Realizacija elektromotornog pogona primenom PROFIBUS i USS komunikacije

UNIVERZITET U NOVOM SADU 

●

FAKULTET TEHNI

Č

KIH NAUKA

21000 NOVI SAD , Trg Dositeja Obradovi

ć

a 6 

UNIVERZITET U NOVOM SADU 
FAKULTET TEHNI

Č

KIH NAUKA 

NOVI SAD 
 
Odsek/Smer/Usmerenje: 

Elektrotehnika i ra

č

unarstvo 

                                           Elektroenergetika 
                                           Energetska elektronika i elektri

č

ne mašine 

DIPLOMSKI - MASTER RAD 

 
Kandidat: 

Milorad Kaplarevi

ć

Broj indeksa: 

10851

 
 
 
Tema rada: 
 

Realizacija elektromotornog pogona 

primenom PROFIBUS i USS komunikacije 

 
 
 
 
Mentor rada: 

dr Veran Vasi

ć

, van. prof.

Mesto i datum: 

Novi Sad, jun 2009. 

2

Sadržaj 

1.Uvod..................................................................................................................................................3 
2. PROFIBUS komunikacija................................................................................................................6 

2.1.PROFIBUS DP...................................................................................................................6 
2.1.1.Topologija mreže.............................................................................................................8 
2.1.2.Profibus DP profili......................................... ..............................................................10 
2.1.2.1.Profil za motore sa promenjljivom brzinom...............................................................10 
2.1.2.2.Procesni podaci-PCD oblasti......................................................................................11 
2.1.2.3.Pristup parametrima preko PCV oblasti.....................................................................11 
2.1.2.4.Kontrolni profili..........................................................................................................12 

3.USS komunikacija...........................................................................................................................13                    
 

3.1.Struktura USS telegrama..................................................................................................14 

 3.1.2.Parametarsi 

deo - PKW oblast.......................................................................................15 

3.1.3.Procesni deo - PZD oblast.............................................................................................15 

4.Programabilni logi

č

ki kontroler-PLC..............................................................................................16 

4.1.Osnovni elementi PLC kontrolera....................................................................................17 

 4.2.Princip 

rada.......................................................................................................................18 

 4.3

.

Siemens SIMATIC familija programabilnih logi

č

kih kontrolera.....................................19 

4.3.1.Mreže u okviru SIMATIC familije programabilnih logi

č

kih kontrolera......................19 

4.3.2. PPI protokol..................................................................................................................19 

4.3.3. MPI protokol................................................................................................................20 

4.4. PLC Siemens SIMATIC S7-200 serija............................................................................21  

4.4.1.Pristup podacima u memorijskim oblastima S7-200 kontrolera...................................21 

4.4.2.PLC CPU 224 XP DC/DC/DC......................................................................................22 

4.4.3.EM 277 Profibus DP modul..........................................................................................23 

            4.5.PLC Siemens SIMATIC S7-300 serija.............................................................................24 
 

4.5.1.Memorijski koncept S7-300..........................................................................................25 

4.5.2.PLC CPU 314 C-2DP....................................................................................................26 

5.Frekventni regulatori.......................................................................................................................28 
 5.1.MICROMASTER

440 proizvo

đ

a

č

a Siemens...................................................................30 

5.2.VLT AUTOMATION DRIVE FC302 proizvo

đ

a

č

a Danfoss..........................................31 

6.Realizacija prakti

č

nog dela rada......................................................................................................32

 6.1.Hardversko 

povezivanje...................................................................................................32

6.1.1.Povezivanje Siemens S7-300 i Danfoss FC302 u PROFIBUS mrežu..........................33 

6.1.2.Povezivanje Siemens S7-300 i Siemens S7-200 u PROFIBUS mrežu.........................33 

6.1.3.Povezivanje Siemens S7-200 CPU  224 XP i Siemens MM440 na USS bus ..............33 

6.2.Softverska podešavanja ...................................................................................................34 

 6.2.1.Podešavanje 

parametara 

frekventnih regulatora ..........................................................34 

6.2.2.SIMATIC Manager ......................................................................................................35 

 6.2.3.STEP 

7- 

Micro/WIN.....................................................................................................43 

 6.2.4.SIMATIC 

WinCC 

flexible 2005 - Advanced...............................................................48 

7.Opis izrade laboratorijske makete...................................................................................................54 
 7.1.Mrežni 

akvizicioni 

ure

đ

aj SIMEAS P..............................................................................55 

 7.2.Izrada 

elektri

č

nih šema.....................................................................................................56 

8.Zaklju

č

ak.........................................................................................................................................57 

9.Literatura.........................................................................................................................................58

Diplomski - Master rad 
 

4

Fieldbus  sistemi

  koriste  širok  spektar  medija za prenos kao što su bakarni vodovi, opti

č

ka 

vlakna  i  beži

č

ni  prenos  za  povezivanje   distribuiranih   ure

đ

aja  tipa   senzora,  aktuatora,  raznih  

pretvara

č

a  i sl. uz  serijski  prenos  podataka. Tehnologija je nastala  krajem  '80-ih  godina  prošlog 

veka sa ciljem da se zamene postoje

ć

i  sistemi paralelnog prenosa i analognih signala (4-20mA i +/-

10V) sa digitalnim. Fieldbus  sistema  ima  preko 100,  me

đ

u  kojima  je  PROFIBUS i USS bus, o 

kojima 

ć

e u ovom radu biti re

č

i. 

 Jedna univerzalna mreža ne može da zadovolji sve postavljene potrebe u procesnoj 

industriji. Zbog  toga  je  razvijeno  ve

ć

i  broj   komunikacionih   sistema  prilago

đ

enih  za  

odgovaraju

ć

i  skup zadataka. Na   osnovu   namene  sistema,  odnosno  koli

č

ine  i  tipa   podataka   

koji  se  razmenjuju, brzine prenosa odnosno reakcije sistema  mogu

ć

e je izvršiti  klasifikaciju 

komunikacionih sistema u savremenoj automatizaciji. Grafi

č

ki prikaz klasifikacije dat je na 

Slici 2

. 

Slika 2: Grafi

č

ki prikaz nivoa komunikacije u procesnoj industriji

Kao što se vidi sa slike razlikujemo 

č

etri nivoa u savremenim industrijskim postrojenjima a to su: 

•

nivo senzora, izvršnih organa  

•

nivo ure

đ

aja 

•

nivo postrojenja 

•

nivo fabrike 

Diplomski - Master rad 
 

5

Na  donjem  nivou  je  komunikacija  koja  povezuje  senzore  i  izvršne  organe zamenjuju

ć

i 

klasi

č

no  oži

č

avanje   ulaza  i  izlaza  kao  i  što  se  vidi  sa  slike, ovde  se  radi  o  relativno  malim 

udaljenostima  svedenim  na  nivo  pogona, pri  

č

emu  je vrlo  bitno da su vremena odziva vrlo mala 

zna

č

i  ispod  jedne milisekunde. Razmenjuju se relativno  male  koli

č

ine  podataka  pošto  senzori  u  

pogonu  šalju  trenutne  vrednosti  veli

č

ina  koje  mere, a  to je obi

č

no  jedna  analogna  ili  digitalna 

veli

č

ina mada u opštem slu

č

aju može da ih bude više. 

Na  slede

ć

em  nivou  se  nalaze  automatizovani  delovi  pogona koji mogu da budu u obliku 

distribuiranih    stanica   ili    nezavisne    automatizacije   pojedina

č

nih   mašina   koje   u

č

estvuju  u 

celokupnom sistemu. Naravno  ovde  se  razmenjuju  ve

ć

e koli

č

ine podataka, vremena odziva mogu 

da  budu  ve

ć

a  pošto se deo  operacija  obavlja  distribuirano u lokalnim  stanicama u okviru mreže, 

dužina izme

đ

u elemenata u sistemu su mnogo ve

ć

e. 

Nivo  postrojenja  kao  i  što  sam  naziv  kaže  se odnosi  na celokupno postrojenje, koli

č

ina 

podataka  raste  pošto  se  razmenjuje  ve

ć

i  broj  podataka  izme

đ

u postrojenja, isto tako postrojenja 

mogu da budu prostorno distancirana u okviru fabri

č

kog kruga pa su potrebe ve

ć

e dužine medijuma 

za povezivanje  izme

đ

u  njih, vremena  odziva  mogu  biti mnogo ve

ć

a, pošto se  radi o celokupnom 

pogonu, promene  se ne  dešavaju velikom brzo kao na nižim nivoima, nekoliko  stotina milisekundi 
zadovoljava potrebe ove komunikacije. 
 
           Najviši nivo u celokupnoj hijerarhiji komunikacija u okviru sistema automatskog upravljanja 
procesnom industrijom predstavlja nivo fabrike. U okviru ovog nivoa se razmenjuju podaci na 
nivou svih postrojenja jedne fabrike ili 

č

ak grupacije fabrika. Ovde prostorna ograni

č

enja  prestaju 

da važe pošto  fabrike  odnosno  njihova  postrojenja  mogu  da  budu  locirane  na  razli

č

itim 

pozicijama na zemaljskoj kugli. Ovde se kao medijum prenosa podataka pojavljuju savremene 
tehnologije internet, mobilna  telefonija,  satelitske  komunikacije. Ovaj  nivo  obuhvata  lokalne  
ra

č

unare  na  kojima  se nalaze SCADA softver, kao i udaljene stanice, isto tako vrlo 

č

esto se vrši 

integracija u okviru biznis softverskih   paketa   pri  

č

emu   je  omogu

ć

eno   ekonomsko   pra

ć

enje  

kompletne  proizvodnje  od kupovine sirovine do prodaje kupcu gotovog proizvoda. 
 
Za   ovakvu  podelu  ne  možemo  re

ć

i  da  je  definitivna  i  jedinstvena  vrlo  

č

esto  se  nivo 

me

đ

usobno   preklapaju   dopunjuju

ć

i   jedan   drugi   u   zavisnosti  od  konkretnih  zadatih  potreba 

svakodnevne proizvodnje. 
 
 

Koncept koji SIEMENS nudi  je  koncept  

TOTALNO  INTEGRISANE  AUTOMATIZACIJE

(

Totally Integrated Automatization,

TIA

) koji podrazumeva kompletnu automatizaciju postrojenja 

pomo

ć

u hardverski i softverski me

đ

usobno povezanih komponenti jednog sistema - sistema 

SIMATIC. Porodicu  SIMATIC  S7 

č

ine: 

•

industrijski PLC-ovi (SIMATIC Controller), 

•

industrijske ra

č

unarske mreže (SIMATIC Net),  

•

industrijski ra

č

unari (SIMATIC PC), 

•

ure

đ

aji za vizuelizaciju (SIMATIC HMI), 

•

softver (SIMATIC Software), 

•

decentralizovane periferije (SIMATIC DP), 

•

sistemi za vo

đ

enje procesa (SIMTIC PCS7). 

Slika 3

: 

Porodica SIMATIC S7

Diplomski - Master rad 
 

7

Slika 4

: 

Bakarni kabl za PROFIBUS komunikaciju

 
        Povezivanje  ure

đ

aja na PROFIBUS mrežu omogu

ć

eno je koriš

ć

enjem 9-pinskog sub-D 

konektora (

Slika 5)

. U konektore  su ugra

đ

eni  otpornici  za termminaciju bus-a. Pomeranjem 

prekida

č

a koji se nalazi na ku

ć

ištu konektora u ON položaj vrši se terminacija.  

Slika 5

: 

Izgled 9-pinskog sub-D konektora (levo-prolazni, desno-standardni konektor) 

i otpornici za terminaciju bus-a 

 
Kao što je na 

Slici 5

 prikazano, terminacija bus-a je ostvarena koriš

ć

enjem tzv.“pull-down” 

otpornika prema DGND potencijalu i “pull-up” otpornika prema napajanju-Vp potencijal. Ova dva 
otpornika služe za definiciju potencijala na bus-u izme

đ

u dva telegrama

. 

Linija A i linija B 

predstavljaju oznake krajeva PROFIBUS kabla. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Tabela 1

: 

Raspored pinova na 9-pinskom sub-D konektoru

RS 485  tehnologija  prenosa se odlikuje jednostavnoš

ć

u i niskom cenom, a primenjuje se u 

sistemima gde se zahteva velika brzina prenosa. Mogu

ć

e  brzine  prenosa  su izme

đ

u 9.6 kbit/s i 

12Mbit/s . Maksimalan broj  ure

đ

aja  koji  se  može  povezati  na  jedan  segment linije je 32. Ve

ć

i 

broj ure

đ

aja zahteva koriš

ć

enje  repetitora izme

đ

u pojedina

č

nih segmenata. Maksimalna dozvoljena 

dužina linije unutar jednog segmenata zavisi od brzine prenosa i manja je što je brzina prenosa 
ve

ć

a. 

Izgled  

Pin broj 

Ime signala 

Opis 

1 SHIELD 

Uzemljenje 

oklopa 

2 M24 

Uzemljenje izlaznog napona 
od 24V (pomo

ć

nog) 

3 RxD/TxD-P 

Primanje/slanje podataka 
pozitivni potencijal – B linija 

4 CNTR-P 

Signal za kontrolu smera 
komunikacije – pozitivan  

5 

DGND 

Referentni signal za podatke 

6 

VP 

Napon napajanja – pozitivni  

7 P24 

Izlazni napon od 24V 
(pomo

ć

ni) 

8 RxD/TxD-N 

Primanje/slanje podataka 
negativni potencijal – A linija 

9 CNTR-N 

Signal za kontrolu smera 
komunikacije – negativan