Legatura Dintre Sistem Si Microcontroller

Capitolul 3 Configurarea hardware și software

Legătura dintre sistem și microcontroller se realizează prin intermediul rețelei Ethernet a companiei Johnson Controls Craiova,printr-un protocol standard definit în interiorul companiei.Se folosesc doua rețele: una de tip Ethernet și una de tip MPI.

“PROFINET-ul este alcătuit din următorele component:

-controlerul I/O, care comandă toate procesele automate

-componente I/O care reprezintă camp de dispositive,monitorizate și controlate de un controller/PLC.Componentele I/O pot conține o multitudine de module și submodule.

-supraveghetorul I/O este un program instalat de un PC,de pe care se pot seta parametrii și se pot diagnostic eventualele probleme apărute la nivelul componentelor,a PLC-ului,sau a altor device-uri ce se găsesc în componența sistemului.”

“Ethernet-ul industrial se refereră la utilizarea protocoalelor standard cu conectări și switch-uri extinse,într-un mediu industrial,în care temperature,umiditatea și variațiile de temperatură au valori ridicate.Aceste procese trebuiesc proiectate în așa fel în să facă față condițiilor prezentatea anterior.Conectarea între componentele Ethernet,PC,PLC se face în mai multe moduri,dar cel mai important este folosirea fibrei optice.Avantajele fibrei sunt: reducerea zgomotului,modul de izolare a firelor ce previn deteriorarea rapidă a echipamentului.

Controlerele logice programabile comunică între ele folosind unul din protocoalele deschise cum ar fi: Modbus , Sinec H1 , Profibus , CANopen , DeviceNet sau FOUNDATION Fieldbus . Ideea de a utiliza Ethernet standard, face ca aceste sisteme mai inter- operabile.Unele dintre avantajele față de alte tipuri de rețele industriale sunt :

creșterea vitezei , de la 9,6 kbit / s cu RS – 232-1 Gbit / s , cu Gigabit Ethernet peste cablu Cat6/ Cat5 sau fibră optică

distanta a crescut

capacitatea de a utiliza standard de puncte de acces , routere , switch-uri , hub-uri , cabluri și fibre optice

abilitatea de a avea mai mult de două noduri pe link , care a fost posibil, cu RS – 485 , dar nu cu RS -232

Orice persoana poate folosi arhitecturi,sau le poate înlocui pe cele master- slave mai bine de interoperabilitate”

“Multi-Point Interface(MPI- tradus Interfață multipunct) este o interfață de proprietate a operatorului logic programabil SIMATIC S7 a companiei Siemens . Este folosit pentru conectarea programarea stațiilor ( PC sau computer personal ) , console de operator , precum și alte dispozitive în familie SIMATIC . Această tehnologie a inspiratdezvoltarea Profibus protocolului .MPI se bazează pe standardul EIA – 485 (fostul RS-485 ) și funcționează cu o viteză de 187.5 kBd .Rețeaua MPI trebuie să aibă rezistență la sfârșitul liniei și este , în general, inclusă înconector și activate de un comutator simplu,sau autoactivate.Producătorii care folosesc tehnologia MPI oferă o gamă de conexiuni la un PC : carduri MPI , carduri PCMCIA , adaptoare USB sau Ethernet .”

Fig. Schema legatura MPI-PC

Rețeaua Ethernet realizează comunicarea dintre PLC și programul SCIIL.” Software SCIIL este poziționat sub ERP / PPS și peste nivelurile de automatizare . Modulele de aplicare SCIIL poate fi perfectă integrate în peisajul IT și de sistem sau folosit ca o soluție de sine stătătoare . Toate modulele software SCIIL sunt părți ale cererii SCIIL și de a folosi aceeași bază de date . " Modul " este termenul de licențe și limitarea funcțională , protejat de module și utilizatori opinii și drepturi specifice . Acest lucru permite o coerență a datelor asupra întregului proces de producție .

Relații de toate tipurile oferă rezultate de date obținute în urmărirea producției : din materiale si piese de intrare → prin piese și produse de rând → până la produsele gata în toată complexitatea .

Planificarea de control poate acoperi întregul proces de producție : un utilizator autorizat poate crea și administra planurilor de control de la intrare Produse → prin toate segmentele de producție ( calitate Valve RCP) → până la verificarea finală și Produse efectuate controlul .”

Programul SCIIL este un sistem de tip SCADA.

Fig. Configurarea dintre CLP și PC

“SCADA (supervisory control and data acquisition- tradus control de supervizare și achiziție de date) este un sistem de operare cu semnale codate peste canale de comunicare, astfel încât să asigure un control de la distanță echipamente (folosind de obicei un canal de comunicare pe stație la distanță). Sistemul de control poate fi combinat cu un sistem de achiziție de date prin adăugarea sau utilizarea semnalelor codificate pe canale de comunicare pentru a obține informații despre starea echipamentului de la distanță pentru afișare sau pentru înregistrarea funcții. Sisteme de control industriale sunt bazate pe calculatoare care monitorizează și controlează procese industriale care există în lumea fizică. Un sistem SCADA este format de obicei din următoarele subsisteme:

– terminale de comandă de la distanță (RTU) conecta la senzori în proces ce convertește semnalele primite de la senzori și transmite apoi semnale digitale. Rolul RTU este de a coda datele culese de la senzor in format protocol si de a le trimite in aceasta forma catre statia Master, si invers, RTU primeste comenzi codate de la statia Master si trimite comenzile decodate prin semnale electrice

catre releele de control aferente.

-controler logic programabil conectat la senzorii din process.  PLC-urile au capacități mai sofisticate integrate de control (de obicei unul sau mai multe IEC 61131-3 limbi de programare) decât RTU. PLC-urile nu au hardware telemetrie, deși această funcționalitate este de obicei instalat alături de ei.PLC sunt folosite uneori în loc de RTU ca dispozitive de teren, deoarece acestea sunt mai economice, versatil, flexibil, și configurabil.

– Un server de achiziție de date este un serviciu software care utilizează protocoale industriale pentru a se conecta servicii software cu PLC-ul

– o interfață om-mașină sau HMI este aparatul sau dispozitivul care prezintă date prelucrate de un operator uman, și prin aceasta, omul monitoare operatorului și interacționează cu procesul.

HMI este un client care solicită date de la un server de achiziție de date.HMI este un client care solicită date de la un server de achiziție de date.

-Un sistem de supraveghere (calculator), colectarea (achiziționarea), datele cu privire la procesul și trimiterea de comenzi (control) la sistemul SCADA.

– Infrastructura de comunicații care leagă sistemul de supraveghere a unităților terminale la distanță.”

În aceasta lucrare, interfața ne oferă accesul în controllerul Simatic 300 și ne permite modificarea,monitorizarea parametrilor și diagnosticarea erorilor apărute la nivelul utilajului atât în timpul utilizării (modul online),cât și în cel de repaus/pauză(modul offline).

3.1. Configurarea hardware

Configurarea hardware se realizează astfel:

Se lansează programul SCIIL.

Se realizează conectarea la PLC și configurarea hardware (hardware config)

Se crează fișerele de program

Se testează offline funcționabilitatea programului

Se descarcă în PLC

Pasul 1. Se lansează programul SCIIL.

Dupa ce a fost lansat programul,pentru a preveni eventualele modificări accidentale,fiecare utilizaror dispune de un username și o parolă unică,ce îți oferă posibilitatea de a accesa acest program.

Fig. Log in SCIIL

Pasul 2. Se realizează conectarea la PLC și configurarea hardware (hardware config)

Fig. Configurarea Hardware

Odată conectat,pe ecran-ul laptop-ului ne vor aparea toate componentele.De aici vom putea configura și seta parametrii noi,cât și pe cei existenți.Avem la dispoziție următoarele funcții:

-configurarea PLC

-configurarea modulelor I/O

-atribuirea parametrilor modulelor de functie si process.

Controller-ul programabil se configurează prin intermediul programului STEP 7,acesta fiind un software strandard ce vine odată cu instalarea componentelor din gama Simatic,oferită de cei de la Siemens.Pentru configurarea,vom intra în Hardware Config.Vom vizualiza toate tipurile de variabile I/O,și vom alege doar I/O de care avem nevoie(în cazul nostru doar intrarile disponibile).

Fig. Configurarea intrarilor disponibile

După configurarea intrărilor,vor primi un număr de identificare ce va fi atribuit tuturor utilajelor care necesită atribuire de parametrii.

“În aceasta etapa ne sunt oferite informații despre :

-tipul PLC-ului/-urilor folosite

-tipul cartelelor input

output

-tipul plăcilor de comunicație.

După realizarea sau nerealizarea fiecarei sensor din drumul scaunului de pe banda de lucru,se va transmite un impuls cartelei care va fi interpretat de PLC.Cartele sunt de mai multe feluri,și anume:

-digital input (DI)

-digital output (DO)

-analog input (AI)

-analog output (AO)

Fiecare din tipurile prezentate mai sus,pot avea 16 sau 32 de intrări,respectiv ieșiri.”

Pasul 3. Se crează fișerele de program

“Step 7 este un software pentru programarea automatelor controlabile(PLC) din familia Simatic S7 ,un software care este succesorul lui Step 5.

Step 7 este unul dintre cele mai utilizate programe a controlerelor Simatic,fiind pe primul loc în preferințele programatorilor .”

Pentru a putea programa un controller programabil,utilizatorul va putea folosi urmatoarele tipuri de fișiere:

OB- Organisation Block

FB- Functional Block

FC- Functional

DB –Data Block

Fig Prezentarea tipurilor de fișiere din alcătuirea unui program

Fiecare din bloc-urile de mai sus,sunt formate la rândul lor din fișiere ,ce pot fi scrise în trei moduri ale limbajelor de programare,și anume:

-STL – Statement List

-LAD- LD sau LADDER Diagram

-FBD- Functional Block Diagram.

Fig. Tipuri ale limbajelor de programare folosite de programul Step 7

Controlerul programabil preia informațiile de la toate mașinile din companie,asigurând astfel buna funcționare a utilajelor.Toate utilajele lucrează în secvență astfel că trebuie să existe o legătură între toate utilajele,astfel încât să nu fie afectată producția,deoarece compania Johnson Controls Craiova este o firmă de tip JIT(just-in-time),lucru ce ar afecta și beneficiarul.

Toate datele obținute de la PLC-uri,sunt stocate și înregistrate pe server, în baza de date SQL.

Datele primite de la PLC în cazul nostru,sunt următoarele:

-dacă scaunul a ajuns în ultimul punct al benzii de lucru

-dacă au fost scanate etichetele de pe scaune,pentru o trasabilitate mai buna(o mai buna comunicare între Johnson Controls Craiova),dar și pentru a scrie pe fiecare RFID al suportului de transport a scaunelor,astfel încât să se țină evidența scaunelor produse și livrate

-dacă mai este loc pe buffer,sau trebuie să se oprească,la ultimul post,astfel încât să nu blocheze bufferul.

3.2 Controllerul Simatic 300

“Controllerul Siemens Simatic 300 conomisește spațiu de instalare și are un design modular .

O gamă largă de module pot fi utilizate pentru a extinde sistemul central sau pentru a crea structuri descentralizate în conformitate cu sarcina de la mână , și facilitează un stoc eficientă de piese de schimb . Cu gama sa impresionantă de inovatii , operatorul universal SIMATIC S7-300 este un sistem integrat care va reduce costurile de investiție și de întreținere suplimentare.”

Dacă automatizare necesită mai mult de 8 module, controler central (CC) din S7-300 poate fi extinsă cu ajutorul unităților de extensie (SUE) Până la 32 module pot fi utilizate în rack central și până la 8 pe unitate de expansiune. Într-o configurație unică niveluri, acest lucru duce la o configuratie maximă de 256 I / O, și în configurații multi-etajate pana la 1024 I / O.

Controlul asupra acestui PLC se va face doar de la calculator,prin intermediul programului STEP 7,acesta dând informații atât despre procesul care se realizeaza,dar o autodiagnosticare pentru prevenția defectelor.Un alt mod de a acționa asupra comenzilor date de PLC,este acela de a interveni prin intermediul ecranelui de cutia de alimentare(figura alaturată). Această intervenție este una la un nivel primar,deoarece oferă doar informații cu privire eroarea apărută sau doar o deblocare a sistemului controlat de PLC.În cazul nostru,dacă se blochează banda de transport,ea poate fi deblocată de la ecranul de pe cutia de alimentare,sau de la telecomandă.Principalele funcții ale telecomenzii sunt:

-testarea sistemului de avertizare vizuala

-modul în care se află sistemul (automatic pornit/oprit)

-reset

Aceasta poate oferi de asemenea informații despre modul în care se află stația,cum ar fi:

-RFID(implică un cost ridicat,-deoarece dupa 10-15 utilizări per zi,un RFID își pierde informațiile scrise,dupa un ciclu de 20-25 de zile lucrătoare)

-conexiunea cu PLC de date

-fereastra de stare (oferă informați despre starea utilajului,dar si despre telecomandă)

-istoricul mesajelor de defecțiuni(telecomanda are o memorie internă care ne permite să vedem ultimele 20 de erori apărute,fără să mai fie nevoie să ajungem la computer).