PLC, opsætning af industrielle bussystemer

Transkript

1 PLC, opsætning af industrielle bussystemer 1 af 42

2 Sådan begyndte det I den tid vi mennesker har eksisteret, har vi haft behov for at kommunikere over længere strækninger. I starten er det foregået med primitive midler som f.eks. trommen og råben og senere med ild en teknik, som er anvendt langt ind i vor tidsregning. Ingen af disse protokoller var dog særligt sikre, da vind og vejr havde stor betydning for signalets kvalitet. Desuden var der ikke båndbredde nok til at sende en egentlig besked. Op gennem historien har mennesket eksperimenteret med kommunikation, og med opdagelsen af strøm, kom der skred i udviklingen. Allerede i starten af 1800 tallet, var der flere videnskabsmænd, der gik og syslede med udviklingen af elektriske telegrafer. En af dem var Samuel Thomas von Sömmering, som i årene 1808 til 1810 udviklede den Elektrokemiske telegraf. Telegrafen bestod af 35 ledninger, som repræsenterede hvert bogstav i det tyske alfabet samt tallene 0 til 9. I afsender enden, var ledningerne monteret på en plint, så det var muligt, at tilføre strøm til dem enkeltvis. I modtager enden, var hver ledning forbundet med en elektrode, som var nedsænket i et syrebad. Når strømmen blev tilsluttet og sendt gennem syren, opstod der vha. elektrolyse bobler, og derved kunne man se, hvilket bogstav, der var modtaget. Von Sömmering havde lært teknikken af spanieren Francisco Salva, som allerede i 1804 havde en lignende opstilling i sit laboratorium. Da Sömmering anvendte kraftigere batterier end Salva, kunne han kommunikere over svimlende 3,5 kilometer. I 1837 patenterede englænderne Cooke and Wheatstone en telegraf, som gennem seks ledere forbundet med fem galvanometernåle på række, kunne gengive 20 bogstaver af alfabetet. Hvert bogstav blev formet ved at sende strøm til galvanometernålene, som så drejede til højre eller venstre, og derved formede et bogstav. Måske svært at forklare, men så let at anvende, at selv børn blev brugt som operatører. Før telegrafen kunne anvendes i praksis, måtte Cooke and Wheatstone videreudvikle telegrafen. Seks ledere var for dyr en løsning, så derfor skar de i 1838 antallet af nåle ned fra fem til to. Det indebar, at antallet af ledere nu var nede på tre, men at bogstaverne ikke længere blev vist direkte. Nu skulle de i stedet aflæses gennem komplekse koder som krævede masser af træning. 2 af 42

3 Ulempen ved kommunikation gennem de første telegrafer var, at alle signaler skulle sendes parallelt. Denne form for kommunikation kræver mange ledere, og var derved en dyr løsning. En anden ulempe var, at der i starten kun kunne kommunikeres i én retning - også kaldet Simplex. Senere blev det dog muligt, at skiftes til at sende og modtage via telegraferne også kaldet halv duplex. Da Samuel F.B. Morse viste sit kodesystem omkring 1838, havde han samtidig introduceret verdens første binære serielle kommunikationsprotokol. Karaktererne dannes af prikker og streger (binær 0 og 1 ), og sendes serielt i en lang streng. Morse protokollen blev forfinet op gennem tiden, og de første regler for kommunikation blev beskrevet. Signalet for en streg varer 3 gange så længe som signalet for en prik Pausen mellem de enkelte tegn svarer til længden af et prik signal Pausen mellem de enkelte bogstaver svarer til længden af et streg signal Pausen mellem de enkelte ord svarer til længden på 3x streg signal Herunder ses en datapakke sendt med morsekode: 3 af 42

4 Standarder for kommunikation For at kunne transmittere data, er det nødvendigt at finde ud af hvilken standard, der skal anvendes. En standard beskriver hvilke regler, der gælder for den fysiske forbindelse mellem sender og modtager. Det kan f.eks. være: Mekaniske dimensioner på stik Antal og placering af stikben Navne på signaler Strøm-, spænding- og modstandsniveauer Beskrivelse af de logiske niveauer De gængse standarder arbejder ud fra følgende principper når det drejer sig om signalniveauer. Single ended: Ved denne kommunikationsform anvendes kun en signalleder. Signalet sendes ved, at spændingsniveauet mellem signallederen og signal stel skifter mellem positiv (+) for logisk 1 og negativ (-) for logisk 0. Kommunikationen er ubalanceret og forholdsvis følsom overfor støj. Derfor er denne type kun anvendelig ved korte forbindelser med lav hastighed. Differentiel: Ved denne kommunikationsform anvendes to signalledere. Signalet sendes ved, at begge ledere skifter spændingsniveau i forhold til den interne reference. Dette giver en balanceret og meget støjimmun forbindelse, der kan klare kabellængder op til 1200 m med hastigheder op til 12 Mbps. Current loop: Ved denne kommunikationsform anvendes kun en signalledere. Signalet sendes ved, at tænde og slukke for et strømsignal. Denne form for datatransmission er en af de ældste, og er ikke beskrevet i nogen officiel standard. Normalt anvendes der 0 ma for logisk 0 og 20 ma for logisk 1. Da der anvendes strøm, er denne form for kommunikation ikke særlig følsom over for støj, ligesom spændingsfaldet i lange ledninger ikke har nogen betydning. 4 af 42

5 Hvad hedder de så i praksis? Den mest udbredte standard hedder RS232, og blev allerede beskrevet af EIA (Electrical Industries Association) i RS232 er en ubalanceret punkt-til-punkt kommunikation, som kun kan håndtere én afsender og én modtager. Den maksimale kabellængde er ca. 10 m og hastigheden kan højest nå op på omkring 20 kbps. Standarden understøtter Fuld duplex, hvilket vil sige, at afsender og modtager kan tale samtidig. Det mindste antal forbindelserne til en RS232 forbindelse er to kommunikationsledere og én signal stel. De øvrige signaler bruges, hvis der ønskes hardware handshake. RS422 er en balanceret kommunikation, som kan håndtere såvel punkt-til-punkt forbindelser samt mindre master-slave systemer med én master og op til 10 slaver. Da RS422 er balanceret, er den mindre følsom for støj, og kan derfor anvendes ved afstande op til 1200 m og hastigheder på op til 10 Mbps i fuld duplex. RS485 er en balanceret kommunikation baseret på RS422, men er beregnet til at kommunikere via bus, hvor alle deltagere har en adresse. Kommunikationen her er halv duplex, da der kun anvendes to kommunikations ledere. Et Enable signal bestemmer om der skal sendes eller modtages. Som ved RS422 er den mindre følsom for støj og kan anvendes ved afstande op til 1200 m og hastigheder på op til 12 Mbps halv duplex. RS485 ligger til grund for en del af de bussystemer, der i dag anvendes i industrien. 5 af 42

6 Netværk I den stadige jagt på rentabel og stabil højhastighedskommunikation, konkkurerer udbyderne af komponenter og PLC systemer om at udvikle Ethernet baserede løsninger til industrien. Gennem tiden har industrien gjort brug af en mængde forskellige kommunikationssystemer - alle med det fælles formål at transportere data mellem PC er, PLC er og komponenter så hurtigt og sikkert som muligt. De fleste bussystemer og netværk er bygget over grundstandarder som f.eks. RS232, RS485 eller Ethernet. For at kunne kommunikere skal der bruges en protokol. Protokollen beskriver hvilket sprog, der tales på bussen eller i netværket og kan f.eks. hedde MODBUS, CANopen eller LonWorks. Nogle transportveje kan håndtere flere protokoller samtidig. I dag findes en underskov af mere eller mindre kendte systemer, men her har vi valgt at fokusere på to af de største på det danske marked, nemlig PROFINET fra Siemens samt Ethernet/IP fra Rockwell Automation. Distribueret Profinet station fra Siemens Ventilstation til Ethernet/IP 6 af 42

7 Opgave 1. I denne opgave skal du opsætte og anvende en I/O node på et Siemens PROFINET. 1. Åben et nyt PLC projekt og dobbeltklik på Hardware 2. Konfigurer PLC,en med den rigtige hardware. 7 af 42

8 3. Dobbeltklik på PN-IO for at tilslutte CPUén til netværk 4. Tryk på Properties. Indtast IP adresse og Subnet mask og tryk på New 8 af 42

9 5. Tryk på OK for at oprette netværket 6. Tryk på OK for at tilslutte CUUén til netværket 9 af 42

10 7. Ethernettet er nu oprettet og CPUén tilsluttet. Tryk på OK. Husk at downloade 8. Når hardwarekonfigurationen er downloaded, trykkes der på Insert i menuen og PROFINET IO System vælges. 10 af 42

11 9. Nu vises det faktiske PROFINET i hardwarekonfigurationen. 10. I højre side vælges nu PROFINET IO dernæst I/O og ET200S. Nu skal det rigtige modul vælges. Vær sikker på at numret på komponenten er det rigtige. Når enheden er fundet, trækkes den ind på PROFINETtet 11 af 42

12 11. Noden er nu tilsluttet PROFINETtet og skal navngives. Dobbeltklik på enheden for at give den et navn. 12. I feltet Device name skrives IO-Modul-1 og der afsluttes med tryk på OK 12 af 42

13 13. For at kunne bruge noden, skal navn og opsætning skrives til dennes hukommelseskort Vær sikker på at komponenten er markeret og tryk på PLC i rullemenuen. Vælg Ethernet og Assign Device Name. 14. Følgende vises. Vælg enheden i Available devices og tryk på Assign name FORKERT BILLEDE 13 af 42

14 15. Kommunikationsmodulet er nu konfigureret. Indsæt nu de I/O moduler, som er tilsluttet modulet. Vær sikker på du vælger de rigtige. 16. Konfigurationen skal ligne den nedenstående. Noter Q og I adresserne. 14 af 42

15 17. Hardwarekonfigurationen er nu færdig. Tryk på Download for at sende konfigurationen til PLC en og tryk OK i dialogboksen. 18. Du skal nu vælge station, du vil skrive til. Tryk på OK når du har valgt. 15 af 42

16 19. Bekræft at PLC en må stoppes med OK 20. Opsætningen downloades nu til PLC en. 21. Bekræft at PLC en må startes med tryk på Yes Efter endt download, må der ikke være tændt røde lamper og der skal være lys i Run på PLC en. Er det ikke tilfældet, kontrolleres opsætningen. 16 af 42

17 Opgave 2. En valse skal styres fra en ny understation på netværket. Styringen skal indeholde START, STOP samt en omdrejningsvagt. Udfør PLC programmet og forbind og afprøv. Opgave 3. Hvad sker der hvis du slukker for noden? Opgave 4. Hvad sker der når du tænder for noden igen? Den officielle hjemmeside for PROFINET og PROFIBUS hedder Opgave 5. Hvad er forskellen mellem PROFIBUS og PROFINET? Opgave 6. Kan man få trådløst PROFINET? Opgave 7. Må man køre nødstop på PROFIBUS og PROFINET? 17 af 42

18 Opgave 8. I denne opgave skal du opsætte og konfigurere en Siemens Ethernet switch. 1. Installer opsætningssoftwaren fra den medfølgende CD. Er den installeret, kan den startes fra menuen. Vælg punktet SIMATIC, Primary Setup Tool og tryk på Primary Setup Tool 2. Nu åbnes browseren. Tryk på F5 for at søge efter enheder. 18 af 42

19 3. Når enheden er fundet, trykkes der på + til venstre for at åbne opsætningsmulighederne. 4. Nu vises mulighederne for enheden. Marker Device name og tryk på knappen. 19 af 42

20 5. Giv enheden et navn og tryk på OK 6. Marker Assign IP parameters og giv enheden en adresse. Husk at adressen skal være på samme netværk som PC en og PLC en 20 af 42

21 7. Nu skal opsætningen skrives til switchen. Vælg Module i menuen og tryk på Download 8. Du er nu klar til at downloade konfigurationen. Tryk på Ja for at fortsætte. 21 af 42

22 9. Konfigurationen downloades. 10. Switchen har nu fået et navn og en IP adresse. Luk opsætningssoftwaren. 22 af 42

23 11. Åben Internet browseren og indtast IP adressen på switchen i adresselinien, og tryk på Enter. 12. Du skal nu logge på switchen. Brug brugernavnet user og passwordet user. Tryk på OK for at logge ind. 23 af 42

24 13. Du er nu logget ind på switchens webbaserede serviceside. Herfra kan switchen overvåges. En anden metode er ved at integrere den i projektet. 14. Åben det projekt, som du lavede med I/O noden. 24 af 42

25 15. Vælg switchen i højre side og træk den ind på netværket. Hver sikker på at du vælger den rigtige. Enheden er nu tilføjet dit PROFINET. 16. Dobbeltklik på enheden og fjern fluebenet ved Assign IP address via IO controller. Tryk derefter på OK 25 af 42

26 17. Du har nu integreret switchen i dit projekt. Det giver dig mulighed for, at diagnosticere den med S7 softwaren. Opgave 9. Findes der muligheder for at ændre i opsætningen via webinterfacet? Opgave 10. Kan switchen anvendes, hvis PROFINETtet er ringforbundet? Opgave 11. Hvad betyder Redundant strømforsyning? 26 af 42

27 Opgave 13. I denne opgave skal du opsætte en ventilstation fra SMC på en Allen Bradley PLC med Ethernet/IP Når et produkt skal tilsluttes et netværk, er det nødvendigt at finde de rigtige ressourcefiler. Navnet på filerne er ofte *.GSD eller *.EDS afhængig af hvilket system enheden skal tilsluttes. Filerne følger til tider med produktet, men kan som regel også findes på producentens hjemmeside. 1. Find filerne på hjemmesiden Åben Product Documents og vælg herefter emnet Instruction Manual 2. Find enheden i skemaet. Højreklik på ressourcefilen (ex250_sen1.eds) og vælg Gem destination som eller Gem link til disk. 27 af 42

28 3. Gem filen et sted du kan huske. Her er valgt Skrivebord. Når filen er gemt kan Internettet lukkes. 4. Nu skal den hentede fil installeres. Åben derfor EDS Hardware Installation Tool i start menuen. 28 af 42

29 5. Tryk på Add for at starte installationen 6. Vælg Register a single file og tryk på Browse. Find filen du hentede før og tryk på Åben 29 af 42

30 7. Når filen er valgt, trykkes på Næste 8. Filen er nu testet. Tryk på Næste 30 af 42

31 9. Hvis du vil vælge et andet ikon til enheden, kan du trykke på Change icon. Ellers trykkes på Næste 10. Alt er nu klar. Tryk på Næste 31 af 42

32 11. Installationen er nu færdig. Tryk på Udfør 12. Luk værktøjet ved at trykke på Exit 32 af 42

33 13. Åben dit PLC projekt. Højreklik på EtherNet/IP SMC og vælg Properties 14. Med Properties vinduet åben skal du vælge fanen RSNetWorx 33 af 42

34 15. Tryk på for at starte netværksopsætningen. 16. Hvis ikke der er installeret en nøgle til softwaren, vises følgende. Tryk på OK 17. Vælg punktet Vendor og vælg SMC Corporation, Communication Adapter og træk SMC EX250-SEN1 SI UNIT ind på netværket. 34 af 42

35 18. Indtast en IP adresse for komponenten. Her er valgt Tryk dernæst på OK 19. Vælg dernæst Rockwell Automation Allen-Bradley, Communication Adapter og træk SoftLogix5800 EtherNet/IP Major Rev. 15 ind på netværket. 35 af 42

36 20. Indtast en IP adresse. Hver opmærksom på, at adressen skal være på samme netværk som komponenten. Hvis du valgte adressen , kan du f.eks. give CPU en Tryk derefter på OK 21. Hver sikker på kortet sidder i Slot 02. Er det ikke tilfældet, kan det flyttes ved at markere kortet og trække det til Slot 2. Tryk på Apply og OK 36 af 42

37 22. Gem filen. Tryk på for at se konfigurationen Online. Opsætningen afsluttes ved at trykke på Exit 23. Du har nu forbundet PLC og komponent. Tryk på OK 37 af 42

38 24. I PLC softwaren højreklikkes på (2)EtherNet/IP SMC og der trykkes på New Module 25. Find ETHERNET-MODULE Generic Ethernet Module i listen og tryk på OK 38 af 42

39 Da enheden her ikke er et Rockwell/Allen Bradley produkt, er det nødvendigt, at fortælle PLC en hvor ind- og udgange er placeret. Dette gøres ved at indtaste de nødvendige data for Input, Output og Configuration. Disse data findes i manualen for produktet Følgende er beskrevet i SMC manualen: Input: Instance 100 med en datalængde på 6 byte er lig med 3 (16-bit) ord. Output: Instance 150 med en datalængde på 4 byte er lig med 2 (16-bit) ord. Configuration: Bruges ikke. Derfor sættes instance til 1 med datalængden 0 (8-bit) 26. Indtast data som i felterne her under og tryk OK. Husk evt. at rette IP adressen. 39 af 42

40 28. Til opdateringstiden trykkes OK 29. Tryk på Communications og dernæst på Download 40 af 42

41 30. Dobbeltklik på Controller Tags for at få vist ind- og udgange på EX250 Opgave 14. Et spjæld til en silo skal styres af ventilstationen på netværket. Styringen skal indeholde ÅBNE kontakt, LUKKE kontakt samt en indikation af, om spjældet er åbent eller lukket. Forbind opstillingen og udfør PLC programmet. Opgave 15. Hvad sker der hvis du slukker for noden? Opgave 16. Hvad sker der når du tænder for noden igen? 41 af 42

42 Den officielle hjemmeside for Devicenet og Ethernet/IP hedder Opgave 17. Hvilke teknologier udbyder ODVA? Opgave 18. Hvad er Devicenet og hvor i automationspyramiden findes den? Opgave 19. Hvilken bus ligger til grund for Devicenet? Opgave 20. Hvad er Ethernet/IP og hvor i automationspyramiden findes den? Opgave 21. Hvad er forskellen på et bussystem og et netværk? 42 af 42