Cap 3 Conceptul De Interoperabilitate [304917]

3. [anonimizat], acestea fiind numeroase datorită protocoalelor de comunicatie existente la ora actuală. Astfel , este posibilă atât comunicația cu fir (clasică) [anonimizat].[anonimizat] ([anonimizat] –HMI-, calculatoare, etc) Acest capitol oferă o prezentare generală a configurării, [anonimizat].

3.1.Programarea comunicațiilor automatului programabil Twido

Un automat programabil poate fi realizat cu 1 sau mai multe porturi de comunicație cu alte automate programabile aflate la distanță sau cu alte echipamente electrice dotate cu interfețe si funcții de comunicație.

[anonimizat](peer controller)

-AP care se utilizează numai pentru intrările si ieșirile sale(remote controller),precum o [anonimizat]. Automatul aflat la distanță este interpretat ca o extensie a automatului de bază(master), care va avea un nr. mai mare de I/O. Pe AP aflat la distanță (remote) nu pot fi rulate programe.

-[anonimizat], variatoare, [anonimizat].

Automatul programabil TWDLMDA20-[anonimizat].La acest port se conectează un conector de tip EIA RS232.[anonimizat]-485 cu sursă de alimentare internă.

[anonimizat] 3 [anonimizat]

-Modbus(master/slave)

– ASCII

Fig3.1.1.Tipurile de comunicatie ale AP TWIDO

Fig3.1.1.Cele 2 [anonimizat] 232 C
[anonimizat]-485

Comunicația dintre PLC Twido si PC se realizeaza prin intermediul unui cablul cu adaptor (TSXPCX1031)

Fig3.1.2.[anonimizat] -232C sau portul USB de pe computerul personal este conectat la Portul 1 al automatului folosind cablul de comunicație TSXPCX1031 sau TSX PCX 3030 multifuncțional.

Acest cablu convertește semnalele între EIA RS – 232 și EIA RS – 485 pentru TSX PCX 1031 și între USB și EIA RS – 485 pentru TSX PCX 3030. Acest cablu este echipat cu un comutator rotativ cu 4 poziții pentru a selecta moduri diferite de funcționare . Comutatorul desemnează cele patru poziții ca " 0-3 " și o setare corespunzătoare pentru comunicația dintre TwidoSoft si Twido este poziția 2 .

Această conexiune este ilustrată în diagrama de mai jos .

Fig3.1.3. [anonimizat] 8 pini MiniDIN și ale unui bloc

terminal :

Următoarea figură prezintă iesirile ale unui conector mamă cu 9 pini SUBD(RS-232) pentru cablul TSX PCX 1031

[anonimizat] o conexiune de mare viteză de tip master/slave prin care pe pot transmite volume mici de date între automatul master si până la 7 automate de tip slave.

ASCII – [anonimizat] a transmite sau receptiona ( dar nu concomitent) un șir de caractere către/ de la un dispozitiv simplu( imprimantă).

Acest protocol este permis doar prin instrucțiunea EXCH(exchange).

Modbus – este un protocol de comunicație de tip master/slave care permite unui singur master să ceară răspunsuri de la 1 sau mai mulți slaves sau să acționeze pe baza răspunsurilor primite. Master-ul poate să adreseze fiecare slave în mod individual,sau poate să initieze un mesaj comun catre toți slaves. Slaves întorc un mesaj la interogările care le sunt adresate individual.

Comunicația Modbus cu un alt PLC (Zelio) se realizează prin intermediul modulului de extensie Display Operator ( TWDXCPODM) care conține un port de comunicație EIA RS-485 care prezintă un bloc terminal la care se conectează 3 fire (A,B, SG).

Modbus TCP / IP(Transport Control Protocol) este suportat exclusiv de seria de automate compacte TWDLCAE40DRF cu interfață de rețea Ethernet încorporată.

Fig3.1.4.Realizarea cablajului pentru diferite protocoale de comunicație

Configurarea automatului programabil cu ajutorul mediului de programare.

În vedera configurării AP pentru a folosi o conexiune serială în scopul de a trimite și primi caractere utilizând protocolul Modbus, trebuie:

Să se realizeze configurarea portului serial utilizând Twidosoft

Să creați în aplicația dumneavoastră un tabel de transmisie / receptie, care va fi utilizat de către instrucțiunea EXCHx .

. Un automat Twido poate folosi portul primar 1 sau un port opțional 2 configurat pentru a utiliza protocolul Modbus.

Fig3.1.5.Alegerea portului de comunicatie seriala

Modul Modbus master permite operatorului să trimită o interogare Modbus la un sclav, și

să aștepte răspunsul. Modul Modbus Master este acceptat numai prin intermediul instrucțiunii EXCHx

. Ambele tipuri de Modbus, ASCII si RTU, sunt acceptate în modul Modbus Master.

Mărimea maximă a datelor transmise și / sau primite este de 250 de octeți.

Fig3.1.6.Tabel de transmisie / recepție

Inregistrările octetului X transmis conțin date de protocol Modbus (codare RTU), care urmează să fie transmise. În cazul în care portul de comunicații este configurat pentru formatul Modbus ASCII, caracterele corect încadrate sunt anexate la transmisie. Primul octet conține adresa dispozitivului (specifică sau de difuzare), al doilea octet conține funcția cod, iar restul conțin informațiile asociate cu acel cod de funcție.

Octeții X primiți conțin datele de protocol Modbus (codare RTU), datele care urmează să fie

primite. În cazul în care portul de comunicații este configurat pentru Modbus ASCII, caracterele corect încadrate sunt eliminate din răspuns. Primul octet conține adresa dispozitivului, al doilea octet conține codul de funcție (sau cod de răspuns) și restul conțin informațiile asociate cu acel cod de funcție.

Schimburile de mesaje

Limbajul oferă două servicii de comunicare:

– instrucțiunea EXCHx: pentru a transmite / primi mesaje

– Funcția Block % MSGx: pentru a controla schimburile de mesaje.

Automatul Twido utilizează protocolul configurat pentru acel port atunci când procesează o instrucțiune EXCHx .

Instrucțiunea EXCHx permite controlerului Twido pentru a trimite și / sau de a primi date

la / de la dispozitive Modbus. Utilizatorul definește un tabel de cuvinte (% MWI: L)

care conțin informații de control și datele care urmează să fie trimise și / sau primite (de până la 250 octeți în transmisie și / sau recepție).

Un schimb de mesaje se realizează cu ajutorul instrucțiunii EXCHx:

Sintaxa: [EXCHx% MWI: L]

unde: x = numărul de port (1 sau 2)

L = numărul de cuvinte în cuvintele de control, tabelele de transmisie și recepție.

Automatul Twido trebuie să termine schimbul pentru prima instrucțiune EXCHx

înainte de a putea fi lansată o a doua instructiune. Funcția bloc %MSGx trebuie utilizată atunci când se trimit mai multe mesaje.

Procesarea listei de instrucțiuni EXCHx are loc imediat, cu orice transmisii începute sub controlul de întrerupere (primirea de date este, de asemenea, sub controlul de întrerupere), care este considerata o procesare de fundal.

Funcția bloc %MSGx

Utilizarea funcției bloc % MSGx este opțională; acesta poate fi utilizat pentru gestionarea schimburilor de date. Funcția bloc %MSGx are trei scopuri:

1. Verificarea erorilor de comunicații

Verificarea erorilor testează dacă parametrul L (lungimea listei de cuvinte) programat cu instrucțiunea EXCHx este suficient de mare pentru a conține lungimea mesajului care va fi trimis. Acesta este comparat cu lungimea programat în octetul cel mai puțin semnificativ al primului cuvânt al tabelului de cuvinte.

2. Coordonarea mai multor mesaje

Pentru a asigura coordonarea la trimiterea de mesaje multiple, blocul funcțional % MSGx

furnizează informațiile necesare pentru a determina momentul în care transmisia unui mesaj anterior este completă.

3. Transmiterea mesajelor prioritare

Funcția bloc % MSGx permite oprirea transmisiei de mesaje curente pentru a permite trimiterea imediată unui mesaj urgent.

Funcția bloc %MSGx are o intrare și două ieșiri asociate cu ea:

Fig3.1.7. Funcția bloc %MSGx

R- intrarea de resetare- Setat la 1: re-inițializează comunicarea sau resetează blocul (% MSGx.E = 0 și% MSGx.D =1).

D – % MSGx.D- Comunicare completă- 0: cerere în curs de desfășurare.

1: comunicare făcută în cazul în care avem : sfârșit de transmisie, caracterul de capăt primit, eroare, sau resetarea blocului.

E – %MSGx.E -Eroare – 0: Lungime mesaj OK și link-ul OK.

1: în cazul în care există comanda incorectă, tabel incorect configurat, caracterul incorect primit (viteză, paritate, etc.), sau o lista de recepție plină.

Exemplu de legatura Modbus

Pentru a configura o comunicație Modbus intre 2 PLC-uri, trebuie sa:

1. Configurați hardware-ul.

2. Conectați cablul de comunicații Modbus.

3. Configurați portul.

4. Scrieți o aplicație.

5. Inițializarea Animation Table Editor.

Diagramele de mai jos ilustrează utilizarea Modbus a codului de cerere 3 pentru a citi

cuvintele de ieșire a unui sclav. Acest exemplu utilizează două automate Twido.

Fig3.1.8.Interfața a 2 PLC-uri care comunica prin modbus cu un PC

Configurare hardware -se folosesc 2 PLC-uri, unul configurat ca master, altul ca slave.

Portul 2 este prezent în extensia Display Operator (TWDXCPODM) si este TWDNAC485T ( RS 485).

Pentru configurarea fiecărui PLC, se conecteaza cablul TSXPCX1031 la portul 1 al fiecărui PLC.( se poate realiza cu ajutorul mediului de programare TwidoSoft).

Conectarea cablului de comunicații Modbus

In figura de mai jos se prezinta modul de conectare a cablului de comunicații Modbus pentru 2 posibile cazuri ,in functie de conectorul prezent la portul 2 al automatelor.

Fig3.1.9. Modul de conectare a cablului pentru comunicația Modbus

Configurarea portului

Fig3.1.10.Configurarea porturilor

În diagramă se observă un exemplu de configurare a porturilor de comunicație Modbus a celor 2 PLC-uri(master si slave).

Pentru master i se asociază adresa 1, iar pentru slave adresa 2. Numărul de biți se poate seta în funcție de ce protocol de comunicație se doreste. Astfel avem 7 biți pentru Modbus ASCII , respectiv 8 biți pentru Modbus RTU.S-a folosit Modbus RTU.Se observă ca viteza de transmisie este setată la aceiasi valoare pentru ambele PLC-uri.

Scrierea programului.

Mai jos este prezentat un exemplu de program realizat in mediul de programare Twidosoft

pentru cele 2 PLC-uri(în stanga pentru master, in dreapta pentru slave)

Fig3.1.11. Exemplu de program pentru master și slave

Remarcați utilizarea offset-ului RX stabilită în % MW1 a master-ului.

Offset-ul de trei va adăuga un octet (valoare = 0), la poziția a treia în zona de recepție a tabelului. Acest lucru aliniază cuvintele în master, astfel încât acestea se încadrează în mod corect in limitele de cuvinte. Fără acest offset, fiecare cuvânt de date ar fi împărțit între două cuvinte în blocul de schimb(EXCH). Acest offset este utilizat pentru comoditate.

Initializatea tabelului editor de animatii pentru master

Dupa incarcarea programului in cele 2 PLC-uri si setarea acestora in modul RUN,se deschide un tabelul de animatii in master pentru a se verifica functionarea programului.

Cereri(interogari) standard pentru Modbus

Aceste cereri sunt folosite pentru a face schimb de cuvinte de memorie sau biți între dispozitive la distanță. Formatul tabelului este aceeași pentru ambele moduri RTU și ASCII.

Citirea a N biti

Acest octet primește și lungimea șirului transmis după răspuns.

Citirea a N cuvinte

Scrierea de biti

Scrierea de cuvinte

Scrierea a N biti

Scrierea a N cuvinte

3.2.Interfața serială RS-232

Interfața serială RS-232 este unul din cele mai răspândite echipamente periferice. După cum îi spune și numele, transmisia și recepția se face bit cu bit, necesitând doar un singur fir pentru transmisie. RS-232 este un standard, în sensul că toate modelele de calculatoare și majoritatea

instrumentelor de măsură o înglobează. A fost standardizată de către EIA (Electronics Industries Association) în anul 1962. Așa cum a fost el conceput, standardul permite comunicații doar pe distanțe scurte (până în 20 m) și viteze de transfer de maxim 19600 bps (bps înseamnă biți pe secundă). Ulterior s-au dezvoltat și alte standarde (RS-422, RS-485, RS 449) ce permit fie distanțe mai mari între emițător și receptor, fie viteze mai mari fie mai multe dispozitive conectate pe același cablu. De exemplu RS- 422 permite până la 10Mbs și distanțe de până la 1.6 km.

Caracteristici electrice

Caracteristicile electrice definesc tensiunile minime și maxime ale stărilor logice, semnalele și semnificațiile lor și conectorii.

tensiunile de linie

Fig3.2.1.Nivelele de tensiune ale interfetei RS232

Nivel 1 logic este corespunzător tensiunilor între -3V și -25V, dar tipică, este valoarea de -12V. Nivelul 0 logic corespunde tensiunilor situate între 3V și 25V, tipică fiind valoarea de 12V. Orice valoare între -3V și 3V înseamnă stare nedeterminată. Când nu există impulsuri transmise linia stă

în 1 logic (-12V). O tensiune de 0V înseamnă că linia este întreruptă sau există un scurtcircuit.

b) conectori

Interfața RS-232 are două tipuri de conectori disponibili: DB25S și DB9S. Primul asigură funcționalitatea totală a interfeței în timp ce al doilea asigură un spațiu minimal pentru instrumentația tot mai redusă în dimensiuni. Figura următoare prezintă conectorul DB9S și alocarea

pinilor.

Semnalele RS-232 sunt împărțite în 3 categorii:

– date (TxD, RxD). Sunt două canale de date care permit comunicații fullduplex

– controlul comunicației (RTS, CTS). Aceste semnale furnizează suportul

prin care se controlează traficul datelor.

– timing (TC, RC). Pentru comunicații sincrone este necesară transmiterea

unui semnal de tact pentru sincronizarea receptorului cu emițătorul.

Fig3.2.2 Conectorul DB9S și alocarea pinilor

3.3Interfața serială RS-422

TIA/EIA-422-B (RS422) este un standard industrial ce precizează caracteristicile electrice ale unui circuit de interfață echilibrat. A fost introdus pentru a rezolva problemele de limitare ale standardelor nesimetrice (RS232). Acestea nu prezintă imunitate la zgomote de mod comun (tipice în medii industriale).

Un emițător RS-422 poate suporta până la 10 sarcini (4kΩ tipic pentru o unitate), poate transmite datele până la 1200m și sunt garantate să suporte un curent de 20 mA pe o sarcină de 100Ω (adică 2V pe sarcină).

Fig.3.3.1.Emițătorul și regiunea de funcționare pentru RS-422

Impedanța receptorului trebuie să fie egală cu o unitate de sarcină (panta zonei gri din figura de mai sus). Zona de lucru a receptorului este definită între -10 și +10V (zona gri din figura de mai sus).

Receptoarele RS-422 au pragurile de detecție de ±200mV față de întregul domeniu de ieșire al emițătorului de ±6V. De asemenea este garantată o margine de zgomot diferențială ≥1.8V între excursia de ieșire a emițătorului și pragurile receptorului.

În principiu standardele RS-422 și RS-485 sunt similare. Totuși există și diferențe: etajul de ieșire a emițătorului, domeniul de mod comun al interfeței, rezistența de ieșire a receptorului, și capabilitatea de sarcină a emițătorului.

Lungimea cablului și rata de transmisie sunt mărimi complementare.

Figura următoare prezintă o hartă a regiunii operative a standardului RS-422 și comparație cu alte standarde. Datele au fost obținute folosind cablu torsadat din Cu, cu capacitate de 50pF/m, terminat pe 100Ω.

Fig.2.5.3.2Lungimea cablului vs. Rata de transmisie

3.4Interfața serială RS-485

Ca și RS-422, și RS-485 este un sistem de comunicație diferențial sau echilibrat. Semnalul apare între două fire care transmit doar semnalul, ele fiind diferite de masa electrică. Topologiile rețelelor pot fi punct – punct, punct – multipunct, multipunct – multipunct. Numărul maxim de perechi

emițător receptor pot fi de 32. Multe din caracteristicile emițătoarelor și receptoarelor RS-485 sunt similare cu RS-422.Tensiunile de mod comun pe care le suportă acestea sunt extinse de la +12 la -7 V datorită capabilității stării de înaltă impedanță (tri-state).

Figura 3.4.1. prezintă o configurație multipunct-multipunct tipică pe 2 fire. Se observă terminatoarele liniei la ambele capete, dar nu și la punctele din mijlocul liniei. Masa de semnal este de asemenea recomandată pentru a menține tensiunile de mod comun în limitele acceptate.

RS-485 poate fi configurată și pe 4 fire (fig. 3.4.2). Dacă în configurația anterioară oricare din puncte putea fi Master și oricare Slave, în configurația aceasta Masterul este cel al cărui receptor este singurul de pe linie, restul fiind Slave. Așadar două din fire sunt utilizate pentru transmiterea informației de la Master către receptoarele Slave, iar două pentru transmiterea informației de la emițătoarele Slave către receptorul Master. În concluzie nodurile Slave pot comunica doar către nodul Master, nu și între ele. De aici și un avantaj al lipsei coliziunilor deoarece nodurile Slave nu vor „vorbi” niciodată simultan pentru că nu comunică între ele, și se poate realiza o comunicație duplex.

Pe durata cât un nod nu emite, emițătorul este deconectat de la linia de transmisie. Sunt numeroase cazurile când sistemele prezintă interfețe RS- 232 iar pentru a le conecta în rețele RS-485 se folosesc adaptoare RS-232 – RS-485. Pentru a putea conecta sau deconecta emițătorul de la linie se poate folosi semnalul RTS. Când acesta este în 1 logic, emițătorul este activ și devine inactiv pentru 0 logic. Cât timp este deconectat, alte noduri pot transmite date pe interfață. Figura 3.4.3. prezintă forme de undă specifice pentru convertorul RS-232 – RS-485. Este important ca RTS să fie dus în 1 logic înainte ca data să fie transmisă, și trebuie să rămână în această stare până la un moment ulterior transmiterii ultimul bit. Aceasta este realizată prin software-ul ce controlează portul serial.

Fig3.4.1.Aplicație RS-485 multipunct-multipunct pe 2 fire

Fig3.4.2.Aplicație RS-485 multipunct-multipunct pe 4 fire

Fig.3.4.3.Schema electrică și forme de undă pentru convertorul RS-232 – RS-485

Fig3.4.4. Specificațiile electrice ale RS-485

Caracteristici ale protocoalelor de comunicatie uzuale

RS-232

point-to-point

Single-ended

Half / full-duplex

Distanta maxima: 15m

Viteza maxima: 20kbs

Tensiunea pe linie, max: ±25V

RS-422

multidrop

Diferentiala (2 fire)

Half-duplex

Distanta maxima: 1200m

Viteza maxima: 10Mbs

Tensiunea pe linie, max: ±6V

RS-485

Multipoint

Diferentiala

Half-duplex

Disanta maxima: 1200m

Viteza maxima: 10(35) Mbs

Tensiunea pe linie: -7…12V

3.5.Alte protocoale de comunicatie

PROFIBUS = Process Field Bus

Introdus in 1989 ca un standard de comunicare pentru automatizari;

Este cel mai popular tip de fieldbus, cu mai mult de 14 mil. de noduri in lucru în întreaga lume (în 2006);

Inițial a fost specificat un singur protocol complex de comunicare, Profibus-FMS (Field bus Message Specification), ca un protocol universal pentru sarcini de comunicare solicitante

In 1993 a aparut varianta Profibus-DP (Decentralized Peripherals), ca un protocol mult mai simplu si mai rapid. A inlocuit varianta FMS, si actualmente este cea ma raspandită varianta a protocolului.

In 1995 este finalizata si varianta Profibus-PA (Process Automation), asigura siguranța intrisecă, precum si alimentarea aparatelor conectate in rețea.

Profibus-FMS (Field bus Message Specification), furnizeaza utilizatorului o arie larga de functii pentru comunicatii intre sistemele de automatizare (PLC-uri, PC-uri, statii de automatizare), precum si pentru schimbul de informatii cu echipamentele din camp, la viteze moderate;

Profibus-DP (Decentralized Peripherals), reprezinta solutia de comunicare cu viteza ridicata. Construit si optimizat special pentru comunicarea intre sistemele de automatizare (PLC-uri) si perifericele descentralizate din camp;

Profibus-PA (Process Automation), orientat spre transferul de date provenite din masurare (senzori, traductoare) si indeplineste cerinte speciale privind securitatea impotriva exploziilor si alimentarea prin magistrala. Utilizat in special in industria chimica.

A – Nivel control

B – Nivel automatizare

C – Nivel camp

Fig.2.5.5.1 Protocolul Profibus

Caracteristici PROFIBUS

Protocol de comunicare seriala;

Este un protocol “open technology”;

Este implementat pe standardul RS485, cablu cu perechi torsadate (mai rar pe fibra optica sau unde radio);

Rata de transfer este de max. 12Mb/s (lungime cablu – 100m)

Lungimea maxima a unui segment de cablu: 1200m;

Magistrala trebuie terminata conform specificatiilor RS485;

Nr. maxim de noduri adresabile: 126 (maxim 32 noduri per segment; se pot utiliza pana la 4 repeatere);

Este o retea de tip Master/Slave cu interogare

Pe o magistrala poate fi un singur echipament master sau mai multe. Poarta denumirea de statii active.

Echipamentele slave poarta denumirea de statii pasive.

O retea Profibus-DP poate fi cuplata cu un segment de tip Profibus-PA prin intermediul unui nod de cuplare (segment coupler) sau prin intermediul unui echipament de legatura (link).

Nodul de cuplare este transparent din punct de vedere al comunicarii

Echipamentul de legatura se comporta ca un slave adresabil

Protocolul CAN

CAN este un protocol de comunicare bazat pe multicast caracterizat prin rezoluția deterministă a afirmației, costuri reduse și punerea în aplicare simplă. Controller Area Network (CAN) a fost dezvoltat la mijlocul anilor 1980 de către Bosch GmbH, pentru a oferi o magistrală de comunicații rentabilă pentru aplicații auto, dar astăzi este utilizată pe scară largă, de asemenea, în automatizarile din fabrică și uzine , în robotică, dispozitive medicale, si chiar in unele sisteme aviatice.

CAN este un magistrală digitală de difuzare proiectat să funcționeze la viteze de la 20KB/s la 1Mb / s, standardizate ca ISO / DIS 11898 pentru aplicații de mare viteză (500 kbit/s) și ISO

11519-2 pentru aplicații de viteză mai mici (125Kbit/s). Rata de transmisie depinde

pe lungimea magistralei și viteza de emisie-recepție. CAN este o soluție atractivă pentru sisteme integrate de control, din cauza costurilor scăzute, gestionarea ușoară a protocolului , rezoluția deterministă a afirmației, și pentru caracteristicile încorporate pentru detectarea erorilor și retransmisie. Controlerele care suporta standardul CAN de comunicare sunt în prezent disponibile pe scară largă precum și senzori și elemente de acționare, care sunt fabricați pentru a comunica date prin CAN. In prezent,rețelele CAN înlocuiesc cu succes conexiunile punct-la-punct în multe domenii de aplicare, inclusiv automobile, sisteme electronice de bord, controlul echipamentelor din fabrici si uzine, controlul ascensoarelor, dispozitivelor medicale ,etc.