COMANDA UNEI BENZI TRANSPORTOARE PRIN PROFIBUS, LOCAL ȘI DE LA DISTANȚĂ

1. Introducere

In contextul dezvoltării continue a industriei precum și a creșterii complexității sistemelor se pune problema monitorizării și comandării acestora atât locat cât și de la distanță. Conectarea în rețea are multiple avantaje. Un avantaj major îl reprezintă faptul că o dată cu creșterea complexității programului nu va crește timpul de răspuns al sistemului. Ciclul automat nu va dura mult, ceea ce înseamnă că ieșirile vor fi actualizate mult mai des și, în plus, intrările vor fi citite la intervale mai mici de timp. Acest lucru se poate dovedi de folos dacă automatul lucrează în medii cu variabile ce își pot modifica valoarea foarte rapid.

Un alt avantaj constă în faptul că sarcinile sunt distribuite între automate, ceea ce înseamnă că procesoarele automatelor nu vor fi suprasolicitate iar, din punctul de vedere al inginerului, programul este modularizat (ceea ce permite o mai bună urmărire a funcționării acestuia).

Nu în ultimul rând, conectarea în rețea va crește numărul de intrări/ieșiri disponibile pentru preluarea informațiilor de la proces, respectiv transmiterea comenzilor. 2. Echimapente utilizate In cadrul acestui proiect, s-au folosit următoarele echipamente didactice:

• Automat programabil Siemens S7-1200; • Automat programabil Siemens LOGO! 0BA7; • Panou didactic KTP600; • Convertizor de frecvență Micromaster 420; • Bandă transportoare prevăzută cu doi senzori la capete;

Pentru scrierea programului s-au folosit următoarele software-uri industriale:

• Totally Integrated Automation (TIA Portal); • Logo soft comfort;

3. Scurtă prezentare a aplicației

Se dorește comanda benzii transportoare atât prin intermediul panoului KTP600 cât și prin intermediul automatului programabil LOGO! 0BA7. In plus, banda trebuie să funcționeze în două moduri (alegerea manuală a sensului de mișcare = mod1 și schimbarea sensului de mișcare în funcție de cei doi senzori = mod2). Pentru a realiza acest lucru, s-a făcut o rețea PROFINET între automatul de la Siemens S7-1200, panoul KTP600, LOGO!0BA7 și o rețea PROFIBUS între convertizorul de frecvență și automatul S7-120.

Pentru modul 1 de funcționare s-au folosit două intrări ale automatului Logo! 0BA7 (start/stop și stânga/dreapta ), a căror stare este transmisă către S7-1200. La rândul său, automatul S7-1200 ia decizii și transmite comenzi către banda transportoare, prin intermediul convertizorului Micromaster 420.

Pentru modul 2 de funcționare, automatul LOGO!0BA7 preia starea senzorilor și o transmite mai departe către S7-1200. Acesta va da comenzi de schimbare a sensului

benzii în funcție de senzorul activ. Spre exemplu, daca banda se deplasează spre stânga și se activează senzorul din stânga ( ceea ce inseamnă că s-a ajuns în capătul benzii), trebuie inversat sensul de mișcare al benzii.

In același timp se poate monitoriza activitatea benzii cu ajutorul panoului operator KTP600. Pe acesta s-a implementat o aplicație care indică în orice moment starea benzii

4. Realizarea conexiunii PROFINET

4.1 Rețea între S7-1200 și panoul operator KTP600 Primul pas constă în crearea unui nou proiect TIA Portal și adăugrea configurației

automatului disponibil folosind comanda Add new device. Din panoul din dreapta (Catalog) se alege procesorul și , dacă este cazul, modulele de I/O disponibile. Acest proiect a fost realizat cu un automat ce are CPU 1214C DC/DC/DC și două module I/O 1223 (digitale) și 1234 (analogice).

Pentru a putea realiza conexiunea, se introduce în proiect un nou dispozitiv (add new device). Din fereastra nou apărută se alege KTP600 Basic PN. Se observă că acesta a fost introdus în proiect. Pentru a realiza conexiunea este suficienta conectarea porturilor profinet. Dupa parcurgerea acestor pași se va putea vizualiza rețeaua dintre cele două dispozitive.

4.2 Rețea între S7-1200 și LOGO! 0BA7

Conectarea celor două dispozitive presupune realizarea setărilor necesare atât în software-ul de automatizare TIA Portal cât și în Logo Soft Comfort. Setări necesare în TIA Portal.

Se adaugă o nouă conexiune dând click dreapta pe procesorul automatului S7-1200.

In fereastra nou apărută se alege tipul conexiunii : S7 Connection și local interface: PROFINET. Conexiunea astfel creată trebuie configurată. Acest lucru se realizează intrând în proprietățile acesteia și completând corespunzător câmpurile necesare. In submeniul General trebuie introdusă adresa automatului LOGO! 0BA7. Este important de reținut faptul că adresele ip ale celor două automate trebuie să fie din aceeași familie pentru a putea comunica.

In cadrul submeniului Address details trebuie făcute următoarele setări: trebuie

debifata optiunea SIMATIC ACC. In coloana Partner trebuie introduse datele partenerului (fig.11) și trebuie reținută valoarea TSAP din coloana Local.

Setări necesare în LOGO Soft Comfort.

In meniul Tools se alege Ethernet Connections. In fereastra nou apărută introduce adresa IP a automatului LOGO! și se crează o conexiune nouă.

Conexiunea nou creată trebuie configurată introducând adresa IP a automatului S7-1200 în câmpul Remote Properties precum și TSAP ( pe care îl putem afla din TIA Portal vezi figura de mai sus).

5. Realizarea conexiunii PROFIBUS

Pentru a putea conecta convertizorul de frecvență Micromaster 420 la automatul programabil S7-1200 este necesar ca ambii parteneri să prezinte un modul de profibus. Convertizorul de frecvență are în componență modulul de profibus. In cazul automatului, trebuie să îi atașăm un modul de profibus. Pentru această aplicație s-a dorit ca automatul S7-1200 să fie master iar convertizorul să fie slave. Modulul care îndeplinea această condiție este CM1243-5. Acesta trebuie introdus și în proiectul TIA Portal (vezi figura de mai jos). Ca și celelalte componente, acesta se găseste în catalog-> Communication Modules-> profibus->CM1243-5.

In proprietățile acestui modul trebuie setată adresa profibus a automatului S7-

1200 (care trebuie să fie diferită de cea a convertizorului de frecvență). In cadrul acestei aplicații automatului i s-a alocat adresa 2 iar convertizorului adresa 3.

Pentru a figura corect conexiunea master-slave, nu este suficientă introducerea doar a modulului profibus, ci trebuie adăugat, în rețea, și dispozitivul slave. Pe acesta îl găsim în catalog, secțiunea Other field devices -> profibus DP -> Drivers -> Siemens AG-> Simovert.

6. Prezentarea benzii transportoare Procesul condus de sistemul de automatizare prezentat mai sus, este reprezentat

de o bandă transportoare. Această bandă este acționată prin intermediul unui motor trifazat, cu o tensiune nominală de 230V și o putere nominală de 30 W. Pentru a putea comanda pornirea, oprirea, viteza de deplasare și inversarea sensului, motorul este conectat la convertizorul de frecvență Micromaster 420. Acesta transformă informația transmisă de automatul Siemens S7-1200 în comenzi pentru motorul benzii.

Banda este prevăzută cu doi senzori, câte unul in fiecare capăt al benzii. Unul dintre senzori este magnetic (a cărui activare se face în prezența unui câmp magnetic) iar celălalt este un senzor optic (care dă valoarea 0 în prezența unei suprafețe speciale). Pentru a putea activa ambii senzori cu un singur dispozitiv, s-a realizat un ansamblu creat dintr-o paletă pe care s-a amplasat într-o parte un magnet, iar în cealaltă parte o suprafață reflectorizantă recunoscută de senzorul optic. Această paletă se deplasează pe bandă, activând senzorii în momentul în care ajunge în dreptul lor.

7. Prezentarea programului LOGO

Programul automatului LOGO!0BA7 trebuie să asigure funcționarea corectă a benzii,

conform cu cele două moduri de funcționare prezentate anterior (subpunctul 3). Pentru aceasta, s-au folosit patru intrări ale automatului astfel:

• două dintre acestea sunt conectate la câte un switch; unul pentru start/stop iar celălalt pentru alegerea sensului de mișcare al benzii ( 0= banda se deplasează către stânga, 1=banda se deplasează către dreapta). Aceste intrări au semnificație doar în modul 1 de funcționare. In modul 2 ele sunt ignorate.

• două intrări preiau date de la senzorii benzii transportoare. Aceste intrări sunt luate în considerare doar în modul 2 de funcționare, în rest fiind ignorate.

Funcția pe care o are de îndeplinit acest automat în cadrul proiectului este una simplistă. El trebuie doar sa citească periodic intrările și să transmită mai departe, prin profinet, către automatul S7-1200, valoarea acestora.

Pentru a transmite informațiile, trebuie să configurăm suplimentar conexiunea creată anterior. Astfel, pentru fiecare bloc de tip flag (adrese de la MB0 la MB3), trebuie definit tipul de operație pe care o va face pe rețea (în cazul acesta se dorește să transmită informații către celălalt automat, deci funcția îndeplintă va fi cea de scriere), și adresa la care va scrie valoarea (adresa respectivă se află în memoria automatului S7-1200, într-un DataBase, intr-un bit al unei variabile de tip word). 8. Prezentarea modului de transmisie a datelor între Micromaster 420 și S7-1200

Datele transferate între convertizor și automat sunt structurate sub forma cuvintelor de control și de status (PKW și PZD), și în funcție de modul de funcționare ales (POO1, POO2, POO3, POO4 sau POO5). Convertizorul Micromaster 420 recunoaște doar POO1 și POO2, alegerea acestora facându-se din software-ul de automatizare TIA Portal.

Maparea cuvintelor de comandă și status

(pentru comunicația cu Micromaster420) în memoria automatului

Așa cum arată și figura de mai sus, fiecărui cuvânt de comandă îi este asociată o zonă de memorie în care vor fi înscrise datele corespunzătoare. In mod automat, TIA Portal mapează:

• cuvântul de comandă la adresa %QW172; • cuvântul corespunzător setării frecvenței la adresa %QW174

Dacă se dorește citirea statusului convertizorlui (respectiv a benzii ) trebuie citite valorile înscrise la adresele %IW172 și %IW174.

Pentru pornirea motorului benzii, în sens normal de funcționare, trebuie inițiată următoarea secvență de cuvinte de comandă: 0478 , 047E apoi 047F. Totuși, acest lucru nu este suficient pentru a vedea banda mișcându-se, deoarece trebuie să fie precizată și frecvența de lucru (inițial aceasta este zero). Dacă înscriem la adresa %QW174 o valoare diferită de 0, banda va porni (în sens normal daca valoarea este pozitivă și în sens invers daca valoarea introdusă este negativă). In programul TIA Portal, trebuie creata o funcție care realizează pașii menționați mai sus.

Setarea frecvenței se realizează din panoul operator KTP600 și este memorată în automatul S7-1200 într-o variabilă internă. Valoarea introdusă de operator trebuie să fie normată și scalată pentru a putea fi interpretată corect de către convertizor.

La adresa %QW174 trebuie introdusă o valoare între 0 și 16348 care corespunde intervalului de frecvență 0-50 Hz.

Pentru citirea valorilor parametrilor convertizorului, trebuie înscrisă cererea la adresele %QW68-%QW75 și apoi, valoarea va fi returnată la %IW68-%IW75.

9. Configurarea convertizorului Convertizorului de frecvență trebuie să îi setăm parametrii interni atât pentru

comunicația cu automatul programabil S7-1200 cât și pentru o bună comandă a motorului benzii transportoare. Pentru această aplicație s-a ales aplicarea quick commissioning la care s-a ținut cont de specificațiile inscripționate pe motor.

Dacă este prima dată când convertizorul lucrează cu motorul benzii, trebuie să fie configurat cu un Quick Commissioning (conform datasheet-ului convertizorului) pentu ca acesta să dea comenzile corespunzătoare. Deoarece dorim ca Micromaster 420 să accepte comenzi prin profibus, acesta trebuie să fie configurat suplimentar.

In primul rând, îi trebuie alocată o adresă de profibus (diferită de cea a masterului). Acest lucru se face prin scrierea adresei corespunzătoare în parametrul P0918. Pentru a accepta comenzi prin profibus, parametrii P0700 si P1000 trebuie setați cu valoarea 6 iar P0927 trebuie să aibă toți biții setați (valoarea1).

Totuși, acest quick commissioning nu este suficient pentru realizarea comuncației prin PROFIBUS. In primul rând, așa cum am menționat și mai sus, convertizorul reprezintă un slave. Acestuia îi trebuie alocată o adresă pentru a putea fi accesat și recunoscut în rețea. Adresa se poate aloca fie prin setarea parametrului P0918 la valoarea dorită fie prin setarea hardware, ca în figura de mai jos. In plus, P0719 trebuie sa fie inscripționat cu valoarea 0. Switch-urile vor constitui valoarea în binar a adresei. Plaja de valori pe care o poate lua este între 1 si 125.

Totodată, pentru a putea fi recunoscut de către master, adresa alocată (fie hardware fie prin modificarea parametrului P0918) trebuie introdusă și în TIA-Portal.

In plus, trebuie alocată o adresă de profibus și pentru master, adresă care trebuie

să fie diferită de cea a modulului slave.

In concluzie, in afară de parametrul P0918, care menține adresa profibus, mai trebuie configurați și următorii parametrii:

• P 0719 trebuie pus pe 0; • P 0700 trebuie setat pe valoarea 6 (pentru a da voie dispozitivului de tip master sa

modifice parametrii interni ai convertizorului); • P 1000 trebuie setat pe valoarea 6 ( la fel ca în cazul P0700) ; • P 0927 trebuie să aibă toți biții setați pe 1

10. Programul pricipal în TIA Portal

Programul automatului S7-1200 se ocupă de centralizarea semnalelor primite din diferite surse ( de la panoul operator, de la automatul Logo!0BA7 și de la convertizor). Acest program se ocupă de implementarea celor două moduri de funcționare, dă comenzile necesare către convertizor pentru ca banda să funcționeze corect , realizează normarea și scalarea frecvenței introduse de operator (către o valoare ce are semnificație pentru convertizor între 0 și 16348).

Pentru preluarea informațiilor de la automatul Logo!0BA7 s-a creat un DataBlock în care s-a definit o variabilă „date” de tip word. Automatul Logo este programat astfel încât să seteze biții acestei variabile în funcție de valorile pe care le primește la intrare.

Biții acestei variabile sunt accesați în cadrul programului pentru a realiza diferite condiții. Spre exemplu, pentru pornirea benzii la apăsarea butonului conectat la intrarea I1 din automatul Logo!0BA7, trebuie scrisă următoarea secvență de cod ladder: dacă din HMI a fost ales Mod1 și Comandă Logo și este apăsat butonul corespunzător intrării I1 din Logo, atunci setează un bit ce activează function block ce se ocupă de secvența de pornire a motorului-vezi secțiunea 8 ( linia 1 din programul ladder de mai jos). Dacă butonul nu mai este apăsat, (bitul 0 al variabilei „date” de tip word = %DB8.DBX0.0 este 0) atunci se pune valoarea 0 în frecvență, ceea ce va duce la oprirea motorului (linia 3 din ladder).

11. Programul pentru panoul operator

Pentru o bună comandă a benzii prin intermediul panoului, acesta a fost prevăzut cu șase butoane: Start, Stop, Comandă HMI, Comandă Logo, Mod 1 și Mod 2 precum și cu un câmp special pentru setarea frecvenței. In plus acesta prezintă numeroase indicatoare luminoase ce prezintă starea benzii, modul actual de lucru, precum și starea senzorilor.

Dacă este setat butonul Comandă HMI împreună cu Mod 1, banda poate fi acționată prin intermediul butoanelor de Start/Stop din panoul didactic KTP600. Butonul Comandă Logo va da voie automatului Logo să acționeze banda prin intermediul intrărilor I1 și I2 (start/stop și alegere sens vezi secțiunea 7). Apăsarea butonului Mod 2 va trece banda în modul 2 de funcționare.