Egyszerű mintapélda SIMATIC S7 300 PLC, Micromaster 440 hajtás és SIMATIC HMI - TP177B PN/DP kezelőpanel alkalmazására Németh Márió Figyelem! A mintapéldát kezdő felhasználóknak tanulási segítségként szántuk, az esetlegesen előforduló hibákért nem vállalunk felelősséget. Előre is megköszönjük, ha jelzik a felfedezett hibákat! 2008.09.16. 1
Tartalom 1. Bevezetés...3 2. A Micromaster 440 típusú frekvenciaváltó paraméterezése....4 3. A Micromaster 440 típusú frekvenciaváltó és a 313C 2DP típusú CPU PROFIBUS DP-n történő kommunikációja...9 4. A TP 177B PN/DP panel projektjének létrehozása...14 2008.09.16. 2
1. Bevezetés A következő néhány oldalon bemutatásra kerül egy egyszerű frekvenciaváltós motorvezérlés egy érintőképernyős panellel. Természetesen a mindenre kiterjedő részletes leírásra ebben az útmutatóban nincs lehetőség, így csak a projekt megvalósításhoz szükséges főbb állomásokról lesz szó. Az útmutatóban található ábrák azt tükrözik, hogy az adott ablakot hogyan állítsuk be, tehát azokról már külön nem esik szó. Az összeállított hardver topológia az 1.1. ábrán látható. A frekvenciaváltó, a PLC 1 és az érintőképernyős panel közötti kommunikáció PROFIBUS DP 2 alapú. A PLC és az érintőképernyős panel programozása, konfigurálása MPI/DP 3 USB adapterrel történik, míg a frekvenciaváltó paraméterezése a Starter Kit-el történik. A Starter Kit a frekvenciaváltóra csatolható fejmodulból és az egyszerű soros kábelből áll, így létrehozva a számítógép és a frekvenciaváltó közötti soros kommunikációt. 1.1. ábra A felhasznált Siemens eszközök megnevezése rövid leírással és rendelési kódja: Megnevezés: CPU 313C-2DP típusú kompakt CPU: MPI, PROFIBUS DP kommunikáció, 16 digitális ki-/ 16 digitális bemenet Memória kártya, 64 Kbyte PS 307 tápegység, AC 120/230V; DC 24V, 2A TP 177B PN/DP színes érintő képernyős, 8 -es kezelő panel Rendelési kód: 6ES7 313-6CE01-0AB0 6ES7 953-8LF11-0AA0 6ES7307-1BA00-0AA0 6AV6 642-0BA01-1AX0 1 PLC Programable Logic Controller: Programozható Logikai Vezérlő 2 PROFIBUS DP Process Field Bus Decentralized Periphery: terepi busz típus 3 MPI/DP Multi Point Interface / Profibus DP 2008.09.16. 3
0,18kW-os 3 fázisú talpas aszinkronmotor, fékkel szerelve Egy fázisú 0,37kW-os Micromaster 440 típusú frekvenciaváltó beépített A osztályú szűrővel Kiegészítők PROFIBUS DP kommunikációs kártya Alap kezelő felület (BOP panel) Starter kit a frekvenciaváltó konfigurálásához MPI/DP USB PC adapter Profil sín, 480mm PROFIBUS DP kábel PROFIBUS DP csatlakozó 1LA7063-4AB10-Z G26 6SE6440-2AB13-7AA1 6SE6400-1PB00-0AA0 6SE6400-0BP00-0AA0 6SE6400-1PC00-0AA0 6ES7 972-0CB20-0XA0 6ES7 390-1AE80-0AA0 6XV1 830-0EN20 6ES7 972-0BA50-0XA0 2. A Micromaster 440 típusú frekvenciaváltó paraméterezése. A Micromaster 440 egy egyfázisú, 0,37kW-os frekvenciaváltó, beépített A - osztályú szűrővel. A mintapéldában felhasznált frekvenciaváltó kiegészítői a PROFIBUS DP kommunikációs modul, valamint egy alap kezelőfelület (BOP Basic Operator Panel). A frekvenciaváltó paraméterezése történhet manuálisan a BOP-n keresztül illetve történhet a Starter nevű konfigurációs szoftverrel, 2.1 ábra. A konfigurációs szoftverrel történő paraméterezés esetén az első lépés egy új projekt létrehozása a Starterben, majd ennek letöltése a frekvenciaváltóba. A projekt letöltés fizikailag a számítógép és a frekvenciaváltó közötti normál RS232-es soros kommunikáción keresztül valósul meg. 2.1. ábra 2008.09.16. 4
A Starter programban az új projekt létrehozásának legegyszerűbb módja a Projekt Varázsló használata, amely a Project menüpontban a New with wizard pontban található (2.2. ábra). Itt az Arrange drive units offline pontot válasszuk ki. 2.2 ábra A varázslóban adjuk meg a következőket: - az új projekt nevét, mentésének helyét - a számítógép és a frekvenciaváltó közötti kommunikációt a projekt letöltéshez, amely a PC Adapter(USS) - a frekvenciaváltó típusát és PROFIBUS DP címét a cím legyen 4. A létrehozott projekt a 2.3. ábrán látható formában jelenik meg. 2.3. ábra 2008.09.16. 5
A baloldali projekt ablakban a fa struktúrába rendezett konfigurációs pontok találhatók. A jobb oldali munkaterületen lehet elvégezni a fa struktúrában kiválasztott konfigurációs pont részletes beállítását. Az új projekt létrehozása után meg kell adni a motor típusát, paramétereit, illetve további fontos beállításokat a frekvenciaváltó számára. Ehhez a projekt ablakban a MICROMASTER_440 pontra kattintsunk, majd a munkaterületen a Reconfigure drive ikonra, 2.3. ábra. A megjelenő konfigurációs varázsló segítséget nyújt a frekvenciaváltó legfontosabb tulajdonságainak beállításában. A 2.4. - 2.11.-es ábrákon lehet végig követni, hogy milyen paramétereket szükséges megadni. Ezek a paraméterek alapvetően a motor tulajdonságaira vonatkoznak, de itt adjuk meg azt is, hogy a frekvenciaváltó PROFIBUS DP-n kommunikáljon, jelen esetben a PLC-vel és a TP177B panellel. A PROFIBUS DP kommunikációhoz a 2.8. ábrán láthatóan CB on COM link(6) pontot válasszuk ki. 2.4. ábra 2.6. ábra 2.5. ábra 2.7. ábra 2008.09.16. 6
2.8. ábra 2.10. ábra 2.9. ábra 2.11. ábra A varázsló használatának nagy előnye, hogy nem kell egyesével megkeresni és beállítani a paramétereket az új projektben, hanem a varázsló csak a legfontosabb paramétereket jeleníti meg számunkra. Természetesen célszerű ellenőrizni a beállított paraméter értékeket. Az ellenőrzésre egy példa: a projektfában a MICROMASTER_440 \ Terminalbus pontban a kommunikáció ellenőrizhető le. Ebben az esetben a PROFIBUS DP a 3-as címmel helyesnek bizonyult, tehát a paraméterezés sikeresnek tekinthető, 2.12. ábra. 2008.09.16. 7
2.12. ábra. A 2.8.) ábrán a Source of Control Signals és a Source of Speed Setpoint-hoz megadott CB on COM link(6) azt jelenti, hogy a vezérlő jeleket és a frekvencia alapértéket is PROFIBUS DP-n keresztül érkező telegram tartalmazza. Ezt a telegramot a PROFIBUS DP hálózatban Master-ként működő PLC küldi a Slave-ként működő frekvenciaváltónak. Az elkészült projektet a Target System \ Download \ Project to target system menüpontban lehet letölteni a frekvenciaváltóba. A letöltés fizikailag a Startert futtató számítógép és a Micromaster 440 közötti soros kommunikáción valósul meg. Erre a Starter Kit nyújt megoldást, amely tartalmaz egy fejmodult és egy soros kábelt. A fejmodult egyszerűen csak a BOP helyére kell feltenni a frekvenciaváltón, illetve a soros kábelt csatlakoztatni a fejmodulra és a számítógéphez. 2008.09.16. 8
3. A Micromaster 440 típusú frekvenciaváltó és a 313C 2DP típusú CPU PROFIBUS DP-n történő kommunikációja Az előző fejezetben beállításra került a PROFIBUS DP hálózatban Slave-ként működő frekvenciaváltó. A következőben a Master-ként működő PLC programozásáról lesz szó. Mivel a frekvenciaváltó PROFIBUS DP-n keresztül történő vezérlése telegramok formájában valósul meg, így ismerni kell, hogy az egyes telegramok hogyan épülnek fel. A frekvenciaváltó vezérlő bitjei a 3.1.) ábrán láthatóak. Tehát a vezérlés a control word 1-ben történik, míg a frekvencia alapértéket a control word 2-be küldött word típusú szám adja. 3.1. ábra A 313C 2DP típusú kompakt PLC programozásához a SIMATIC STEP7 programot használjuk. A SIMATIC STEP7 keretprogramja a Simatic Manager. A projektet a Simatic Manager program elindítása után a File \ New Project Wizard pontban található varázslóval célszerű létrehozni: 3.2. - 3.5. ábra. 3.2. ábra 3.3. ábra 2008.09.16. 9
3.4. ábra 3.5. ábra A létrehozott projektben (3.6. ábra), a projekt ablakban a SIMATIC 300 Station-ra, majd a Hardware pontra kattintva elindul a HW Config program: 3.7. ábra. 3.6. ábra 2008.09.16. 10
3.7. ábra A 3.7. ábra szerint a HW Config-ban fel kell építeni a hardver topológiát. Ehhez először a CPU313-2 DP(1) alatti DP pontra kattintsunk, majd a felugró ablakban a General fül alatt a Properties-t válasszuk ki és a 3.8. ábra alapján hozzuk létre a PROFIBUS DP hálózatot. A létrehozott PROFIBUS DP hálózatra kell felfűzni a frekvenciaváltót, 3.7. ábra. 3.8. ábra 2008.09.16. 11
A hardver topológiánál felfűzött frekvenciaváltó Q Address címe határozza meg, hogy a PLC-nek melyik periféria kimenetére kell írni a megfelelő parancsot. Ez azt jelenti, hogy az erre a kimenetre küldött adatokat a PLC a PROFIBUS DP telegramokba teszi bele. Látható, hogy a cím 264-257-ig tart, tehát ez egy 2 word hosszú cím. Így a frekvenciaváltó Control word 1-es terület a 264-os címtől kezdődik. A Control word 2 pedig a 266-tól. A PLC programhoz létre kell hozni a szimbólum táblázatot, amely a Simatic Manager projekt ablakában a S7 Program(1) pontot megnyitva a Symbols ikonra kattintva érhető el, 3.9. ábra. A control word 1 és control word 2 címe a PQW 264 és PQW 266! 3.9. ábra A program írásához a Simatic Manager projekt ablakában az S7Program(1)\Block\ OB1 blokkot nyissuk meg. A kattintásra elindul a LAD/STL/FBD programfejlesztő, 3.10. ábra. A 3.10.) ábrán látható funkcióblokkos programot kell elkészíteni. Maga a program egyszerű move funkcióblokkokra épül, amely blokkok a 3.1. ábra alapján a Control word 1-be a motor indításához 047Fh értéket, illetve a motor leállításához 047Eh értéket küld a PQW 264-es címre. A Control word 2 a motor sebesség változó értéke kerül. A motor sebesség változóba egy előjeles Integer típusú szám adható meg [-15535: +15535] értékek között. Ez az jelenti, hogy a motor sebessége a szám nagyságától, illetve a motor forgási iránya az előjeltől függ. 2008.09.16. 12
3.10. ábra Az elkészült teljes projektet le kell tölteni a PLC-be az USB-s MPI programozón keresztül. Ez a Simatic Manager-ben a PLC \ Download menüpontban érhető el, 3.11. ábra. 3.11. ábra 2008.09.16. 13
4. A TP 177B PN/DP panel projektjének létrehozása A mintafeladatban a TP 177B PN/DP típusú színes, érintőképernyős panel szerepe az ember gép kapcsolat megvalósításában van. Programozásához a SIMATIC WinCC flexible szoftver szükséges, 4.1. ábra. A WinCC flexible egy mérnöki program, amely a SIMATIC HMI panelek széles spektrumában valamennyi HMI eszköz konfigurálására, programozására nyújt megoldást. A legkisebb paneltől a legnagyobbig a WinCC flexible különböző licence típusokkal használható, attól függően, hogy milyen panel programozására van szükség. A licence típusok: - WinCC flexible Micro - WinCC flexible Compact/ Standard/ Advanced - WinCC flexible Runtime Ebben a mintapéldában a TP177B PN/DP panel programozása a Compact licence 4 a megfelelő. 4.1. ábra Az új projekt létrehozásához itt is a varázslót célszerű felhasználni: Create a new project with the Project Wizard, 4.1. ábra. Az első lépés a varázslóban a Small machine pont kiválasztása, 4.2. ábra. A Next gombbal tovább lapozva válasszuk ki a TP 177B PN/DP panelt, 4.3. ábra. Jelen példában nem szükséges tovább lapozni, elég a Finish gombra kattintani. 4 A 4.1 ábrán egy Advanced licence-es WinCC flexible látható. 2008.09.16. 14
4.2. ábra 4.3. ábra A létrehozott projekt a 4.4.) ábrán látható. Felépítése a következők szerint alakul: - A Projekt ablakban a projektet menedzselhetjük, tehát a projektfában beállíthatjuk a projekt tulajdonságokat, valamint recepteket, alarmokat, script-eket hozhatunk létre. - A munkaterületen fejleszthetjük a WinCC flexible projektet, ez a terület fog megjelenni a TP177B panelen. - A Szerszámablakban találhatóak a grafikus objektumok, amelyek a projekt készítéshez szükségesek, ezek a standard I/O mezőkön kívül lehetnek speciális grafikák, trend kijelzők, óra, alarm kijelzés stb. - Az objektumok tulajdonságait a tulajdonság ablakban (Properties) állíthatjuk be. A tulajdonságok ablak aktuális tartalma mindig annak az objektumnak a tulajdonságát mutatja, amit éppen kijelöltük. 2008.09.16. 15
Projekt ablak Szerszám ablak Munkaterület Tulajdonság ablak 4.4. ábra Ahhoz, hogy a TP177B panel kommunikálni tudjon a PLC-vel be kell állítani a kapcsolatot közöttük. Ehhez a projektablakban a Communication \ Connection pontra kattintsunk, majd a munkaterületen megjelenő felületen állítsuk be a kommunikációt a 4.5. ábra szerint. 4.5. ábra. 2008.09.16. 16
A kommunikáció beállítása után létre kell hozni a Tag-eket. A tag megfelel a HMI eszköz és a PLC közötti adatcsere során egy változónak, amelynek tetszőleges adattípusa lehet. A tagszerkesztő a projektablakban a Communication \ Tags pontjában található. A megnyitott szerkesztőben a 4.6. ábra szerint hozzuk létre a tag-eket. 4.6. ábra A jelen példában a motor indításához, leállításához valamint a sebesség megadásához elég két tag-et megadni. A tag-ek beállítása után kezdődhet a grafikus objektumok létrehozása a munkaterület. A panel képernyőjének szerkesztéséhez a projektablakban a Screens\ Start Screen re kattintsunk. A Szerszám (Tools) ablakban állnak rendelkezésre a különböző objektumok a következő csoportosításban: - Simple object: egyszerű objektumok: például vonal, kör vagy egyszerű I/O mezők, gombok. - Enhanced object: bővített objektum választék, a fejlettebb képességekkel rendelkező objektumok találhatók ebben a pontban. - User-specific controls: ActiveX vezérlő adható a projekthez. - Graphics grafikus objektumok, például gyár elemek rajza, mérő és vezérlő objektumok rajza stb. - Library grafikus könyvtárak nyithatók meg. - A kiválasztott objektumot elég csak a munkaterületre behúzni, a nyomva tartott egérrel. Az elkészült képernyő a 4.7.) ábrán látható. 4.7. ábra Az ábrán látható nyomógomb és I/O mezőhöz hozzá kell rendelni a korábban beállított tageket, illetve meg kell adni, hogy adott esemény hatására mi történjen. Ehhez a nyomógombra kattintva a tulajdonság ablakban az Events\Click pontban adjunk meg egy új funkciót: InvertBit: motor start stop, 4.8. ábra. 2008.09.16. 17
4.8. ábra A I/O mezőhöz már nem az esemény Events pontban kell tag-et rendelni, hanem a tulajdonság ablakban, a General pontjában, 4.9. ábra. 4.9. ábra Ezzel a projekt elkészült, így csak a letöltés maradt hátra. A letöltés a Project \ Transfer \ Transfer setting pontban végezhető el. 4.10. ábra A projektek elkészülte után tesztelhető a motorindítás, leállítás. Természetesen a motor indítása mellett frekvencia értéket is meg kell adni az I/O mezőben. 2008.09.16. 18
További információk megtalálhatók: - www.siemens.hu/ad - www.siemens.com/s7 - www.siemens.com/hmi - www.siemens.com/micromaster Figyelem! A mintapéldát kezdő felhasználóknak tanulási segítségként szántuk, az esetlegesen előforduló hibákért nem vállalunk felelősséget. 2008.09.16. 19