Post on 26-Feb-2021
Jure Štefl
NADGRADNJA KRMILNIKOV PORAZDELJENEGA VODENJA
HIDRAVLIČNEGA SISTEMA
Diplomsko delo
Maribor, september 2011
I
Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa
NADGRADNJA KRMILNIKOV PORAZDELJENEGA VODENJA
HIDRAVLIČNEGA SISTEMA
Študent: Jure Štefl
Študijski program: VS ŠP Elektrotehnika
Smer: Avtomatika
Mentor: Izr. prof. dr. Marjan Golob, univ. dipl. inž. elektrot.
Lektorica: Tanja Štefl
Maribor, september 2011
II
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju dr. Marjanu Golobu za
pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega
dela. Hvala tudi vsem sodelavcem laboratorija
za procesno avtomatizacijo za pomoč pri
nastalih težavah.
Zahvala velja tudi staršema, očetu Vinku in
mami Tanji, ki sta mi stala ob strani skozi vsa
leta študija.
IV
NADGRADNJA KRMILNIKOV PORAZDELJENEGA VODENJA
HIDRAVLIČNEGA SISTEMA
Ključne besede: krmilnik, programabilni logični krmilnik - PLK, hidravlični sistem,
porazdeljen sistem vodenja.
UDK: 004.42:681.51(043.2)
Povzetek
Diplomsko delo obsega opis in predstavitev laboratorijskega hidravličnega sistema.
Delo je osredotočeno zgolj na programabilna logična krmilnika. Podrobno je opisano
njihovo ožičenje, naslavljanje ter komponente krmilnikov. Narejeno je tudi
prenaslavljanje nekaterih vhodov in izhodov zaradi napačne programske kode na
krmilnikih. Na koncu sledi tudi opis spominske kartice, ki služi za varnost pred izgubo
podatkov iz samega krmilnika.
V
PLC UPGRADE FOR DISTRIBUTED CONTROL OF HYDRAULIC
SYSTEM
Key words: controller, programmable logic controller - PLC, hydraulic system,
distributed control system.
UDK: 004.42:681.51(043.2)
Abstract
Diploma involves a description and presentation of laboratory hydraulic system. The
work is focused solely on the Programmable Logic Controller. It involves a detailed
description of their wiring, addressing and controler components. The reconnection of
some inputs and outputs is made due to wrong software code . Following in the end is a
description of the memory card, which serves as protection against data loss from a
single controller.
VI
Kazalo vsebine
1 UVOD ...................................................................................................................... 1
2 OPIS OBSTOJEČEGA STANJA ......................................................................... 2
2.1 GRADNIKI SISTEMA ............................................................................................ 2
2.1.1 Senzorji ......................................................................................................... 3
2.1.2 Aktuatorji ...................................................................................................... 6
2.2 KOMPONENTE VODENJA .................................................................................... 8
2.2.1 Splošno o krmilnikih .................................................................................... 8
2.2.2 Opis krmilnika 1 ........................................................................................... 9
2.2.3 Opis krmilnika 2 ......................................................................................... 10
2.2.4 Moeller XC-201 .......................................................................................... 11
2.2.5 Modul XIOC-4AI-2AO-U1-I1 ................................................................... 16
2.2.6 Modul XIOC-SER ...................................................................................... 17
2.2.7 Modul XIOC-NET ...................................................................................... 18
2.2.8 Modul Easy/MFD ....................................................................................... 21
2.3 DISLOCIRANE ENOTE ....................................................................................... 22
3 OKOLJE X-SOFT ................................................................................................ 32
3.1 POVEZAVA MED PC IN PLK ............................................................................. 33
3.2 DOLOČANJE GLOBALNIH SPREMENLJIVK ......................................................... 34
3.3 DOLOČITEV VHODNO-IZHODNIH MODULOV ..................................................... 36
3.4 PRENOS PROGRAMA IZ PC NA PLC .................................................................. 37
4 OKOLJE IO ASSISTANT ................................................................................... 38
4.1 POVEZAVA XI/ON Z XC-201 PREKO CAN IN PROFIBUS .............................. 39
5 OŢIČENJE IN POVEZAVA ............................................................................... 40
6 NASLAVLJANJE NOVIH VHODOV IN IZHODOV NA XI/ON .................. 47
7 VARNOST IN ZAŠČITA S POMNILNIŠKIMI ELEMENTI ........................ 49
7.1 DATOTEKA STARTUP.INI .................................................................................. 49
7.2 ZAGONSKI PROJEKT ......................................................................................... 50
7.3 SEZNAM UKAZOV POVEZANIH Z MMC IN USB ................................................ 51
VII
8 SKLEP ................................................................................................................... 52
9 VIRI IN LITERATURA ...................................................................................... 53
10 PRILOGE .............................................................................................................. 54
Kazalo slik
Slika 2.1: Gradniki sistema ............................................................................................... 2
Slika 2.2: Merilnik nivoja 1 .............................................................................................. 3
Slika 2.3: Merilnik nivoja 2 .............................................................................................. 4
Slika 2.4: Merilnik tlaka ................................................................................................... 4
Slika 2.5: Merilnik vrtljajev črpalke ................................................................................. 5
Slika 2.6: Merilnik pretoka ............................................................................................... 5
Slika 2.7: Frekvenčni pretvornik 1 ................................................................................... 6
Slika 2.8: Pnevmatski ventil ............................................................................................. 7
Slika 2.9: Frekvenčni pretvornik 2 ................................................................................... 7
Slika 2.10: Krmilni ventil ................................................................................................. 8
Slika 2.11: Krmilnik 1 .................................................................................................... 10
Slika 2.12: Krmilnik 2 .................................................................................................... 11
Slika 2.13: Moeller XC-201 ........................................................................................... 12
Slika 2.14: Moduli krmilnika ......................................................................................... 14
Slika 2.15: Kontakti CPU-201 ........................................................................................ 14
Slika 2.16: LED indikatorji XC-201 .............................................................................. 15
Slika 2.17: Kontakti XIOC 4AI-2AO-U1-I1 .................................................................. 16
Slika 2.18: Električna shema kontaktov XIOC 4AI-2AO-U1-I1 ................................... 16
VIII
Slika 2.19: Čelna stran modula XIOC SER .................................................................... 17
Slika 2.20: Modul XIOC-NET ....................................................................................... 18
Slika 2.21: Čelna stran modula XIOC-NET ................................................................... 19
Slika 2.22: Pozicija zaključnih uporov ........................................................................... 19
Slika 2.23: MFD-TA-17 ................................................................................................. 21
Slika 2.24: Sestava XION enote ..................................................................................... 22
Slika 2.25: Dislocirana enota 2 ....................................................................................... 30
Slika 2.26: Dislocirana enota 1 ....................................................................................... 31
Slika 3.1: Nastavitve v X-Soft ........................................................................................ 32
Slika 3.2: Nastavitev komunikacijskih parametrov ........................................................ 33
Slika 3.3: Okno PLC Configuration ............................................................................... 35
Slika 3.4: Nastavljanje vhodov/izhodov ......................................................................... 36
Slika 3.5: Prenos na PLK ................................................................................................ 37
Slika 4.1: Izbira modulov ............................................................................................... 39
Slika 5.1: Shema hidravličnega sistema ......................................................................... 40
Slika 5.2: CPU-201 ......................................................................................................... 42
Slika 5.3: XIOC-4AI-2AO-U1-I1................................................................................... 42
Slika 5.4: CPU-201 ......................................................................................................... 43
Slika 5.5: XIOC-4AI-2AO-U1-I1................................................................................... 43
Slika 5.6: Povezava med enotami ................................................................................... 44
Slika 6.1: Vizualizacija sistema ...................................................................................... 47
IX
Kazalo tabel
Tabela 2.1: Stanje LED indikatorjev .............................................................................. 20
Tabela 2.2: Barve XION modulov ................................................................................. 24
Tabela 2.3: Nazivni tokovi XION modulov ................................................................... 26
Tabela 2.4: Hitrost in dolžina - PROFIBUS ................................................................... 27
Tabela 2.5: Hitrost in dolžina - CANopen ...................................................................... 28
Tabela 2.6: Hitrost in dolžina - DeviceNet ..................................................................... 29
Tabela 5.1: Senzorji in aktuatorji ................................................................................... 41
Tabela 5.2: Vse spremenljivke sistema .......................................................................... 46
X
UPORABLJENI SIMBOLI, KRATICE IN TUJKE
PLK – Programibilni logični krmilnik
CAN – Controller Area Network
PROFIBUS – PROces FIeld BUS
CPU – Control Process Unit
V/I – Vhod/Izhod
I/O – Input/Output
LED – Light Emitted Diode
TCP/IP – Transmission Control Protocol/Internet Protocol
COM – Component Object Model
V – Volt
A – Amper
Hz – Hertz
PC – Osebni računalnik
W – Vat
n – Vrtljaji
ROM – Red Only Memory
RAM – Random Access Memory
EEPROM – Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
B – Bajt
b - Bit
AC – Izmenični tok
DC – Enosmerni tok
HP – Horsepower
PLC – Programmable Logic Controller
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 1
1 UVOD
Človek je skozi zgodovino vselej strmel k lajšanju svojega dela in s tem povezanega
preživetja. Razvila se je povečana aktivnost možganov ter vedno manjša aktivnost mišic,
kar se opazi v velikem seznamu genialnih izumov, ki si jih je zamislil človek. Vsi izumi,
od pradavnine do danes, so se in se še nadgrajujejo ter se medsebojno povezujejo v veliko
področje, ki se imenuje znanost. Tako si človek ustvarja lažje življenje že celotno obdobje
svojega obstoja. Obstaja pa začarana zanka, saj danes s svojimi izumi izkoriščamo
energijo, ki nam jo ponuja planet in jo nadomeščamo z energijo, ki naj bi jo proizvajali
sami. Posledice so opazne, zato moramo strmeti še k večjemu razvoju ter s tem pripomoči
k boljšemu svetu. Naš prispevek je kapljica v morje današnji znanosti, ampak vendarle.
Področje, ki ga opisujemo v diplomski nalogi se nanaša na področje avtomatizacije. To je
dokaj mlada veda, ki se hitro razvija in vsebuje mnogo znanstvenih panog; od
računalništva, strojništva do elektrotehnike in mnogo drugih.
V našem primeru opisujemo in raziskujemo hidravlični sistem, ki je že nameščen v
laboratoriju. Vsebuje različne senzorje in aktuatorje, ki so povezani s krmilnikom in
posredno tudi z računalnikom. Nanj so priključena različna vodila, ki komunicirajo po
različnih protokolih. Poglobili se bomo samo na področje programabilnega logičnega
krmilnika in njegovih modulov. Z računalniškim programom sprogramiramo krmilnik, le
ta pa operira z vhodi in izhodi ter signale pošilja na fizični del sistema. Prav ta način je
potreben nadgradnje za boljše delovanje. Potrebna je prevezava nekaterih vhodov-izhodov
in njeno prenaslavljanje. Opisane bodo tudi električne sheme z vsemi vhodi, izhodi,
spremenljivkami… Podrobneje bo opisan Moellerjev krmilnik in njegovi moduli ter
varnost pred izgubo podatkov.
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 2
2 OPIS OBSTOJEČEGA STANJA
2.1 Gradniki sistema
Hidravlični sistem v laboratoriju je namenjen spoznavanju in učenju delovanja različnih
senzorjev, aktuatorjev, krmilnikov in ostalih komponent sistema. Sestavljen je iz zbiralne
posode in dveh merilnih posod. Tekočina iz zbiralne posode, ki je nameščena nad
merilnima posodama, omogoča pretok po sistemu, ki je lahko krmiljen z ventili ali s
črpalkami. Komponente sistema so: štirje merilniki tlaka (PI1, PI2, PI4, PI5), dve črpalki
vodeni s frekvenčnim pretvornikom (FP1, FP2), merilnik vrtljajev nameščen na črpalki 2,
merilnik pretoka, pnevmatski ventil, krmilni ventil ter dva merilnika nivoja v merilnih
posodah. Sistem je varovan s končnimi stikali, ki preprečujejo izlitje vode iz merilnih
posod.
Na sliki 2.1 je hidravlični sistem shematsko prikazan s pomembnimi gradniki. Slika se
uporablja v uporabniškem vmesniku sistema vodenja.
Slika 2.1: Gradniki sistema
Vir: Lepoša 2007
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 3
Ta sistem deluje neodvisno od ostalega sistema. Vsi elementi sistema so povezani v
krmilno omaro, kjer se vrednosti napetosti in tokov transformirajo v nazivne vrednosti, ki
so zahtevane s strani proizvajalcev komponent. Ožičenje iz merilne omare vodi do PLK-
jev in nato do računalnika.
2.1.1 Senzorji
Merilnik nivoja 1
Merilnik nivoja s plovcem, ki se nahaja v merilni posodi 1, tipa Eckartd LI 166.
Merilnik ima napajanje 24 V in na izhodu tokovni signal 4 mA do 20 mA.
Karakteristika izhodnega toka v odvisnosti od nivoja v odstotkih je linearna.
Delovanje merilnika temelji na vzgonu. S spreminjanjem višine vode se spreminja
tudi vzgon plovca, ki pa vpliva na senzor sile.
Slika 2.2: Merilnik nivoja 1
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 4
Merilnik nivoja 2
Tlačni merilnik nivoja tipa Eckardt SILICON CP 160. Na merilnik je priključen p/I
pretvornik, ki da na izhodu tokovni signal 4 mA do 20 mA. Merilnik nivoja temelji
na principu merjenja hidrostatskega tlaka na dnu posode. Karakteristika izhodnega
toka je v odvisnosti od nivoja linearna.
Slika 2.3: Merilnik nivoja 2
Merilniki tlaka
Uporabljeni so merilniki tipa ELTRA DMT 200 L s prikazovalnikom. Za delovanje
potrebujejo napajanje 24V, izhodni signal pa je tokovni 4 mA do 20 mA. Merilno
območje imajo od 0 do 3 bare. Karakteristika izhodnega toka v odvisnosti od tlaka
je linearna.
Slika 2.4: Merilnik tlaka
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 5
Merilnik obratov črpalke
Kot merilnik obratov je uporabljen inkrementalni dajalnik tipa Omron E6B2 –
CWZ5B. Za delovanje potrebuje napajanje od 12 V do 24V enosmerne napetosti.
Resolucija dajalnika je 100 pulzov na obrat. Na izhodu dobimo A, B in Z signale, ki
jih je potrebno pripeljati na hitri števec za merjenje obratov.
Slika 2.5: Merilnik vrtljajev črpalke
Merilnik pretoka
Merilnik je tipa VORTEX 2A9512. Za delovanje potrebuje napajanje od 10,5 V do
50 V enosmerne napetosti. Izhodni signal je tokovni, 4 mA do 20 mA.
Karakteristika izhodnega toka v odvisnosti od pretoka je linearna (Zeme 2007).
Slika 2.6: Merilnik pretoka
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 6
2.1.2 Aktuatorji
Črpalka 1 s frekvenčnim pretvornikom 1
Uporabljena je centrifugalna črpalka ELKO ELEKTROKOVINA VC 55 T3
z nazivnimi podatki:
P1 = 1.4 kW, 0.5 – 1.5 Vs, 30 – 55 m, n = 2820 min-1, 50 Hz, Y380 V.
Črpalko vodimo s frekvenčnim pretvornikom 1 tipa Telemecanique Altivar 58 z
nazivnimi podatki: 2.2 kW/3HP, 380/500 V, 50/60 Hz, izhodna frekvenca od 0.1
do 500 Hz, 5.8 A izhodnega toka. Frekvenčni pretvornik deluje v ročnem ali
avtomatskem režimu delovanja. Med režimoma preklapljamo s stikalom FP1 na
krmilni omari. V ročnem režimu delovanja nastavljamo frekvenco na frekvenčnem
pretvorniku s potenciometrom na krmilni omari. V avtomatskem režimu delovanja
pa mu nastavljamo frekvenco preko analognega tokovnega izhoda na krmilniku od
4 mA do 20 mA.
Slika 2.7: Frekvenčni pretvornik 1
Pnevmatski ventil
Sestavljen je iz ventila, pnevmatskega pogona ventila, pnevmatskega položajnega
regulatorja in I-p pretvornika. Pnevmatski membranski pogon je tipa Eckardt PM
813. Hod ventila je linearno odvisen od krmilnega signala. Pnevmatski položajni
regulator je tipa Eckardt SRP 981 in omogoča pozicioniranje ventila. I-p pretvornik
pretvori vhodni tokovni signal 4 mA do 20 mA v krmilni tlačni signal s katerim
odpiramo in zapiramo ventil. Za delovanje potrebuje napajalni tlak 1.4 bara. Ventil
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 7
je pri vhodnem tokovnem signalu 4 mA popolnoma zaprt, pri tokovnem signalu 20
mA pa popolnoma odprt.
Slika 2.8: Pnevmatski ventil
Črpalka 2 s frekvenčnim pretvornikom 2
Uporabljena je centrifugalna črpalka ELEKTROKOVINA VCV 50/4 T z nazivnimi
podatki: 0.5 – 1.5 l/s, 50 Hz, 10 A, 220/380 V, 4.2/2.45 A.
Črpalko vodimo s frekvenčnim pretvornikom 2 tipa Omron V1000 z nazivnimi
podatki: 2.2 kW, 300 – 460 V, 50/60 Hz, 5.9 A vhodnega toka, 5.4 A izhodnega
toka. Frekvenčni pretvornik deluje v ročnem ali avtomatskem režimu delovanja.
Med režimoma preklapljamo s stikalom FP2 na krmilni omari. V ročnem režimu
delovanja nastavljamo frekvenco na frekvenčnem pretvorniku s tipkama gor in dol
na tastaturi frekvenčnega pretvornika. V avtomatskem režimu delovanja pa mu
nastavljamo frekvenco preko analognega tokovnega izhoda na krmilniku od 4 mA
do 20 mA.
Slika 2.9: Frekvenčni pretvornik 2
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 8
Krmilni ventil
Tip ventila je IMP RV 225. Vsebuje servomotorni pogon, ki ga preko dveh relejev
vklapljamo v levo ali desno stran in s tem odpiramo ali zapiramo ventil. Kot
povratno informacijo dobimo odprtost ventila v obliki napetostnega signala od 0 do
10 V. Karakteristika napetostnega signala v odvisnosti od odprtosti ventila je
linearna (Zeme 2007).
Slika 2.10: Krmilni ventil
2.2 Komponente vodenja
2.2.1 Splošno o krmilnikih
Osnovno orodje, ki se danes uporablja za avtomatizacijo naprav in industrijskih procesov,
je programirljiv logični krmilnik ali PLK. Prvotno krmilje je temeljilo na relejni logiki,
današnji PLK-ji pa uporabljajo za svoje delovanje mikroprocesor, ki ima seveda mnogo
več funkcionalnosti in prednosti. Zaradi množične proizvodnje in uporabe PLK-jev v
industriji so ti postali relativno poceni, zelo zanesljivi v delovanju in enostavni za uporabo
(programiranje, montaža in servisiranje). V osnovi je namenjen za realizacijo sekvenčnega
vodenja, omogoča pa tudi reševanje regulacijskih nalog. Njegova funkcija je krmiljenje
izhodov na osnovi vhodov. PLK je računalnik, prilagojen za industrijsko okolje. Sestavljen
je iz štirih elementov:
Centralno procesna enota (CPU)
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 9
To so »možgani krmilnika«. Vsebuje enega ali več mikroprocesorjev, ki krmilijo
delovanje PLK-ja in izvajajo uporabniški program. CPU krmili tudi komunikacije
in povezave z drugimi enotami sistema. Sistemski program je shranjen v stalni
pomnilnik (ROM), spremenljivke v dinamični pomnilnik (RAM), uporabniški
program pa v dinamični pomnilnik ali programsko nastavljivi pomnilnik
(EEPROM).
Napajalnik: PLK običajno potrebuje napajanje z 230 V izmenične napetosti ali
24 V enosmerne napetosti. Napajalnik skrbi za potrebne nižje enosmerne napetosti
za delovanje CPU-ja in vhodno-izhodnih enot.
Vhodne enote: skrbijo za sprejem zunanjih signalov (digitalnih in analognih),
pretvorbo signalov v nivoje, potrebne za nadaljnjo obdelavo in zaščito CPU pred
motnjami iz okolja. Stanje digitalnih vhodov se običajno prikazuje s svetlobnimi
diodami za diagnostiko delovanja PLK-ja.
Izhodne enote: skrbijo za prenos rezultatov izvedbe programa krmilnika na izhodne
signale (digitalne in analogne) in za zaščito CPU-ja pred motnjami iz okolja. Stanje
digitalnih izhodov se običajno prikazuje s svetlobnimi diodami. Za izvedbo
sekvenčnega vodenja potrebujemo proces, opremljen z merilnikom in izvršilnim
sistemom, krmilnik in vmesnik. Potrebujemo pa tudi programsko opremo za
izvedbo programa. Programska oprema je običajno dobavljena skupaj z
nabavljenim krmilnikom. Ta program omogoča načrtovanje vodenja in prenos
programa na PLK (Jezeršek 2010).
2.2.2 Opis krmilnika 1
Modularni krmilnik tipa Moeller XC-CPU-201-EC512-8DI-6DO-XV.
CPU enota vsebuje:
• 512 kB programskega spomina in 512 kB podatkovnega spomina
• 8 digitalnih vhodov
• 6 digitalnih izhodov
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 10
• priključek za RS232/ethernet komunikacijo
• priključek za CANopen komunikacijo
• integriran web strežnik
Dodatni razširitveni moduli, ki jih vsebuje:
• XIOC-NET-DP-S modul za profibus DP »Slave« komunikacijo (glej poglavje
2.2.7)
• XIOC-4AI-2AO-U1-I1 analogni modul s 4 analognimi vhodi in 2 analognima
izhodoma, vhodi in izhodi so lahko glede na pozicijo preklopnih stikal na strani
modula tokovni od 0 do 20 mA ali napetostni od 0 do 10 V (glej poglavje 2.2.5).
Krmilnik ima na priključek za CANopen povezavo priključeno modularno dislocirano
enoto XI/ON in pa krmilno relejni modul Easy/MFD.
Slika 2.11: Krmilnik 1
2.2.3 Opis krmilnika 2
Modularni krmilnik tipa Moeller XC-CPU-201-EC512-8DI-6DO.
CPU enota vsebuje:
• 512 kB programskega spomina in 512 kB podatkovnega spomina
• 8 digitalnih vhodov
• 6 digitalnih izhodov
• priključek za RS232/ethernet komunikacijo
• priključek za CANopen komunikacijo
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 11
Dodatni razširitveni moduli, ki jih vsebuje:
• XIOC-SER modul za serijsko RS232/RS485 komunikacijo (glej poglavje 2.2.6)
• XIOC-XIOC-NET-DP-M modul za profibus DP Master komunikacijo (glej
poglavje 2.2.7)
• XIOC-4AI-2AO-U1-I1 analogni modul s 4 analognimi vhodi in 2 analognima
izhodoma (glej poglavje 2.2.5). Vhodi in izhodi so lahko glede na pozicijo
preklopnih stikal na strani modula tokovni od 0 do 20 mA ali napetostni od 0 do 10
V.
Krmilnik 2 ima na modulu XIOC-NET-DP-M priključen preko profibus povezave krmilnik
1 in pa modularno dislocirano enoto XI/ON.
Slika 2.12: Krmilnik 2
2.2.4 Moeller XC-201
Modularni krmilnik serije XC200 nudi visoko procesorsko kapaciteto in je zasnovan za
uporabo na industrijskih strojih in izgradnjo sistemov za nadzor. Na prvi pogled so
krmilniki XC200 zelo podobni krmilnikom XC100, so pa bistveno bolj zmogljivi.
Krmilnik je sestavljen iz procesorske enote in modulov za razširitev. Procesorska enota
ima integriranih 8 digitalnih vhodov in 6 digitalnih izhodov. Na vhode lahko priključimo
dva hitra števca s frekvenco do 50 kHz ali inkrementalni dajalnik z enako frekvenco. V
krmilnikih XC200 je vgrajen precej zmogljivejši procesor, ki 1000 operacij izvrši v času
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 12
0,05 ms. Glede na velikost spomina imamo na voljo module z 256 kB in 512 kB
programskega in podatkovnega spomina. Remanentnega je 32 kB spomina. Če imamo
potrebo po shranjevanju velikih količin podatkov (recepture, procesni podatki,…) lahko
le-te hranimo na MMC (Multimedia Memory Card) spominsko kartico. Na voljo sta kartici
16 MB ali 32 MB. Krmilniki XC200 so tudi komunikacijsko bistveno zmogljivejši od
XC100. Poleg CANopen in serijskega vmesnika imajo krmilniki XC200 integriran tudi
10/100 Mb ethernet vmesnik. Preko njega lahko krmilnik programiramo ali pa z veliko
hitrostjo prenašamo podatke. Nekatere različice krmilnikov XC200 imajo integriran tudi
web strežnik. To pomeni, da se lahko vsak trenutek iz kateregakoli konca sveta preko
interneta povežemo na naš krmilnik in spremljamo vizualizacijo s podatki iz procesa.
Vir: Moeller 2010
Na procesorske enote XC200 lahko priključimo do 15 različnih razširitvenih modulov
(XIOC). Uporabljajo se kot lokalne razširitve na vseh krmilnikih nove modularne družine,
24 V napajanje in
lokalni vhodi ter
izhodi
Procesorska
enota
Slika 2.13: Moeller XC-201
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 13
prav tako pa tudi na modularnih krmilnikih z integriranim upravljalnim prikazovalnikom.
Na krmilnikih XC100 in XC200 lahko dodamo do 15 modulov, na krmilnikih s
prikazovalnikom XC-…-XV pa tri module.
Nabor modulov, ki jih imamo na voljo je zelo velik:
- digitalni vhodi (8/16/32 vhodov – 24 V DC, 16 vhodov – 230 V AC, 110 V AC )
- digitalni izhodi (8/16/32 izhodov – 24 V DC, 12 izhodov - relejski )
- digitalni vhodi/izhodi (4 - 16 vhodov 24 V DC, 0-12 izhodov 24 V DC)
- analogni vhodi (8 vhodov – 0 - 10 V, ±10 V, 4 – 20 mA)
- analogni izhodi (2 izhoda ± 10 V)
- analogni izhodi (4 izhodi – 0 – 10 V, ±10 V)
- analogni vhodi/izhodi (2 x AI 0 - 10 V + 2 x AO 4 - 20 mA, 2(4) x AI 0 - 10 V + 1(2) AO
0 - 10 V ali 0 - 20 mA)
- modul za PT100/1000 (4 vhodi)
- števčni moduli (1 x 100 kHz, 2 x 100 kHz, 2 x 400 kHz + 2 x analogni izhod ±10 V)
- komunikacijski moduli (RS232, RS485, RS422, Profibus DP Master)
Razširitveni moduli XIOC imajo kompaktno ohišje majhnih dimenzij (širina 30 mm, višina
in globina 100 mm). To je razlog, da v krmilni omari porabijo zelo malo prostora. Na širini
450 mm lahko priključimo do 480 senzorjev ali aktuatorjev. Naslednja prednost je izbira
priključnih sponk na modulih. Izbiramo lahko med vijačnimi in vzmetnimi sponkami. Ker
sponke niso vgrajene v modul je možno module tudi zelo hitro zamenjati brez posegov v
ožičenje (Roersch 2005).
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 14
Slika 2.14: Moduli krmilnika
Vir: Roersch 2005
Kontakti:
Vir: Moeller 2010
Slika 2.15: Kontakti CPU-201
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 15
Na sliki so prikazani kontakti ter njihove oznake krmilnika Moeller XC-CPU201. Krmilnik
vsebuje osemnajst kontaktov. Njihov pomen pa je naslednji:
I0.0 do I0.7 (digitalni vhodi)
Q0.0 do Q0.5 (digitalni izhodi)
0 VQ in 24 VQ (napajalna napetost za lokalne vhode in izhode)
0 V in 24 V (napajalna napetost za procesorsko enoto)
LED indikatorji:
Nad vsakim modulom, ki je namenjen za obdelavo vhodno/izhodnih signalov je določeno
zaporedje LED indikatorjev, ki služijo za prepoznavanje stanja določenega vhoda ali
izhoda.
Slika 2.16: LED indikatorji XC-201
Na sliki so prikazani indikatorji za vhode in izhode. Vhodi od I0.0 do I0.7 so označeni v
prvih dveh vrsticah s številkami od 0 do 7. Izhodi od Q0.0 do Q0.5 pa v tretji in četrti
vrstici s številkami od nič do pet. Ko LED dioda sveti, pomeni, da je določen vhod ali
izhod aktiven (v stanju H). Na podobnem principu delujejo tudi ostali moduli, ki jih lahko
dodamo na krmilnik (Jezeršek 2010).
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 16
2.2.5 Modul XIOC-4AI-2AO-U1-I1
XIOC-4AI-2AO-U1-I1 je analogni modul s štirimi analognimi vhodi in dvema analognima
izhodoma. Vhodi in izhodi so lahko glede na pozicijo preklopnih stikal tokovni (4 – 20
mA) ali napetostni (0 - 10 V). Vhodni kontakti so označeni z I0 do I3.
Slika 2.17: Kontakti XIOC 4AI-2AO-U1-I1
Na modulu XIOC-4AI-2AO-U1-I1, ki je nameščen na krmilnikih ena in dva, so vhodi in
izhodi podrobneje opisani v poglavju 5. Analogni vhodi se uporabljajo v večini za meritve
zveznih veličin, kot so temperatura, tlak, pretok, gostota. Analogni izhodi pa v večini
krmilijo prikazne instrumente in zvezno delujoče izvršne organe. To so npr.:
elektropnevmatski ventili, elektromotorni ventili z lokalnim poziciometrom,
proporcionalni elektromagnetni ventili in podobni (Roersch 2005).
Slika 2.18: Električna shema kontaktov XIOC 4AI-2AO-U1-I1
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 17
2.2.6 Modul XIOC-SER
Modul se uporablja v povezavi z XC100 ali XC 200 krmilniki za serijsko komunikacijo.
Na razpolago imamo komunikacije RS 232, RS 422 in RS 458. Na krmilni enoti XC-CPU
200 je preko COM vodila možno upravljati največ štiri module. XIOC-SER enota vsebuje
tudi zaključni upor, katerega je potrebno nastaviti, kadar je enota prva ali zadnja v
povezavi z več drugimi enotami ali moduli. Modul lahko nastavljamo po svojih željah v
možna prioritetna stanja »master« ali »slave«. Za programsko nastavitev modula v
programu X-Soft je postopek podoben ostalim postopkom, ki veljajo za ostale module
(digitalne, analogne, napajalne…). Ta postopek bo podrobneje opisan v poglavju 3.3.
Na sliki je prikazana čelna stran XIOC-SER modula z vsemi njegovimi priključki,
svetlečimi diodami ter zaključnim uporom (Roersch 2005).
Slika 2.19: Čelna stran modula XIOC SER
RS 232
RS 422 in RS 458
Stikalo za zaključni upor
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 18
2.2.7 Modul XIOC-NET
PROFIBUS DP1 modul XIOC-NET-DP-M (M = master) in XIOC-NET-DP-S (S = slave)
formira vmesnik med XC-201 in PROFIBUS DP. »Master« modul ima kratico DP-M,
»slave« modul pa DP-S. Če se opis nanaša na oba modula se uporablja samo kratica DP.
DP modul je lahko vstavljen v enega od prvih treh rež razširitvenih modulov poleg CPU.
Vse to moramo upoštevati tudi pri konfiguraciji modulov v programu X-Soft, ki bo opisana
kasneje. DP-M modul ureja in upravlja s prenosi podatkov med uporabniškim programom
in s »slave« enotami. Na eno BUS enoto je lahko naslovljenih vse do 31 »slave« modulov.
S pomočjo ponavljalnikov (repeaters) pa lahko na več enot priključimo do 124 »slave«
modulov. DP-S modul lahko pošilja in sprejema do 244 B. Prvi krmilnik uporablja
konfiguracijo »slave«.
Slika 2.20: Modul XIOC-NET
Vir: Moeller 2010
1 PROFIBUS DP – »Decentralized Peripherals« se uporablja za delovanje senzorjev in aktuatorjev preko
kontrolerja v proizvodnji (tovarni) avtomatiziranih aplikacij. Veliko standardov je zbranih tukaj.
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 19
Slika 2.21: Čelna stran modula XIOC-NET
Vir: Roersch 2005
Na vsaki strani vodila mora biti zaključni upor. Zaključni upor mora biti vklopljen, če je
modul zadnji v sistemu, oziroma vodilo iz njega ne vodi več v drug sistem ali modul.
Ostali moduli, ki so vmesno povezani pa morajo imeti zaključni upor izklopljen. Na
XIOC-NET-DP modulu ga lahko nastavimo po želji.
Slika 2.22: Pozicija zaključnih uporov
Stikalo v levo – vklop, stikalo v desno – izklop.
Zaključni upor se lahko nastavi tudi na samem priključku PROFIBUS vodila, s stikalom na
njem.
PROFIBUS DP vmesnik
Stikala za zaključni upor
LED indikatorji
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 20
Stanje LED indikatorjev na XIOC-NET-DP:
Tabela 2.1: Stanje LED indikatorjev
Vir: Roersch 2005
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 21
2.2.8 Modul Easy/MFD
Easy/MFD je krmilno relejni modul proizvajalca Moeller, ki ga v našem primeru
uporabljamo za regulacijo krmilnega ventila. S krmilnikom je povezan preko CAN vodila.
Za programiranje Easy/MFD modula imamo na voljo progam Easy-Soft, ki je namensko
namenjen le programiranju teh vrst modulov. Na modulu je nameščen tudi manjši zaslon
namenjen enostavnejšim aplikacijam ter funkcijski gumbi za lažje upravljanje samega
modula oziroma procesa. Easy je voden posredno preko drugega krmilnika XC-201 s CAN
povezavo. Na njem je sprogramirano različno delovanje in preklapljanje iz različnih stanj
ter tudi regulacija krmilnega ventila, ki regulira nivo vode v drugi zbiralni posodi. Za
delovanje Easy/MFD modula so potrebne določene komponente, ki jih glede na zahteve
procesa primerno uporabimo. V našem primeru je krmilno relejni modul sestavljen iz:
CPU enota CP8-NT
Razširitvena enota MFD-TA-17, ki vsebuje:
12 digitalnih vhodov
4 digitalne izhode
4 analogne vhode (0 - 10 V)
1 analogni izhod (0 - 10 V)
MFD-80-B prikazovalnik z upravljalnimi tipkami
EASY 221-CO razširitveni modul za CANopen komunikacijo
Slika 2.23: MFD-TA-17
Vsa komunikacija, programiranje ter podrobnejši opis Easy/MFD krmilno relejnega
modula se nahaja v diplomskem delu: »porazdeljeno vodenje hidravličnega sistema –
komunikacije in programska oprema«, avtorja Andreja Zemeta (2007).
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 22
2.3 Dislocirane enote
Dislocirane enote (XI/ON) se uporabljajo takrat, kadar imamo sistem oddaljen od
osnovnega krmilnika. V takem primeru preko različnih vodil, ki bodo kasneje tudi opisana,
povežemo dislocirane enote s krmilnikom. Ta sistem ima več prednosti. Vodila, ki jih
zahtevajo dislocirane enote, lahko uporabljamo na daljših razdaljah kot standardno
ožičenje na krmilnikih. Seveda je tudi razlika v hitrosti in razdaljah med samimi vodili.
Dodatna prednost dislociranih enot je tudi razširitev različnih modulov in s tem tudi
vhodov ali izhodov. Dislocirane enote (XI/ON) je možno poljubno sestavljati z želenimi
moduli. Proizvajalec Moeller ima na razpolago mnogo modulov in potrebnih
komunikacijskih vmesnikov za sestavo zahtevane dislocirane enote:
Vir: Micro Innovation 2006
Slika 2.24: Sestava XION enote
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 23
Možni deli in moduli:
1. Prehodna enota/gateway (komunicira s krmilnikom preko različnih možnih vodil)
2. Digitalni vhodi
3. Relejni moduli
4. Varnostni element (preprečuje vstavljanje modula na napačno lokacijo)
5. Osnovni modul (osnovna naprava za priključevanje različnih modulov)
6. Mostiček (jumper)
7. Končna ploščica
8. Nosilec
9. Napajalni modul
10. Analogni vhodi
11. Digitalni izhodi
12. Analogni izhodi
13. Tehnološki moduli (števci…)
14. Označevalec (barve, simboli)
Vsak modul ima tudi oznako in barvo za lažje razpoznavanje. V spodnji tabeli je podan
opis možnih modulov ter njihovih barv:
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 24
Elektronski moduli barva
Prehodna enota1 siva
Modul osveževanja2 24 V DC siva
Napajalni modul3 24 V DC siva
Napajalni modul 120/230 V AC rjavo-oranžna
Digitalni vhodi svetlo-siva
Analogni vhodi modra
Digitalni izhodi rdeča
Analogni izhodi zelena
Relejni moduli roza
Tehnološki moduli (števci) rumena
Tabela 2.2: Barve XION modulov
Prehodna enota služi kot:
Vmesnik med XI/ON modulov in vodilom
Podpira protokole vodil, kot so to: PROFIBUS-DP, CANopen, INTERBUS in
DeviceNet
Regulira celoten proces izmenjave podatkov
Generira diagnostične informacije za krmilnike višjih enot
Omogoča povezavo prek neposrednega ožičenja ali specifičnega vodila
Nudi integrirane vmesnike za programsko opremo I/Oassistant
Omogoča nastavitev naslova za vodilo
1 Prehodna enota - Gateway
2 Modul osveževanja vodila – Bus Refreshing module
3 Napajalni modul – Power Feeding module
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 25
Modul osveževanja služi kot:
Sistemska oskrba XI/ON modula in prehodne enote
Oskrba 24 V enosmerne napetosti do modulov
Kreiranje skupin z eno napajalno enoto
Diagnostične funkcije (prikaz napetosti, preobremenitve, oskrba…)
Napajalni modul služi kot:
Sistemska oskrba XI/ON modulov z 24 V DC ali 120/230 V AC
Kreiranje skupin z eno napajalno enoto
Diagnostične funkcije (prikaz napetosti)
Prvi modul na XI/ON dislociranih enotah po XI/ON prehodni enoti, mora vedno biti modul
osveževanja vodila, kakor tudi ustrezni osnovni modul XN-P3x-SBB ali XN-P4x-SBBC.
Število XI/ON modulov, ki jih je mogoče oskrbovati z modulom vodila preko osnovnega
modula je odvisno od posameznih nazivnih tokov za posamezne module. Vsota nazivnega
toka povezanih XI/ON modulov ne sme presegati 1,5 A (10 A pri napajalnem modulu). Pri
izračunu potrebnega števila modulov za osveževanje vodila moramo upoštevati zahteve
glede porabe energije. Če je uporabljana programska oprema I/Oassistant se avtomatsko
ustvari sporočilo o napaki takoj, ko sistem oskrbe preko vodila ni več zadosten.
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 26
Spodnja tabela nam prikazuje pregled porabe nazivnih tokov različnih XI/ON modulov:
modul napajanje Nazivni tok
Gateway PROFIBUS-DP ≤ 430 mA
Gateway CANopen ≤ 350 mA
Gateway DeviceNet ≤ 250 mA
XN-BR-24VDC-D 1500 mA
XN-PF-24VDC-D ≤ 28 mA
XN-PF-120/230VAC-D ≤ 25 mA
XN-2DI-24VDC-P ≤ 28 mA
XN-2DI-24VDC-N ≤ 28 mA
XN-2DI-120/230VAC-P ≤ 28 mA
XN-4DI-24VDC-P ≤ 29 mA
XN-4DI-24VDC-N ≤ 28 mA
XN-1AI-I(0/4..20MA) ≤ 41 mA
XN-1AI-U(-10/0..+10VDC) ≤ 41 mA
XN-2DO-24VDC-0.5A-P ≤ 32 mA
XN-2DO-24VDC-0.5A-N ≤ 32 mA
XN-2DO-24VDC-2A-P ≤ 33 mA
XN-1AO-I(0/4..20MA) ≤ 39 mA
XN-2AO-U(-10/0..+10VDC) ≤ 43 mA
XN-2DO-R-NC ≤ 28 mA
XN-2DO-R-NO ≤ 28 mA
XN-2DO-R-CO ≤ 28 mA
XN-1CNT < 40 mA
Tabela 2.3: Nazivni tokovi XION modulov
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 27
Prehodna enota lahko s krmilnikom komunicira z različnimi vodili. Vsako vodilo ima
svoje karakteristike, s katerimi lažje izberemo primernega svojim potrebam. Za vse vrste
vodil je temu namenjena tudi svoja prehodna enota. Na razpolago imamo štiri vrste
standardiziranih vodil:
PROFIBUS-DP
CANopen
DeviceNet
INTERBUS
PROFIBUS-DP
Vodilo je zasnovano za velike hitrosti, nanj lahko priključimo do 125 naprav. Komunicira
lahko s hitrostjo prenosa do 12Mbit/s. Sama sestava vodila je iz prepletenih žic ali
optičnega vlakna, vse skupaj pa temelji na standardu RS 485. Na XI/ON dislocirane enote
lahko preko PROFIBUS-DP vodila priključimo največ 74 modulov (Laboratorij za
obdelavo signalov in daljinska vodenja 2000).
Tabela hitrosti prenosa podatkov v odvisnosti od dolžine vodila:
Baudna hitrost (kBit/s) Maksimalna dolžina vodila (m)
9,6 1200
187,5 1000
500 400
1500 200
3000 100
12000 100
Tabela 2.4: Hitrost in dolžina - PROFIBUS
Dolžino vodila lahko povečamo s ponavljalniki1. Med dolžino PROFIBUS vodila lahko
namestimo največ tri ponavljalnike. Največja možna razdalja s ponavljalniki je 4800 m.
1 Ponavljalnik - repeater
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 28
CANopen
Protokol CAN je serijski komunikacijski protokol, s katerim je mogoče učinkovito
porazdeljeno krmiljenje v realnem času. Komunikacija običajno poteka po dveh žicah, je
dvosmerna, vendar poteka le v eno smer naenkrat (ang. Halfduplex) in je primerna za
uporabo povsod, kjer aplikacije zahtevajo hiter prenos kratkih sporočil. Ponuja robustne
mehanizme za odkrivanje in odpravljanje napak ter brezhibno deluje v kritičnih okoljih.
Zagotavlja hitrost prenosa do 1 Mb/s na razdalji do 40 m ter povezavo do 110 naprav.
Vozlišče CANopen predstavlja potrebna strojna oprema, na kateri teče ustrezna
programska oprema. Vozlišče mora z ustreznim krmilnikom, oddajno-sprejemno enoto
CAN in ustreznimi gonilniki za vso strojno opremo zagotoviti nemoteno uporabo v
omrežjih CAN. S ponavljalniki je mogoče linijo s CAN protokolom povezati tudi preko
1000 m. Na XI/ON dislocirane enote lahko preko CANopen vodila priključimo največ 74
modulov (Dimitievski 2010).
Tabela hitrosti prenosa podatkov v odvisnosti od dolžine vodila CAN:
Baudna hitrost (kBit/s) Maksimalna dolžina vodila (m)
10 1000
20 1000
50 1000
100 650
125 500
250 250
500 100
800 50
1000 25
Tabela 2.5: Hitrost in dolžina - CANopen
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 29
DeviceNet
DeviceNet je še en tip široko podprtega odprtega omrežja, ki je združljivo s širokim
naborom proizvodov različnih proizvajalcev. Omrežje DeviceNet je zasnovano na
konceptu proizvajalec/porabnik, ki omogoča enakovredno (peer-to-peer) konfiguracijo ali
pa konfiguracijo glavni/podrejeni (master/slave), temelji pa na sistemu serijskih vodil CAN
(Controller Area Network). Uporabnik lahko nastavi »master/slave«, »multi master« ali
kombinirano konfiguracijo. Specifikacije DeviceNet vodila dovoljujejo uporabo dveh tipov
kablov; debelega in tankega. Vsak ima svoje lastnosti glede hitrosti prenosa podatkov in
dolžine, ki bodo predstavljene v tabeli 2.6. Na XI/ON dislocirane enote lahko preko
DeviceNet vodila priključimo največ 74 modulov (Mitsubishi Electric 2011).
Baudna hitrost
(kBit/s)
Maksimalna razdalja med dvema postajama (m)
debel kabel tanek kabel
125 500 100
250 250
500 100
Tabela 2.6: Hitrost in dolžina - DeviceNet
INTERBUS
Topologija omrežja je obročna (ring), kjer mrežni gospodar (master) podatke sekvenčno
pomika od točke do točke obroča. Vsaka naprava v obroču deluje kot pomični (shift)
register, ki simultano sprejema in oddaja podatke s 500 kHz. Dejanski prenos podatkov
med postajami ustreza standardu RS-485. Interbus-S komunikacija vsebuje CRC za
detekcijo napak. Vodilo Interbus-S (Interbus-S Remote Bus) je bilo razširjeno tako, da
vsebuje podprotokol (subprotocol) z imenom Interbus-Sensor Loop (ali Interbus-S-Local
Bus). Ta protokol predvideva uporabo alternativnega fizičnega nivoja z enojno prepleteno
parico, ki prenaša podatke in energijo (napajanje) po istih linijah ter redukcijo velikosti
pomičnega registra v vsaki postaji s 16 na 4 bite. Komunicira lahko z največjo hitrostjo
prenosa do 2 Mbit/s. Nanj lahko priključimo do 512 naprav. Največja razdalja med
postajama je 400 m. Pri tej razdalji je vodilo sposobno komunicirati s hitrostjo prenosa do
500 kBit/s (Hilscher 2011).
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 30
V našem primeru je sestava dislociranih enot 2 naslednja:
Slika 2.25: Dislocirana enota 2
Druga dislocirana enota komunicira s krmilnikom 1 in 2 preko prehodne enote (GWBR
BPDP) in PROFIBUS-DP vodila. Ostali moduli pa so naslednji:
1. XN-2DO-24VDC-0.5-P
2. XN-2DO-24VDC-0.5-P
3. XN-4DO-24VDC-0.5-P
4. XN-4DI-24VDC-P
5. XN-2AO-U(-10/0..+10VDC)
6. XN-4AI-U/I
7. XN-2AO-U(-10/0..+10VDC)
Prehodna enota
GWBR BPDP
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 31
Dislocirana enota 1:
Slika 2.26: Dislocirana enota 1
Prva dislocirana enota komunicira s krmilnikom 1 preko prehodne enote (XN-GW-
CANOPEN) in CANopen vodila. Ostali moduli pa so naslednji:
1. XN-BR-24VDC-D
2. XN-4DI-24VDC-P
Prehodna enota
XN-GW-CANOPEN
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 32
3 OKOLJE X-SOFT
X-Soft je programsko orodje proizvajalca Moeller software za programiranje Moellerjevih
krmilnikov serije XC. Uporablja se CoDeSys-ov (Controlled Development System)
programirni sistem, ki je podprt s standardom IEC (International Electrotechnical
Commission). Osnova programskega jezika temelji na že znanih jezikih kot so C++, Visual
basic… Program vsebuje dosti naprednih možnosti, s katerimi nam samo delovanje in
razumevanje sistema še bolj približa. Nekaj uporabnih funkcij:
Simuliranje
Pregledovanje sintakse v celoti ali po delih
Izvažanje programa v različne datoteke
Nastavljanje vhodno-izhodnih spremenljivk
…
Sprva je potrebno program namestiti na računalnik. Ta proces uredimo po klasičnem
postopku kot pri drugih programih. Po namestitvi programa na računalnik se lahko
program zažene. Na samem začetku moramo v programu nastaviti nekaj osnovnih
nastavitev kot so tip krmilnika ter tip jezika (IL, LD, ST…).
Slika 3.1: Nastavitve v X-Soft
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 33
3.1 Povezava med PC in PLK
Za izvedbo projekta je potrebno program prvo napisati ter ga nato prenesti na krmilnik.
Komunikacija med računalnikom in krmilnikom v našem primeru poteka preko ethernet
vodila, lahko pa se uporablja tudi komunikacija preko vodila RS232. Za komunikacijo
preko etherneta moramo poznati IP (Internet Protocol) naslov krmilnika. Naslov lahko
pridobimo z raznimi programi za iskanje naslovov v omrežju ali ga uporabimo kot je že
tovarniško nastavljen. IP prvega krmilnika je: 192.168.119.200, drugega pa
192.168.119.90. Za določitev ali spreminjanje komunikacije kliknemo na »Online« ter nato
»Communication Parameters…«. Računalnik in krmilnik morata biti glede IP naslova v isti
družini, da lahko komunicirata. To pomeni, da morajo biti vse, razen zadnje tri številke,
identične tako na eni kot na drugi strani. Na primer: 192.168.119.XXX (Jezeršek 2010).
Slika 3.2: Nastavitev komunikacijskih parametrov
Izberemo
TCP/IP
(level 2 route)
Z dvojnim
klikom
spremenimo IP
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 34
Ko je povezava končana, se lahko povežemo na krmilnik z ukazom »Login«. Takrat se
program iz računalnika prenese na krmilnik. Če kliknemo na »Create boot project«, se bo
program na krmilniku shranil in bo deloval tudi če ga vklopimo ponovno. Nekaj podobnih
funkcij bo opisanih tudi v poglavju varnost (glej poglavje 7).
3.2 Določanje globalnih spremenljivk
Spremenljivke so centralni del vseh programskih jezikov. V njih se začasno shranjujejo
informacije, ki se potrebujejo skozi delovanje programa ali aplikacije. Spremenljivke se
uporabljajo tudi za prenos informacije iz nekega dela programa v drugega; na primer:
začasno shranjevanje dokumenta preden se natisne ali za shranjevanje informacij, ki so
potrebne v vseh delih programa. Programer si lahko spremenljivko predstavlja kot škatlo,
kamor lahko shrani podatke. Od "oblike" škatle (tipa spremenljivke) pa je odvisno, kakšno
vrsto informacije lahko shrani. Med izvajanjem programa je potrebno zagotoviti, da se
prave informacije spreminjajo. Večina programskih jezikov temu reče koncept področja
uporabe. Področje spremenljivke definira ali je spremenljivka dostopna na nekem delu
programa. Spremenljivke razdelimo tako na dve področji - lokalne in globalne
spremenljivke. Lokalne spremenljivke so tiste, ki so dostopne samo na določenem delu
programa (znotraj posamezne funkcije, procedure, metode, podprograma; odvisno, kako je
definirano znotraj programskega jezika). Lokalne spremenljivke so lahko dostopne samo
za branje, lahko pa tudi za pisanje, odvisno od tega, kako so bile predane tistemu delu
programa. Tiste, ki so bile definirane znotraj tega dela, so vedno dostopne za branje kot
tudi za pisanje. Spremenljivke lahko delu programa predamo na dva načina - po vrednosti
ali po referenci. Če spremenljivko predamo po vrednosti, lahko ta del programa
spremenljivko bere, ne more pa je spreminjati. Kadar pa želimo, da del programa
spremenljivko tudi spremeni, jo moramo predati po referenci. S tem zagotovimo, da je na
voljo tudi za pisanje, kadar je v območju uporabe. Globalne spremenljivke se uporabljajo v
celotnem programu. Vedno so v območju uporabe in na voljo za branje ter pisanje za vse
dele programa (Zavod aktivnega izobraževanja 2007).
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 35
V krmilniku so globalne spremenljivke tiste, katere zaznamujejo fizične vhode in izhode
krmilnika. Naslavljamo jih lahko pod jezičkom Resources → Global variables, na
naslednji način:
VAR_GLOBAL
(* Analogni vhod *)
PI4 AT %IW6 : REAL;
(* Analogni izhod *)
FP1 AT %QW2 : STRING;
END_VAR
V zgornjem primeru vidimo, kako se deklarira globalna spremenljivka. Spremenljivke
vpisujemo med ukaz VAR_GLOBAL in END_VAR. Ukaz med oklepajem in zvezdico
pomeni komentar. V zgornjem primeru deklaracije je primer merilnika tlaka (PI4), ki je na
analognem vhodu %IW6, ki je REAL-nega tipa. Fizične naslove vhodov in izhodov pa
preslikamo iz Resources→PLC Configuration in nato pogledamo pod primeren modul (na
primer: 4AI-2AO-U1-I1) (Jezeršek 2010).
Slika 3.3: Okno PLC Configuration
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 36
3.3 Določitev vhodno-izhodnih modulov
Za določanje in nastavljanje modulov v X-Soft-u moramo prav tako kot v prejšnjem
poglavju odpreti jeziček Resources→PLC Configuration. Pod jezičkom PLC
Configuration se nam pokažejo moduli, ki so že v uporabi. Za dodajanje dodatnih
modulov izberemo EMPTY-SLOT[SLOT], nanj kliknemo z desnim gumbom miške in
izberemo Replace element. Pokaže se nam seznam vseh možnih modulov iz katerega
moramo izbrati naš določeni modul. Module moramo na seznamu v PLC Configuration
razvrstiti po enakem vrstnem redu kot so moduli fizično razdeljeni na našem krmilniku od
desne proti levi. V našem primeru velja za krmilnik ena naslednji vrstni red: XC-CPU-201,
XIOC-NET-DP-S, XIOC-4AI-2AO-U1-I1, za krmilnik dva pa: XC-CPU-201, XIOC-SER,
XIOC-NET-DP-M, XIOC-4AI-2AO-U1-I1 (Jezeršek 2010).
Slika 3.4: Nastavljanje vhodov/izhodov
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 37
3.4 Prenos programa iz PC na PLK
Za prenos programa iz računalnika na PLK moramo imeti oba med seboj povezana, kot je
opisano v poglavju 3.1. Po nastavitvi IP naslovov lahko vklopimo napajanje računalnika.
Stikalo krmilnika, ki določa stanje krmilnika nastavimo na STOP, nato zaženemo X-Soft in
kliknemo na Project→Rebuild all. Pozorni moramo biti, da je pod jezičkom Online
izklopljena funkcija Simulation mode, ki služi za simulacije. Če ob izklopljeni simulaciji
ponovno pritisnemo Online se nam pojavi okno, na katerem nas program vpraša, če želimo
na PLK namestiti nov program. Ob izbiri »Da« se bo iz računalnika na PLK prenesel
program. Na procesorskem modulu krmilnika sedaj prestavimo stikalo na RUN. Z X-Soft-
om lahko preko računalnika program resetiramo, ustavljamo in zaganjamo (Jezeršek 2010).
Slika 3.5: Prenos na PLK
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 38
4 OKOLJE IO ASSISTANT
IOassistant je programsko orodje proizvajalca Moeller Software. Programski paket I/O
Assistant nam najprej služi kot pomoč pri izbiri modulov in sestavljanju želene
konfiguracije. S tem programom lahko izvedemo sestavo postaje, kreiranje GSD, ESD
datotek, testiranje in dokumentacijo. Program opozori na nelogičnosti in napake
sestavljanja pri izbiri pasivnih priključitvenih modulov, izračunava porabo V/I modulov ter
opozarja na potrebne dodatne napajalne module. Program tudi izdela dokumentacijo
postaje, kar vključuje listo komponent, grafično sliko, tehnično risbo z dimenzijami ter
listo parametrov. Avtomatsko generira ustrezno GSD ali ESD datoteko za vključitev v
sistem vodila. V fazi zagona se lahko s servisnim kablom priključimo na postajo ter s
pomočjo programa nastavljamo parametre modulov, spremljamo stanja vhodov,
nastavljamo in testiramo izhode,... ter tako izvršimo testiranje dela linije brez povezave na
»master« postajo. Na podoben način se lahko priključimo tudi v servisne namene, saj nam
vgrajena diagnostika omogoča avtomatsko razpoznavanje konfiguracije ter hitro
odkrivanje napak.
Ob zagonu programa in kreiranju novega dokumenta se nam pojavi okno, na katerem
moramo izbrati vrsto komunikacijskega vodila. Na voljo imamo štiri vrste (PROFIBUS-
DP, CANopen, DeviceNet in ethernet). Ko izberemo vodilo, odpremo gumb »add station«,
kjer izberemo sistem ter tip prehodne postaje (gateway). Postajo dodamo s klikom »add
station« (slika 4.1). Ko imamo postavljen prehod, moramo dodati samo še ostale module s
klikom na »add module«. Za komunikacijo med IO Assistantom in dislocirano enoto
XI/ON lahko dostopamo preko servisnega kabla RS232. Povezavo s XI/ON enoto lahko
vzpostavimo s klikom na "Online R" ali "Online R/W". V prvem primeru podatke z enote
samo beremo, v drugem pa jih tudi nastavljamo. V primeru, da konfiguracija, ki smo jo
sestavili v programu ni enaka konfiguraciji modulov, nam program javi napako.
Za komunikacijo s krmilnikom uporabljamo tudi GDS ali EDS datoteke. V teh datotekah je
podan elektronski opis, katerega krmilnik potrebuje za komunikacijo z dislociranimi
enotami XI/ON. V programu IO Assistant nam je na razpolago še mnogo funkcij, kot so:
kreiranje dokumentacije, nastavljanje podrobnih lastnosti modulov…
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 39
Slika 4.1: Izbira modulov
4.1 Povezava XI/ON z XC-201 preko CAN in PROFIBUS
Za komunikacijo XI/ON dislociranih enot s procesorsko enoto krmilnika lahko v našem
primeru uporabimo dve vodili (CAN in PROFIBUS). Komunikacijo lahko vzpostavimo na
dva načina (Zeme 2007):
Za vzpostavitev komunikacije v X-Soft-u moramo za obe vrsti vodil klikniti na
ukaz »Append Subelement« in izbrati primerno vhodno enoto (v našem primeru
XN-GW-CANopen ali XN-GWBR-PBDP). Krmilnik nastavimo na »master«,
XI/ON enoto pa na »slave« konfiguracijo. Nato je potrebno pod jezičkom »DP
Parameters« dodati še ostale module XI/ON enote.
V programu IO Assistant sestavimo konfiguracijo enote. Izvozimo datoteko v
formatu EDS ali EGS. V programu X-Soft, shranjeno EDS ali EGS datoteko,
shranimo pod direktorij "c:\program files\moeller software\xsoft v233\xsoft
v2.3.3\library\" v mapo "PLCCONF".
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 40
5 OŢIČENJE IN POVEZAVA
PV
KV
Vhodni signal v PLK (senzor)
Izhodni signal iz PLK (aktuator)
M
M
FP
1
FP
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Merilnik
pretoka
PI5
PI4
PI1 PI2
Merilnik
vrtljajev
REZERVOAR
Merilnik
nivoja 1
Slika 5.1: Shema hidravličnega sistema
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 41
V spodnji tabeli je podana oštevilčena tabela, katere številke so ponazorjene v sliki 5.1:
Št. Spr. 1 Spr. 2 naslov PLK modul kontakt
1 profi1_in PI4 %IW6 2 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I I0+
2 profi1_out FP1 %QW2 2 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I Q0+
3 profi2_in PI5 %IW8 2 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I I1+
4 profi2_out PV %QW4 2 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I Q1+
5 profi3_in nivo1 %IW10 2 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I I2+
6 nivo2 Nivo2_proc %IW28 1 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I I3+
7 FP2 FP2_nast_Hz %QW34 1 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I Q0+
8 PI1 PI1_bari %IW26 1 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I I2+
9
stevec A stevec 1 %IX0.0 1 XC-CPU-201 I0.0
stevec B stevec 2 %IX0.1 1 XC-CPU-201 I0.2
10 PI2 PI2_bari %IW22 1 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I I0+
11 krmilni ventil (KV) regulira Easy/MFD
12 pretok pretok_skal %IW24 1 XIOC-4AI-2AO-U1-I1 V/I I1+
Tabela 5.1: Senzorji in aktuatorji
Na sliki 5.1 so označeni senzorji in aktuatorji, ki so pobarvani zeleno. Njihova vodila pa
modro ali rdečo, odvisno ali so vhodna ali izhodna. Črna črta simbolično predstavlja
vodovodno cev. Preko izhodov in vhodov smo ustvarili tabelo, ki ponazarja naslednje
podatke, gledano po stolpcih:
1. Zaporedna števila slike 5.1 in tabele 5.1
2. Spremenljivka 1
3. Spremenljivka 2 (spremenljivke so bile zaradi lažjega razumevanja spremenjene)
4. Naslov na krmilniku
5. PLK 1 ali PLK 2
6. Vrsta modula
7. Oznaka kontakta na krmilniku
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 42
Ožičenje na krmilniku 1:
Slika 5.2: CPU-201
Slika 5.3: XIOC-4AI-2AO-U1-I1
števec A
(%IX0.0) števec B
(%IX0.1)
24 V
24 V
0 V
0 V
PI2 (%IW22)
pretok (%IW24)
wew(((%IW24) PI 1 (%IW26)
nivo2 (%IW28)
FP2 (%QW34)
PI 2 (-)
pretok (-)
PI1 (-)
nivo 2 (-)
(-)
FP2 (-)
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 43
Ožičenje krmilnika 2:
Slika 5.4: CPU-201
Slika 5.5: XIOC-4AI-2AO-U1-I1
24 V
24 V
0 V
0 V
PI4 (-)
PI5 (-)
nivo 1 (-)
(-)
PI4 (%IW6)
PI5 (%IW8)
nivo1 (%IW10)
FP1 (-)
PV (-)
FP1 (%QW2)
PV (%QW4)
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 44
Na zgornjih slikah (5.2 – 5.5) so narisani moduli krmilnika ter njihovo ožičenje s
hidravličnim sistemom. Ves sistem pa deluje na ožičenju, ki bo prikazano na naslednji
sliki:
ethernet
Krmilnik 2 Krmilnik 1
profibus profibus
XI/ON 2 CAN XI/ON 1
Easy/MFD
Slika 5.6: Povezava med enotami
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 45
Spremenljivka Naslov PLK Spremenljivka 2 ENOTA VHOD
profi1_out %QW2 2 FP1_nast_Hz 4AI-2AO V/I Q0+,-
profi2_out %QW4 2 Pnev_vent_procenti 4AI-2AO V/I Q1+,-
profi3_out %QW6 2 Nivo1_procenti_zel CPU 201
profi4_out %QW8 2 CPU 201
profi5_out %QW10 2 CPU 201
profi6_out %QW12 2 CPU 201
profi7_out %QW14 2 PID_rocno_avto1 CPU 201
profi8_out %QW16 2 Kp1 CPU 201
profi9_out %QW18 2 Tn1 CPU 201
profi10_out %QW20 2 Tv1 CPU 201
profi11_out %QW22 2 vrednost_rocno1 CPU 201
profi12_out %QW24 2 CPU 201
profi13_out %QW26 2 100 CPU 201
profi14_out %QW28 2 CPU 201
profi15_out %QW30 2 CPU 201
profi16_out %QW32 2 CPU 201
profi1_in %IW6 2 PI4_bari 4AI-2AO V/I I0+,-
profi2_in %IW8 2 PI5_bari 4AI-2AO V/I I1+,-
profi3_in %IW10 2 nivo1_procenti 4AI-2AO V/I I2+,-
profi4_in %IW12 2 CPU 201
profi5_in %IW14 2 CPU 201
profi6_in %IW16 2 Matlab_profi CPU 201
profi7_in %IW18 2 regulirana_vel1 CPU 201
profi8_in %IW20 2 CPU 201
stevec %IB0 1 CPU 201
stevec A %IX0.0 1 CPU 201 I0.0
stevec B %IX0.1 1 CPU 201 I0.2
stevec 1 %IW2 1 CPU 201
stevec 2 %IW4 1 CPU 201
Reference_window %QX1.0 1 CPU 201
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 46
Reset_counter_0 %QX1.1 1 CPU 201
Reset_counter_1 %QX1.2 1 CPU 201
N0_quit %QX1.3 1 CPU 201
N1_quit %QX1.4 1 CPU 201
Error_quit %QX1.5 1 CPU 201
counter_0_enable %QX1.6 1 CPU 201
counter_1_enable %QX1.7 1 CPU 201
FP2 %QW34 1 FP2_nast_Hz 4AI-2AO V/I Q0+,-
Matlab_ven_DA %QW36 1 4AI-2AO
PI1 %IW26 1 PI1_bari 4AI-2AO V/I I2+,-
PI2 %IW22 1 PI2_bari 4AI-2AO V/I I0+,-
nivo2 %IW28 1 nivo2_procenti 4AI-2AO V/I I3+,-
pretok %IW24 1 pretok_skal 4AI-2AO V/I I1+,-
Tabela 5.2: Vse spremenljivke sistema
V tabeli 5.2 so podane vse spremenljivke, ki so v sistemu. V prvem stolpcu so osnovne
spremenljivke. Nekatere izmed njih imajo ime profi_out ali profi_in. Te spremenljivke so
shranjene na krmilniku 2 in z njimi komuniciramo s krmilnikom 1. V drugem stolpcu so
naslovi krmilnika, ki nam povedo lokacijo vhodov in izhodov. V tretjem stolpcu je številka
1 ali 2, ki nam pove ali je spremenljivka na krmilniku 1 ali na krmilniku 2. V četrtem
stolpcu je drugo ime spremenljivke, katero smo ustvarili za lažje razumevanje ter
naslavljanje. V petem stolpcu je modul, na katerega je priključen senzor/aktuator in
posredno tudi njegova spremenljivka ter naslov. V zadnjem stolpcu je oznaka, ki je
narisana ob kontaktih modulov za lažjo prepoznavo fizičnega ožičenja.
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 47
6 NASLAVLJANJE NOVIH VHODOV IN IZHODOV
Dosedanji sistem ni deloval pravilno. Ob zagonu vizualizacije v programu X-Soft ali v
SCADA sistemu so se pojavila opozorila o napaki v povezavi ter napaki na merilnikih
tlaka PI4 in PI5 ter merilniku nivoja 1. Sprva je bilo rečeno, da so nekateri vhodi in izhodi
na modulu 4AI-2AO-U1-I1 krmilnika 2 uničeni ter da bo potrebna prevezava na
dislocirane enote, vendar se je skozi testiranja in preiskovanja izkazalo, da modul deluje
pravilno. Vzrok nepravilnosti delovanja je bil v napačnem naslavljanju vhodov in izhodov
na krmilniku 2. Ob dograditvi dodatnih modulov, vrste XN-4AI-U/I in XN-2AO-U
(-10/0..+10VDC) na dislocirano enoto XION 1 ter k temu spremenjene tudi EGS datoteke,
so se spremenile tudi programske konfiguracije na krmilniku 2. Nekatere naslove vhodov
ter izhodov, ki so pred dograditvijo dodatnih modulov služili modulu 4AI-2AO-U1-I1
krmilnika 2, je prevzel modul XN-4AI-U/I dislocirane enote 2. Za delovanje je bilo
potrebno vhodno/izhodne naslove prenasloviti iz XN-4AI-U/I modula na 4AI-2AO-U1-I1
modul.
Slika 6.1: Vizualizacija sistema
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 48
V programu X-Soft smo spremenili nalove PI4, PI5 ter nivo1 na vhodno/izhodne naslove,
ki služijo modulu 4AI-2AO-U1-I1. Spremenjena programska koda se nahaja pod prilogo v
poglavju 10. Po spremembi naslovov je bilo potrebno naložiti nov program na krmilnik,
kot je že opisano v podpoglavju 3.4. Ob vzpostavitvi obeh krmilnikov v zagon je sistem
deloval pravilno. Zaradi pravilne komunikacije je izginilo opozorilo o napaki v
komunikaciji. Izginili sta tudi rdeče obarvani okenci v shemi pod vizualizacijo, ki služita
za prikaz tlakov na merilniku tlaka PI4 ter PI5. Po dokončani spremembi programa, smo
sistem tudi testirali. Preizkusili smo delovanje frekvenčnega pretvornika 1 in 2 ter z njima
povezani črpalki. Preverili smo vse vrednosti senzorjev v sistemu ter se prepričali o
pravilnem delovanju. Na koncu smo vzpostavili regulacijo levega dela sistema, ki ga vodi
krmilnik 2 in desnega dela sistema, ki ga vodi krmilnik 1, vpisali PID parametre ter želeno
višino tekočine v merilnih posodah. Oba sistema, tako levi kot desni delujeta pravilno. Na
sliki 6.1 je vidno, da oba regulatorja držita gladino tekočine na 50%, kar pomeni pravilno
komunikacijo obeh krmilnikov ter celotnega hidravličnega sistema.
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 49
7 VARNOST IN ZAŠČITA S POMNILNIŠKIMI ELEMENTI
Multimedijska kartica (MMC) in USB služita kot dodatna pomnilniška elementa. Nanj se
lahko prenašajo programski ali ostali podatki. Operacijski sistem podpira tipe kartic z
datotečnim sistemom FAT32. Nadgradnja operacijskega sistema 01.03 omogoča tudi
prenašanje podatkov iz MMC v ostale enote krmilnika. Isto velja za USB.
CPU XC 200 ima naslednje vrste pomnilnikov.
Notranjega
Sistemski spomin (disk_sys)
Zunanjega (neobvezen)
Multimedijska kartica ali spominska kartica (MMC)
USB ključ (disk_usb)
Program je shranjen v stisnjeni obliki in zaščiten proti izpadu električne energije. Med
delovanjem se zagonski projekt in ustrezne enote »razpakirajo« in kopirajo v delovni
pomnilnik. Stalni, trajni podatki pa so shranjeni na SRAM-u, ki je baterijsko varovan.
7.1 Datoteka startup.ini
Sistemski parametri so lahko neodvisno od projekta nastavljeni in shranjeni v spominski
kartici. Ti parametri so v datoteki pod imenom Startup.INI. Kartica se lahko prenaša tudi v
ostale naprave. V datoteki Startup.ini se nahajajo naslednji podatki:
TARGET=XC-CPU201
HOST_NAME=NoNameSet (from OS V1.04)
IP_ADDRESS=192,168,119,200
IP_SUBNETMASK=255.255.255.0
COM_BAUDRATE=38400
CAN_ROUTING_CHANNEL=1
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 50
Ustvarjanje Startup.ini
Z ukazom »createstartupini« se bodo sistemski parametri (Startup.ini) prenesli v
spominsko kartico iz PLK-ja ali STARTUP datoteke. Predpogoj za delovanje ukaza
»createstartupini« je, da je spominska kartica vstavljena, prazna oz. formatirana in da ne
vsebuje datoteke Startup.INI. Če ta datoteka že obstaja, jo ukaz »createstartupini« ne
izbriše ali prepiše ampak se pojavi opozorilno okence.
Brisanje Startup.ini
- Ukaz »removestartupini«
Zbriše sistemske parametre.
Če je vstavljena spominska kartica se zbrišejo sistemski parametri tudi iz nje.
- Ukaz »removeprojfrommmc«
Zbriše zagonski projekt in .INI datoteko iz spominske kartice.
7.2 Zagonski projekt
Shranjevanje zagonskega projekta na MMC
Zagonski projekt je shranjen na MMC v poddatoteki »project« pod imenom »Default.prg«.
Z namenom, da bi shranili zagonski projekt na spominsko kartico izberemo opcijo pod
jezičkom »Resources« nato »PLC-Browser« in v okence vpišemo ukaz »copyprojtommc«.
S ukazom »filecopy« ali »filerename« lahko zagonski projekt kopiramo ali spreminjamo
njegovo ime. V programu easySoft CoSeSys je zagonski projekt aktiven samo pod imenom
»Default« (Moeller 2010).
Brisanje zagonskega projekta iz MMC
Z namenom, da bi izbrisali zagonski projekt na spominski kartici, izberemo opcijo pod
jezičkom »Resources« nato »PLC-Browser« in v okence vpišemo ukaz:
»filedelete \\disk_mmc\\MOELLER\\XC-CPU201-EC256K-8DI-DO\\project\\default.prg«.
V dotičnem primeru to velja samo za krmilnik XC-CPU201-EC256K (Moeller 2010).
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 51
7.3 Seznam ukazov povezanih z MMC in USB
Copyprojtommc - Kopira (zagonski) projekt na MMC
Createstartupini – Ustvari Startupini datoteko na disk_sys in disk_mmc
Removeprojfrommmc – Zbriše varnostno kopijo projekta iz MMC
Removestartupini - Izbriše Startupini datoteko iz disk_sys in disk_mmc
Updatefrommmc - nadgradi windows sliko iz /disk_mmc/MOELLER/XC-
CPU201/btsxc201_Vxxxxx.nbk
Dostop do spominskih objektov
Poznamo štiri funkcije:
• filecopy
• FileRename
• FileDelete
• filedir
Za uporabo zgoraj navedenih funkcij moramo poznati ime spominske kartice, strukturo
direktorija in ime datoteke.
Primeri uporabe:
filedir \\disk_sys
filedir \\disk_sys\\project
filedir \\disk_mmc\\MOELLER\\XC-CPU201-EC512k-8DI-6DO
filedir \\disk_mmc\\MOELLER\\XC-CPU201-EC512k-8DI-6DO\\project\\aaa.prg
filedir \\disk_usb\\MOELLER\\XC-CPU201-EC512k-8DI-6DO
filedir \\disk_usb\\MOELLER\\XC-CPU201-EC512k-8DI-6DO\\project\\bbb.prg
filecopy \\disk_sys\\project\\default.prg \\disk_sys\\project\\yyy.prg
filerename \\disk_sys\\project\\yyy.prg \\disk_sys\\project\\xxx.prg
filecopy \\disk_sys\\project\\default.prg \\disk_mmc\\MOELLER\\XC-CPU201-EC512k-
8DI-6DO \\project\\default.prg
filedelete \\disk_mmc\\MOELLER\\XC-CPU201-EC512k-8DI-6DO\\project\\default.prg
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 52
8 SKLEP
V laboratoriju za procesno avtomatizacijo je bilo potrebno obnoviti povezavo ter delovanje
hidravličnega sistema. Podrobno smo se osredotočili na krmilnike ter njihovo povezavo s
samim sistemom ter računalnikom. Krmilnike ter njihove module skupaj z dislociranimi
enotami smo podrobneje opisali. Opisali smo tudi računalniške programe, namenjene
upravljanju ter programiranju programabilnih logičnih krmilnikov.
Na krmilnikih je bilo potrebno ugotoviti ožičenje med senzorji in aktuatorji ter
krmilnikom. Tukaj smo si pomagali s spreminjanjem vrednosti nivoja tekočin ter posredno
opazovali spreminjanje vrednosti na računalniku. Za nekatere senzorje in aktuatorje smo si
pomagali z voltmetrom ter z njim odčitavali vrednosti napetosti na sponkah krmilnika,
kadar je bil senzor ali aktuator priključen in kadar izključen. Vključevanje ter izključevanje
smo opravili s povezovalnimi kabli na krmilni omarici. Z razlikami napetosti pri
priključenem ali izključenem senzorju/aktuatorju smo lahko ugotovili lokacijo kontakta na
modulu. Vrsto modula smo odčitali s programom X-Soft. Prišli smo do vseh potrebnih
podatkov, da smo lahko izdelali tabelo, na kateri je opisana pot od vrste
senzorja/aktuatorja, vrste modula, lokacije kontakta na modulu, njegovega naslova,
spremenljivke ter po potrebi spremenljivke krmilnika 2. Opisana pot nam opiše električni
del ter povezavo hidravličnega sistema od senzorjev in aktuatorjev do krmilnikov.
Prvotni sistem ni deloval pravilno, saj se nam je pokazalo opozorilo o napačni
komunikaciji med krmilnikoma ter opozorilo o napaki na merilnikih tlaka PI4 in PI5 ter
merilniku nivoja 1. Potrebna je bila sprememba programske kode, saj se je program ob
dograditvi dodatnih modulov na dislocirani enoti spremenil. Ob spremembi programske
kode, oziroma vnosu novih vhodno-izhodnih naslovov sistem ponovno deluje.
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 53
9 VIRI IN LITERATURA
[1] Dimitieski, Vlado. 2010. Vzpostavitev vozlišča CANopen na vgrajenem sistemu
[online]. Dostopno na: http://eprints.fri.uni-lj.si/1185/1/Dimitrieski_V._-UN.pdf [29.
4. 2011].
[2] Hilscher. 2011. InterBus [online]. Dostopno na:
http://www.hilscher.com/products_bus_interbus.html?nb=x [29. 5. 2011].
[3] Jezeršek, Jure. 2010. Načrtovanje sekvenčnega krmilja in regulacije z izbranim
krmilnikom [online]. Dostopno na:
http://www.ung.si/~vanesa/diplome/PTF/slv/160Jezersek.pdf [30. 5. 2011].
[4] Laboratorij za obdelavo signalov in daljinska vodenja. Industrijsko – senzorska
omrežja [online]. Dostopno na: http://www.sparc.uni-
mb.si/Komunikacijeva/literatura/INDUSTRIJSKO_SENZORSKA%20OMREZJA.pdf
[24. 5. 2011].
[5] Lepoša, Aleš. 2007. Porazdeljeno vodenje hidravličnega sistema - daljinski nadzor in
tehnologije. Maribor: A. Lepoša
[6] Micro Innovation. 2006. Future-Proof Automation with x system [online]. Dostopno
na:
http://www.microinnovation.com/en/PortalData/1/Resources/documents/M001685-
01.pdf [26. 5. 2011].
[7] Mitsubishi Electric. 2011. Omrežja – Device Net [online]. Dostopno na:
http://www.mitsubishi-automation-
si.com/products/networks_devicenet.html?distributor=0 [20. 5. 2011].
[8] Moeller. 2010. Automation and Visualization [online]. Dostopno na:
http://www.eatonelektrotechnika.cz/pdf/NK2720-1151GB_novinky.pdf [23. 5. 2011].
[9] Roersch, Peter. 2005. XIOC Signal Modules [online]. Moeller. Dostopno na:
http://www.eatonelektrotechnika.cz/pdf/h1452g.pdf [3. 6. 2011].
[10] Zavod aktivnega izobraževanja. 2007. Spremenljivke, operatorji, zanke in funkcije
[online]. Dostopno na: http://www.aktivno.si/ai/sl/733-spremenljivke-operatorji-
zanke-in-funkcije [5. 5. 2011].
[11] Zeme, Andrej. 2007. Porazdeljeno vodenje hidravličnega sistema-komunikacije in
programska oprema. Maribor: A. Zeme.
[12] Zmrzlikar, Filip 2005. Tehnologija vodil in decentralizirani sistemi vodenja.
Avtomatika [online]. Dostopno na:
http://93.103.19.154/ARHIV_AVTOMATIKA/A60.pdf [25. 5. 2011].
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 54
10 PRILOGE
10.1 Programska koda krmilnika 2
FUNCTION Napaka_tok_zanke : BOOL
VAR_INPUT
vhodna_bitna_vr:INT;
END_VAR
VAR
END_VAR
Napaka_tok_zanke:= (vhodna_bitna_vr < 3000);
PROGRAM PLC_PRG
VAR
komunikacija: BOOL;
Matlab_profi:INT;
END_VAR
(*Skaliranje analognih vrednosti*)
IF FP1_nast_Hz>50 THEN FP1_nast_Hz:=50; END_IF; (*zascita za FP1*)
IF pnev_vent_procenti>100 THEN pnev_vent_procenti:=100; END_IF; (*zascita za
FP1*)
FP1:=Skaliranje_izhod_FP(FP1_nast_Hz);
pnevmatski_ventil:=REAL_TO_WORD((3276000/100*pnev_vent_procenti+819000)/
1000);
IF PI4<3276 THEN PI4_bari:=0; ELSE PI4_bari:=Skaliranje_PI(PI4); END_IF;
IF PI5<3276 THEN PI5_bari:=0; ELSE PI5_bari:=Skaliranje_PI(PI5); END_IF;
IF nivo1<3276 THEN nivo1_procenti:=0; ELSE
nivo1_procenti:=Skaliranje_nivo(nivo1); END_IF;
(************************************************************************
***********************************************************************)
(*branje in pisanje preko profibusa iz drugega krmilnika*)
profi1_out:= REAL_TO_WORD(PI4_bari*1000);
profi2_out:= REAL_TO_WORD(PI5_bari*1000);
profi3_out := REAL_TO_WORD(nivo1_procenti*1000);
profi4_out:=100; (*za preverjanje komunikacije*)
profi5_out.0:=PI4_napaka;
profi5_out.1:=PI5_napaka;
profi5_out.2:=nivo1_pod_0;
profi6_out:=Matlab_profi;
profi7_out:=REAL_TO_WORD(regulirana_vel1*100);
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 55
IF (profi13_in = 0) THEN
komunikacija:=FALSE;
ELSE
komunikacija := TRUE;
END_IF;
IF komunikacija THEN
FP1_nast_Hz:=profi1_in;
pnev_vent_procenti:=profi2_in;
nivo1_procenti_zel:=profi3_in;
(*profi4_in
profi5_in
profi6_in prazni *)
PID_rocno_avto1:=WORD_TO_BOOL(profi7_in);
Kp1:=profi8_in;
Tn1:=profi9_in;
Tv1:=profi10_in;
vrednost_rocno1:=profi11_in;
ELSE
nivo1_procenti_zel:=REAL_TO_INT(nivo1_procenti);
PID_rocno_avto1:=TRUE;
Kp1;
Tn1;
Tv1;
vrednost_rocno1:=0;
regulirana_vel1;
pnev_vent_procenti:=100;
END_IF;
(************************************************************************
***********************************************************************)
(*PID regulacija nivoja 1*)
Regulacija1;
(************************************************************************
*************************************************************************
**)
(*Ugotavljanje napake tokovne zanke oz. senzorja*)
PI4_napaka:=Napaka_tok_zanke(PI5);
PI5_napaka:=Napaka_tok_zanke(PI4);
nivo1_pod_0:=Napaka_tok_zanke(nivo1);
(************************************************************************
*************************************************************************
**)
(*Testiranje zakasnitev *)
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 56
Matlab_profi:=Matlab_not_AD;
PROGRAM Regulacija1
VAR
Regulator_nivoja: PID;
reg_reset: BOOL;
omejitev: BOOL;
overflow: BOOL;
END_VAR
Regulator_nivoja(
ACTUAL:=nivo1_procenti ,
SET_POINT:=nivo1_procenti_zel ,
KP:=Kp1 ,
TN:=Tn1 ,
TV:=Tv1 ,
Y_OFFSET:= 0,
Y_MIN:=0 ,
Y_MAX:=50 ,
MANUAL:=PID_rocno_avto1 ,
RESET:=reg_reset ,
Y=>regulirana_vel1 ,
LIMITS_ACTIVE=>omejitev ,
OVERFLOW=>overflow );
IF nivo1_procenti<=0 THEN
FP1_nast_Hz:=0;
ELSIF NOT PID_rocno_avto1 THEN
FP1_nast_Hz:=50 - REAL_TO_INT(regulirana_vel1);
vrednost_rocno1:=FP1_nast_Hz;
ELSIF PID_rocno_avto1 THEN
FP1_nast_Hz:=vrednost_rocno1;
END_IF;
FUNCTION Skaliranje_izhod_FP : WORD
VAR_INPUT
zel_vrednost:WORD;
END_VAR
VAR
END_VAR
Skaliranje_izhod_FP:=REAL_TO_WORD((3276000/50*zel_vrednost+819000)/1000);
FUNCTION Skaliranje_nivo : REAL
VAR_INPUT
nivo1:REAL;
END_VAR
VAR
END_VAR
Skaliranje_nivo:=(nivo1-3276)*100/13107;
FUNCTION Skaliranje_PI : REAL
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 57
VAR_INPUT
tlak_biti: REAL;
END_VAR
VAR
END_VAR
Skaliranje_PI:=(tlak_biti-3276)*3/13107;
VAR_GLOBAL
(*spremenljivke za drugi krmilnik preko profibusa*)
{flag noread, nowrite on}
profi1_in AT%IW6 :WORD;
profi2_in AT%IW8 :WORD;
profi3_in AT%IW10 :WORD;
profi4_in AT%IW12 :WORD;
profi5_in AT%IW14 :WORD;
profi6_in AT%IW16 :WORD;
profi7_in AT%IW18 :WORD;
profi8_in AT%IW20 :WORD;
profi9_in AT%IW22 :WORD;
profi10_in AT%IW24 :WORD;
profi11_in AT%IW26 :WORD;
profi12_in AT%IW28 :WORD;
profi13_in AT%IW30 :WORD;
profi14_in AT%IW32 :WORD;
profi15_in AT%IW34 :WORD;
profi16_in AT%IW36 :WORD;
profi1_out AT%QW2: WORD;
profi2_out AT%QW4: WORD;
profi3_out AT%QW6: WORD;
profi4_out AT%QW8: WORD:=100;
profi5_out AT%QW10: WORD;
profi6_out AT%QW12: WORD;
profi7_out AT%QW14: WORD;
profi8_out AT%QW16: WORD;
{flag off}
(************************************************************************
********************************************)
(* Spremenljivke XI/ON enote povezane s Profibus DP *)
(* 2DO*)
O_digital1 AT %QX18.0 :BOOL;
O_digital2 AT %QX18.1 :BOOL;
(* 2DO *)
O_digital3 AT %QX19.0 :BOOL;
O_digital4 AT %QX19.1 :BOOL;
(* 4DO *)
O_digital5 AT %QX20.0 :BOOL;
O_digital6 AT %QX20.1 :BOOL;
O_digital7 AT %QX20.2 :BOOL;
O_digital8 AT %QX20.3 :BOOL;
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 58
(* 4DI *)
I_digital1 AT %IX38.0 :BOOL;
I_digital2 AT %IX38.1 :BOOL;
I_digital3 AT %IX38.2 :BOOL;
I_digital4 AT %IX38.3 :BOOL;
(* 2AO *)
O_analog1 AT %QW22 :WORD;
O_analog2 AT %QW24 :WORD;
(* 4AI *)
I_analog1 AT %IW40 :WORD;
I_analog2 AT %IW42 :WORD;
I_analog3 AT %IW44 :WORD;
I_analog4 AT %IW46 :WORD;
(************************************************************************
********************************************)
(*Analogni vhodi in izhodi*)
FP1_nast_Hz:WORD;
FP1 AT%QW26:WORD; (*nastavljanje frekvence frekvencnemu pretvorniku*)
pnev_vent_procenti:WORD:=100;
pnevmatski_ventil AT%QW28:WORD; (*nastavljanje odprtosti ventila*)
PI5_bari:REAL;
PI5 AT%IW50:INT;
PI4_bari:REAL;
PI4 AT%IW48:INT;
nivo1_procenti:REAL;
nivo1 AT%IW52:INT;
Matlab_not_AD AT%IW54:INT;
(************************************************************************
********************************************************************)
(*Napake tokovnih zank oz. senzorjev*)
PI4_napaka:BOOL;
PI5_napaka:BOOL;
nivo1_pod_0:BOOL;
(************************************************************************
********************************************)
(*Diagnostika XION-a preko profibusa*)
XION_diag AT%MB4 : GETBUSSTATE;
profi33_in: BOOL;
END_VAR
VAR_GLOBAL RETAIN PERSISTENT
(*PID regulator nivoja 1*)
nivo1_procenti_zel:INT;
PID_rocno_avto1:BOOL:=TRUE;
Kp1:UINT;
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 59
Tn1:UINT;
Tv1:UINT;
vrednost_rocno1:UINT:=0;
regulirana_vel1:REAL;
END_VAR
10.2 Naslov študenta
Jure Štefl
Gortina 15a
2366 Muta
Tel: 031618176
e-mail: jure_stefl@yahoo.co.uk
10.3 Kratek ţivljenjepis
Rojen:
18.8.1987, Slovenj Gradec
Šolanje:
1994 – 2002 Osnovna šola Muta
2002 – 2006 Srednja šola Ravne na Koroškem
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 60
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 61
Nadgradnja krmilnikov porazdeljenega vodenja hidravličnega sistema Stran 62