

Stop key priority Yes

Profile I/O Profile

Cmd switching Ch1 active

Cmd channel 1 Modbus

Cmd channel 2 Modbus

Ref.2 switching Ch2 active

Ref.2 channel Modbus

Copy channel 1 – 2 Cmd + ref

F1 - F4 key

assignment

No

1.8 Fault Management Automatic restar √ Motor thermal prot. √ Output phase loss √ Drive overheat √ Undervoltage mgt √ Com fault

management √

Auto tuning fault √ Fallback speed √ Ramp divider √


51

Main menu Open/Save as – Open-File 3- Drive Menu

Također, moguće je pohraniti postavke u file. To je moguće uraditi na slijedeći način:

Main menu Open/Save as – Save-File 3

Ako je uspostavljena Modbus komunikacija između PLC-a i Altivar-a potrebno je da na

procesorskoj jedinici na displeju prikaza svijetli dioda SER COM.

Pored navedenog, za softversku realizaciju Modbus komunikacije bilo je neophodno

proučiti memorijsku mapu Altivar-a. Memorijska mapa Altivar-a je detaljno opisana u

dijelu tehničke dokumentacije Altivar-a pod nazivom komunikacioni parametri. Na više

od sto stranica pružen je detaljan uvid u mogućnosti koje Altivar nudi ovisno o tipu

komunikacijske mreže. U sklopu realizacije programa u okviru ovog rada korišteni su

samo neki registri iz memorijske mape koji će u nastavku biti navedeni:

Adresa registra u

Altivar-u Namjena Jedinica Čitanje Pisanje

16#219B Statusna riječ - DA NE

16#219C Brzina motora o/min DA NE

16#0C82 Izlazna frekvencija polja 0.1 Hz DA NE

16#0C84 Struja motora 0.1 A DA NE

16#0C85 Izlazni moment (u odnosnu na

nominalni) % DA NE

16#0C8B Izlazna snaga (u odnosu na

nominalnu) % DA NE

16#20DB Prebacivanje referentnog

kanala - DA DA

16#20DD Referentni kanal 1 - DA DA

16#20DE Referentni kanal 2 - DA DA

16#20E5 Prebacivanje komandnog

kanala - DA DA

16#20E7 Komandni kanal 1 - DA DA

16#20E8 Komandni kanal 2 - DA DA

16#2136 Referentna frekvencija 0.1 Hz DA DA


52

16#2199

Kontrolna riječ (za slanje

naredbi za pokretanje i

zaustavljanje)

- DA DA

Tabela 5.3.1. Adrese korištenih registara Altivar-a

5.5. Fizičko povezivanje ostalih komponenti sistema

Kako je već napomenuto, zatvaranje povratne sprege, odnosno dobivanje

informacije o stvarnoj brzini motora, nije bilo moguće realizovati direktnim

povezivanjem na Altivar. Iz tog razloga enkoder je morao biti povezan sa PLC-om preko

brojačkog modula. Kako je napajanje enkodera fiksno i iznosi 5V, a minimalni naponski

nivo logičke jedinice na ulazu u brojački modul iznosi 10V, bilo je neophodno pojačanje

ovog signala. U tu svrhu realizirano je prilagođenje sa operacionom pojačavačem.

Korišteno je operaciono pojačalo OP741 u neinvertirajućem spoju. Pojačanje je iznosilo

5.56. Na slici 5.10. je prikazana elektronska struktura operacionog pojačala u

neinvertirajućem spoju, a na slici 5.11. realizovana pločica.

Slika 5.10. Elektronska struktura pojačala


53

Slika 5.11. Izgled pločice

Boja žice Signal

bijela +15 V

crna GND

narandžasta -15 V

zelena ULAZ (signal sa enkodera)

crvena IZLAZ (signal koji ide na brojački modul EHC 0200)


54

Zaključak

Nakon detaljnog upoznavanja sa komunikacionim mrežama u okviru kolegija

Distribuirani sistemi, izrada ovog rada je dodatno doprinijela još boljem razumjevanju

tematike mreža.

Implementacija upravljanja aktuatorom (u ovom slučaju asinhronim motorom)

preko neke komunikacione mreže, iako često zastupljena, daje sasvim drugi aspekt

upravljanja za čije upoznavanje do sad nije bilo prilike. Ovako realizovan distribuirani

sistem upotrebom Modbus i Ethernet mreže omogućava jednostavno upravljanje i

nadgledanje asinhronog motora za prosječnog korisnika. Također, u PLC-u

implementiran je i PID regulator što dodatno pospješuje upravljanje motorom.

Ovaj rad pokazuje da je upravljanje motorom preko komunikacione mreže

relativno jednostavno za implementaciju uz zadržavanje svih performansi i

odgovarajuću reakciju motora kao objekta upravljanja. Također, očigledno ističe

prednosti ovakvog načina upravljanja s obzirom na mogućnost povećanja jedinica,

odnosno mjesta, sa kojih je upravljanje ostvarivo.


55

Literatura

[1] Magelis XBT-GT User Manual, Telemecanique, Schneider Electric Industries, January

2005

[2] Automation & Cotrol Modicon M340 catalogue, Telemecanique, Schneider Electric

Industries SAS, June 2007

[3] Altivar 71 User Manual, Telemecanique, Schneider Electric Industries, September

2006.

[4] Altivar 71 Installation Manual, Telemecanique, Schneider Electric Industries,

February 2005

[5] Jasmin Velagić, Predavanja iz Distribuiranih sistema, Elektrotehnički fakultet u

Sarajevu, 2014

[6] Ines Dedović, Zinka Kehić, Irfan Omerčić, „Realizacija distribuirane mreže“,

Seminarski rad na predmetu „Akvizicija i prenos podataka“, Februar 2009.god.

[7] Hujdur Muhidin, Senka Krivić , „ Upravljanje asinhronim motorom pomoću Altivar-a

71“, Seminarski rad na predmetu „Mehatronika“, Juni 2010.god.

[8] Sanida Mešinović , „Razvoj sistema za upravljanje i nadzor asinhronog motora“,

Seminarski rad na predmetu „Mehatronika“, Januar 2012.god.

Documents

SKADA sistem