Echipament Testare și Verificarea Funcționalității Tastelor Volanului Unui Automobil După Iesirea din Procesul de Productie

FUNDAȚIA PENTRU CULTURĂ ȘI ÎNVĂȚĂMÂNT “IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA
UNIVERSITATEA IOAN SLAVICI” TIMIȘOARA
FACULTATEA DE INGINERIE

DOMENIUL CALCULATOARE ȘI TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI
FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT – ZI

Echipament testare

și verificarea funcționalității tastelor volanului unui automobil după

ieșirea din procesul de producție

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC Prof . Dr . Ing . Mircea Vladutiu

ABSOLVENT
Cretan Claudiu Marian

UNIVERSITATEA DIN ORADEA FACULTATEA de Inginerie Electrică și Tehnologia Informației DEPARTAMENTUL ______________________________________

TEMA_________

Lucrare de Finalizare a studiilor a studentului______________________________

1). Tema lucrării de finalizare a studiilor:_____________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2). Termenul pentru predarea lucrării________________________________________________________ 3).Elemente inițiale pentru elaborarea lucrării de finalizare a studilor_____________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4). Conținutul lucrării de finalizare a studiilor:_________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 5).Material grafic:_________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 6).Locul de documentare pentru elaborarea lucrării: __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________7).Data emiterii temei ______________________________________________________________________

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ Șl TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

Adresa Oradea, Cod 410087, Bihor, Romania, Strada Universității ,nr.1 Tel /Fax : +40 259/408412, Tel:+40 259/408104; +40 259/408204

REFERAT

PRIVIND LUCRAREA DE LICENȚĂ
A

ABSOLVENTULUi/ABSOLVENTEI : …………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… DOMENIUL / PROGRAMUL DE STUDIU: Calculatoare și ingineria informației /

Calculatoare
PROMOȚIA 2016

1.TitlulLucrari……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………..

2.Structura lucrării…………………………………………………………………………………………… ……………………………………….…………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …

3. Aprecieri asupra conținutului lucrării de LICENȚĂ (finalizare a studiilor!, mod de abordare, complexitate, actualitate,deficiențe ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4.Aprecieri asupra lucrării (se va menționa: numărul titlurilor bibliografice consultate, frecvența notelor de subsol, calitatea și diversitatea surselor consultate; modul în care absolventul a prelucrat informațiile din surse teoretice)

(se va menționa: opțional locul de documentare și modul în care absolventul a realizat cercetarea menționându-se contribuția autorului)

Concluzii (coordonatorul lucrării trebuie să aprecieze valoarea lucrării întocmite, relevanța studiului întreprins, competențele absolventului, rigurozitatea pe parcursul elaborării lucrării, consecvența și seriozitatea de care a dat dovadă absolventul pe parcurs)

Redactarea lucrării respectă cerințele

academice de redactare (părți, capitole, subcapitole, note de subsol și bibliografie).

Consider că lucrarea îndeplinește/ nu îndeplinește condițiile pentru susținere

în sesiunea de Examen de LICENȚA (finalizare a studiilor) din IULIE 2012 și propun acordarea notei

Cuprins

Introducere 1

Importanța echipamentelor de testare 1

Scopul lucrării 2

1.3FuncționaIitatea echipamentului 3

Construcția Hardware 4

Unitatea de calcul CPU 4

Unitatea de vizualizare HMI 9

Periferice 12

Dezvoltare Software 27

Interfața programare CPU (GUI) 28

Structura programului 33

Exemplificarea funcției66Automat” 34

Interfața programare HMI (GUI) 44

Structura programului 44

Exemplificare funcție 46

Rezultate experimentale 52

Funcționare corectă a echipamentului 52

Injecția de defecte provocate în mod intenționat 53

Concluzii 54

Bibliografie 55

Anexe 56

Lista operatori CPU 56

Schema electrica a montajului 59

Introducere

Volanul este parte integrată a mecanismului de direcție al unui automobil și are rolul de a mișca roțile din față pentru modificarea sensului de deplasare a automobilului.

Poziționarea volanului în automobile se face la o înălțime și a unghiului convenabil pentru conducătorul auto iar diametrul este de aproximativ lățimea șoldurilor unui bărbat adult. Volanele din automobilele modeme sunt astfel construite încât să permită modificarea înălțimii și unghiului față de conducătorul auto.

In anul 1984, Alffed Vacheron participa la raliul Paris-Rouen cu un automobil Panhard de 4 CP pe care îl va boteza “Vacheron” și care va fi dotat cu un volan pentru controlul direcției, acesta fiind primul caz cunoscut de control al direcției bazat pe acest principiu. In 1898 constructorul de automobile Panhard & Levassor introduce definitiv volanul în automobilele construite, alți constructori experimentând și ei acest concept dar fără a-1 adopta . în 1901 conceptul de volan a fost introdus de alți doi constructori Packard și Peerless după care a fost adoptat definitiv și de către ceilalți constructori de automobile. La începutul anilor 20 a apărut semnalizarea automobilului, comenzile acestuia fiind foarte des integrate pe volan. Ulterior acest levier de semnalizare a fost montat pe coloana volan , formă ce este întâlnită și în ziua de azi .

La volanele din ziua de azi sunt tot mai des întâlnite diverse dispozitive de control al volumului sistemului audio, tempomat, computer de bord, etc. montate pe volan, acestea purtând denumirea de volane multifuncție.

In cazul coliziunii automobilului, riscul de accidentare datorat volanului este relativ mare constructorii acordând o atenție sporită construcției volanului. Din acest motiv volanele actuale sunt îmbrăcate în spumă poliuretanică, multe fiind îmbrăcate și în piele pentru o aderență mai bună a mâinii. Structura de rezistență construită din oțel a fost înlocuită de o structură de magneziu turnat sub presiune care are avantajul ca la rupere nu rămân muchii tăietoare. De asemenea se montează pe centrul volanului un airbag care se va umfla în cazul unei coliziuni și astfel protejează conducătorul auto împotriva lovirii.

Importanța echipamentelor de testare

Echipamentele de testare sunt folosite pe scară largă în industria automotive și nu numai pentru a evita livrarea de produse finite către client și care prezintă neconformitate .

Neconformitățile pot fi de tip constructiv, ca de pildă dimensiuni mai mari sau mai mici decât cele specificate de producător, precum și neconformitate de tip funcțional cum ar fi de pildă nefuncționarea unui buton sau led de semnalizare .

1

Neconformitățile de tip constructiv se verifică prin măsurare cu diferite dispozitive mecanice și electrice cum ar fi: – lere de măsurare;

calibre de măsurare;

traductori de distanța pentru măsurarea unor înălțimi etc.

Neconformitățile de tip funcțional se verifică prin conectarea produsului finit la un simulator cu

ajutorul căruia se pot injecta diferiți stimuli electrici și mecanici și măsurarea și interpretarea răspunsului obținut din partea produsului finit.

Pentru sisteme complexe este necesară construirea unor soluții hard și soft capabile a se substitui unei unități centrale de comandă și control, în cazul de față a unității de comandă și

control habitaclu din cadrul unui autoturism .

In interiorul unui autoturism tensiunile de alimentare sunt de 12 V și ca atare echipamentul de test trebuie adaptat întrucât tensiunea de alimentare folosită în industrie este in majoritatea cazurilor de 24 V .

De asemenea protocolul de comunicație folosit în transmiterea de informații între diversele unități de comandă și control ale autoturismului diferă de cele folosite preponderent în industrie.

In cazul de față, testarea funcționalității tastelor unui volan, protocolul folosit în interiorul autoturismului este protocolul LIN .

Acest protocol are avantajul că funcționează la o tensiune de 12 V și folosește un singur conductor atât pentru trimiterea cât și pentru recepționarea informației. Arhitectura folosită în construcția unei rețele LIN este o arhitectură de tip mașter / slave .

Numărul maxim de participanți într-o rețea LIN este de 16 iar lungimea maximă a conductorului nu are voie să depășească 40 de metri.

Scopul lucrării

Lucrarea de față realizează substituirea unității de control al automobilului cu scopul de a testa și verifica funcționalitatea tastelor montate pe volan .

în cazul unor reclamații venite de la client, un inginer din departamentul de calitate numit răspunzător de acest client se va deplasa la fața locului, adică la fabrica producătoare de automobile,

compania noastră livrând produsele direct către liniile de asamblare, analizând cauza reclamației. în cazul în care este vorba de un defect electric, adică nefuncționalitatea tastelor MUFU este util de a deține asupra sa un echipament de testare caz în care poate convinge clientul că nefuncționarea tastelor MUFU nu se datorează produsului livrat de către noi iar clientul știe să caute eroarea în alta parte, de exemplu cablarea până la volan .

Astfel reclamațiile pot fi stinse rapid și eficient. Mai mult decât atât verificarea calității produsului poate fi făcută independent de ciclul de producție prin extragerea unei componente oarecare dintr-un lot oarecare de produse finite pregătite pentru livrare și testarea lor asupra conformității.

Funcționalitatea echipamentului

Funcționalitatea echipamentului este asigurată de un PLC din gama de PLC-uri produse de către compania Siemens și anume un PLC S7-315-2DP. Aceste PLC-uri sunt destinate uzului industrial și în consecință sunt foarte robuste, rezistente la șocuri, umiditate etc., lucru ce le recomandă în construcția unui echipament de test. Toate componentele folosite la construcția acestei truse de test sunt de uz industrial și în consecință foarte robuste pentru a evita crearea unor disfuncționalități sau chiar defectarea trusei. Un alt avantaj în alegerea componentelor este că se poate oricând adăuga noi funcționalități atât hardware prin adăugarea de noi module cât și software prin adăugirea programului rulat de către PLC fără a fi necesare modificări majore sau chiar înlăturarea de incompatibilități.

Construcția Hardware

Unitatea de calcul CPU 315-2 DP

Unitatea centrală (CPU) reprezintă componența centrală de control a sistemului, în cadrul căruia programul este executat. Adițional, funcții de monitorizare internă sunt integrate. în funcție de tipul aplicației pot fi selectate, dintr-o gamă largă de CPU-uri, unitatea centrală care se potrivește cel mai bine scopului propus.

In zona frontală a CPU-ului sunt localizate mai multe leduri ce indică statusul curent al acestuia.

Tabelul următor indică mesajele individuale ale fiecărui led.

Sistemul de automatizare este reprezentat de componente coordonate cu metode unitare de configurare, inregistrare și transmiterea datelor .

Automatele programabile din familia SIMATIC reprezintă baza sistemului de automatizare. Cele trei tipuri aflate pe piață sunt: S7 200 un PLC folosit pentru automatizări cu un grad mai mic de complexitate, familia S7 300 sunt automate programabile folosite pentru aplicații cu un grad de complexitate mediu, iar familia S7 400 sunt automatele programabile folosite pentru a coordona procese complexe cum ar fi o linie întreagă de roboți de asamblare etc. Celelalte componente din familia SIMATIC cum ar fi HMI, C7, Net vin în completarea automatului programabil pentru comanda la distanța, interfațarea cu un alt tip de rețea, interfața om – mașina etc .

Limbajul acestui concept de automatizare totală este STEP 7 care este utilizat pentru cofigurarea componentelor, pentru atribuirea unor parametrii specifici hardware și nu în ultimul rând pentru

programare .

Unealta software este Simatic Manager care păstrează toate datele unui proiect de automatizare într- un director cu structură ierarhică și permite reutilizarea softului prin librării .

Principalele activități realizate de S7 sunt:

configurarea hardwareului, ceea ce reprezintă atribuirea de adrese, aranjarea modulelor precum și setarea proprietăților acestora :

configurarea parametrilor de configurare precum și parametrii acestora;

scrierea de programe utilizator într-unul din cele trei moduri folosite : Ladder logic (LAD), Function 3!:ck Diagram (FBD) si Statement List (STL) .

Primul pas în rezolvarea unei aplicații este definirea acesteia. Ajutându-ne de câteva întrebări se poate : feri o imagine de ansamblu asupra procedurii de rezolvare a unui task.

Ce proces se dorește a fî controlat ?

Ce cerințe trebuie sa indeplineasca procesul ?

Ce masuri de siguranța trebuiesc luate ?

f “

Componentele unui automat programabil ce necesită o programare sunt: elemente de control logic, funcții de stocare, numărătoare, timere etc . Diferențele dintre PLC-uri sunt după cum urmează :

Numărul de intrări și ieșiri;

Zona de memorie;

Numărul de timere;

Numărul de numărătoare;

Funcții de memorare;

Funcții speciale;

Viteza de operare;

Tipuri de limbaje de programare. [10]

Sisteme de control de dimensiuni mari sunt rezultatul combinațiilor modulare ale unor componente individuale în funcție de aplicație și cerințe. Rezultatul este exprimat printr-o mare flexibilitate cu posibilitatea de extensie și conversie .

Un automat programabil lucrează în interacțiune cu :

senzori (de diferite tipuri);

elemente de acționare (invertoare de frecvență, electrovalve, actuatuare etc).

Un automat programabil este compus din următoarele elemente de bază : șina (pe care se montează toate componentele); sursa de alimentare;

CPU (Central processing unit);

cablu pentru realizarea conexiunii de programare (PPI, MPI, Profibus);

[7]

Modul de operare al CPU este un mod de operare cyclic. în prima etapă se citesc toate intrările înregistrate după care se realizează așa numita “imagine de proces”. După aceasta, procesul se va executa pas cu pas. După ultima instrucțiune “imaginea procesului” urmează să fie transferată către ieșiri, procesul reluându-se de la început într-un mod cyclic .

Unitatea centrala CPU reprezintă componenta centrală de control a sistemului în cadrul căruia programul este executat. Adițional sunt integrate și funcții de monitorizare internă cum ar “Watchdog”.

Zonele de memorie ale CPU se impart în : zona de memorie de încărcare, zona de memorie de lucru și zona de memorie de sistem .

Când programul este transferat din PG spre CPU, el va fi transferat în memoria de încaăcare care este un MMC de o construcție mai specială, el fiind acum disponibil în zona memoriei de încărcare înblocurile de compilare executare. Deasemenea pe acest cârd sunt stocate și informațiile de configurare ale CPU .

Memoria de lucru se bazează pe o memorie RAM integrate. în această zonă de memorie se execută doar componentele relevante ale programului realizat de către utilizator (codul de program și datele utilizatorului). Datele sunt copiate de către unitatea centrală din memoria de încărcare în cea de lucru .

Memoria sistemului reprezintă o zona adițională de memorie în zona RAM de memorie. Aceasta zona de memorie conține elemente care sunt puse la dispoziția utilizatorului cum ar fi: intrările sistemului, imaginea ieșirilor sistemului, biții de memorie folosiți, numărătoare folosite, timere, numărătoare .

Partea de proces a CPU este formată din memoria folosită de către utilizator, memoria sistemului și memoria procesorului. Aplicațiile simple ale unității centrale ( comutarea on/off a execuției programului accesarea punctelor de intrare / ieșire, monitorizarea și administrarea execuției întregului program) sunt executate de către procesor. Adițional segmentul de comunicație administrează operațiile interfeței MPI și transferul de informație dintre modulele de intrare / ieșire conectate la CPU .

Magistrala intrărilor / ieșirilor aparține planului secundar și este responsabilă cu traficul de informație dintre unitatea centrală și modulele de semnal. Partea fizică de legătură între diversele module conectate la magistrală internă a CPU se află in partea inferioară și este alcătuită din punți de legătură în forma de U și conferă astfel modularitate întregului ansamblu permițând scoaterea sau adăugarea de noi module. Această magistrală este o magistrală monomaster adică comunicația nu poate fi inițiate doar de către CPU. Ea este destinată traficului de informații de mici dimensiuni, de

câțiva biți .

Magistrala de comunicație aparține și planului secundar, fiind responsabilă pentru traficul de date între modulele de comunicație FM ( module funcții pentru numărătoare rapide, control si poziționare ) și modulele CP ( module de comunicație pentru sisteme de câmp ). Această magistrală este destinată transferului de informații de dimensiuni mari.

Fiecare unitate de comandă are un mod de comutare între diferetele moduri de operare. în cazul unor CPU-uri acest mod de comutare este implementată sub forma unui switch ce poate fi poziționat în modul de lucru dorit.

Următoarele moduri de lucru sunt posibile :

RUN ; programul este în modul de rulare;

STOP ; programul este în modul stop;

– MRES ; prin alegerea acestei funcții PLC-ul poate fi adus in condiția inițială de fabricație, adică se vor șterge toate datele și programul încărcat doar respectând o anumită procedură (pentru evitarea unei ștergeri accidentale).

Acest concept de protecție al automatului programbil S7-300 face posibilă protecția anumitor segmente din sistemul de automatizare împotriva accesului neautorizat.

In plus față de protecția hardware este posibilă și o protecție software ce permite limitarea parametrizării cu ajutorul funcției S7-Configuration (password protected). Cât timp userul nu introduce parola sunt posibile doar funcțiile de monitorizare și informare .

Procedura de resetare este după cum urmează :

se pune switchul în poziția STOP (se aprinde ledul STOP);

se comută switchul în poziția MRES aproximativ 3 secunde până se aprinde din nou ledul STOP;

se comută switchul în poziția STOP/MRES într-un interval de două secunde (ledul STOP va fi stins aproximativ 3 secunde după care se va reaprinde, moment în care este finalizată funcția de reset a CPU .

Unitatea de vizualizare HMI

Pentru interacțiunea dintre om și echipamentul de test am folosit un “Touch Panel” tot de la Siemens și anume un TP 170 B mono de 6”. Aceste TP se bazează pe un sistem de operare Microsoft Windows CE și poate fi folosit cu toate CPU-rile de la Siemens (S-200 , S-300 , S-400). Cu acest TP este posibilă integrarea în proiect a propriilor imagini sau fotografii mai mult decât atât temperatura sau nivelul unui lichid poate fi reprezentat și sub formă grafică . TP vine echipat standard cu un port pentru conectare MPI sau Profibus-DP, acest port putând fi folosit și la descărcarea proiectului în TP .

Capacitatea de stocare a TP este prevăzută pentru proiecte de dimensiuni mici până la medii (avem la dispoziție 2 M spațiu de stocare). O altă caracteristică este recunoașterea automată a cererii de transfer a proiectului dinspre PG spre TP.

Principalele caracteristici ale TP 170B sunt:

câmpuri de in / out pentru afișarea și modificarea parametrilor de proces;

recunoaștere automată a cererii de transfer din partea PG;

protecție prin parola;

câmpuri proiectabile pentru forțarea unor variabile;

biblioteca de funcții grafice pentru marcarea și designul diferitelor obiecte;

diferite forme de afișare a valorilor dinamice ;

funcție de printare;

afișare de curbe;

afișarea de mesaje de eroare,

administrarea de rețete;

afișarea datei si orei (deasemenea și alarma de ceas);

salvarea rețetelor cât și a intregului proiect pe un CF-card opțional. [5]

Aceste TP sunt folosite pentru afișarea și modificarea confortabilă a valorilor de proces și pot fi montate aproape în orice mediu industrial datorită gradului ridicat de protecție, ele corespund normelor de protecție IP 65 . TP 170B dispun de un procesor RISC de 32 biți la o frecvență de 200 MHz și nu au nevoie de o răcire suplimentară .

Rata maximă de transfer între TP și PLC este de 12 MBaud ;

Display-ul este de tip rezistiv și are rezoluția de 320 x 240 , suprafața activă fiind de 116 x 87

Numărul maxim de mesaje de sistem este de 2000 iar cel de mesaje de eroare tot 2000;

Numărul maxim de pagini de vizualizare este de 100 iar numărul de variabile ce se pot aplica pe pagină este de 50 , numărul de elemente complexe pe o pagină este de 5 elemente ;

Numărul maxim de elemte de text 2000;

Numărul maxim de obiecte grafice 500;

Numărul maxim de parole 50;

Numărul maxim de limbi ale sistemului 5. [3]

Acest model se poate conecta deasemenea și cu PLC-uri de la alți producători :

Allen Bradley (PLC-5 , SLC 500);

LG (Glofa GM);

Modicon (Modbus)

Mitsubishi FX si Mitsubishi Protocol 4;

GE Fanuc;

Omron Hostlink / Multilink;

Telemecaniqe TSX (Adjust, Uni-Telway); [3]

Programarea proiectului pentru TP 170B se face cuWinccFlexible care este unul din software-urile de programare al platformei SIMATIC .

Periferice

Interfața LIN

Pentru comunicarea cu controlerul situat în “E-box”-ul montat pe volan vom folosi un adaptor RS 232 la LIN produs de firma “Lipowsky Industrie Elektronik” .

LIN este folosit cu precădere ca un “subbus” al unei rețele ierarhic superioare (CAN) în autoturisme pentru controlul luminilor, habitaclu închiderea ușilor, sensor de ploaie etc .

Exemplu de arhitectura LIN : [1]

LIN bus

Un exemplu mai concret îl reprezintă figura de jos :

Protocolul LIN este un protocol de comunicație serial care are la bază protocolul UART (Universal Asynchronous Reciever Transmitter) ceea ce are ca avantaj că poate fi implementat în majoritatea microcontrolerelor care au implementate portul serial. Rata maximă de transmisie este de 20 Kbiți/s.

Un LIN-Frame complet se compune dintr-un câmp “Header” și un câmp “Response” iar comunicația se desfășoară după următorul protocol; modulul Mașter inițiază orice comunicație prin transmiterea secvenței de start, a “Headeru-lui” . “Header-ul” se compune dintr-o pauză de sincronizare, un câmp de sincronizare și un câmp de identificare. După câmpul de identificare urmează câmpul de date ce trebuie transmise. Aceste frame-uri pot fi trimise atât de către mașter cât și de către slave în funcție de atributul de identificare. Celelalte slave-uri recunosc dacă mesajul le este destinat lor în funcție de acest identificator. La protocolul LIN datele pot fi recepționate simultan de mai mulți participanți în rețea, diferențierea facându-se prin identificator. Câmpul de date se poate compune din maxim 8 biți de date, urmate de un câmp de verificare “checksum”.[2]

Pauza de sincronizare este de minim 13 cicluri de tact și poate fi ușor recunoscută și de participanții cu un ciclu de tact mai puțin precis (până la +/- 15%) . Câmpul de sincronizare este folosit pentru sincronizarea tuturor participanților în rețea, cele cinci flancuri permițând sincronizarea timerelor fiecărui participant cu timerul mașterului . Acest câmp corespunde totodată cu cifra 55 în hexadecimal . Totodată realizându-se sincronizarea participanților în rețea prin intermediul mașterului s-au înlocuit oscilatorele cu cuarț (mai scumpe) cu oscilatoare RC .[1]

Pentru câmpul de identificare se folosește al treilea bit al headerului după cum urmează; primii șase biți reprezintă identificatorul urmat de doi biți de paritate . Pentru identificarea eventualelor erori se folosesc biții de paritate din Header și Checksum-ul .

i nnnnnnmiinii imrum

Frame

Arhitectura de bază a unui nod pe LIN este compusă în principal dintr-un microcontroler, un transceiver, un stabilizator de tensiune precum și o interfața sensor / actuator. La ora actuală industria auto cere tot mai mult un chip specializat care să reunească toate aceste calități într-un singur chip , exemplificat mai jos .

Analoge ICs

[2]

Pentru partea de dezvoltare software se folosește cu precădere un LIN Configuration and Description File, pe scurt un LDF care conține toate datele despre latente, numărul de noduri și adresele acestora, cicle times etc. De aici reiese că fiecare rețea LIN este unică și trebuie programată ca atare, orice modificare a unui participant va duce la nefuncționalitatea acestuia sau chiar a întregii rețele. După cum se vede și în imaginea de mai jos LDF se încarcă într-un program de configurare unde se va modifica în acord cu specificațiile hardware ale chipului de programat rezultatul fiind un cod nou care se va compila și se va transfera pe chipul țintă.

LIN Development Flow

[4]

Modulul de comunicare RS232

Modulul folosit pentru comunicarea cu interfața LIN este un modul de comunicare serială produs de firma Helmholz care poate fi integrat într-un apaci PLC S7-300 fără modificări din punct de vedere al hardwareului ci trebuie doar integrat în proiect și parametrizat după apacitate . Acest modul permite comunicarea cu diverse device-uri, ca de exemplu scanere pentru coduri de bare, imprimanta, un PCterminale HMI, alte tipuri de PLC, alte aparate care pot comunica folosind protocolul ASCII si 3964R. Pentru conectarea altor aparate modulul este dotat cu 2 mufe Sub-D 9 pini. Comunicarea între aparat și modul se face pe RS 232 (cazul apacit) , pe TTY (20 mA) sau RS 422 / RS 485 .

Portul USB montat suplimentar servește la comunicarea cu sisteme de calcul care nu mai dețin comunicare clasică , acest lucru realizând-use prin instalarea unui driver care emulează un COM-PORT

[9]

Acest modul susține rate de transmisie de până la 115 kBaud fără a pierde compatibilitatea demonstrând astfel o flexibilitate ridicată . Modulul se livrează cu o serie de biblioteci și funcții pentru integrarea în proiectul S7 fără a fi necesară decât copierea acestoraîin proiect . Parametrizarea se va face cu “Harware Conflg” din S7 iar funcționalități le extinse se pot accesa direct prin modificare în biblioteci. Pentru a obține o mai mare integrare în dulapul de automatizare acest modul deține 2 porturi care se pot parametriza și folosi independent făcând astfel o economie de spațiu în dulapul de automatizare . De menționat că SIEMENS produce doar module de comunicație serială cu un singur port de comunicație și anume CP-340 .

Modulul SAS-340-2

Cu toate că transferul apacita este mai rapid, majoritatea transmisiilor de date între calculatoare sunt făcute pe cale serială pentru a reduce costul cablului și conectorilor. Există și limitări fizice de distanță, care nu pot fi depășite de magistralele paralele. în comunicația serială, datele sunt transmise biți cu biți. Toate comunicațiile sunt caracterizate de trei elemente principale:

Date – înțelegerea lor, scheme de codificare, cantitate ;

Temporizări – sincronizarea între receptor si emițător, frecvență si fază ;

Semnale – tratarea erorilor, controlul fluxului și rutare.

Este necesar un apacitat care să permită receptorului să citească apacit bitul apacit de intrare la jumătatea duratei lui. Receptorul trebuie să știe durata unui bit și de unde începe bitul apacitate, adică trebuie să cunoască frecvența și faza secvenței de date. Dacă emițătorul și receptorul au același semnal de tact, sincronizarea este perfectă: emițătorul scrie bitul pe apacit crescător al tactului, iar receptorul citește bitul pe apacit coborâtor al tactului. Problemele apar când receptorul și emițătorul nu au un semnal de tact comun. Dacă duratele celor două semnale de tact, pentru emițător și receptor, nu sunt egale, apare o decalare, care după un anumit număr de biți rezultă într-o eroare. Pentru a evita aceasta, receptorul trebuie resincronizat regulat la nivel de biți. Din alte motive, trebuie resincronizate și începutul unui apacitat, pachet sau mesaj. în figura , în primul caz, fiecare bit este citit la mijlocul duratei lui, iar in cazul al doilea, bitul 4 se pierde deoarece tactul receptorului este prea incet.

Dacă emițătorul și receptorul au același semnal de tact atunci se spune că lucrează în mod Sincron. Altfel, dacă au semnale de tact separate, atunci lucrează în mod Asincron.

a) cazul ideal; b) date corupte; [8]

în modul Asincron, emițătorul nu trimite un tact deodată cu datele, ci inserează un pseudo-impuls de tact, cunoscut ca Biți de Start, în fața fiecărui octet transmis. Astfel, pentru fiecare apacitat ASCII avem o transmisie independentă, cu adăugarea biților de Start, Stop și Paritate. Viteza de lucru se stabilește manual la începutul transmisiei. Pentru informația de fază, receptorul trebuie să detecteze începutul bițului de Start. Pentru ca această metodă să funcționeze, trebuie să existe, o perioadă de liniște între caractere, realizată cu bitul de Stop.

în modul Sincron, caracterele sunt transmise rapid, unul după altul, fără biți de Start și de Stop. Pentru sincronizare, mesajul transmis este precedat de caractere speciale de sincronizare, detectabile de circuistica receptorului. Acestea sunt transmise în continuu și când nu sunt date de transmis. Transmisiile în mod sincron pot folosi scheme de inteligențe de modulare, care se bazează pe circuistica suplimentară, iar semnalele de date și tact folosesc aceeași pereche de fire. Această metodă, cunoscută sub numle de codificare Manchester, este folosită în rețele Ethernet.

O metodă sincronă alternativă este folosită pentru transmsii seriale rapide non-caracter, orientate pe biți. Protocoalele care folosesc aceasta metodă permit transferul de date la viteze mari. Un astfel de protocol este si protocolul HLDC.

Erorile pot apărea când circuistica folosită pentru conexiune este afectată de zgomot (interferențe electrice) cum ar fi: lămpi fluorescente, comutarea unor motoare mari, etc. Aceste vârfuri sunt induse în firele de comunicație care se comportă ca niște antene. Deoarece tensiunile cu care se lucrează în calculatoare sunt mici, efectul pe care îl are acest zgomot este important. Circuistica respectivă trebuie să fie imună la aceste zgomote.

Canalele modeme de comunicație sunt din ce în ce mai fiabile. Metodele de detecție si corecție a erorilor se îndreaptă spre domeniile CD-ROM-urilor si DVD-urilor. Toate aceste metode implică introducerea de informație neesențială, pe lângă date utile, în transmisia datelor. Există mai multe metode care se folosesc:

Biți de paritate – simplu de aplicat, nu oferă siguranță mare ;

Sume de control la nivel de bloc – simplu de aplicat, nu ajută prea mult; împărțire polinomială – mai complicat de apacitat, oferă securitate;

De exemplu, receptorul trimite înapoi o copie a datei apacit. Acest apacitat injumătățește lățimea de bandă folosită. O alternativă ar fi ca emițătorul să trimită data urmată de o copie a acesteia.

Toate metodele de tratare a erorilor folosesc informație redundantă. De cele mai multe ori, aceste informații sunt codificate înainte de transmisie.

Paritatea este cea mai discutată metodă de detecție a erorilor pentru protecția transmisiilor seriale de caractere ASCII. La oricare din metode, emițătorul prelucrează o parte din date și generează un fel de semnătură pe care apoi o transmite împreună cu date utile. Când mesajul ajunge la receptor, acesta prelucrează datele apacit și generează o semnătură pe care o compară cu cea primită. Dacă cele două semnături nu apacita, atunci înseamnă că s-a produs o eroare. Metoda bițului de paritate se poate aplica pentru date binare de orice lungime. Pentru fiecare cuvânt este adăugat un biț de paritate (semnătură). Paritatea poate fi pară (cuvântul conține un număr par de 1) sau impară (cuvântul conține un număr impar de 1). Calcularea parității se poate face cu operatorul XOR (SAU Exclusiv) între biții cuvântului. Prin această metodă este posibilă doar detecția erorii singulare, când sunt afectați un număr impar de biți. O eroare dublă (afectează un număr par de biți) nu poate fi detectată prin acest apacitat. Prin urmare, această metodă nu oferă prea multă securitate. Un singur biți de paritate nu oferă informații despre poziția erorii.

Suma de control la nivel de bloc este alt apacitat de detecție a erorilor de transmisie. Prima dată este necesar ca datele să fie impărțite în blocuri, care apoi se însumează și se obține o sumă care va fi trunchiată, inversată și adăugată la sfârșit. La recepție, blocurile apacit, care recommended și suma de la sfârșit, se adună pe măsură ce sosesc și dacă suma obținută nu este 0 atunci înseamnă că datele sunt eronate și secvența trebuie retransmisă.. Nu este posibilă corecția erorii. Pentru identificarea erorilor multiple și corecția lor, s-a dezvoltat mecanismul BCH.

Cyclic Redundancy Chek. O altă metodă de detecție a erorilor este CRC. Și în acest caz se calculează o sumă de control, dar prin impărțire aritmetică. Secvența de biți este împărțită cu un număr special ales. împărțirea se face în modulo 2, adică folosind operatorul XOR. Restul împărțirii reprezintă semnătura care va fi adăugată la sfârșit, după biții utili. Divizorul se obține cu algoritmul folosit la codurile Hamming. La recepție, se recalculează restul împărțirii și dacă nu coincide cu cel primit, atunci secvența este eronată. Performanțele acestei metode sunt impresionante. Un CRC care generează un rest de 16 biți poate detecta:

Toate erorile în rafală de maxim 16 biți;

Toate numerele impare de biți din eroare ;

99.998 % din toate erorile de orice lungime .[8]

CRC-ul se poate calcula mai ușor prin metode hardware, folosind apacita cu deplasare și porți logice XOR. Controlul fluxului de date este necesar pentru a preveni erorile de depășire, când receptorul nu poate prelucra datele care vin cu viteză prea mare. La început, datele sunt recepționate apacit, dar nu pot fi prelucrate cu viteza cu care alte date sosesc și astfel se umple buffer-ul de recepție, rezultând o eroare de depășire. în acest caz, datele vechi din buffer vor fi înlocuite de date noi, înainte de a fi prelucrate. Pentru a evita această eroare, receptorul trebuie să poată să-recommended ceară emițătorului să oprească transmisia până când sunt prelucrate toate datele din buffer-ul de recepție (golire). Această facilitate se numește controlul fluxului de date și este un element esențial pentru toate legăturile de comunicație. Astăzi, cel mai popular standard de comunicație serială este cu siguranță EIA/TIA-232-E. Acest standard, care a fost dezvoltat de „Electronic Industry Asociation and the Telecommunications Industry Association” (EIA / TIA) este cunoscut mai simplu ca „RS-232”, unde „RS” înseamnă „recommended standard”. Se mai folosește și denumirea EIA / TIA atunci când se dorește a sugera originea acestui standard. Numele apacita al standardului EIA / TIA-232-E este „Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Termination Equipment Employing Serial Binary Data Intercharge”. Deși denumirea poate părea complicată, acest standard este pur și simplu apacita comunicației seriale între un apaci gazdă (Data Terminal Equipment sau DTE) și un apaci periferic (Data Circuit-Terminating Equipment sau DCE). Standardul EIA / TIA-232-E, care a fost introdus în 1962, a fost reactualizat de 4 ori de la introducerea sa, pentru a întâmpina cât mai bine necesitățile comunicației seriale. Litera „E” în denumirea sa indică cea de-a cincea revizuire a standardului. RS-232 este un standard „complet”. Aceasta înseamnă că standardul asigura compatibilitatea între sistemele gazdă si periferice specificând:

Nivelurile tensiunii si semnalului;

Configurația pinilor și a legăturilor;

Controlul informației între cele două echipamente.

Spre deosebire de multe standarde care specifică sau delimitează numai caracteristicile electrice ale unei interfețe date, RS-232 specifică proprietățile electrice, funcționale și mecanice care trebuie îndeplinite pentru a se respecta cele 3 criterii de mai sus. Fiecare din aceste aspecte ale RS-232 va fi discutat in continuare.

Standardul RS-232 a fost definit în 1962. Cum aceasta a fost înainte de cercetările asupra TTL, el nu folosește nivelurile logice de 5 și 0 volți. în schimb, nivelul superior al ieșirii driverului este definit ca fiind între +5 și +15 volți și nivelul inferior al ieșirii driverului este definit ca între -5 și -15 volți. Figura 3.2 ilustrează nivelurile logice definite de standardul RS-232. Este important de menționat că nivelul jos (între -5 și -15 volți) este definit ca logic 1 și un nivel înalt (între +5 si +15 volți) este definit ca logic 0.

RS-232 delimitează și traficul maxim de date admis la ieșirea driverului. Această limitare a fost introdusă pentru a reduce probabilitatea de interferență a semnalelor adiacente. Cu cât e mai scurt timpul de urcare și coborâre, cu atât e mai mică posibilitatea de interferență. Ținând cont de aceste lucruri, viteza maximă de transfer a datelor este de 20Kbiți/s. Adițional, viteza maximă dv / dt acceptată este de 30V/ps, tot pentru reducerea posibilității de interferență. [8]

în ceea ce privește impedanța între driver și receptor, aceasta este menționată ca fiind între 3 KQ și 7 KD. în standardul inițial RS-232, cablul dintre cele două echipamente era specificat ca fiindde maxim 15 metri în lungime. Această parte a standardului a fost schimbată în revizuirea „D” (E1A- T1A-232-D). în loc de a impune lungimea maximă a cablului, a fost specificată o încărcare capacitivă maximă a cablului de 2500 pF. Lungimea maximă a cablului ce poate fi folosit este determinată de apacitate ape unitate de lungime, care trebuie menționată de producătorul cablului.

[8]

Nivelurile logice ale RS-232

Din moment ce RS-232 este un standard „complet”, include mai mult decât specificații asupra caracteristicilor electrice. Al doilea aspect acoperit de acest standard se referă la caracteristicile funcționale ale interfeței. Concret, RS-232 definește funcțiile diferitelor semnale care sunt folosite în interfață. Aceste semnale sunt împărțite în categorii diferite: de masă, de date, de control și de timp. Tabelul 3.1. ilustrează semnalele definite de standardul RS-232. Așa cum se poate vedea, există un număr covârșitor de semnale posibile. Standardul prevede o abundență de semnale de control și suportă două canale de comunicație, unul primar (principal) și unul secundar. Din fericire foarte puține aplicații necesită toată această gama de semnale. De exemplu, numai 8 semnale sunt folosite de un modem obișnuit. Unele aplicații simple necesită numai 4 semnale (două pentru transportul datelor și două de sincronizare), în timp ce altele pot avea nevoie numai de semnalele de date fără sincronizare.

* Semnalele cu abreviații în paranteză sunt cele 8 semnale uzual folosite [8]

Semnalele interfeței RS-232

A treia arie acoperită de RS-232 se referă la interfața mecanică (conectorul). în particular, RS- 232 specifică un conector cu 25 pini. Aceasta este mărimea minimă a conectorului care permite folosirea tuturor semnalelor definite în secțiunea funcțională a standardului. Așezarea pinilor în cadrul acestui conector este arătată în figura .

Deși RS-232 specifică un conector cu 25 de pini, trebuie menționat ca deseori nu este folosit acest conector. Aceasta datorită faptului că cele mai multe aplicații nu au nevoie de toate semnalele definite și deci un conector cu 25 pini este mai mare decât ar fi necesar. Se folosesc alte tipuri de conectori, cel mai popular fiind cel cu 9 pini DB9S, care este de asemenea ilustrat in figura 2. El este suficient pentru aplicațiile uzuale (cum ar fi un modem), permițând transmisia și recepția semnalelor necesare acestor aplicații.

2S-PIN CONNECTOR

Cupla serială cu 25 si 9 pini (partea de la calculator) [8]

Aceasta presupune un conector D cu 25 sau 9 pini, la care de cele mai multe ori sunt legate doar 3 fire. Un biți de 1 logic este transmis ca aproximativ -9 volți, iar un biți de 0 logic ca +9V. în standardul RS232 datele se transmit în următorul format:[8]

Modul în care un octet furnizat de către utilizator este trimis pe linia TxD, respectiv recepționat pe linia RxD este invizibil utilizatorului. Aceste operațiuni sunt executate la nivel hardware de portul serial implementat cu circuitul UART 16550 (Recepție si Transmisie Universala in mod Asincron). Toate calculatoarele oferă porturi seriale pentru conectare de modem sau alte echipamente UART. Acest circuit face legătura între magistrala de date paralele, din interiorul calculatorului și linia serială din exterior. Pe lângă liniile de date și control, circuitul oferă și linii de semnalizare a erorilor de cadrare, depășire, paritate și semnale de întrerupere pentru a anunța procesorul de sosirea unei date. Porturile seriale pot fi configurate la nivel utilizator prin interfețe grafice oferite de sistemul de operare, care permit stabilirea parametrilor unei comunicații seriale: viteza de lucru, numărul de biți de date, tipul de paritate, modul de control al fluxului de date.

Transmitted Data (TD): Unul dintre cele două semnale de date. Acest semnal este generat de DTE și recepționat de DCE.

Received Data (RD): Cel de-al doilea semnal de date. Acest semnal este generat de DCE și recepționat de DTE.

Request To Send (RTS): Când sistemul gazdă (DTE) este pregătit să trimită date sistemului periferic (DCE), RTS este ON. în sistemele simplex și duplex, această condiție menține DCE-ul în mod de recepție. în sistemele half-duplex, această condiție menține DCE-ul în mod de recepție și dezactivează posibilitatea de a transmite. Pentru ca DCE-ul să fie pe mod transmisie, RTS trebuie să fie OFF.

Clear To Send (CTS): CTS este folosit împreună cu RTS pentru a realiza handshaking-ul între cele două echipamente. După ce DCE-ul primește semnalul RTS, trimite CTS când este gata de a începe comunicarea.

Data Set Ready (DSR): Acest semnal este pus de DCE pe poziția ON pentru a indica că este conectat la linia de comunicație.

Data Carrier Detect (DCD): Acest semnal este ON când DCE-ul primește semnale corespunzătoare, compatibile cu criteriile sale. DCD rămâne ON atâta timp cât purtătorul de semnal poate fi detectat.

Data Terminal Ready (DTR): DTR indică disponibilitatea echipamentului DTE. Semnalul este pus ON de către DTE când este pregătit de a transmite sau recepționa. DTR trebuie să fie ON înainte ca echipamentul DCE să activeze DSR.

Ring Indicator (RI): Este folosit in cazul comunicației cu un modem. RI indică prezența unui apel pe linia telefonică de comunicație.

Sursa de alimentare

Sursa de tensiune convertește voltajul în 24V DC. Unitatea centrală precum și modulele de Intrare / ieșire vor fi apoi conectate și alimentate de la această sursă de curent continuu. Unitatea centrală este conectată direct de sursa de tensiune cu ajutorul unor clești. Dimensiunea modulului aferent sursei de tensiune depinde de diferitele rate de putere (2A, 5A, 10 A la 24V DC fiecare). în mediu industrial module separate de surse de tensiune sunt folosite pentru alimentarea semnalului senzorilor, indicatorilor sau a elementelor de execuție. Adițional s-a montat și o sursă de tensiune de 12V pentru alimentarea interfeței LIN .

Dezvoltare Software

Procedura de programare

Proiectele de automatizare create cu Step 7 pot fi realizate prin două secvențe diferite. în alternativa 1 configurarea hardware este realizată înaintea configurării software, a programului propiu-zis, iar în cazul alternativei 2 întâi se realizează programul apoi configurarea hardware. Alternativa 1 este recomandată în special în training întrucât, programele create pot fi testate imediat după realizarea lor.

Următorii pași vor fi urmați pentru realizarea și testarea unei aplicații:

Setarea și testarea interfeței de programare;

Crearea proiectului în Simatic Manager ;

Configurarea și parametrizarea hardware;

Realizarea programului;

Transferul programului în PLC ;

Testarea programului.

Pentru implementarea programului sunt necesare următoarele dispozitive:

Un automat programabil ce trebuie să conțină o sursă de tensiune, o unitate centrală și module de extensie. Toate acestea se vor monta pe o șină.

Un adaptor MPI pentru conectarea PLC cu dispozitivul de programare

O versiune cu licența instalată a programului Step 7

Interfața programare CPU (GUI)

O conexiune MPI este necesară astfel încât un automat programabil să poată fi programat de la un dispozitiv de programare sau un PC. O interfața MPI poate opera până la 32 de noduri, fiind folosită pentru programare, operare, monitorizare și transfer de date între unitatea centrală Simatic S7 și dispozitivul de programare. Fiecare unitate centrală a fiecărui PLC Simatic este echipată cu o interfață MPI.

Există mai multe metode de conectare a unui dispozitiv de programare / PC la interfața MPI a unității central a unui PLC:

Cu ajutorul unui adaptor USB sau interfața serial ( PC / laptop);

Procesor de comunicație PCMCIA (laptop);

Procesor de comunicație PCI (laptop);

Procesor de comunicație ISA (laptop);

Un procesor de comunicație ISA integrat în dispozitivul de programare.

Pașii ce trebuiesc urmăriți în vederea setării interfeței:

se deschide “Simatic Manager” și din meniul “Opțions” se selectează “Set PG/PC Interface”

Shared Declarations

Din fereastra ce se deschide se va alege tipul de interfață dorită, în cazul de față vom alege interfața CP 5611 MPI, interfața care este încorporată în PG .

Următorul pas este setarea parametrilor interfeței apăsând butonul Properties unde vom seta parametrii doriți. După confirmarea celor două ferestre adaptorul este selectat și gata pentru uz .

PG/PC interface

Access Path ] LLDP / DCP |

Help

Help

Testarea funcționalității se va face conectând cablul MPI la PG și la CPU care trebuie să fie pornit, după care se acceseaza din bara de unelte icoana “Accessible Nodes”. Dacă toți parametrii sunt corect setați se va stabili o legătură între PG și CPU afișându-se numărul de noduri accesibile și adresa acestora. în cazul când ceva nu este setat cum trebuie, câmpul ce afișează nodurile accesibile rămâne gol și se trece la verificarea corectitudinii setărilor atât software cât și hardware .

Crearea unui nou proiect se face accesând “File — New” după care va trebui să definim denumirea proiectului și locația unde vom salva noul proiect. După crearea proiectului “Simatic Manager” va deschide automat acest proiect. Următorul pas va fi să definim în cadrul proiectului cu ce familie de CPU-uri vom lucra.

După alegerea stației vom trece la configurarea hardware prin dublu click pe icoana din dreapta. în acest moment se deschide o altă fereastră cu “HW config” unde se va asambla ca în realitate automatul programabil prin selectarea tuturor componentelor care il compun și în realitate .

l2<]

■ ■T. 131*1

££ HW Config – [SIMATIC 300(1) (Configuration) – testficenta]

5*0 Station Edit Insert PLC View Options Window Help

Sto m I tm a

o]x]

Chg ^

Aceasta operație efectuată vom deschide folderul “Blocks” din pagina principală unde vom găsi “System data” unde sunt stocate informațiile referitoare la hardware și “OB 1” care este un bloc de organizare și care joacă rolul “Main” din “C” de exemplu .

în OB 1 se vor apela toate funcțiile “FC” și funcțiile bloc “FB” cu care vom lucra și în care se va scrie programul propriu zis .

OB – blocuri organizaționale – reprezintă o interfață între sistemul de operare al CPU-ului și programul utilizatorului. Ordinea în care este executat un program este specificată în OB.

FC – bloc funcție – este un bloc logic fără memorie. Acest bloc este folosit în special pentru crearea de funcții folosite uzual în program.

Procedura de bază pentru programarea blocurilor este următoarea:

în continuare se vor indica pașii ce urmează să fie parcurși pentru crearea unui program:

Deschideți proiectul de test din Simatic Manager cu comanda File – > Open Project

nume. Rezultat: va apărea fereastra pentru proiectul de test care va fi deschis offline.

Deschideți conținutul programului de test până la ultimul nivel prin apăsarea pe “+” și selectați “Blocks”. Rezultat: OB1 stocat în blocul principal va fi afișat offline .

Inserați o funcție FC1 cu ajutorul comenzii Insert- > S7 Block- > FC (Function) (din meniu). In căsuța de dialog care va apărea selectați limbajul de programare ( STL, LAD, FBD) apoi apăsați OK. Rezultat: FC1 șiOBl sunt afișate offline în fereastra proiect.

Limbajele de programare folosite pentru programarea unui CPU S7-300 sunt după cum urmează :

STL = Statement list = este un limbaj de programare textual în Step 7. Sintaxa acestui limbaj este apropiată de limbajul cod mașina. Instrucțiunile și operațiile sunt urmate de adresele corespunzătoare. LAD = Ladder Logic = este un limbaj de programare grafic în Step 7. Sintaxa acestui limbaj este asemănătoare unei diagrame, permițând astfel o urmărire mai ușoară a fluxului de curent.

FBD = Function Block Diagram = este de asemeni un limbaj grafic de programare în Step7. Sintaxa este reprezentată de blocuri logice similare cu cele din algebra booleană.

STL, LAD, FBD sunt integrate în softul standard al lui Step 7. Astfel, după instalarea lui Step 7, toate editoarele, compilatoarele și funcțiile de test pentru STL, LAD, FBD sunt disponibile.

Structura programului

Programul încărcat și rulat de către CPU este structurat în două părți și anume prima parte o reprezintă funcțiile bloc FB cu data typ-urile DB aferente în care programatorul nu are acces deoarece sunt protejate la scriere și citire de către producător (Helmholz) și funcțiile sistem SFC care la fel ca și FB-urile date de către producătorul modulului de comunicație sunt protejate (Siemens). SFC-urile sunt funcții sistem prin care CPU-ul execută automat unele sarcini cum ar fi în cazul de față SFC 20 care execută transferul unor date dintr-o locație de memorie într-o altă locație, ambele fiind atribuite de către programator . Celelalte două SFC-uri sunt de asemenea folosite pentru transferul datelor în și din modulul de comunicație .

De menționat este că cele două FB-uri necesare pentru comunicare sunt FB 2 și FB 3 iar DB-urile aferente sunt DB 11 și DB 12 asupra cărora nu vom interveni pentru a nu altera în vreo-un mod funcționarea modulului SAS 340-2 .

A doua parte a programului este partea în care se va scrie programul propriuzis după cum urmează :

OB 1 este blocul de obiecte care va fi instalat în mod automat, pe care controlerul îl va apela în mod continuu fără intervenție a programatorului. Acest bloc de obiecte este similar cu funcîia Main din programare și în care se vor apela funcțiile și funcțiile bloc dorite de programator ca subrutine ale OB 1. în OB 1 vom chema funcțiile FC 10 și FC 20 .

Funcția FC 10 se ocupa de trimiterea și recepționarea telegramelor către interfața RS 232 / LIN și în care atribuim parametrii ca de exemplu pe care din cele două porturi existente vom comunica cu interfața LIN și locația de unde vom trimite datele și unde vom recepționa datele venite de la interfața LIN , în cazul de față DB 13 .

Funcția FC 20 este funcția în care se scrie logica propriuzisă a programului și o vom trata mai amănunțit în următorul subcapitol.

DB 13 este data bloc-ul unde vom scrie și citi datele de transmis și cele recepționate de la interfața LIN având rolul de locație intermediară. Acest DB conține două string-uri de lungime 254 goale dar pe care le vom popula după necesitate cu datele necesare .

DB 21 conține șablonul de comenzi sub forma unor stringuri cu care vom comanda controlerul de volan prin intermediul interfeței LIN .

Structura programului în reprezentare grafică

g Ref – [S7 Program(l) (Program structure) – Lk:enta_?Q12\PLC\CPU 315-2 DP]

Exemplificarea funcției “Automat”

Pentru a avea o mai buna organizare și o vedere mai ușoară asupra programului, programul este scris pe pași. Primul pas este să inițializăm pasul automat care la pornirea CPU este întotdeauna 0 și care va trebui să fie pus în pasul 1 doar în cazul în care se îndeplinesc condițiile; mod auto și op start sunt logic 1 atunci vom muta 1 în “Pas_automaf ’.

îfetwork l]: "itle:

Inițializare

K4Ü.0 M40.2

NW3Q

"Pas_

automat"

După inițializarea cu 1 în NW3 vom comanda incărcarea fișierului SDF în interfața LIN

Pas 1 — incarcam ldf file

După activarea marker-ului M20.5 prin care se confirmă că interfața a executat comanda, vom opri comunicația pe interfața serială și vom trece la pasul doi din program .

NW 4 are ca scop intârzierea cu 1 secundă, a trecerii în pasul următor al programului cu scopul de a putea detecta și vizualiza o eventuală eroare apărută după comanda de incărcare a “LDF” și va permite vizualizarea acesteia .

Nctwork 4 : Title:

In NW5 se va executa pasul 3 care va trimite comanda de start pentru pornirea comunicației între interfața LIN și controlerul din E-Box .

Pasul 4 din NW6 are rolul de a introduce din nou o întârziere pentru a permite analizarea unei eventuale erori apărute și trimiterea înapoi în pasul 2 din secvența programului.

m

în NW7 vom trimite string-ul corespunzător comenzii de aprindere iluminat către controlerul din E-Box , iar NW8 vom aștepta confirmarea aprinderii iluminatului tastelor după o verificarea optică a veridicității (iluminatul tastelor este activ ).

Evaluam rezultatul

pt eroare daca mai vrem dam un move in pas anterior

eroare start lumini

HS0.3

"OP

După ce s-a efectuat pornirea, respectiv confirmarea aprinderii iluminatului, în NW9 vom trece în pasul 7 unde vom comanda stingerea iluminatului. Vom aștepta ca și în pașii anteriori pentru a vedea apariția unei erori în N W10 iar dacă totul a decurs bine vom trece în pasul următor, 9 .

: Title:

I

Evaluam rezultatul

– pt eroare daca mai vrem dam un move in pas anterior – 4 eroare stop lumini

în pasul 9 respectiv NW11 vom trimite către E-Box comandă de citire a tastelor .

Network 11 : Title:

Deoarece nu cunoaștem momentul exact când se va apăsa una din taste, apăsarea facându-se în mod manual după un timp aleatoriu va trebui să inițiem o comunicare continuă până la îndeplinirea condiției finale și anume apăsarea tuturor tastelor de pe volan . Această buclă continuă este apelată în NW12 .

NetWork 12 : Title; bucla de citire

în continuare vom compara stringul primit pe portul serial cu stringul patern și vom memora pe acelea care dau “match” .

NetWork 13 : ?itle:

Jvexificam daca s-au apasat tastele

După apăsarea tuturor tastelor vom trece în NW14 unde vom activa din nou butonul de confirmare pe panoul operator. Apăsarea acestuia va avea ca rezultat resetarea întregului ciclu de verificare precum și oprirea comunicației pe portul serial.

NetWork 14 : Title: fine ciclu

îîetwork 15!; : Title :

Reset Xat mijlociii ciclului de verificare

Pentru cazul în care vom avea o eroare la oprirea LIN vom relua procedura de oprire din nou în NW17.

NetWork 17 : Title:

Evaluam rezultatul

pt eroare daca mai vrem dam un move in pas anterior

scoatem verificarea

In NW18 validăm butonul de start de pe OP doar în cazul când ciclul de verificare este la inceput.

Terminarea unui ciclu complet de verificare va reinițializa funcția automat cu 0 și va trece în așteptarea unui nou ciclu de verificare.

NetWork 19 : Title:

Reinitializare auto cu 0

Interfața programare HMI (GUI)

Structura programului

La fel ca și la interfața de programare MPI va trebui să configurăm prima dată la ce tip de CPU ne vom conecta și ce tip de comunicare va fi folosită . Aceste operații se fac din interfața grafică a WinCC flexibile . Se va începe prin crearea unui proiect nou care va avea numele dorit. In cadrul proiectului va trebui să specificăm tipul de HMI pe care-1 vom folosi și care va trebui să corespundă cu cel folosit în realitate. După ce am făcut această alegere vom configura conexiunea cu CPU .

Project Edit View Insert Format Faceplates Options Window Help jjNew – X X rl

; ; English (United Sts. J ,

Pentru conexiunea cu CPU am ales să folosim o interfața MPI care este încorporată în TP . Deasemenea am specificată și adresa TP care este 1 (CPU avind 2), precum și lățimea de bandă pentru comunicație care este de 187500 Baud .

După cum se poate vedea și în imagine TP va fi singurul “Mașter” în această rețea iar CPU va fi “Slave” iar numărul maxim de participanți în rețea este de 31 .

Up Licenta

FI-.— Licenta_2012(TP 177B 6” mono DP) Si a Screens G*3"«§» Communication S ■ ias Alarm Management S- :{j| Recipes EjD-~3& Reports

frl Text and Graphics Lists G3- ^ Runtime User Administration

i m Groups

—• S Users

'■Runtime Security Settings m-> „ Device Settings

j 3 Device Settings

Languages and Fonts

[ Jjjh Screen Navigation

|—Navigation Control Settings

■ 1= Scheduler

EH Language Settings S Structures

-'Si Add Structure
a a Version Management

Bit selection in text and qraphic lists I- Bit selection for appearance Y~

project ID 0

Release button on leave j

Exemplificare funcție

Pentru interacțiunea între operator și mașina am creat o interfață vizuală de unde operatorul poate culege informații sub forma vizuală (Text si grafic). Interfața grafică este compusă din mai multe obiecte care au ca scop informarea cât mai precisă a operatorului asupra operațiunilor ce trebuiesc efectuate cât și așteptarea unor decizii din partea operatorului. Aceste obiecte care compun interfața grafică vor fi enumerate în următoarea ordine : de sus în jos și de la stânga la dreapta . în partea stângă sus vom începe cu o fereastră prin care vom afișa statusul echipamentului ca de exemplu modul de lucru în care se afla echipamentul (automat, manual).

Fereastra este de tipul “ Symbolic IO Field “ iar tag-ul definit pentru ea este tag-ul “ Pas automat “ . Acest tag este de tipul integer și va corespunde cu MW30 din programul CPU .

Proiect fdit View insert Format Fapeplates Opttons wtndow Help

: 5; New – • X X % |Mn* 3 . i $ % .

| iEtvÿtsh (United St*_ *j „

Concomitent de acest tag este legat și un “ Text lists “ și anume text list-ul “ Mesaje “. Când se va modifica valoarea lui MW30 în una din cifrele asignate listei Mesaje acest text va deveni activ și va fi

markerul M40.2 la valoarea 1 logic . M40.2 va fi prelucrat ca atare în programul din CPU .

Butonul de Automat / Manual este de tip switch și este legat de tagul “ Modauto

Tagul “ Mod auto” este de tip boolean și va seta pe 1 logic sau pe 0 logic după dorința markerul M40.0

din programul CPU.

Text ON

Text OFF

Butonul “ Reset “ este legat de tagul “ OPjreset ” care este de tipul boolean și activat va reseta toată procedura de test și ne va aduce în pasul 0 .

■ Change

Cerculețele albe sunt la rândul lor legate de câte un tag și ne ajuta la afișarea grafică și anume își vor schimba culoarea în momentul în care tasta aferentă fiecărui cerc va fi apăsată (doar în modul automat).

Culoarea va fi păstrată până la terminarea procedurii de verificare după care se vor reseta biții aferenți respectiv markerii M42.0 până la M42.7 și M43.0 până la M43.3 .

jj^^^crâf^rindpâT

Textele aferente fiecărui cerc sunt texte statice și nu se vor modifica pe tot parcursul procedurii de testare și vor rămâne active atâta timp cât TP este sub tensiune .

Butonul “ Confirm “ este legat de tagul “ OP confirm “ respectiv de markerul M40.3 .

Acest buton va fi vizibil doar când tagul “ OPenblconf “ respectiv M40.6 este setat pe 1 logic în

Ultimele două câmpuri sunt pentru afișarea de erori ce pot apărea în timpul procesului de testare.

Primul câmp este legat de tagul “ Erori “ ( MW34 ) și lista de texte “ erori “ .

Ultimul câmp este legat de tagul “ Erori_2 text listul “ erori_lin “ respectiv MW60 în care vom afișa erorile apărute pe LIN .

Range (… – …)

'Range _^J

Range (… – …)

_[ J T

b r- n Nc

Rezultate experimentale

Funcționarea corectă a echipamentului

Prin funcționarea corectă a echipamentului vom ițtelege că toate condițiile pe care le vom enumera în continuare sunt îndeplinite și operatorul echipamentului de test nu va interveni în alt mod decât în cel descris în rândurile următoare.

Construcția echipamentului permite transportarea ușoară a acestuia în locurile unde se dorește a se realiza testarea, echipamentul fiind construit în interiorul unei valize pentru transportul și ambalarea sculelor.

După deschiderea valizei se va verifica vizual integritatea tuturor aparatelor ce constitiue echipamentul de test după care se va putea începe procedura de testare după cum urmează : se va alimenta cu tensiune electrică echipamentul cu ajutorul cablului de alimentare aflat în interiorul valizei prin conectarea acestuia la ștecherul aflat pe partea superioară a valizei și apoi la o priză de alimentare de 220 V c.a.; se va conecta mufa de verificare LIN la ștecherul E-Box ;

pe ecranul TP se va apăsa butonul “Manual” pentru a trece echipamentul în modul de lucru “Automat” ;

se va apăsa butonul de “Start” pentru inițierea procedurii de testare ;

după aproximativ 2,5 secunde va apărea pe ecran cererea de confirmare a aprinderii luminilor pe tastele volanului, confirmarea se va efectua apăsând butonul “Confirm” ; următoarea etapa este verificarea funcționalității tuturor tastelor aflate pe volan pe displayul TP apărând mesajul “Apăsați taste” . Ordinea de apăsare a tastelor este irelevanta deoarece tasta odată apăsată va fi marcată cu negru pe displayul TP;

după ce s-au apăsat toate tastele butonul “Confirm” va deveni din nou vizibil iar pe displayul TP ni se va cere confirmarea sfârșitului de ciclu ;

după apăsarea butonului de confirmare butonul “Start” va fi din nou vizibil pe display și ciclul de verificare poate fi reluat.

Injecția de defecte provocate in mod intenționat

Pentru a ne asigura aupra veridicității testului va fi necesară o simulare a tuturor defectelor ce pot apărea , in mod voit sau neintenționat. Aceasta simulare va fi realizată prin provocarea de defecțiuni, întreruperi în cadrul procedurii de testare a volanului și le vom enumera în cele ce urmează : întreruperea tensiunii de alimentare va avea ca efect stingerea tuturor LED și este ușor de localizat, nemaifuncționând echipamentul de test.

– un alt posibil defect ar putea fi cauzat de întreruperea comunicației între modulul RS232 și interfața de comunicare LIN. iîn acest scop am introdus în program o secvență de detecție a comunicației pe RS232 iar la întreruperea acesteia pe display va fi afișat mesajul “Eroare conexiune RS232” . La restabilirea conexiunii pe RS232 va fi trimisă in mod automat ultima comandă care trebuia trimisă înainte de întreruperea conexiunii.

presupunând că avem o întrerupere pe partea de limentare cu 12 V a interfeței LIN , la prima comandă care va fi trimisă / recepționată către interfața LIN, acest lucru va fi afișat pe display cu mesajul de eroare “Eroare start iluminare” și “12 Lin bus power suply missing”. In acest caz nu se va putea face nimic până la apăsarea butonului “Resef ’ de unde procedura de test va putea fi reluată.

dacă în timpul procedurii de verificare vom avea o întrerupere a conexiunii între interfața LIN și E- Box pe display va fi afișat mesajul de eroare “11 Node timeout” . mesaj care persistă atâta timp cât conexiunea nu este restabilată iar la restabilirea ei acest mesj va fi înlocuit de mesajul “No errors on lin” și procedura de verificare poate continua din acest punct.

defecte ale componentelor de verificat cum este E-box și tastele multifuncțiune (MUFU) vor trebui detectate de către operator și anume în cazul tastelor fie nu se aprinde iluminarea lor fie una sau mai multe taste sunt nefuncționale (contacte moarte).

Concluzii

Pe o piață în continuă expansiune cum este cea a industriei de automobile unde există o lupta acerbă pentru fiecare "bucățică” de piață , importanța echipamentelor de testare și verificare crește pe zi ce trece tot mai mult. Astfel este foarte important să deții echipamente cu care să testezi și să verifici calitatea produsului final ieșit de pe liniile de producție pentru a te asigura de calitatea produsului livrat, lucru care va avea ca efect menținerea cât și expansiunea pe piață datorată calității dar și al prețului .

Prin extragerea aleatorie a unor produse finite dintr-un lot și verificarea lor asupra conformității și funcționalității se previne livrarea de produse neconforme către client prevenind astfel reclamații din partea clientului dar si ca un barometru care te avertizează asupra unor eventuale disfunctionalitati in timpul procesului de producție . Unul din avantaje este reducerea timpului de întrerupere al producției pentru înlăturarea cauzei care a generat defectul. Un alt avantaj constă în faptul că se pot verifica prin extragerea aleatoare a unor componente “third party” care urmează a fi incluse în produsul final înainte de intrarea lor pe linia de asamblare evitându-se astfel munca suplimentară de dezasamblare a acelor componente dar și posibilitatea de a atenționa furnizorul de componente asupra faptului că ceva nu a funcționat cum trebuie în procesul lui de producție sau chiar deteriorări cauzate de transportul acestor componente . In acest fel și furnizorul va putea lua măsuri de prevenire a acestor “accidente” . Bineînțeles acest deziderat este valabil și pentru cel ce va livra acest subansamblu (cum este volanul unui automobil). Pentru o reclamație primită de la client se va deplasa un inginer din cadrul departamentului de calitate pentru a analiza cauza apariției și nemulțumirea clientului . Având posibilitatea de verificare a produsului nu numai din punct de vedere vizual (al aspectului), ci și din punct de vedere al funcționalității electrice și mecanice poate constata rapid și precis căror cauze se datorează această reclamație anunțând rapid departamentele responsabile ( producție, logistică , engineering, etc) pentru a analiza și remedia cauza apariției defectului sau nemulțumirii clientului.

Un avantaj al echipamentului realizat este modularitatea lui dar și posibilitatea extinderii lui asupra verificarea unui număr aproape nelimitat de produse . Extinderea se poate face cu ușurința de către personal calificat fără aport de hardware adițional ci doar prin extinderea softwareului. Alt avantaj este ușurința de a transporta și a manipula echipamentul.

Dezavantajul constă în faptul că remedierea unei eventuale defecțiuni sau extinderea paletei produselor de verificat nu se poate face decât de personal cu o calificare mai ridicată .

Bibliografìe

http://www.lin-subbus.org/index.php 12.02.2012 pagina oficială a consorțiului LIN

Seiler R. – Bericht zur Erläuterung verschiedener Aspekte des LIN Systems

http://support.automation.siemens.com/ Handbücher/BA, konfigurierbar SIMATIC HMI Bediengerät TP 177A, TP 177B, OP 177B (WinCC flexible)

http://freescale.com/LINOVERVIEWPRESENT.ppt

http://support.automation.siemens.com/

26331265_Applikation_WinCC_flexible_HTML_Seite_DOKU_V10_e.pdf

http://support.automation.siemens.com/ s7300_instruction_list_de-DE.pdf

http://support.automation.siemens.com/ s7300_cpu_31xc_and_cpu_31x_manual_de-DE_de-DE.pdf

Universitatea “Politehnica”din Timisoara , Facultatea de Electrotehnică și Electroenergetică , Catedra de Electroenergetică – Curs pentru pregătirea managerilor energetici

http://www.helmholz.de/

Universitatea “Politehnica”din Timisoara , Facultatea de Automatica si Calculatoare – Laborator

7 Anexe

Lista operatori CPU

Operanden und Parameterbereiche

Operanden und Parameterbereiche

Operanden und Parameterbereiche

Operanden und Par ameier bereiche

Operanden und Parameterbereiche

[6]

I – I I* I

m QQi

UNIVERSITATEA IOAN SLAVICI
TIMISOARA

2

DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE

A

LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUDIILOR

Titlul lucrării

Autorul lucrării

Lucrarea de finalizare a studiilor este elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor organizat de către Facultatea

din cadrul Universității din

Oradea, sesiunea a anului universitar .

Prin prezenta, subsemnatul (nume, prenume, CNP) declar pe proprie răspundere că această lucrare a fost scrisă de către mine, fără nici un ajutor neautorizat și că nici o parte a lucrării nu conține aplicații sau studii de caz publicate de alți autori.

Declar, de asemenea, că în lucrare nu există idei, tabele, grafice, hărți sau alte surse folosite fără respectarea legii române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Oradea,

Data