Get Adobe Flash player

terepi buszrendszer

A digitális jelekkel vezérelt pneumatikus szelepszigetek alkalmazása az ipari automatizálásban széleskörűen elterjedt. A cikkünkben egy PROFIBUS kapcsolattal rendelkező szelepszigetet mutatunk be. Az eszközök bemutatása után egy gyakorlati alkalmazáson keresztül írjuk le a szelepsziget konfigurálását és a PLC programozás lépéseit.Pneumatic valve terminals controlled by digital lines are widely used in industrial automation. In this article we present a valve terminal with PROFIBUS connection. After the presentation of the devices we describe the configuration of the valve terminal and steps of the PLC programming.Mit den digitalen Signalen steuerte pneumatische Ventilinseln sind in der industriellen Automatisierung weitverbreitet. Wir stellen in unserem Artikel eine Ventilinsel mit PROFIBUS Verbindung vor. Nach der Vorstellung des Gerätes wir beschreiben die Konfiguration der Ventilinsel und die Schritte der PLC-Programmierung.

Szelepsziget

A pneumatikus szelepszigetek kompakt kialakításban több szelepet tartalmaznak, amelyeket hagyományosan digitális jelekkel lehet vezérelni. A modernebb szelepszigetek megrendelhetők több féle ipari terepi buszrendszer kapcsolattal is. Ebben a cikkben a FESTO CVP10-GE –es PROFIBUS-DP kapcsolattal rendelkező szelepsziget kerül bemutatása (1. ábra).

 

1. ábra. FESTO CPV10-GE szelepsziget

A CVP-10-es moduláris szelepsziget 2-8 pneumatikus szelepet tartalmazhat. Moduláris kialakítás miatt szabadon kiválasztható a szelepek, a pneumatikus csatlakozók és a buszrendszer típusa is. A bemutatásra kerülő eszköz öt darab
5/2-es szeleppel van felszerelve és PROFIBUS-DP terepi buszrendszerhez csatlakoztatható. A modul további CPI ki- és bementi egységgel bővíthető, így egy terepi buszrendszer csatoló használatával akár komplett vezérlési feladatok is elvégezhetők.

PROFIBUS-DP

A PROFIBUS az ipari automatizálásban alkalmazott nyílt terepi buszrendszer szabvány. Egyetlen buszkábelen képes összeköttetést biztosítani a vezérlő, vagy ellenőrző rendszerek és a decentralizált eszközök (érzékelő és beavatkozó) között a terepi szinten. E mellett konzisztens adatcserét biztosít a magasabb szintű kommunikációs rendszerek között.

A PROFIBUS két változata van használatban:
–    A PORFIBUS DP (Decentralized Peripherals) gyártásautomatizálási alkalmazásokban használt, a központosított vezérlő egységek és terepi érzékelő, beavatkozó egységek összeköttetésére.
–    A PROFIBUS PA (Process Automation) változatot folyamatirányító rendszereknél alkalmazzák, ahol a terepi mérőberendezések összeköttetését biztosítja. Robbanásveszélyes környezetben is használható.

Egy PROFIBUS hálózatra egy vagy több master csatlakoztatható, amely a slave eszközökkel tartja a kapcsolatot. A PROFIBUS slave bármilyen periféria eszköz lehet (ki-/bementi eszköz, szelep, hálózati hajtásrendszer, vagy más mérőberendezés), amely információt gyűjt és továbbítja azt a master-nek.

A slave-ek passzív állomások, mivel nincs közvetlen hozzáférési jogosultságuk a hálózathoz. Csak a megkapott csomagokat igazolhatják vissza és a master-től kapott kérésre küldhetnek válasz üzenetet.

Fontos megjegyezni, hogy a PROFIBUS hálózaton a slave állomások egyforma prioritással rendelkeznek és minden hálózati kommunikációt a master eszközök kezdeményeznek. Több master is kapcsolódhat a hálózathoz, de egy időben csak egy master birtokolja a kommunikációs jogot. Az aktív master kiválasztása vezérjel továbbító eljárással történik. Ezen az eljáráson kívül nem történik kommunikáció a master-ek között. [1,2]

A PROFUBUS hálózat RS-485-ös soros buszrendszert alkalmaz, amely lehetővé teszi, hogy egyetlen csavart érpáron keresztül összeköthetők legyenek az eszközök. Ezzel a kábelezési megoldással egyszerűen és viszonylag alacsony költséggel összeköthetőek a decentralizált terepi eszközök.
Hálózat kialakítása

A fent bemutatott FESTO CVP10-GE szelepszigetet PROFIBUS-DP hálózaton egy SIEMES S7 313C-2D PLC-vel kapcsoltuk össze.

A kábelezési munkák után, minden periféria eszköznek be kell állítani egy egyedi busz címet. Ezt a szelepszigeten a lecsavarozható védő fedél alatt található DIP kapcsolóval lehet beállítani. Az 1-7-es jelű kapcsolókon kettes számrendszerben kell megadni a megfelelő címet.

Ahhoz, hogy a PLC programból el tudjuk érni a hálózatra csatlakoztatott eszközöket, össze kell állítni a hardver konfigurációt. Ezt a SIEMENS STEP 7 PLC programozó szoftver HW konfiguráció részében végezhetjük el. A legtöbb SIEMENS eszköz az itt található katalógusból kiválasztható és beilleszthető a konfigurációba, viszont a más gyártótól származó eszközök listáját automatikusan nem tartalmazza a katalógus. A gyártók honlapjáról letölthető az eszköz paramétereit tartalmazó leíró fájl (GSD fájl). A FESTO honlapjáról letöltött GDS fájl egyszerűen importálható és ez után a katalógus “PROFIBUS-DPAdditional Field DevicesValves“ pontja alatt megtalálható a “Festo CPV-DI02” eszköz (2. ábra). Ezt ráhúzva a PROFIBUS-DP hálózatra beilleszthető a konfigurációba. A megjelenő ablakban az előzőleg a DIP kapcsolón beállított hálózati címet itt is meg kell adni.

 

2. ábra. Hardware konfiguráció
Mivel nekünk csak digitális kimeneteként működő szelepeink vannak, így elegendő, ha a 16 kimenettel rendelkező alap modul szerepel az eszköz bővítő egységei közül.

Az alsó konfigurációs ablakban leolvasható, hogy milyen címen érhetők el a digitális kimenetek. Esetünkben ez a Q1 és Q2-es kimenti bájt.[3]

PLC program készítés

A szelepek kimeneti memóriacímének ismeretében már készíthetünk PLC programot a vezérléshez. Hagyományosan használhatunk létradiagramos programozási nyelvet, amellyel az öntartó kapcsolásokkal felépített tároló lánc segítségével a sorrendi vezérlési feladatok megoldhatók. Ebben a részben egy alternatív programozási megoldást mutatunk be.

Az S7 300-as PLC-k programozásakor felhasználhatók a beépített standard függvényblokkok, amelyek egy-egy speciális feladatot oldanak meg. Az SFB 32 (DRUM) függvényblokk egy programkapcsolót valósít meg, amely maximum 16 előre meghatározott lépésprogram szerint működteti a kimeneteket. A lépések közötti váltás történhet kézi léptetéssel, a lépésekhez rendelt feltételek teljesülésével, vagy időzítve.

Esetünkben a szelepsziget 5/2-es monostabil szelepeire négy munkahenger van kötve. Ezek működtetéséhez a Q1 és Q2 bájtok minden második bitjét kell használnunk (Q1.2, Q1.4, Q1.6, Q2.0). Mivel a szelepszigethez nincs bemeneti modul csatlakoztatva, a vezérlést időzítve oldjuk meg. A demonstrációs célú feladat legyen az, hogy a munkahengereket egymás után külső pozícióba vezéreljük, majd vissza.

A 3. ábrán az SFB 32 függvényblokk részlete látható az OB 1 fő szervező modulba beillesztve. Az időzített működés a DRUM_EN bemenet magas szintjével engedélyezhető. Ha ez a jel alacsony szintű, a következő lépésre csak a JOG bementettel jutathatjuk el. Az utolsó lépés számát a LST_STEP bemeneten adhatjuk meg. Most ezt 9-re állítottuk. Az utolsó lépés után a RESET bemenet magas szintjére áll vissza a kapcsoló az első lépésre. Az EVENT1…16 bemenetek segítségével lehet lépésenként megadni a továbblépés feltételét. A véghelyzet érzékelők jeleinek hiányában most mi nem tudjuk ezt a funkciót használni. Az OUT0…15 kimeneteken a munkahengerek címét adtuk meg. [4]

 

3. ábra. SFB 32 függvényblokk

Minden függvényblokkhoz tartozik egy adatmodul, amelyben a belső állapotait tárolja. Ehhez a blokkhoz a DB32 adatmodult hoztuk létre. A programkapcsoló további paraméterei itt állíthatók be. Az OUT_VAL kétdimenziós tömbben a kimenetek értékét adhatjuk meg lépésenként. Az S_MASK kétdimenziós tömbben az összes lépés minden bitjére egy bináris maszkot adhatunk meg. Ha ez a maszk 0 egy adott lépés bitjére, akkor ez a kimeneti bit az előző lépésben felvett értéket kapja ebben a lépésben is. Ha ez a maszk 1, akkor az OUT_VAL paraméterben beállított értéket veszi fel. Az időzítési funkció eléréséhez két paramétert kell beállítanunk. Az első a DTBP paraméter, amellyel ezredmásodpercekben adható meg az időalap. A második az S_PRESE tömb amely segítségével lépésenként lehet beállítani a lépések időzítési értékét. Az értékeket az időalapnak megfelelően kell megadni.

A PROFIBUS-os szelepsziget alkalmazásával költséghatékonyan lehet a nagyobb távolságban elhelyezett pneumatikus eszközök összeköttetését biztosítani. A programkapcsoló függvényblokk használatával a hagyományos sorrendi vezérlési feladatok könnyen megvalósíthatók, még a PLC programozásban nem annyira jártas szakembereknek is.

[1]    PROFIBUS wiki, http://en.wikipedia.org/wiki/Profibus
[2]    PROFIBUS, http://www.profibus.com
[3]    CPV valve terminal with field bus direct connection, Festo AG, 2007
[4]    System Software for S7-300/400 System and Standard Functions Reference Manual, Siemens AG, 2006
[5]    Gábor Kátai-Urbán, Iván Lajtai. Control of distributed devices on PROFIBUS network, Proceedings of the 1st Regional Conference – Mechatronics in Practice and Education, 2011

Kátai-Urbán Gábor
Kecskeméti Főiskola, GAMF Kar Informatikai Tanszék