19
3 Gradniki sistema
3.1 Strojna oprema
V podjetju, kjer sem opravljal projekt, smo se odločili, da se bo za predelavo talne proge uporabilo Siemens-ovo strojno opremo. Seznam strojne opreme, ki smo jo uporabili za nadgradnjo je naslednji:
• Napajalnik, ki se napaja z vhodno napetostjo 120 V ali 230 V in zagotavlja napetost in tok 24 V / 5 A, ki napaja krmilnik, komunikacijski procesor, dve vhodni kartici, eno izhodno kartico in tri komunikacijske procesorje frekvenčnih pretvornikov. Oznaka napajalnega modula je 6ES7307-1EA01-0AA0 [1].
• Programirljivi logični krmilnik S7-300 CPU315-2DP, ki ima 128 KB delovnega spomina. Naloga krmilnika je, da izvaja program, ki je v njem naložen, za kar potrebuje tudi napajanje 24 V. Maksimalno število blokov v krmilniku je 1024 (to število zajema vse podatkovne bloke (DB), funkcijske bloke (FB), funkcije (FC), sistemske podatkovne bloke (SDB) in organizacijske bloke (OB). Krmilnik z oznako 6ES7315- 2AG10-0AB0 podpira dve vrsti komunikacije, in sicer MPI in Profibu«[2].
• Komunikacijski procesor med operaterskim panelom, krmilniki in prikazom na nadzornem sistemu SCADA WinCC. Uporablja se tudi za dostop do krmilnika. Za komunikacijo med zgoraj naštetimi napravami uporablja protokol Profinet. Oznaka komunikacijskega modula SimaticNET CP343-1, ki se uporablja za komunikacijo z je 6GK7343-1EX30-0XE0 [3].
• Dve vhodni 32-bitni kartici, na kateri se priključi digitalne vhode v krmilnik. Na posamezno kartico lahko priključimo 32 vhodnih signalov.
Na kartico moramo priključiti tudi napajanje. Vhodni signal mora imeti napetost od 13 V do 30 V, da vhodna kartica zazna signal kot »1«. Če je
20 Gradniki sistema
na vhodnem signalu napetost od -30 V do 5 V, zavzame vrednost »0«.
Oznaka izhodne kartice je 6ES7322-1BL00-0AB0 [4].
• Izhodna kartica z oznako 6ES7322-1BL00-0AA0, ki ima 32 izhodov, ki zagotavljajo izhodno napetost/tok 24 V / 0.5 A [5].
• Uporabniški panel HMI TP1200 Comfort Panel, ki se uporablja za spremljanje stanja procesa in za posluževanje naprave. Zaslon je velik 12 palcev. Oznaka panela je 6AV2124-0MC01-0AX0 [6].
• Kontrolna enota frekvenčnega pretvornika CU240B-2. Za povezavo z drugimi napravami kontrolna enota frekvenčnega pretvornika uporablja komunikacijo Profibus. Do njenih nastavitev se lahko dostopa tudi preko vmesnika USB. Kontrolni modul potrebuje napajanje 24 V. Oznaka kontrolnega vmesnika je 6SL3244-0BB00-1PA1 [7].
• Operaterski panel frekvenčnega pretvornika, ki se uporablja za spremljanje parametrov na frekvenčnem pretvorniku. Namenjen je tudi potrjevanju različnih napak in alarmov, vpogledu v parametre, alarme, napake, hitrosti vrtenja motorjev in podobno. Oznaka operaterskega modula je 6SL3255-0AA00-4CA1 [8].
• Dva močnostna modula za frekvenčnega pretvornika PM240-2. Na vhod je potrebno priključit tri faze z napetostjo med 380 V in 480 V. Na frekvenčni pretvornik lahko priklopimo motor, ki ima nazivno moč največ 0,75 KW. Maksimalni izhodni tok, ki ga lahko zagotavlja močnostni modul frekvenčnega pretvornika je 3,4 A. Oznaka močnostnega modula je 6SL3210-1PE12-3UL1 [9].
• Močnostni modul frekvenčnega pretvornika PM240-2. Na vhod je treba priključit tri faze z napetostjo med 380 V in 480 V. Na frekvenčni pretvornik lahko priklopimo motor, ki ima nazivno moč največ 3 kW.
Maksimalni izhodni tok, ki ga lahko zagotavlja močnostni modul frekvenčnega pretvornika je 11,8 A. Oznaka močnostnega modula je 6SL3210-1PE18-0AL1 [10].
3.2 Programska oprema
Pri predelavi talne proge je bila uporabljena Siemens-ova programska oprema, in sicer je program za krmilnik narejen v programskem okolju Simatic Manager, vizualizacija za panel je izrisana v programu TIA Portal V16, za vizualizacijo na računalniku je uporabljen program TIA Portal V14, za vpisovanje parametrov frekvenčnih pretvornikov pa je bil uporabljen program Simatic Starter.
Protokol Profibus 21
3.3 Protokol Profibus
Polno ime protokola Profibus je Proces field bus. Ta protokol je del standarda IEC61158 in podpira dve vrsti naprav. Prva vrsta so aktivne naprave oziroma gospodarji (ang. master), druga vrsta naprav so sužnji (ang. slave) oziroma pasivne naprave [11]. Primer aktivne naprave je krmilnik, primeri pasivnih naprav pa so ventili, senzorji vlage, temperature, gostote, motorji itd. Komunikacija Profibus deluje tako, da mora najprej aktivna naprava (npr. PLK) odda zahtevo za pridobitev vrednosti iz senzorja. Zahtevo nato pošlje senzorju, ki je pasivna naprava. V trenutku, ko pasivna naprava dobi zahtevo, pošlje zahtevane podatke nazaj aktivni napravi. Danes poznamo dve vrsti komunikacije Profibus. Prva vrsta je Profibus DP, ki se uporablja za krmiljenje vhodno izhodnih enot s pomočjo centralne enote. Uporablja pa se tudi za povezavo, kjer je vključeno več krmilnikov. Pri povezavi Profibus DP obstajata dve vrsti aktivnih naprav [12]. Aktivna naprava prvega razreda ciklično nadzoruje proces delovanja. Naprava drugega razreda pa deluje na način, da napravi dodeli parametre in preverja diagnostiko naprave, ki je povezana preko tega protokola. Hitrosti povezave, ki se lahko dosežejo pri tej vrsti komunikacije, so do 12 Mb/s. Druga vrsta je Profibus PA, ki je namenjena za uporabo v nevarnih območjih. Pri tej vrsti po vodilu tečejo zelo majhni tokovi, zato da ne prihaja do kakršnega koli iskrenja, ki lahko povzroči eksplozijo. Tudi v primeru okvare na vodilu, ne pride do iskrenja. Najvišja hitrost povezave po tem vodilu je 31,25 kb/s [13].
3.4 Protokol Profinet
Polno ime protokola Profinet je Process Field Net. Gre za protokol, ki za prenos podatkov preko interneta uporablja industrijski Ethernet. Uporablja se predvsem za komunikacijo med krmilnikom in perifernimi napravami kot so senzorji. Razvil se je iz kombinacije komunikacij Profibus DP in industrijskega interneta [14].
Komunikacija Profinet je hitrejša in bolj učinkovita od komunikacije Profibus, saj je zasnovana na dvosmerni komunikaciji, ki poteka v obe smeri (ang. Full-Duplex) in deluje na pasovni širini 100 Mb/s. S pomočjo povezave Profinet lahko dostopamo do več naprav hkrati. Na ta način je omrežje veliko bolj učinkovito in omogoča hkraten prenos informacij v več vozlišč [15]. Vsaka naprava, ki je povezana v omrežje Profinet ima doložen naslov MAC, ki je tovarniško privzet, naslov IP in ime naprave. Vsaka naprava ima lahko enega ali več vrat za priklop v industrijsko omrežje [16].
22 Gradniki sistema
3.5 Frekvenčni pretvornik
Frekvenčni pretvorniki so naprave, ki se uporabljajo za regulacijo hitrosti trifaznih motorjev. Iz izmenične napetosti, ki ima medfazno napetost in konstanto frekvenco, ustvarijo nastavljivo napetost ter frekvenco. Glede na zgradbo delimo frekvenčne pretvornike na dve vrsti:
• U – frekvenčni pretvornik in
• I – frekvenčni pretvornik.
U – frekvenčni pretvornik je sestavljen iz naslednjih komponent:
• usmernika,
• enosmernega vezja,
• razsmernika in
• krmilnika, ki krmili enosmerno vezje.
Usmernik je namenjen pretvorbi napajalne napetosti v konstantno enosmerno napetost. Vmesno vezje vsebuje kondenzator in upor. Kondenzator je namenjen glajenju napetost in zagotavljanju energije ob konicah, na primer ob zagonu motorja.
Uporu v vezju rečemo tudi zaviralni upor, saj ob zaviranju motorja odvečno energijo pretvori v toplotne izgube. Na koncu pa je razsmernik, ki enosmerno napetost pretvori nazaj v izmenično [20].
Na sliki 3.1 je prikazana razlika med U – frekvenčnim pretvornikom in I – frekvenčnim pretvornikom.