9      Komunikácia PLC prostredníctvom PROFInet CBA

Obsah


9 Komunikácia prostredníctvom PROFInet CBA

9.1 Zadanie úlohy

9.2 Opis systému

9.3 Postup riešenia úlohy

9.4 Komunikácia s frekvenčným meničom.

9.4.1 Riadenie frekvenčného meniča prostredníctvom zbernice PROFIBUS DP

9.4.2 Funkcie na komunikáciu s frekvenčným meničom cez zbernicu PROFIBUS DP

9.5 Frekvenčný menič SINAMICS G120

9.5.1 Pripojenie meniča SINAMICS G120 na zbernicu PROFIBUS DP.

 Príloha

9.6 Konfigurácia hardvéru na pracovisku č.6 – SINAMICS G120..

9.6.1 Pripojenie zariadenia DP Slave...........

9.6.2 Pripojenie meniča SINAMICS G120 na sieť Profibus


 

9.1    Zadanie úlohy

Vytvorte projekt SxPyC9U1, v ktorom bude implementované ovládanie frekvenčného meniča  SINAMICS G120 a úprava hodnoty žiadanej rýchlosti. Vytvorte 2 programy, ktoré umožnia dve základné činnosti:

  1. Načítať stavové slovo, hodnotu hlavnej procesnej veličiny (rýchlosť), vyslať do meniča riadiace slovo a žiadanú rýchlosť. Program má umožniť spustenie/blokovanie meniča a zadanie žiadanej hodnoty (rýchlosti, alebo frekvencie).
  2. Konvertovať:

·         hodnotu žiadanej rýchlosti z fyzikálnych jednotiek v ot/s na premennú typu word. Vykonáva sa konverzia z rozsahu ±50.0 ot/s na ±16384.

·         hodnotu aktuálnej rýchlosti z premennej typu word na fyzikálne jednotky v ot/s. Vykonáva sa konverzia z rozsahu ±16384 na ±50.0 ot/s.

Uvedené dve činnosti majú byť vykonávané pomocou dvoch PLC:

  1. PLC č. 1 (CPU 317-2 PN/DP), ktoré bezprostredne ovláda frekvenčný menič SINAMICS G120
  2. PLC č. 2 (CPU 315-2 PN/DP), ktoré realizuje úpravu rozsahu žiadanej a aktuálnej rýchlosti a nastavenie bitov riadiaceho slova frekvenčného meniča SINAMICS G120.   

Komunikácia PLC č.1 s PLC č.2 má byť realizovaná prostredníctvom siete PROFInet CBA.

Oba programy majú byť vykonávané v rámci organizačných blokov OB1 na jednotlivých PLC. Vstupné a výstupné premenné programu majú byť uložené v zdieľanom („shared“) údajovom bloku DB1 v pamäti PLC č.2. Obsah údajového bloku DB1 je na obrázku nižšie.


Zadávanie žiadaných hodnôt a monitorovanie stavového slova a hlavnej procesnej veličiny má byť realizované prostredníctvom tabuľky monitorovaných a modifikovaných hodnôt (VAT) na PLC č.2.

Činnosť programu a celkovú konfiguráciu overte na reálnom zariadení.

Hodnotenie riešenia úlohy: 15 bodov

9.2    Opis systému

   
Obr. 1Prepojenie komponentov systému

   

Obr. 2 Prepojenie programových komponentov

9.3    Postup riešenia úlohy

Nižšie uvedené obrázky sa nachádzajú v dokumente Cv09-Podklady.pdf.

1.      Konfigurácia hardvéru a sietí

·         Konfigurácia PLC1

o       Vloženie CPU 317-2PN/DP do roštu CPU, zriadenie siete Ethernet a pripojenie na sieť Ethernet, nastavenie IP adresy (Obr.1- 6)

o       Zriadenie siete PROFIBUS, nastavenie adresy PLC na sieti PROFIBUS, vloženie frekvenčného meniča do siete. Viď nižšie – Príloha. (+ Obr.7-8)

o       Vloženie modulu simulovaných vstupov a výstupov do roštu PLC (Obr.9)

o       Nastavenie podielu času na prenos údajov do / z iných zariadení na dĺžke trvania OB1 na hodnotu 50% (Obr.11)

o       Zmena názvu stanice “SIMATIC 300 Station” na “S7-300 Station (PLC1)” v Simatic Manageri (Obr.10)

·         Konfigurácia PLC 2

o       Vloženie novej stanice typu „SIMATIC 300 Station“ do projektu (Obr.12)

o       Vloženie roštu PLC do konfigurácie hardvéru vytvorenej stanice typu „SIMATIC 300 Station“ (Obr.13)

o       Vloženie CPU 315-2 PN/DP do roštu PLC 2, pripojenie na sieť Ethernet, nastvenie IP adresy (Obr.14)

o       Nastavenie parametrov siete PROFInet (Obr.15-17)

o       Nastavenie podielu času na prenos údajov do / z iných zariadení na dĺžke trvania OB1 na hodnotu 50% (Obr.11).

o       Zmena názvu stanice “SIMATIC 300(1)” na “S7-300 Station (PLC2)” v Simatic Manageri (Obr.18)

2.      Vytvorenie rozhrania a komponentov pre PROFInet

·        Údajový blok rozhrania a komponent PROFInet pre PLC 1

o       Vytvorenie a editovanie obsahu údajového bloku DB10 pomocou aplikácie SIMATIC Manager (Obr.19-22)

o       Vytvorenie komponentu PROFInet pre PLC 1 (Obr. 23-25). Komponent uložte do svojho pracovného adresára.

·        Údajový blok rozhrania a komponent PROFInet pre PLC 2

o       Vytvorenie a editovanie obsahu údajového bloku DB11 pomocou aplikácie SIMATIC Manager (Obr.27-31)

o       Vytvorenie komponentu PROFInet pre PLC 2 (Obr. 32-34). Komponent uložte do svojho pracovného adresára.

3.      Vytvorenie užívateľského programu pre PLC 1 a PLC 2

·        Užívateľský program v PLC 1

o       Načítanie a zápis hodnôt z/do frekvenčného meniča. Do meniča sa zapisujú vstupné premenné údajového bloku DB10 (ide o riadiace slovo a žiadanú rýchlosť: DB10.STW1, DB10.HSW1). Hodnoty načítané z meniča (stavové slovo a aktuálna rýchlosť: DB10.ZSW1, DB10.HIW1) sa zapisujú do výstupných premenných DB10. (Obr.35-36) 

·        Užívateľský program v PLC 2

o       Nastavenie najnižšieho bitu riadiaceho slova na základe premennej DB1.Chod a jeho zápis do výstupnej premennej DB11 (DB11.STW1)

o       Prepočet žiadanej rýchlosti vyjadrenej v ot/s (DB1.HSW_Real) na premennú typu WORD, ktorá je zároveň výstupnou premennou DB11 (DB11.HSW1). Konverzia REAL → WORD: ROUND (REAL → DINT), MOVE (DINT → WORD)

o       Prepočet aktuálnej rýchlosti (DB11.HIW1) z pomerných jednotiek na ot/s a zápis výsledku do premennej DB1.HIW_Real. Knverzia WORD → REAL: MOVE (WORD → INT), I_DI (INT → DINT), DI_R (DINT → REAL).

o       Uloženie hodnoty načítaného stavového slova meniča (premenná DB11.ZSW1) do premennej DB1.ZSW.

4.      Prepojenie komponentov PROFInet pre PLC 1 a PLC 2 pomocou aplikácie SIMATIC iMap

·        Vloženie komponentov pre PROFInet, vytvorených v bode 2, do knižnice iMap:

menu iMap:  Library → Import Components.

Komponenty by mali byť uložené vo Vašom pracovnom adresári.

·        Prenesenie  komponentov pre PROFInet z knižnice iMap (Obr.37). Komponenty sa prenesú z okna „Project Library“ do okna „Plant view“.

·        Nastavenie IP adries vložených komponentov (Obr.38-39). IP adresy je možné nastaviť v záložke „Addresses“ v okne vlastností jednotlivých komponentov. Okno vlastní sa otvorí po výbere možnosti „Properties“ po kliknutí pravým tlačidlom myši nad daným komponentom.

·        Vzájomné prepojenie komponentov PROFInet (Obr.40)

·        Uloženie projektu aplikácie SIMATIC iMap a generovanie projektu:

Menu iMap: Project → Generate → Control Unit → Changes Only

·        Kontrola správnosti generovania projektu pomocou „Project view“ (Obr.41) a Network view (Obr.42).

·        Zavedenie prepojení PROFInet a programov do pamätí PLC:

Menu iMap: Online → Download all instances → All

5.      Testovanie činnosti

·        Frekvenčný menič má byť ovládaný zmenou premenných Chod a HSW_Real, uložených v údajovom bloku DB1, ktorý sa nachádza v pamäti PLC 2. Premenné údajového bloku DB1 (Obr.43)

 

9.4    Komunikácia s frekvenčným meničom

Komunikácia s meničmi SINAMICS G120 a MicroMASTER prostredníctvom zbernice PROFIBUS DP sa realizuje cez rozhranie zbernice Profibus DP. Spôsob komunikácie zápisu hodnôt a parametrov do meniča a ich čítanie z neho je definovaný komunikačným profilom PROFIdrive.

Menič sa konfiguruje a ovláda zápisom (čítaním) do vstupno/výstupných registrov rozhrania pre PROFIBUS. Tieto registre sa nachádzajú vo vstupno/výstupnom priestore CPU a pristupuje sa k nim pomocou systémových funkcií SFC14 a SFC15 z knižnice funkcií a funkčných blokov STEP 7[1].

9.4.1     Riadenie frekvenčného meniča prostredníctvom zbernice PROFIBUS DP

Činnosť frekvenčného meniča je možné ovládať prostredníctvom oblasti PZD o dĺžke 4 bajty, v užívateľských údajoch, ktoré je možné zapisovať do komunikačného modulu meniča (resp. čítať z neho). Oblasť PZD je tvorená dvomi 16-bitovými slovami PZD1 a PZD2. Adresný priestor vyhradený oblasti PZD zistíte z konfigurácie hardvéru. Spodné 2 bajty sú vyhradené pre PZD1, horné 2 pre PZD2.

Do PZD1 sa zapisuje riadiace slovo na riadenie činnosti meniča a číta sa z neho stavové slovo meniča. Do PZD2 sa zapisuje hodnota žiadanej veličiny (napr. rýchlosť) a číta sa z neho hodnota sledovanej veličiny (napr. skutočná rýchlosť motora). To, ktorá veličina je sledovaná, sa nastavuje pri konfigurácii meniča.

Správanie frekvenčného meniča je opísané všeobecným stavovým diagramom na Obr. 2. Pri spúšťaní a vypínaní meniča dochádza k prechodom v stavovom diagrame. T.j. riadiaci program musí vždy vygenerovať vhodnú postupnosť riadiacich slov (STW1). Tieto riadiace slová sú generované podľa aktuálneho stavu, ktorý je možné zistiť zo stavového slova (ZSW1) a riadiaceho slova (STW1)[2]. Význam bitov stavového a riadiaceho slova je v prílohe.

STW – riadiace slovo, ZSW – stavové slovo,

HSW – akčná veličina (žiadaná frekvencia),

HIW – hlavná meraná veličina (aktuálna frekvencia).

Obr. 3    Štruktúra objektov na prenos parametrov a procesných veličín (PPO) podľa špecifikácie PROFIDRIVE, V2.0 (časť PKW slúži na prenos parametrov)

 

Obr. 4    Stavový diagram pohonného objektu

Pri ovládaní frekvenčného meniča je potrebné realizovať prechody v stavovom diagrame pomocou vhodných riadiacich slov tak ako je uvedené v tabuľke. Zvyšné bity riadiaceho slova musia byť nastavené na základe významu jednotlivých bitov riadiaceho slova pre daný frekvenčný menič. V tabuľke je uvedená počiatočná hodnota riadiaceho slova pre meniče SINAMICS G120 a MicroMASTER.

Tabuľka 1       

Požadované prechody v stavovom diagrame a nastavenie bitov riadiaceho slova meniča

Prechod

Bity riadiaceho slova

Poznámka

bit 6

bit 2

bit 1

bit 0

S1 → S2

X

1

1

0

V stave S1 sa menič nachádza po zapnutí napájania

S2 → S4

1

1

1

1

Spustenie

S4 → S2

1

1

1

0

Vypnutie

 

Tabuľka 2       

Počiatočné hodnoty riadiaceho slova

Frekvenčný menič

Počiatočná hodnota riadiaceho slova

SINAMICS G120

2#0000_0100_1111_1110

 

Vzťah medzi rýchlosťou, alebo frekvenciou a aktuálnou (žiadanou) hodnotou, ktorá je prečítaná z (zapisovaná do) frekvenčného meniča je uvedený v (1).

[ot/s]                                                                                               (1)  

9.4.2     Funkcie na komunikáciu s frekvenčným meničom cez zbernicu PROFIBUS DP

 

Obr. 5  Príklad volania funkcie SFC14 „DPRD_DAT“ v editore LAD (načítanie dvanástich bajtov do bitovej pamäti v prípade meniča SINAMICS G120, pre MICROMASTER sa načítajú len 4 bajty)

Opis parametrov funkcie SFC14 „DPRD_DAT“

Vstupný parameter:

LADDR(typ WORD)-- Počiatočná adresa čítaných hodnôt v I/O priestore CPU. Musí byť zadaná v hexadecimálnom tvare. Musí byť z rozsahu hodnôt v poli „I address“ meniča v programe HW Config. (Pozor, v okne programu HW Config sú vstupné a výstupné adresy zobrazené v desiatkovom tvare!)

Príklad:o:p>

LADDR = W#16#100

Výstupné parametre:

RET_VAL (typ INT) - Chybový kód (chyba ak RetVal <> 0)

RECORD (typ ANY) – Adresa oblasti do ktorej sa má uložiť hodnota prečítaná zo zariadenia Profibus DP Slave. Zadáva sa v tvare:

P#DBcb.DBX ab.0 BYTE pb                                   zápis údajov do údajového bloku

P#Mab.0 BYTE pb                                                    zápis údajov do bitovej pamäte

kde je:

cb - číslo údajového bloku, do ktorého majú byť údaje zapísané,

ab - počiatočná adresa oblasti v pamäti, alebo údajovom bloku, od ktorej majú byť zapisované údaje prečítané zo zariadenia DP Slave,

pb - počet bajtov čítaných zo zariadenia DP Slave (rozsah čítanej oblasti v bajtoch).


Obr. 6   
Okno programu HW Config s adresným priestorom vyhradeným pre menič SINAMICS G120

Funkcia SFC15 "DPWR_DAT" (Zápis údajov na zariadenie DP Slave)


Obr. 7    Príklad volania funkcie SFC15 „DPWR_DAT“ v editore LAD (zápis štyroch bajtov z bitovej pamäti)

Vstupné parametre:

LADDR(typ WORD)- Počiatočná adresa čítaných hodnôt v I/O priestore CPU. Musí byť zadaná v hexadecimálnom tvare. Musí byť z rozsahu hodnôt v poli „Q address“ meniča v programe HW Config. (Pozor, v okne programu HW Config sú vstupné a výstupné adresy zobrazené v desiatkovom tvare!)

Príklad:

LADDR = W#16#100

RECORD (typ ANY) – Adresa oblasti, z ktorej sa majú čítať hodnoty vysielané na zariadenie Profibus DP Slave. Spôsob špecifikácie adresy viď v: Opis parametrov funkcie SFC14 „DPRD_DAT“.

Výstupný parameter:

RET_VAL (typu INT) - Chybový kód (chyba ak RetVal <> 0).

9.5    Frekvenčný menič SINAMICS G120

Frekvenčný menič SINAMICS G120 umožňuje vektorové riadenie trojfázového asynchrónneho motora (ďalej AM). Vstupnou veličinou, pri riadení meniča, je žiadaná rýchlosť, alebo moment motora.

Menič je možné ovládať:

·                    z klávesnice meniča,

·                    pomocou analógových a binárnych vstupov meniča,

·                    pomocou zbernice PROFIBUS DP.

Na cvičení z predmetu Priemyselné komunikačné systémy sa menič ovláda prostredníctvom zbernice PROFIBUS DP.

9.5.1     Pripojenie meniča SINAMICS G120 na zbernicu PROFIBUS DP

Prepojenie jednotlivých častí systému S7-300 je uvedené na Obr.6.

Projekt, v ktorom sa používa menič SINAMICS G120 musí mať tento menič obsiahnutý v konfigurácii hardvéru.

Postup konfigurácie hardvéru na pracovisku číslo 2 je v prílohe. V tabuľkách 3, 4 je význam bitov stavového a riadiaceho slova meniča

Obr. 8    Prepojenie zariadení na pracovisku č.6 v laboratóriu Siemens

Tabuľka 3       

Význam bitov stavového slova (ZSW1) frekvenčného meniča SINAMICS G120

 

Tabuľka 4       

Význam bitov riadiaceho slova (STW1) frekvenčného meniča SINAMICS G120

 

 

Príloha

9.6    Konfigurácia hardvéru na pracovisku č.6 – SINAMICS G120

Konfigurácia hardvéru sa vykonáva pomocou programu „HW Config“, ktorý sa spúšťa otvorením objektu „Hardware“ v priečinku „S7 Program“. Rošt CPU obsahuje modul CPU 317-2 PN/DP s objednávacím číslom 6ES7 317-2EK13-0AB0 (verzia firmvéru 2.5) a modul simulovaných binárnych vstupov a výstupov typu SM374, ktorý nahradíte modulombinárnych vstupov a výstupov DI8/DO8 24 V.

9.6.1     Pripojenie zariadenia DP Slave

CPU 317-2 PN/DP môže slúžiť ako zariadenie DP Master v sieti jemu podriadených zariadení (zariadení DP Slave). To znamená, že CPU môže komunikovať s ďalšími zariadeniami, ktoré nemusia byť zasunuté v spoločnom rošte (montážnej lište) CPU, nemusia to byť ani moduly radu S7-300 a ani výrobky firmy Siemens. Pomocou siete Profibus je možný prenos údajov medzi CPU a ľubovoľným zariadením, ktoré môže komunikovať prostredníctvom siete Profibus.

Ďalej je opísaný spôsob pripájania na sieť Profibus meniča SINAMICS G120 ako zariadenia typu Slave.

9.6.2     Pripojenie meniča SINAMICS G120 na sieť Profibus

Najskôr je nutné zriadiť sieť Profibus DP a CPU 317-2 PN/DP označiť ako zariadenie Master.

  1. V programe „HW Config“ dvakrát kliknite ľavým tlačidlom myši na položku „DP Master“ v rošte kde je umiestnené CPU. Otvorí sa okno „Properties - DP Master“.
  2. Stlačte tlačidlo „Properties“. Otvorí sa okno „Properties - PROFIBUS interface DP Master“.
  3. V záložke „Parameters“ stlačte tlačidlo „New“. Otvorí sa okno „Properties - New subnetPROFIBUS“. Adresa modulu CPU na sieti PROFIBUS má byť nastavená na hodnotu 52.
  4. V záložke „Network Settings“ zvoľte prenosovú rýchlosť 12 Mbit/s a nastavte „Profile“ na DP.
  5. Stláčaním tlačidiel „OK“ zatvorte okná „Properties - New subnetPROFIBUS“, „Properties - PROFIBUS interface DP Master“, „Properties - DP Master“.
  6. Konfiguráciu uložíte pomocou položky menu Station ® Save a zavrite okno programu „HW Config“.
  7. V okne otvoreného projektu v Simatic Manageri otvorte kontajner CPU 317-2 PN/DP (ľavým tlačidlom myši kliknite na objekt „CPU 317-2 PN/DP“ v ľavej časti okna).
  8. Dvakrát kliknite ľavým tlačidlom myši na objekt „Connections“ v pravej časti okna.

Spustí sa program „Netpro“. V hornej časti okna programu „Netpro“ sa nachádza v grafickej podobe prepojenie jednotlivých komponentov systému. Ak je nainštalovaná len jedna stanica S7-300, s jedným CPU a modulmi vloženými v rošte, potom táto časť okna obsahuje len dva objekty: „SIMATIC 300 Station“ a sieť MPI.

Pripojenie meniča SINAMICS G120 na sieť Profibus

Menič frekvencie SINAMICS G120 je pripojený na sieť Profibus prostredníctvom integrovaného rozhrania PROFIBUS. Postup pridania meniča SIANAMICS G120 do konfigurácie hardvéru, je uvedený nižšie.

  1. Spustite program „Netpro“:

o      Z okna programu „HW Config“ vyberte položku menu Options ® Configure Network.

  1. V okne programu „NetPro“ pripojte na sieť Profibus komponent „Profibus DP ® Additional Field Devices ® Drives ® SINAMICS ® SINAMICS G120“. Adresu modulu v rámci siete Profibus nastavte na 53.
  2. Otvorte okno programu „HW Config“. Ľavým tlačidlom myši kliknite na zariadenie SINAMICS G120.
  3. Do slotu č.1 v spodnej časti okna vložte komponent „Profibus DP ® Additional Field Devices ® Drives ® SINAMICS ® SINAMICS G120 ® Standard Telegram 1, PZD-2/2 “ z okna „Hardware Catalog“. (Okno „Hardware Catalog“ sa zobrazí pomocou položky menu Insert ® Hardware Components programu „HW Config“.)


Ak sa v menu okna „Hardware Catalog“ nenachádza príslušný komponent, je nutné nainštalovať GSD súbor pre menič SINAMICS G120. Inštalácia sa vykoná z menu programu „HW Config“. Vyberte položku Options ® Install new GSD...

Obr. 9    Okno programu NetPro s nainštalovanými modulmi SIMATIC 300 Station, a meničom SINAMICS G120

  1. Konfiguráciu hardvéru uložte pomocou položky menu Station ® Save v programe „HW Config“.


[1]              Uvedené funkcie sa nachádzajú v kontajneri Standard Library ® System Function Blocks.

[2]  Riadiace slovo meniča sa použije pri detekcii stavu S5, pretože stavové slovo (ZSW1) je rovnaké pre stavy S3 a S5.