1

EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

Automatizálási és Infokommunikációs Intézet

Folyamatirányítási és ipari kommunikációs rendszerek

Vezérlő logika megvalósítása szervo szinkron

hajtáshoz mérési bemenettel történő zárthurkú

szabályozással

Diplomamunka

Harangozó Bence

WH94HQ

Miskolc, 2019

2

1 Tartalomjegyzék

1 BEVEZETÉS ............................................................................................... 1

2 SIMATIC S7-1500 TERMÉKCSALÁD ................................................... 2

S7-1511T-1 PN ................................................................................................. 4

2.1 S7-1515T-2 PN ......................................................................................... 4

S7-1516T-3 PN/DP ........................................................................................... 5

2.2 S7-1517T-3 PN/DP ................................................................................... 5

2.3 PERIFÉRIÁK ................................................................................................ 5

2.3.1 PROFIBUS ........................................................................................ 6

2.3.2 Ipari Ethernet .................................................................................... 7

2.3.3 PROFINET ........................................................................................ 7

2.3.4 Drive-CLiQ ....................................................................................... 8

3 TIA PORTAL .............................................................................................. 9

3.1 A FEJLESZTŐKÖRNYEZET FELÉPÍTÉSE ........................................................ 9

3.1.1 Projektnavigátor ............................................................................. 10

3.1.2 Munkaterület ................................................................................... 11

3.1.3 Részletező nézet ............................................................................... 11

3.2 FELHASZNÁLÓI PROGRAM ........................................................................ 12

3.2.1 Programozási nyelvek ..................................................................... 12

4 SINAMICS ................................................................................................ 15

4.1 SITOP TÁPEGYSÉG .................................................................................. 15

4.2 FOJTÓTEKERCS ........................................................................................ 16

4.3 VONALI SZŰRŐ......................................................................................... 17

4.4 LINE MODULE (AC/DC KONVERTER) ....................................................... 17

4.4.1 Basic ................................................................................................ 17

4.4.2 Smart ............................................................................................... 18

4.4.3 Active .............................................................................................. 18

4.5 FREKVENCIAVÁLTÓK ............................................................................... 18

4.6 SZERVÓMOTOR ........................................................................................ 20

4.7 S210 ........................................................................................................ 21

4.7.1 Motor .............................................................................................. 22

4.7.2 Jeladó .............................................................................................. 22

4.7.3 Tartó fék .......................................................................................... 22

4.7.4 Kommunikáció PROFINETen keresztül ......................................... 22

3

4.7.5 Üzembe helyezés, diagnosztika és adatmentés ............................... 23

4.7.6 A hajtás kommunikációjának létrehozása a PLC-vel ..................... 23

4.8 JELADÓ .................................................................................................... 24

4.8.1 Optikai inkrementális jeladó ........................................................... 25

4.8.2 Optikai Abszolút jeladó ................................................................... 27

4.8.3 Rezolver (indukciós abszolút) jeladó .............................................. 28

5 SIEMENS TECHNOLÓGIA PLC BEÜZEMELÉSE........................... 29

5.1 PLC BEFŰZÉSE ÉS FIRMWARE FRISSÍTÉS .................................................. 29

5.2 PLC KOMMUNIKÁCIÓJÁNAK KONFIGURÁLÁSA ........................................ 33

6 SIEMENS VILLAMOS HAJTÁS BEÜZEMELÉSE ............................ 38

6.1 HAJTÁS TELEGRAMOK KONFIGURÁLÁSA .................................................. 38

6.2 TECHNOLÓGIAI OBJEKTUMOK BEFŰZÉSE ................................................. 39

6.2.1 Conveyor tengely beállítása ............................................................ 40

6.2.2 Saw tengely beállítása .................................................................... 40

7 KOMMUNIKÁCIÓ FELÉPÍTÉS SZIGET I/O-N TALÁLHATÓ

IDŐZÍTŐ (TIMER) MODUL SEGÍTSÉGÉVEL ..................................................... 42

8 VEZÉRLŐ LOGIKA PROGRAMOZÁSA TIA PORTÁL

FEJLESZTŐ KÖRNYEZETBEN ............................................................................... 44

8.1 FOLYAMAT LEÍRÁSA ................................................................................ 44

8.2 FUNKCIÓ BLOKKOK (FB) ......................................................................... 45

8.2.1 Beüzemelés ...................................................................................... 46

8.2.2 Mozgatás ......................................................................................... 46

8.2.3 Mérés .............................................................................................. 46

8.2.4 Megállás .......................................................................................... 47

8.2.5 Egyéb blokkok ................................................................................. 47

8.3 VEZÉRLÉS ................................................................................................ 47

8.3.1 Első ciklus (First cycle) .................................................................. 47

8.3.2 Készenlét (Standby) ......................................................................... 48

8.3.3 Alap (home) pozíció ........................................................................ 49

8.3.4 Szünet (Pause) és stop ..................................................................... 49

8.3.5 A programhoz szükséges számítások .............................................. 50

8.3.6 Program lépések ............................................................................. 51

8.3.7 Hibák kezelése ................................................................................. 51

8.4 FOLYAMATOK KÖVETÉSE „WATCHTABLE” ÉS „TRACE” SEGÍTSÉGÉVEL ... 52

4

9 SZIMULÁLÁS ÉS HMI FELÜLET ELKÉSZÍTÉSE .......................... 54

9.1 SZIMULÁLÁS NX PROGRAM SEGÍTSÉGÉVEL ............................................. 54

9.2 HMI FELÜLET .......................................................................................... 55

10 ÖSSZEFOGLALÁS.................................................................................. 57

11 SUMMARY ............................................................................................... 58

12 KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS .................................................................. 59

13 IRODALOMJEGYZÉK .......................................................................... 60

14 ÁBRAJEGYZÉK ...................................................................................... 61

15 MELLÉKLETEK ..................................................................................... 62

1

1 Bevezetés

Azt a feladatot választottam magamnak, hogy egy jól átlátható futószalagos

fűrészeléssel szemléltessem, hogyan működnek az automatizált üzemekben az

összehangolt hajtások. Egy futószalagon mozgó munkadarabot, esetünkben faanyagot, a

megállítása nélkül daraboljuk előre megadott hosszúságra. A modell szemlélteti, hogy

hogyan lehetséges a különböző hajtások által végzett forgómozgás szinkronizálása.

Általában egynél több motor vesz részt a gyártási folyamatokban, ezért a Siemens által

gyártott eszközök (SIMATIC, SINAMICS és a SIMOTICS) együttműködésével

létrehozott hajtásvezérlő rendszerrel, több motort lehet egyszerre vezérelni, így

összetettebb feladatokat tudunk végrehajtani.

Ezt a rendszert az ipar azon területén alkalmazzák, ahol az automatizált

mozgásoké a főszerep. Ezáltal elvárt, hogy a motorok fordulatszám-, pozíció- és

nyomaték szabályozása megbízhatóan, nagy pontossággal történjen.

A feladat végrehajtására egy olyan hardver rendszert választottam, amit a

későbbiekben bármilyen új modullal ki tudok bővíteni. Ehhez szükségem volt egy

vezérlő modulra, amit a SIMATIC S7-1500 családból választottam ki. A mozgásokat

kettő szervomotorral hajtottam végre. Az elvégzendő mérésekhez, különféle jeladók

kezeléséhez pedig egy ET200-as modult választottam. Beüzemelő software-nek pedig a

Siemens által fejlesztett TIA Portal-t (Totally Integrated Automation Portal), mely egy

közös platformot biztosít a cég számos termékcsaládja számára. Ezzel a feladattal egy

nagy témakört tudok felölelni, ami a mai gyártósorok létrehozásához elengedhetetlen.

Ehhez meg kell ismernünk a PLC működését, a hajtások felépítését, a motorok

mozgását és ezeknek az eszközöknek az egymás közötti kommunikációját. A feladatom

során arra törekedtem, hogy a legkorszerűbb technológiát használjam, illetve, hogy

minél egyszerűbben bővíthető legyen, hiszen a fejlődésnek mindig helyet kell hagyni.

Figyelembe vettem továbbá a biztonságot is, mivel egy üzemi fűrész mozgását

programoztam le, így a folyamat helyes lefutásánál fontosabbnak tartom azt, hogy

minden körülmények között megállítható legyen a folyamat, ezzel elkerülve az

esetleges sérüléseket.

2

2 SIMATIC S7-1500 termékcsalád

A SIEMENS a SIMATIC S7-1500 PLC (Motion Control System) azon belül is a

technológiai, vagyis "T" típusú PLC -k segítségével képes a felhasználó komplex

mozgási folyamatok végrehajtására.

A Siemens által fejlesztett egyéb termékcsaládok, amikről a későbbiekben szót

fogok ejteni, a SIMOTION, SINUMERIK, SENTRON, SINAMICS és a SIMOTICS.

Szoftver és hardver oldalon is integrálták ezeket a részeket. HW oldalon

példának a Simatic DC-t vagy a Simotion D-ket tudnám említeni, ahol a PLC és a

hajtásvezérlés egy készülékben van, egymástól elválaszthatatlanul, továbbá SW oldalon

azt jelenti, hogy a PLC funkciók és a komplex(ebb) mozgásokat segítő funkciók

egyazon készülékben elérhetők, egymással szerves egységet képeznek. A fejlesztői

rendszer (TIA Portal) pedig az automatizálási és mozgási funkciókat egyesíti egy

fejlesztői szoftverben, úgy, mint a projektálás, paraméterezés és programozás, ill.

diagnosztikai funkciók.

Ezek mellett kompatibilisnek kell lennie a SIMOTION, SINUMERIK,

SENTRON és még sok más automatizálási rendszerrel, mivel ezekkel együtt egy

berendezés részét alkothatják. Ezek a rendszerek támogatják a PROFIBUS és

PROFINET ipari kommunikációs rendszereket.

Az ipar számos területén felhasználható, ahol szükség van a megbízható és pontos

működésre:

szelepek és szellőzőrendszerek vezérlése

magas elvárású egyedi hajtások centrifugáknál, présgépeknél, sajtolóknál,

felvonóknál és szállításoknál

egymással összekapcsolt hajtásoknál a textil-, fólia- és papírgyártásban

nagy dinamikájú szervo hajtásoknál nyomdákban, szerszám- és

csomagológépeknél

3

A SIMATIC S7-1500 termékcsaládot többféle kategóriába sorolhatjuk. A

felhasználás céljától függően kell kiválasztani, melyik a legmegfelelőbb egy berendezés

üzemeltetésére, mivel különböző tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezeket az eszközöket

PLC (Programmable Logic Controller)-nek, vagy Siemens-es berkekben CPU (Central

Processing Unit)-nak is nevezik.

1. ábra SIMATIC S7-1500T felhasználási területei

Az ipari környezetben magas elvárásokat támasztanak a mozgásvezérlőkkel (vagy

mozgás vezérléssel) szemben. Természetesen, ahogy a Siemens többi termékénél, itt is

megtalálhatóak a biztonsági PLC-k, amelyeket F jelöléssel láttak el. Az egész S7-1500

családot csak a TIA Portallal lehet üzembe helyezni, ha instaláljuk a StartDrive

csomagot, be lehet üzemelni a hajtás oldali egységeket is, amelyek automatizált

feladatok végrehajtására képesek. Szoftver oldalról pedig a fejlesztői rendszer az

automatizálási és mozgási funkciókat egyesíti egy fejlesztői szoftverben, mint például a

projektálás, paraméterezés és programozás. Továbbá kompatibilis a SIMATIC

automatizálási rendszerekkel, ugyanis egy berendezés részét alkothatják. A CPU

támogathatja a PROFIBUS és PROFINET ipari kommunikációs rendszereket is [5]

4

S7-1511T-1 PN

Ez a legkevésbé komplex PLC, ami a legkisebb számítási kapacitással

rendelkezik. A memória mérete a programra 225 KB, az adatokra 1MB. Egy ethernet

interface-el rendelkezik, amely 2 portos és Profinet IRT képességgel rendelkezik. PLC

műveleti sebessége 60 ns/bit teljesítményre képes, hogy hajtással is tudjon

kommunikálni, szükségünk van egy CM 1542-1 típusú modulra. [7]

2. ábra S7-1511T-1 PN [7]

2.1 S7-1515T-2 PN

Ez az eszköz már sokkal nagyobb számítási kapacitásra képes. Kettő Ethernet

interface-el rendelkezik, melyből az egyik 1 portos a másik 2 portos Profinet IRT

képességgel. A PLC műveleti sebessége 30 ns/bit. A memória mérete a programra 750

KB, az adatokra 3MB. [7]

3. ábra S7-1515T-2 PN [7]

5

S7-1516T-3 PN/DP

Az előző eszközhöz képest már háromszor akkora számítási kapacitásra képes.

Viszont, jelentősen eltér az eddigi eszközöktől, ugyanis a kettő ethernet interface mellé

kapunk egy harmadik PROFIBUS interfészt egy. A PLC műveleti sebessége 10

ns/bit.[7]

4. ábra S7-1516T-3 PN/DP [7]

2.2 S7-1517T-3 PN/DP

Ez a legnagyobb számítási kapacitással rendelkező CPU a technológiai

változatok között, viszont minden más tulajdonsága megegyezik azzal. A PLC műveleti

sebessége 2 ns/bit. [7]

5. ábra S7-1517T-3 PN/DP [7]

2.3 Perifériák

A PLC-vel a perifériákhoz különböző kommunikációs módon tudunk

csatlakozni. A PLC-t etherneten számítógépről tudjuk konfigurálni. A PLC a hajtással

és a HMI–vel PROFINET-en vagy PROFIBUS-on csatlakozik. A motor, a CU, a Line

Modul, a Motor Modulok, I/O modulok és a motorok DRIVE-CLiQ-en

kommunikálnak. Egyéb kommunikációs illesztők Moby, AS-i, stb.

6

2.3.1 PROFIBUS

A PROces FIeld BUS (PROFIBUS) az első szabványosított terepi buszok

egyike. Forrás/cél típusú hálózatok csoportjába tartozik és hibrid (token passing,

master-slave, multimaster) típusú buszhozzáférési eljárást használ. Felhasználható nagy

sebességű időkritikus adatátvitelre és nagy, bonyolult kommunikációs feladatok

megoldására egyaránt. A hálózatra legfeljebb 32 eszköz csatlakoztatható, de ezt

repeaterek (ismétlők) közbeiktatásával lehet bővíteni. Az adatforgalom kezdeményezője

mindig a master. Több master esetén egymást váltva töltik be a hálózati adatforgalmat

kezdeményező szerepet.

A PROFIBUS-hoz 9 pólusú D-SUB típusú vagy gyors csatlakozót használunk.

A csomópontok száma maximum 127 lehet. A vonali távolság 24 km-re növelhető

ismétlőkkel és optikai átvitellel. Az üzenet mérete maximum 244 bájt lehet

csomópontonként és üzenetenként. Az eszközök elérése lekérdezéses (polling) vagy

zseton adagolásos (token passing) módszerrel valósítható meg. Kétféle eszköztípust

támogat, a mestereket és a szolgákat. A mesterek úgynevezett aktív eszközök, mert

üzeneteket küldhetnek kérés nélkül. A master eszköz vezérli az adatkommunikációt a

buszon, ha nála van a busz hozzáférési jog (token). A szolgák (slave) tipikusan

perifériális (passzív) eszközök (érzékelők, beavatkozók), amelyek vagy nyugtázzák a

mastertől kapott üzeneteket, vagy a master kérésére üzeneteket küldenek a master felé.

Tipikusan slave eszközök az input-output eszközök, a szelepek, meghajtók és

mérőeszközök, így nincs buszhozzáférési joguk.

Három típusa létezik:

PROFIBUS DP (PROFIBUS for Distributed Processing)

PROFIBUS PA (PROFIBUS for Process Automation)

PROFIBUS FMS (PROFIBUS for Fieldbus Message Specification)

A SIMOTION technológia a PROFIBUS DP típust használja, amely nagy

adatmennyiségek és terepi készülékekkel való gyors adatcserére optimalizált terepi busz

szabvány, amely az ISO/OSI modell 1-es és 2-es rétege szerint van fejlesztve. A fizikai

réteg az RS 485 szabvány szerinti vagy száloptikás kialakítású. A PLC-k és I/O

eszközök közötti nagy sebességű (≥ 12 Mbps) adatcsere céljára tervezték.

A PROFIBUS DP PC-s munkaállomásokat, PLC-ket, folyamatirányító

számítógépeket, adatgyűjőket összefoglaló hálózatként használatos. A PROFIBUS

7

hálózat busz topológiájú és maximálisan négy szegmensből állhat, amelyeket

jelismétlők kapcsolnak egymáshoz. Egy-egy szegmensbe maximum 32 készülék

csatlakoztatható, beleértve az ismétlőket is.

2.3.2 Ipari Ethernet

Az ipari Ethernet az IEEE 802.3 szabványon alapul. Ennek a szabványnak

minden eszköznek meg kell felelnie, amelyeket az ipari gyártás technológiában

használni kívánnak. Masszívabb csatlakozókkal van szerelve, strapabíró kábelborítást

kapott és leginkább a determinisztikus működés miatt való az iparba. Lehetővé teszi a

nagy távolságok áthidalását és a nagy mennyiségű adatforgalmat a számítógép és az

automatizált rendszerek között, továbbá összekapcsolhatja az irodai és a gyártás-

termelési részleget. Erre épülnek a különböző protokollok, mint pl. a Profinet, Ethercat.

A PLC és az üzembehelyező számítógép között használatos, ill. a PLC és az

HMI között.

2.3.3 PROFINET

A PROFINET egy ipari Ethernet alapú kommunikációs rendszer az ipari

automatizáláshoz. A PROFINET IO kifejlesztett Ethernet alapú kommunikációs

rendszer, amely 10…100 Mbps adatátviteli sebességű kommunikációra képes.

Általános esetben kevesebb mint 10 ms, speciális esetben kevesebb mint 1 ms

válaszidőt garantál. Az utóbbi már a hajtás szabályozás igényeit is kielégíti. Ezért

gyakran Real-Time Ethernet (RTE) vagy Real-Time PROFINET-nek nevezik.

Három különböző működési mód különböztethető meg:

TCP/IP, UDP: aperiodikus író/olvasó műveletek, eszközök paraméterezéséhez

és konfiguráláshoz, nem valós idejű, lassú átvitel 50..100 ms-os kommunikációs

ciklusidővel.

RT (Real Time): hagyományos ciklikus kommunikáció, adatátvitelhez és

riasztások továbbítására használják. Valós idejű átvitel.

IRT (Isochronous Real Time): gyors kommunikációt és nagyon pontos

kommunikációs ciklusidőzítést tesz lehetővé, ezért hajtások vezérlésénél

alkalmazzák, amikor fontos a gyors és szinkronátvitel a kommunikáció során.

8

2.3.4 Drive-CLiQ

A DRIVE-CLiQ a SIEMENS egy, speciális, Ethernet alapú kommunikációs

protokolja, amely a SINAMICS hajtás komponensek, közel valós adatátvitelét

garantálja. Ezen keresztül kommunikál a hajtás minden eleme, beleértve a motorokat, és

a jeladókat is, amelyek egy soros illesztőn keresztül vannak összekapcsolva. A

teljesítmény modul kommunikációs feladatot is ellát ez és ez között. A Sinamics

családba tartozik a CU, a Power és a motormodul is. A DRIVE-CLiQ segítségével a

vezérlőegység automatikusan felismeri a rácsatlakoztatott eszközöket. A jeladóknak és

a mérőrendszereknek 24V/450 mA tápellátást biztosít azoknál a motoroknál, ahol a

jeladó jelfeldolgozó egység benne van a motorblokkban.

9

3 TIA Portal

A Siemens az ipari szereplők igényeinek kielégítésére létrehozott egy szoftvert,

amelyben egy teljes gyártósort vagy kisebb gyárat leíró projektet lehet fejleszteni. Ez

lett a Totally Integrated Automation Portal, röviden TIA Portal. Ez egy olyan szoftver,

amely egységes platformot nyújt minden automatizálási tevékenységhez. A klasszikus

STEP7 funkcióit veszi alapul és a 15-ös verziótól kezdve, az installálás közösen történik

a WinnCC Professionallel, tehát külön nem is lehet installálni a két szoftvert. Számos

egyéb különálló komponenst, viszont külön szükséges telepíteni, ha közösen szeretnénk

ezeket használni. A teljesség igénye nélkül néhány TIA Portálba installálható

komponens: Simotion Scout, SINAMICS Startdrive, Simatic Energy Suite, S7-PLCSIM

Advanced, SIMATIC ProSave. A SIEMENS új S7-1500 PLC családját, már csak és

kizárólag TIA Portal segítségével lehet üzembe helyezni. [5]

3.1 A fejlesztőkörnyezet felépítése

Miután megnyitottuk a TIA-t, két nézet közül választhatunk. A portal nézet és a

projekt nézet. A portal nézet egy letisztult felület, itt könnyedén hozhatunk létre új

projektet, vagy nyithatunk meg már meglévőt. Egyszerűen változtatható a felhasználói

felületi nyelv és áttekinthetőek a projektben felhasznált eszközök, programok és a

vizualizációra felhasznált elemek, de ezekből újakat is lehet befűzni a projektbe.

6. ábra TIA Portal Portal nézete [5]

A projekt nézet komplexebb, itt egyszerűbb a már befűzött eszközök, és program

egységek szerkesztése, és bonyolultabb, mélyebb beállítások is elérhetőek. A alap

beállításnál projekt nézetben középen van a szerkesztő editor, amivel épp dolgozik a

felhasználó. A képernyő bal felső részén található az úgynevezett projektnavigátor vagy

10

projektfa. Ez egy fa struktúra, ahol az eszközöket és az eszközök alá fűzött program és

technológiai egységek (ezek később részletesebben ki lesznek fejtve) menedzselni lehet.

A bal alsó részen a projektnavigátorban megjelölt egység részleteit mutatja a TIA. A

jobb oldal is több részre van osztva, ezek négy különböző füllel változtathatóak, hogy

éppen melyik legyen látható. Ebből a négy fülből az első dinamikusan változik, attól

függően, hogy melyik editor aktív éppen. A felülről sorrendben a második fül csak

akkor aktív, ha van editor nyitva, viszont akkor minden esetben az online elérhető

műveletek mutatja. A másik kettő statikus és mindig elérhető, ezek pedig az egyszerűbb

feladatok fül - mint például a keresés a projektben, vagy a keresés és cserélés, valamint

a könyvtárak fül, ahol a helyi és globális könyvtárak találhatóak. Munka közben

bármikor lehet váltani a két nézet között. [5]

7. ábra TIA Portal Projekt nézete [5]

3.1.1 Projektnavigátor

A projektnavigátor áttekintést nyújt a felhasználónak a megnyitott programokról.

Minden objektum (PLC, hajtások, tengelyek, stb.) amit a projektben definiáltunk itt

jelenik meg struktúrált formában. Egy fához hasonlóan egy hierarchikus struktúrát

mutat be, amely számos szintet és sok kísérő elemet tartalmaz. Az azonos típusú elemek

a fa struktúrán belül ugyanazzal a jelöléssel találhatók meg. Online módban, azaz

amikor kapcsolódva van a TIA Portal a PLC-hez, az ikonok egy szín kódot is kapnak

annak megfelelően, hogy konzisztens-e a program az eszközben lévővel, vagy

kommunikációs hiba lépett-e fel. Konzisztencia esetén a PLC-ben lévő projekt

megegyezik a TIA Portal-ban található projekttel.

11

3.1.2 Munkaterület

Minden eszköz, amit a munkaállomásról hívunk fel, itt jelenik meg. A fülek

segítségével az előtérbe lehet hozni a már megnyitott ablakokat.

Offline/Online módban elérhetőek a programszerkesztő felületek:

OB (Organization Block – szervezeti blokk)

FB (Function block - funkció blokk)

FC (Function – funkció)

Tengely konfiguráció

Mérőbemenet (technológiai CPU esetén)

Külső jeladó

Cam szerkesztő (technológiai CPU esetén)

Technológia konfiguráció

Online módban az alábbi kiegészítő felületekkel bővül:

Trace (mérések)

Diagnosztika

Hajtás üzembe helyezés

3.1.3 Részletező nézet

A részletező nézet a munkaállomás alsó részén található. Ez a nézet akkor

látható, ha egy elemet megnyitunk a projekt navigátorban. Részletezi az egyes

projektnavigátorban és a munkatérben kiválasztott elemek információit.

Offline/Online módban elérhetőek a programszerkesztő felületek:

A projekt navigátorban kiválasztott elem szimbólumainak megjelenítése

Programozás

Technológiai objektumok konfigurációja

Nyomvonal (Trace)

Online módban az alábbi kiegészítő felületekkel bővül:

Letöltés a céleszközbe

Átvitel a PG számára (üzembehelyező számítógép)

Diagnosztika áttekintés

Riasztások (Alarms)

Hajtás irányító panel

Tengelyirányító panel

12

3.2 Felhasználói program

A TIA Portal-ban minden parancs rendelkezésre áll ahhoz, hogy egyszerűen

megvalósítsuk a funkciókat. Lehetőség van továbbá a ciklikus, szekvenciális, idő- és

esemény vezérelt programfuttatásokra is. A TIA Portal támogatja azt, hogy a

felhasználó saját blokkokat írjon, azokat a projektjében, vagy exportálva egy más

projektben is használni tudja.

3.2.1 Programozási nyelvek

A PLC valósidejű rendszert valósít meg, ami sorrendi esemény vezérelt, ciklikus

és idő vezérelt programozást tesz lehetővé. A felhasználónak az IEC 61131-3 szabvány

szerint öt programozási nyelv áll rendelkezésre:

LAD (Ladder Diagram): Ez a létradiagram (hagyományos áramút rajzra hasonlít),

amelyek nagy múltra tekintenek vissza a PLC programozás területén.

Meglehetősen sok funkció áll rendelkezésre úgy, mint a bináris jelek éleinek

kiértékelése, flip-flop-ok és az IEC konformokból is ismert számoló- és

időblokkok.

8. ábra LAD nyelv

13

FBD (Function Block Diagram): Hasonlít a LAD nyelvre, tulajdonképpen a

huzalozott logikában az SSI, MSI áramköröknél használt szimbólumokból

kialakított, erősen hardverorientált nyelv.

9. ábra FBD nyelv

Egy funkcióblokk bal oldalán a bemenetek, jobb oldalán a kimenetek vannak

feltüntetve. A jelfolyam iránya az előző fokozat kimenetétől a következő fokozat

bemenete felé halad (balról jobbra). Így az FBD szintaktikai szabályai a

huzalozott, feszültséglogikájú hálózatok hardverkialakítási szabályaival egyeznek

meg, néhány kivétellel. [9]

STL (Statement List – Utasítás lista: Az STL használata esetén nem áll

rendelkezésre a LAD-nál és az FBD-nél már megszokott lista, amelyből

tetszőlegesen kiválaszthatjuk a használni kívánt modult. Az egyes blokkok logikai

kapcsolatát, elágazásokat kell más gondolkodás mentén létrehozni. Az egyes

logikai kapcsolatokat kulcsszavak, betűk segítségével érhetjük el.

10. ábra STL nyelv

14

SCL (Structured Control Language – Struktúrált Vezérlő Nyelv): PASCAL

szintaxisra épülő programozási nyelv. Képes a hagyományos PLC nyelvekben

(LAD, FBD) megírt blokkok fogadására is. Könnyen kezelhető és tanulható. [9]

11. ábra SCL nyelv

GRAPH: Ez egy grafikus nyelv, amely könnyen és intuitív módon alkalmazható.

Állapotgráf/Állapotgép szerűen programozhatunk benne. Az állapotok

megjelenítése HMI-n áttekintést biztosít a folyamatunkról.

12. ábra GRAPH nyelv

15

4 Sinamics

Az S120 -as hajtás rendszer moduláris felépítésű, ami a következő alap

modulokból tevődik össze: vezérlőegység, a betáplálás, motor modul, és végezetül a

motor. Adott esetben szükségünk van szenzor modulra és/vagy terminál modulra. A

különböző modulok Drive CLiQ kábellel vannak összekötve. Ez határozza meg a

rendszer topológiáját.

13. ábra SINAMICS S120 [5]

4.1 SITOP tápegység

Kapcsoló üzemű, impulzusos tápegység. Feladata 24 V DC feszültséggel ellátni

a vezérlő egységeket. Védelmet nyújt a pillanatnyi feszültség kiesés, túlmelegedés,

túlfeszültség és zárlat ellen. A kapcsolóüzemű tápegység (angolul: switched-mode

power supply, power supply, SMPS) egy elektronikus tápegység, ami a kívánt

feszültség és áram előállításához, illetve annak állandó és megkívánt értéken tartásához

nagyfrekvenciájú kapcsoló jelet használ a szabályozáshoz. A bemenetet egyenirányítják

és szűrik, majd tranzisztor segítségével a vezérlésnek vagy a szabályzásnak megfelelő

kitöltési tényezőjű, nagyfrekvenciás (50 kHz - 2 MHz) négyszögjelet (PWM)

16

kapcsolgatnak egy tekercsre. A tekercs működhet, mint transzformátor vagy mint

önindukciós elem. A kimenetet azután szükség szerint megint szűrik.

Előnye, hogy:

Magasabb hatékonyság: 68% - 90%

Szabályozott és megbízható kimenetek, függetlenül a bemeneti tápfeszültség

változásától

kisebb méret.

Hátránya, hogy:

Elektromágneses interferenciát generál

Komplex áramkör tervezés

4.2 Fojtótekercs

A fojtótekercsek feladata korlátozni a magas frekvenciájú felharmonikusokat, a

megengedett érték alatt tartani őket. A felharmonikusok jelenléte a villamos

rendszerben azt jelenti, hogy az áram és a feszültség torzul és eltér a szinuszos

hullámformától.

14. ábra Fojtótekercs általános felépítése [11]

A változó frekvenciájú hajtás (VFD), mivel nem lineáris terhelés, a harmonikus

energia forrása az energia vezetéken. A harmonikus áram a transzformátor és a

kábelezés további felmelegedését okozza a VFD felé, ami csökkenti a kábel és a

transzformátor kapacitását. A VFD alkalmazásokban a harmonikusok hatásának

enyhítésére váltakozó áramú reaktor vagy egyenáramú kapcsolóreaktor (DC

fojtótekercs) van.[11]

A felharmonikus áramok a hálózatokban keringő áramok, amelyek frekvenciája

a hálózati frekvencia egész számú többszöröse. A harmonikus áramokat az elosztó

rendszerhez kapcsolt nem lineáris terhelések okozzák.

17

A terhelést akkor hívják nem lineárisnak, ha az általa gerjesztett áramnak nem

ugyanolyan a hullámformája, mint a tápfeszültségnek. A felharmonikus áramokat

generáló nem lineáris terhelések legtöbbje teljesítmény elektronikát használ.

Ilyenek például a frekvenciaváltók, az egyenirányítók, az inverterek. Az olyan

terhelések, mint a hegesztő berendezések és az ívkemencék szintén generálnak

felharmonikusokat.

4.3 Vonali szűrő

A vonali szűrő segítségével biztosítjuk a folyamatos túlfeszültség-védelmet az

előírt határértékek betartása érdekében.

Active Line Modulhoz a Basic vonali szűrőt úgy tervezték, hogy az előírásoknak

megfelelően a kibocsátott interferenciákat csillapítsa. A 150 kHz-30 MHz-es

tartományban a leghatásosabbak, az a tartomány eleget tesz a szabványban előírtaknak.

Active Line Modulnál a Basic vonali szűrőt 16 kW, 36 kW és 55 kW-nál

fojtótekerccsel, vagy 16 kW, 36 kW, 55 kW, 80 kW és 120 kW esetén Active Interface

Modullal használjuk.

4.4 Line module (AC/DC konverter)

Három fajtájú Line modul áll rendelkezésünkre, melyek az alábbiak:

4.4.1 Basic

A Basic Line Modul által létrehozott egyenfeszültség nem szabályozott, amely

megegyezik a 3 fázisú hálózati feszültség egyenirányított bemeneti vonali

feszültségével, amit belevezet az egyenfeszültségű sínbe (DC Link). Egy Basic Line

Modul egy vagy több Motor Modult tud megtáplálni egyszerre a DC Linken keresztül.

A 20 kW és 40 kW-os Basic Line Modul rendelkezik egy külső fékellenállás

vezérléssel, hogy csökkentse például a vészleállás által generált feszültség többletet a

közbülső körön. A 100 kW-os Basic Line Modulhoz szükséges egy külső fékegység,

hogy redukálja a felesleges energiát. Ha a rendszert el akarjuk különíteni a tápegységtől,

behelyezésre kerülhet egy mágneskapcsoló. A Basic Line Modul közvetlenül tudja

működtetni a TN, IT és TT rendszereket (TN: nullavezetőt védővezetőként is használjuk,

IT: nullavezetőt nem, vagy csak nagy ellenálláson át földelik, TT: berendezések testjeit

védővezetőn át földelik). A Line Modulnak beépített túlfeszültség elleni védelme van.

18

A 100 kW-os Basic Line Modul alapvető interferencia-elnyomást tartalmaz, viszont a

20 kW és 40 kW-os Basic Line Modul nem. A rövidzárlati teljesítmény és a névleges

teljesítmény arányának kisebbnek kell lennie, mint 30.

4.4.2 Smart

A Smart Line Modul egy nem szabályozott feszültséget előállító tápegység,

amely rendelkezik visszatápláló üzemmóddal. A Motor Modult egy nem szabályozott

egyenfeszültséggel táplálja. Betáplálás módban egy tipikus, 3-fázisú, 6-ütemű, 2-utas

diódás egyenirányító híd áram és feszültség hullámformáit mutatja. Visszatápláló

módban az áram hullámformája négyszögjel. A regeneratív visszatáplálás szükség estén

kikapcsolható. Ez 5 kW és 10 kW-os Smart Line Modulon egy terminálon keresztül

valósul meg, mivel nincs rajta DRIVE-CLiQ csatlakozás. Ellenben a 16 kW-tól 55 kW-

os Smart Line Modulokig, a regeneratív visszatáplálás kikapcsolható a paraméterek

átállításával, úgy, mint az Active Line Modul esetében, mivel rendelkezik DRIVE-

CLiQ csatlakozással. Amint a vonali feszültséget rákapcsoljuk, a DC link megkezdi az

előtöltést a fázissorrendtől függetlenül. A modul rácsatlakoztatása után kezdi meg a

táplálást a DC link. A rendszer elkülönítés, a beépített túlfeszültség védelem és a TN,

IT, TT rendszerek működtetése ugyanúgy érvényesek, mint a Basic Line Modulnál.

4.4.3 Active

Az Active Line Modul egy szabályozott, konstans egyenfeszültséget állít elő a 3

fázisú vonali feszültségből a Motor Modulok számára. Így a vonali feszültség

ingadozásai nincsenek hatással az előállított egyenfeszültségre. Amikor a motorok

fékeznek, az Active Line Modulok visszatáplálják az energiát a vonali oldalra. A

modulok regeneratív visszatáplálását a paraméterek átállításával ki lehet kapcsolni.

Amint a vonali feszültséget rákapcsoljuk, a DC link megkezdi az előtöltést a

fázissorrendtől függetlenül. A modul rácsatlakoztatása után kezdi meg a táplálást a DC

link. A rendszer elkülönítés, a beépített túlfeszültség védelem és a TN, IT, TT

rendszerek működtetése ugyanúgy érvényesek, mint a Basic Line Modulnál.

4.5 Frekvenciaváltók

Az iparban rengeteg a villamos motor. Szinte minden mozgó gépet, berendezést

közvetve vagy közvetlenül villamos motorok hajtanak. Mivel számos olyan alkalmazás

szükséges ahol a motorok fordulatszámának változtatása elengedhetetlen, ezért

19

valahogy azokat szabályozni kell. Az AC motoroknak a fordulatszámát alapvetően két

tényező határozza meg. Az egyik a hálózati váltakozó áram frekvenciája, a másik pedig

a motor pólusainak száma. Mivel minkettő állandó, a hálózati frekvencia 50 Hz, a

pólusszám pedig a motor tekercselésétől függ, így adott motornál az is fix. Bizonyos

alkalmazásoknál mégis elengedhetetlen a fordulatszám szabályozás.

15. ábra Frekvenciaváltó felépítése [4]

Nyolc fő részre oszthatunk egy frekvencia váltót melynek részei:

1. Betáplálás

2. Háromfázisú egyenirányító híd, amely egyenáramot állít elő.

3. Közbenső kör

4. Szűrőtekercsek

5. Nagy kapacitású szűrőkondenzátor, amelyen előáll a közbenső köri szűrt

egyenfeszültség.

6. Félvezetős kapcsoló üzemű teljesítmény fokozat. Háromfázisú tranzisztor híd,

amely a közbenső köri DC feszültségből PWM jel segítségével előállítja a motor

számára a változtatható frekvenciát és feszültséget.

7. A meghajtott hagyományos AC motor.

8. Vezérlő elektronika, amely vezérli a teljesítmény fokozatot, ellenőrzi az üzemi

körülményeket, előállítja a kimenő jeleket, kezeli a bemeneteket, lehetővé teszi a

paraméterezést, stb.

A frekvenciaváltó a motorra nem 50 Hz-et, hanem egy bizonyos határok közötti

tetszőlegesen változtatható frekvenciájú feszültséget ad. Ez úgy történik, hogy a

háromfázisú feszültséget először egyenirányítja, a mi esetünkben a Line Modul állítja

elő számunkra az egyenfeszültséget. Egy félvezetős háromfázisú kapcsoló híd ebből az

egyenfeszültségből PWM (impulzus szélesség moduláció) segítségével előállítja a

20

szinuszos átlagértékű háromfázisú motorfeszültséget, amelynek a frekvenciája és a

feszültsége szabályozható. Növekvő frekvenciánál, a motor induktív ellenállása is

megnövekszik, ezért a frekvenciaváltónak nem csak a frekvenciát, hanem a feszültséget

is meg kell növelnie. Ha az egyenirányítás nem diódákkal történik, hanem

tranzisztorral, akkor a motor fékezésekor feszültség táplálható vissza a hálózatba.

A PWM modulációra azért van szükség, mert ezzel lehet a megfelelő hatásfokot

elérni. A frekvenciaváltó működését a vezérlő egység koordinálja. Ez hozza létre a

PWM vezérlő jelet a híd számára, veszi a külső parancsokat, ellenőrzi az üzemi

körülményeket, realizálja a több szintű védelmet, stb. [4]

4.6 Szervómotor

Az AC szervomotor tipikusan állandó mágneses szinkronmotor, melyet úgy

alakítanak ki, hogy a fordulatszáma, a hajtó- és nyomaték-inercia viszonya és a

gyorsítási képessége a szervo-alkalmazások igényeinek megfeleljen. A

szervomotorokkal szemben támasztott követelmények közül a legfontosabbak:

széles fordulatszám tartomány (0…6000 ford/perc)

extrém alacsony fordulatszámmal való folyamatos működés túlmelegedés nélkül

képesség álló állapotból maximális nyomaték kifejtésére és nagy gyorsulásokra

képes legyen rövid ideig, a névleges nyomatékának többszörösét is szolgáltatni

A szervomotorok közös jellemzője a tengelyük elfordulását visszacsatoló

eszköz, amely által zárt hurkú működés valósítható meg. Ez a visszacsatoló eszköz lehet

rezolver, forgó inkrementális, vagy abszolút jeladó, digitális vagy analóg kimenő jellel.

Az AC szervomotorok fordulatszáma és nyomatéka a megfelelő szervo

erősítőkkel széles tartományban, nagyon jól szabályozható és kézben tartható.

Mechanikai kivitelükre jellemző a hengeres vagy négyzetes keresztmetszet,

hosszuk az átmérőhöz viszonyítva nagy. A tengely kivezetésénél lévő homlokpajzs

általában a felrögzítést szolgáló furatokkal és valamilyen illesztő peremmel

(szervoperem) rendelkezik, amelynek mérete nem egyezik a szabványos IEC motorok

peremméretével. A motorok hátsó pajzsa a beépített, vagy utólagosan felszerelt

visszacsatoló eszköztől függően nagyon sokféle lehet. A működtető energia

hozzávezetést és a visszacsatoló eszköz jeleinek a kivezetését is sokféleképpen oldják

meg. Ez általában két elkülönített kábelen történik, amely kábelek általában árnyékolt

kivitelűek. A kábelek a kis teljesítményű motorok esetén beépítettek, nagy

21

motorteljesítményeknél kapocsléces, vagy más oldható csatlakozót tartalmazó

megoldásúak.

A szervomotorok többnyire zárt házban vannak elhelyezve, de készülnek

kifejezetten magas védettségű és különleges anyagú (rozsdamentes) házzal rendelkező

változatok is.

A szervomotorok tulajdonságait a motor sebesség-nyomaték jelleggörbéje

mutatja meg. A jelleggörbékből az alább felsorolt, fontos paraméterek olvashatóak ki:

a motor túlmelegedése nélkül, folyamatosan kinyerhető névleges

nyomatéktartomány

a gyorsításhoz szükséges csúcsnyomaték-tartomány, amelyet a motorok csak

rövid ideig képesek szolgáltatni

a motorfeszültség és a motor maximális fordulatszáma közti összefüggés

a motoráram és a nyomaték összefüggése

16. ábra Motor sebesség-nyomaték jelleggörbéje [12]

4.7 S210

Az S210 drive rendszer a következő komponenseket tartalmazza:

SINAMICS S210 konverter

SIMOTICS S-1FK2 motor

OCC MOTION-CONNECT kábel

A konvertert és a motort optimálisan illesztették egymáshoz, amit egy magasabb

szintű vezérlővel (PLC) való használatra szántak. A vezérlőhöz a PROFINET

segítségével lehet csatlakozni: Különféle hosszúságú előre gyártott MOTION-

CONNECT kábelek állnak rendelkezésre, hogy egyszerűen csatlakoztassák a motort a

konverterhez, és biztosítsák a biztonságos és megbízható működést. [11]

22

4.7.1 Motor

A SIMOTICS S-1FK2, amelyet az alábbiakban "1FK2" -nek nevezek, egy

állandó mágneses, kompakt szinkronmotor beépített jeladóval és magas fokú

védelemmel. Az 1FK2 megfelel az EN 60034 és az EN 60204-1 szabvány

követelményeinek - és megfelel a 2014/35 / EU kisfeszültségű irányelvnek. [11]

4.7.2 Jeladó

A jeladó felbontása fordulatonként 22 bit (singleturn). Rendelkezésre áll egy

opcionális többcsatornás jeladó, amely kiegészítő 12 bites fordulatszámlálóval van

felszerelve (átjárási tartomány 4096 fordulat). A jeladók típusait a következő fejezetben

részletezem. [11]

A jeladó megnevezése a következő:

AS22DQC: abszolút jeladó, singleturn 22 bit

AM22DQC: abszolút jeladó 22 bit + 12 bit multiturn

4.7.3 Tartó fék

Az 1FK2 szervomotor elérhető beépített tartófékkel. A tartófék árammentes

állapotban bezárul, és álló helyzetben rögzíti a motor tengelyét. Amikor áram áramlik, a

tartófék kinyílik és elengedi a motor tengelyét. A SINAMICS S210 a rögzítőféket

egyébb eszközök nélkül vezérli. A rögzítőfék nem használható a forgó motor

fékezéséhez. Továbbá csak korlátozott vészhelyzeti fékezés működéséhez megengedett

a használata. [11]

4.7.4 Kommunikáció PROFINETen keresztül

A hajtásvezérlő a következő funkciókat támogatja:

RT (real time-valós idejű)

IRT (isochronous real time- izokron valós időben) az 5-ös és 105-ös

telegrammal

MRP (media redundancy- média redundancia) RT-vel

MRPD (seamless media redundancy-zökkenőmentes média redundancia)

IRT-vel

Közös eszköz

PROFIsafe

23

PROFIenergy

Automatikus telegram kiválasztás

4.7.5 Üzembe helyezés, diagnosztika és adatmentés

Az üzembe helyezést, a diagnosztikát és az adatok biztonsági mentését PC-n

vagy notebookon (üzembe helyezési eszközön) hajtja végre a hajtásba integrált

webszerver segítségével - vagy a Startdrive üzembe helyezési szoftver segítségével.

[11]

4.7.6 A hajtás kommunikációjának létrehozása a PLC-vel

Annak érdekében, hogy lehetséges legyen a kommunikáció a PLC és a konverter

között, konfigurálni kell a konvertert vagy a konvertereket a PLC-ben, és aktiválni a

topológián alapuló inicializálást. Bekapcsoláskor a konverter megkapja a PROFINET

eszköz nevét, valamint az IP címet a PLC-től. A konverter a telegram beállításait is a

PLC-ből importálja. Támogatja a szabványos telegramot 2 kiegészítő telegrammal és

egy PROFIsafe telegrammal. A következő telegramok lehetségesek: [11]

4.7.6.1 Standard telegramok

Telegram 3

Telegram 5

Telegram 102

Telegram 105

A telegramok alkalmasak IRT kommunikációra. A 3-as és a 102-es telegram RT

kommunikációra is alkalmas. Az 5-ös és a 105-ös telegram esetében az IRT

kommunikáció kötelező. [11]

4.7.6.2 Kiegészítő telegramok

Telegram 700

Telegram 701

Telegram 750

4.7.6.3 PROFIsafe telegramok

Telegram 30 (ajánlott az integrált, alap biztonsági funkciókhoz)

Telegram 901 (ajánlott az integrált kiterjesztett biztonsági funkciókhoz)

24

4.7.6.4 A hajtásba integrált biztonsági funkciók

A szokásos hajtásfunkciókhoz képest a biztonsági funkciók (biztonsági integrált

funkciók) különösen alacsony hiba arányúak. A megfelelő szabványok teljesítmény

szintje (Performance Level-PL) és biztonsági integritási szintje (Safety Integrity Level-

SIL) a hiba arány mérőszáma. Következésképpen a biztonsági funkciók alkalmasak a

biztonsággal kapcsolatos alkalmazásokhoz a kockázat minimalizálása érdekében. Ha

egy gép vagy egy rendszer kockázatelemzése egy speciális veszélyt rejt magában az

alkalmazásban, az alkalmazás biztonsággal kapcsolatos. Biztonsági integráció ("hajtás-

integrált") azt jelenti, hogy a biztonsági funkciók be vannak építve a hajtásba és

végrehajthatók további külső komponensek nélkül. [11]

4.8 Jeladó

A jeladó egy tengely elfordulását érzékelő jeladó, amely az elfordulás szögével

arányos elektromos jelet ad. Egy forgó tengelyhez rögzített tárcsa van benne, ami

általában átlátszó üveg, vagy perforált fém. Az üveg pereme közelében jelölő rovátkák

vannak felgőzölve. A rovátkák egyik oldalán a fényforrás, a másik oldalán fényszenzor

helyezkedik el. Miközben a tárcsa forog, a rovátkák az optokapu által kibocsájtott

fénysugarakat eltakarják, ezáltal a vevő részében ennek megfelelően elektromos jel

keletkezik. Alapvetően két féle alaptípust lehet megkülönböztetni: inkrementális és

abszolút. Továbbá található a laborunkban rezolver típusú jeladó is, amely az előző két

típustól eltérően nem optikai jeladó, hanem indukciós.

Elmozdulás mérésére, pozíció érzékelésére, pozícionálásra használják. A zárt

hurkú vezérléssel működtetett pozícionáló hajtások visszacsatoló jeleit is

szolgáltathatják jeladók. Pozíció érzékelésre, útmérésre használva végállás kapcsolókat,

érzékelőket válthat ki. Alkalmazása lehetővé teszi, hogy a megállási vagy műveleti

pontok paraméterezhetőek (szoftveresen) módosíthatóak legyenek. A jeladókkal nagy

pontossággal mérhető az elmozdulás.

Az jeladók felbontásától függ, mekkora az a legkisebb elfordulás, amit az jeladó

érzékel. Inkrementális jeladó ezt impulzus/fordulat-ban adja meg, ami több ezer/fordulat

is lehet. Az abszolút jeladók felbontása számlálás/fordulat vagy lépés/fordulat. Ha a

jeladó több fordulatú (multiturn), akkor az is lényeges, hány teljes körfordulást tud

megkülönböztetni. [3]

25

4.8.1 Optikai inkrementális jeladó

Az inkrementális (növekményes) jeladóban olyan tárcsa van, amelyiken

egyforma távolságra egyforma méretű rovátkák vannak. A rovátkákat két darab

optokapu figyeli. A két kapu úgy van elhelyezve, hogy egymáshoz képest 90 fokkal

eltolt fázisú jelet adjanak a tárcsa forgásakor. Az jeladó tartalmaz egy elektronikát, ami

gondoskodik az optokapu fényforrásának a táplálásáról és a kapu vevőjeléről érkező

jelet valamilyen szabványos jellé alakítja. Az inkrementális jeladókban van egy

harmadik optokapu is, ami a tárcsa egy olyan részén világít át, ahol csak egy rovátka

van. Így ez a jel a tengely teljes körbefordulásakor ad egy impulzust. [2]

17. ábra Inkrementális jeladó [2]

Ezt a fajta jeladót azért hívják inkrementálisnak, mert a tengely elfordulásával

arányos jel (impulzus sorozat) a tengely helyzetéhez relatív. Ez azt jelenti, hogy az álló

jeladó abszolút szöghelyzetéről maga az jeladó nem ad információt. A tényleges

helyzetet a vezérlésnek számon kell tartania, amelyhez a jeladó csatlakozik. Ezt az

jeladó tengelyének relatív elmozdulási távolságából tudja megtenni.

26

A legtöbb inkrementális forgójeladó több csatornával rendelkezik, mivel sok

esetben a forgás sebességén kívül a forgás irányát is szükséges meghatározni. Ezek a

jeladók általában 3 csatornásak.

18. ábra Inkrementális jeladó által generált jel

Az A és B csatornák jelei egymáshoz képest 90°-os fáziseltolással rendelkeznek,

aminek következtében meghatározható, hogy milyen irányban forog a tárcsa. A C

csatorna jele teljes körbefordulásonként csak egyszer jelentkezik, ezáltal számolja a

teljes fordulatok számát. [2]

Mivel az inkrementális forgó jeladók kimenetén csak impulzus sorozat jelenik

meg, szükség van egy referencia (Home) pozíció rögzítésére, mely kalibrálja a jeladót

és a továbbiakban minden elmozduláshoz referenciaként szolgál. A referencia pozíciót

általában egy kapcsoló jel, valamint a C csatorna jelének (referencia jel) együttes

jelenléte adja.

Az inkrementális forgó jeladók legnagyobb hátránya, hogy az elmozdulás

nagyságát, vagy a pozíció meghatározását szolgáló kimenő impulzusokat egy külső

számlálóval kell számolni és tárolni. Ha a tápfeszültség megszűnik, akkor a számlálás

eredménye elvész. Ennek következtében egy gép kikapcsolása után nem lehet tudni a

gép pontos pozícióját. A mozgó géprészen el kell helyezni egy referenciapont kapcsolót

és minden tápfeszültség bekapcsolása után erre a kitüntetett pozícióra (referenciapontra)

kell mozgatni a gépet. [2]

27

4.8.2 Optikai Abszolút jeladó

Az abszolút forgó jeladókat az inkrementális forgó jeladó probléma

kiküszöbölésére hozták létre. Úgy tervezték őket, hogy minden pillanatban kiolvasható

legyen az aktuális pozíció.

19. ábra Abszolút jeladó rovátkakiosztása [1]

Az ipari alkalmazásokban a legelterjedtebb az optikai jeladó. A működési

alapelve megegyezik az inkrementális eszköznél ismert sötét és világos szegmensek

optikai érzékelésével, csak az érzékelők számában és elrendezésében tér el. [1]

A forgó üvegtárcsa koncentrikus gyűrűkre van felosztva. Az egyes koncentrikus

gyűrűk felváltva tartalmaznak világos és sötét szegmenseket, amelyek változó

hosszúságúak. A tárcsa szélét és a középpontját összekötő vonal mentén az egyes

gyűrűk világos vagy sötét állapota adja a tárcsa pozíció kódját. A kódtárcsán lévő kód

kialakításánál általában bináris, vagy Gray kódot használnak. [1]

20. ábra Abszolút jeladó

28

4.8.3 Rezolver (indukciós abszolút) jeladó

Az abszolút forgójeladók egyik gyakran használt változata tipikusan

szervomotorokban. Egy körül forduláson belül méri a forgó tengely pillanatnyi

szöghelyzetét. Az elfordulás során minden szöghelyzethez a szinusz és koszinusz

értékek egyedi kombinációja tartozik, a rezolver egy teljes körül forduláson belül (360°)

abszolút szöghelyzet mérésre alkalmas. Az előzőekből következik, hogy a rezolver

ciklikusan abszolút forgójeladó.

Villamos szempontból nézve a rezolver egy transzformátor, amelyben a

csatolás a primer tekercs és a két szekunder tekercs között úgy változik, mint a

forgórész szöghelyzetének szinusza és koszinusza. A hagyományos rezolvereknél a

forgórészen a primer és az állórészen a szekunder tekercs helyezkedik el (ez azt jelenti,

hogy kefék és csúszógyűrűk szükségesek a primer jel átvitelére). Újabban egyre több

kefe mentes rezolvert gyártanak, ahol a primer tekercs gerjesztését egy forgó

transzformátoron keresztül végzik, a szekunder tekercselések továbbra is az állórészen

találhatók.

21. ábra Rezolver jeladó

A forgórész szöghelyzetétől függő kimenő jeleket egy speciális „Resolver to

Digital” konverter áramkörbe vezetve, a konverter kimenetén digitális formában

rendelkezésre áll a forgórész pillanatnyi szöghelyzete. Ez a digitális (10, 12, 14, 16

bites, párhuzamos) adat használható fel a feldolgozó elektronikában a pozíció, vagy a

szöghelyzet meghatározására. A rezolver külön tápfeszültséget nem igényel, a

működéséhez szükséges referencia jelet a feldolgozó elektronika szolgáltatja.

Amennyiben a feldolgozó elektronika jól működik, a rezolver bekapcsolás után azonnal

az abszolút szöghelyzet, vagy pozíció értéket szolgáltatja. Mivel a rezolver csak egy

körül forduláson belül abszolút, (az optikai és mágneses elven működő forgójeladókhoz

hasonlóan) ezért a fordulatok számlálását áttételen keresztül további rezolver(ek)

végzi(k).

29

5 Siemens technológia PLC beüzemelése

A beüzemelést a PLC befűzésével kell általában kezdeni, mivel ez az eszköz

adja majd a projektem alapját. A befűzés után a PLC megjelenik a projektnavigátorban,

alatta található számos több lehetőség (program blokkok vagy technológiai objektumok

mappa) a fa struktúrának megfelelően. Következő lépésként a kommunikációt kell

felépíteni a számítógép (PG – programozó készülék) és a PLC között. Az eszköz

konfigurációban be kell állítani a PLC címzését. A PLC két külön interfésszel

rendelkezik, melyeket [X1]-nek és [X2]-nek neveznek. Az [X1]-es interfésznek két

portja van, az [X2]-es interfész pedig egy. Az [X1]-es interfész képes IRT

kommunikációra, míg az [X2]-es csak RT kommunikációra képes. Általában az [X2]-es

interfészen keresztül csatlakozom a PG-vel.

22. ábra 1515TF modul interfészei

A hajtás vezérlőegysége pedig az [X1]-es interfész 1-es és 2-es portjába kötött

profineten keresztül elérhető. A PLC kijelzőjéről leolvasható PLC interfészeinek a

címét, valamint a hálózatban található router-t is figyelembe kell venni. Továbbá az

[X1]-es interfész címét szintén meg kell adni. Itt fontos, hogy egy ip tartományban

legyen a PLC címe a hajtás CU-jával. Viszont az [X1]-es interfésznél az IO

kommunikációs időt is be kell állítani 4 ms-re.

5.1 PLC befűzése és firmware frissítés

A TIA Portál projectem alapja a PLC, melyet az Add new device menü

megnyitásával tudunk kiválasztani. A SIMATIC S7-1500-as PLC családból

választottam az S7-1515TF-2 PN modelt. Azért választottam ezt a típusú PLC-t, mivel

az S7-1516T-2 PN/DP már feleslegesen nagy volt ehhez a feladathoz. A S7-1511T-1

PN típusú PLC-hez képest az általam választott eszköz pedig rendelkezik olyan porttal,

amivel tudok csatlakozni a hajtásra, illetve ez állt rendelkezésemre. Továbbá az F

30

jelölés a „Safety” (Biztonsági) típust jelent, ami egy fűrész kezelésénél elengedhetetlen

funkció.

23. ábra PLC befűzése

A másik fontos szempont, hogy olyan verziójú PLC-t válasszunk ki, amilyen a

valóságban is a rendelkezésünkre áll, mert ezzel megkönnyíthetjük a dolgunkat. Az én

esetemben V2.6-os Firmware verziójú PLC-t raktam be. Viszont, ha PLC-t kellene

váltanom, arra is van mód. A Change Device menüponttal, amit a PLC kontext

menüjéből lehet előhívni. Arra kell figyelni, hogy a TIA Portal a firmware verziókkal

visszafele kompatibilis, de előrefele már nem. Tehát egy V15.1-es TIA-val be lehet

fűzni akár V2.0-ás PLC-t, de V2.6-osat nem tudunk befűzni V14-es TIA Portállal.

31

24. ábra PLC firmwareverzió kiválasztása

Ha nem áll rendelkezésre V2.6-os PLC, de arra van szükség, akkor egy régebbi

verziójú PLC firmware-ét két módon lehet felfrissíteni. A legbiztosabb, ha az eszközből

a memóriakártyát kivéve, a PG-ről új firmware-t másolok rá. A TIA Portal

automatikusan felismeri a kártyát és a „Card Reader/USB memory” fül alatt megjelenik.

Ott a kártya kontext menüjében a „Create firmware update memory card” opciót

választva lehet feltenni az aktuális firmware-t, ami a számítógépünkön található. Ebben

az esetben a memóriakártyából egy firmware kártyát készít a TIA Portal, amit a PLC-be

visszatéve azonnal elindítja a frissítést. Ha ez befejeződött, a kártyát vissza kell állítani

program kártyává, hogy lehessen rá programot letölteni. A másik módszer, ha a

valóságnak megfelelően felkonfigurált PLC-vel Online megyünk vele, de ilyenkor

eltérést fog mutatni a TIA Portál. Az „Online & Diagnostics” menüpontban látható az

eszköz, ahol lehet villogtatni a LED-jeit, ki lehet olvasni a hibakódokat, az interfészek

címeit, neveit és a rájuk kötött eszközöket. A „Functions” pont alatt található a

„Firmware update” opció. Itt ki lehet keresni a megfelelő firmware-t majd a frissítést

elindítani. Itt már nem kell visszaállítani a kártyát program kártyává, mivel nem azon

keresztül történik a frissítés, viszont vigyázni kell, hogy az internetkapcsolat stabil

legyen, mivel, ha töltés közben megszakad a folyamat, akár nagyobb károkat is lehet

okozni.

32

A későbbiekben migráltam a projektemet TIAPortal V15.1-ről V16-ra, így

lehetőségem nyílt arra, hogy új funkciókat is be tudjak rakni a programomba. Mindezek

előtt a PLC firmware-ét frissítenem kellett V2.8-ra a fent leírtak alapján. Ilyenkor online

tudtam menni az eszközre, de az új funkciókat nem tudtam használni. A TIA Portal-ban

a befűzött PLC-t fel kellett frissítenem szintén V2.8-ra.

25. ábra PLC firmware frissítés

Miután ez elkészült, már tudtam használni az újonnan betett funkciókat, mint

például a későbbiekben említett StopAxes funkció blokkot.

33

5.2 PLC kommunikációjának konfigurálása

Miután végeztem a PLC befűzésével és olyan verzióra frissítettem, mint amilyet

szerettem volna, elkezdhettem felkonfigurálni számomra megfelelően. Első lépésként A

PROFINET interface [X2] portján állítottam be az IP protocol-t, mivel ezen a porton

mentem online az eszközre, mert az [X1]-es portja képes csak IRT kommunikációra.

26. ábra [X2] IP cím beállítása

27. ábra [X1] IP cím beállítása

A következő beállítást, amit el kell végeznem, hogy jó legyen a kommunikáció,

az az, hogy beállítottam a PLC-t mesternek és a „Send clock”-ot 4ms-ra, mivel a

profinet nem képes ennél gyorsabb kommunikációra.

A kép alján látható a fentebb említett IRT átvitelt. Ez felel azért, hogy valós

időben tudjam szabályozni a motorjaimat.

34

28. ábra IRT átvitel

Az OPC UA egy olyan protokol, ahol lehetőség van a PLC PC-ről történő

monitorozására, beavatkozásra és adatgyűjtésre. Egy PLC lehet egyszerre szerver és

kliens is. A standard port a 4840, ha a hálózaton kívülre kell kommunikálni, akkor a

rendszergazdával mindenképpen egyeztetni kell.

Innen tudjuk kiolvasni például az eszköz állapotát (RUN/STOP), a firmware

verzióját, az I/O-kat, a funkció blokkokat (FB), a DB (DataBlock) változók értékeit és

innen lehet változtatni a PLC állapotát. Az egyes változók hozzáférhetőségét a TIA

Portálban lehet beállítani.

29. ábra OPC UA szerver

Az OPC UA működéséhez elengedhetetlen, hogy rendelkezzek az eszköznek

megfelelő licenszel, amelyből 3 típus létezik. A small a kisebb PLC-hez jó, mint például

a 1511T, a medium viszont jó a 1511T,1515T és a 1516T-hez. A large, tehát a

legnagyobb licensz pedig az össze típusú PLC típushoz jó.

35

30. ábra OPC UA licensz

Hogy ne lépjen a plc-m végtelen ciklusba egy esetleges programozási hiba miatt,

arra beállítottam a ciklus idejét úgy, hogy a maximumot 150ms-ra a minimumot pedig

1ms-ra állítottam. Előre meghatározott a leghosszabb ciklusidő. A minimum pedig azt

biztosítja, hogy ennyi időt fog eltölteni biztosan a ciklusban, ha végzett a kóddal, akkor

várakozik.

31. ábra PLC ciklus ideje

A rendszer és időzítő memória biteket is engedélyeztem. A „First cycle” a PLC

felfutás után az első ciklusidő tartalmáig 1-es (true) az állapota. Későbbiekben A main

programban fogom hasznát venni a First cycle bitnek, amely abban segít nekem, hogy

az alap beállításokat elvégzi helyettem, minden egyes alkalommal, amikor az eszközt

STOP-ból RUN-ba teszem. Ha a rendszer öndiagnosztikájában változás lép fel, a

diagnostic status bit 1-esbe kerül. Ha a programban valamit engedélyezni, vagy tiltani

akarok, akkor használhatom a konstans igaz/hamis memória bitet. A gyakran használt

időzítési feladatoknál segítenek az idő memória bitek. Ezek előre meghatározott

frekvenciát követnek.

36

32. ábra Rendszer memória és idő memória bitek

Az idő memória biteket jelenlegi állapotú programomhoz nem használtam fel, de

a közeljövőben szeretném fejleszteni, amihez elengedhetetlenek lesznek ezek a bitek

számomra.

37

A későbbiekben a fent említett konfigurációk helyett végül máshogyan állítottam

be a kommunikációt a modulok között, de a régi beállításokat meghagytam az esetleges

változtatások miatt. A PC nem az [X2]-es porton, hanem az [X1]-es porton csatlakozik

a PLC-re. Nagy előnyre tettem szert ezáltal, viszont a szimulációnál a későbbiekben egy

kis problémát okozott. Az említett nagy előny pedig az a funkció, amit a TIA Portal

biztosított számomra.

33. ábra Hardver detektálás

Az eszköz vagy hardver detektálással a PLC-re kötött összes eszközt felismeri a

program és be is lehet adaptálni a hálózatomba, sok időt megspórolva ezzel.

34. ábra Kettő hajtásos topológia ET200-al

Miután befejeztem a PLC beüzemelését, a hajtásokkal folytattam, végezetül

pedig az ET200-as modullal.

38

6 Siemens villamos hajtás beüzemelése

Mivel a PLC beüzemelésnél már beolvastattam a hajtást, így minden szükséges

adat már rendelkezésre áll. A topológiai nézetben azonban még össze kellett kötnöm az

eszközöket, ahogy azok a valóságban is vannak.

Ha a beolvastatásra nincs mód, az úgynevezett hosszabb utat kell választani. A

„Network view”-ban a katalógusból hozzá kell adni az eszközöket. Az s210-es hajtás a

követketőképpen található meg: „Other field devicesPROFINET

IODriversSIEMENS AGSINAMICSSINAMICS S210PN V5.2”. Ebből ez

eszközből kettő darabra volt szükségem, mivel kettő tengelyt akartam szabályozni.

Következő és egyben legfontosabb lépés, hogy pontos eszköz nevet adjak meg, mivel

név alapján fogja megtalálni a PLC a hajtást. Majd utána adtam meg neki egy, az

általam választott tartományba illő IP címet. Azután aktiváltam a modulon az

„Isochronus mode”-ot. Ezek után már tudtam csatlakozni az eszközökre.

6.1 Hajtás telegramok konfigurálása

Az S120-as modulok helyett inkább S210-es modulokat választottam, mivel

ezek a legújabbak, ráadásul sokkal kompaktabbak is.

35. ábra 105-ös telegram befűzése

Következő lépésként mindkét S210-hez hozzá kellett adnom a 105-ös

telegramot. Mint, ahogy a fentiekben már említettem a telegramok különböző fajtáit,

azért választottam a 105-ös telegramot, mert a műveletekhez IRT kommunikáció

szükséges.

A telegram beállításainál az „Organization block”-nak az „MC-Servo”-t

választottam, amit kézzel is be lehet tenni a PLC program blokkjai alá, vagy

39

automatikusan generálódik, amint egy tengelyt létrehozunk. Különösen figyelnem

kellett a motorok Ethernet címeire, mivel ezeket a címeket az eszköz a kommunikációra

tartja fent. Az én esetemben az egyik motornak 26-tól 45-ig tart. Ha S120-as hajtást

fűztem volna be, az Infeed-nek (betáp) is lefoglalna címeket a program, de az S210-nél

ebben az esetben ezzel nem kell foglalkoznom.

36. ábra 105-ös telegram konfigurálása

Későbbi fejlesztésnek szántam a biztonsági funkciók használatát a hajtásokban,

de egyéb modulok hiányában nem tudtam ezt végrehajtani.

6.2 Technológiai objektumok befűzése

A feladat teljesítéséhez szükségem volt kettő tengelyre. Egy pozíció tengelyre és

egy szinkron tengelyre. Ezeket „Conveyor”-nak és „Saw”-nak neveztem el. Azért

választottam pozíció tengelyt sebesség tengely helyett, mivel a szinkron tengely csak

pozíció tengellyel tud szinkronizálni.

37. ábra Tengelyek befűzése

A továbbiakban a tengelyek alá befűztem egy-egy mérő bemenetet (Measuring

input), amelyek egy adott jelre megmérik a tengelyek aktuális pozícióját. A

40

későbbiekben a programomban ezeket a bemeneteket használom arra, hogy pontos

méretet kapjak a levágott munkadarabról.

6.2.1 Conveyor tengely beállítása

Összekötöttem az s210-04 motorjával, majd bepipáltam azt az opciót, hogy

automatikusan olvassa ki a motor és a jeladó típusát, ezzel időt spórolva és elkerülve az

esetleges emberi hibákat. Azután a limiteknél át állítottam a maximális sebességet

500mm/s-ról 2000mm/s-ra, hogy a későbbiekben ezek ne okozzanak gondot.

A mérő bemenetét „Second_point”-nak neveztem el. Mivel a későbbiekben ez

fogja megmérni a futószalag pozícióját, ahol vélhetően a munkadarab vége fog

elhelyezkedni. Az ET200-as időzítő 0-s csatornájára állítottam be.

6.2.2 Saw tengely beállítása

A fűrészt pedig az s210-05 motorjával kötöttem össze. Ugyanúgy automatikusan

olvastattam ki a motor és a jeladó típusát a PLC-vel. Felső limitnek szintén 2000mm/s-

os sebességet állítottam. Továbbá meg kellett neki adni, hogy melyik tengellyel

szinkronizáljon majd össze, itt a Conveyort adtam meg. A fűrésznél már több mindenre

kellett figyelnem. Számolnom kellett azzal is, hogy áramszünet esetén, ha újra

bekapcsolják a gépet, akkor, ha nem húzza vissza a fűrészfejet, akkor az eltörhet. Másik

esetben, ha nincs bekapcsolva és elmozdítják a fűrészt, akkor azt a pozíciót fogja 0.0

pozíciónak érzékelni, így a vágás nem lesz pontos. Továbbá a vágás befejeztével a

fűrésznek vissza kell mennie a „Standby” pozícióra, ahol várja az új munkadarab

érkezését.

41

Úgynevezett „Active homing”-ot állítottam a tengelynek, ami a „homesensor”-t

veszi figyelembe. Így, ha áramszünet volt, vagy elmozdult a fűrész, mindig lesz egy

referencia pontja a fűrésznek, ezáltal pontosabb is lesz a vágás.

38. ábra Fűrész referenciálása

Mint ahogy a fenti ábrán is láthatjuk, a fűrész nagy sebességgel közelíti meg a

home pontot, majd egyre lassabban. Mikor áthalad rajta, megáll és visszafelé home

pozícióba kerül.

42

7 Kommunikáció felépítés sziget I/O-n található időzítő

(timer) modul segítségével

Kommunikáció modulnak egy IM 155-6 PN HF típusú ET200-as modult

választottam, egy TM Timer DIDQ 10x24v modullal és egy lezáró Server modullal.

39. ábra ET200 és moduljai

Ezen a modulon is bekapcsoltam az isocronus módot, ami elengedhetetlen az

IRT kommunikációhoz. A DIDQ modul egyes csatornáit a következő képen

konfiguráltam be.

40. ábra ET200 csatornák konfigurálása

A késleltetést kivettem, mivel fontos volt számomra, hogy minden jel a lehető

legkisebb késéssel érkezzen meg.

43

Mint, ahogy fentebb említettem, a 0-ás csatornára kötöttem a futószalag mérő

bemenetét, az 1-es csatornára pedig az optoszenzort, amit eszköz hiányában egy

gombbal helyettesítettem. Továbbá a 2-es csatornára a fűrész mérő bemenetét, ami

megméri, hogy milyen pozíciónál fogja elkezdeni a vágást a fűrész. A 3-as csatornára

pedig a fűrésznek a home szenzorját kötöttem be.

Ezek után a beállítások után kezdtem el a program megírását, amit a következő

fejezetben fogok részletezni.

44

8 Vezérlő logika programozása TIA portál fejlesztő

környezetben

Első lépésként készítenem kellett egy folyamat ábrát, hogy hogyan képzelem el

a program működését. Milyen folyamatokat akarok létrehozni a programmal és

számolnom kellett az esetleges mellékágakkal is.

8.1 Folyamat leírása

Előfeltételek:

Az alapanyag megléte a szalagon.

A gépcsoport alaphelyzetben van.

Nincsen hibajelzés, üzemkész.

1. Start gomb

2. Elindul a futószalag

3. Beérkezik az anyag.

4. Optoszenzor érzékeli az anyag meglétét. Elkezdődik az anyag hosszának

a számolása.

5. A fűrészt szinkronizálja a futószalaghoz.

6. Vágás szinkron mozgásban.

7. Fűrész felengedése.

8. Fűrész home pozícióba vezérlése.

9. Folyamat ismétlés a 4-es lépéstől.

10. Stop

45

A programba betettem egy Szünet „Pause” funkciót is ami megállítja a

folyamatot, de ugyanonnan folytatja, ha megnyomjuk a Folytat „Resume” gombot. Ezt

a programban és a HMI kezelő felületnél is részletezni fogom.

41. ábra Program folyamatábrája

A későbbiekben szeretném tovább fejleszteni a programomat egy Feladat

szüneteltetés „Task Pause” és egy Vészstop „Emergency Stop” funkcióval.

8.2 Funkció blokkok (FB)

Egy funkcióblokk definiálása a bemeneti, kimeneti és belső változók

deklarálásából. Programozás során egyrészt a programozó hozhat létre funkció

46

blokkokat, másrészt használhat könyvtári funkció blokkokat is. A programhoz

felhasználhatunk globális változókat, amelyek globális változó címhez és vagy taghez

vannak deklarálva, vagy lokális változókat, amik egy funkcióblokkon belül vannak

deklarálva. Ha a hordozhatóság feltételei megvannak a két fejlesztőrendszer között, az

SCL nyelven definiált funkcióblokk más PLC nyelvekben is felhasználható (hívható).

8.2.1 Beüzemelés

Power FB – Engedélyezi a tengelyeket és áram alá helyezi a motorokat.

Reset FB – Törli a tengely hibákat bekapcsolásnál.

Home FB – Home pozícióba mozgatja a tengelyeket. Ha ez a folyamat

kimarad, nem tudjuk mozgatni a hajtásunkat.

Az fent említett 3 FB szükséges nekünk a tengelyek beüzemeléséhez, hogy

mozgathassuk a tengelyeket.

8.2.2 Mozgatás

MoveVelocity FB – Azért felel, hogy a futószalag egyenletes

sebességgel haladjon.

GearInPos FB – A szinkronizálást tudjuk ezzel végrehajtani.

MoveAbsolute – A fűrészt így tudjuk visszaküldeni a kezdeti pozícióba.

MoveToStandby – Ez egy általam készített funkcióblokk, amivel a

fűrészt mozgatom készenléti pozícióba. Ha áramszünet után bekapcsol a

gép, akkor először készenléti pozícióba mozdul el a fűrész.

Későbbiekben ezt a blokkot is szeretném fejleszteni, hogy jobban le

tudjam kezelni a szélsőséges állapotokat.

A felsorolt blokkokkal vezérelem a tengelyek mozgását, viszont még sok

mindenre szükség van, hogy működőképes legyen a program.

8.2.3 Mérés

MeasuringInputCyclic FB – Mindkét pont méréséhez ezt a blokkot

használtam. Aminek a bemeneti értékeit majd a program állítja be

automatikusan.

47

8.2.4 Megállás

Halt FB – A szünet gomb lenyomására megállítja a futószalagot, de

bármikor újra lehet indítani. A fűrészt ilyenkor nem kell megállítani,

mivel szinkron tengelyről lévén szó, úgy fog viselkedni, mint a mester

tengelye, azaz a futószalag.

Stop FB – A Halt blokkal ellentétben mindkettő tengelyt le kell stoppolni

és nem indítható újra onnan, ahol megállt, mivel elveszi az áramot a

tengelyektől. Újra be kell kapcsolni őket, viszont nem kell újra

felvenniük a home pozíciót.

Ugyanolyan, vagy még fontosabb feladatnak érzem, hogy egy folyamatot le

tudjunk állítani, mint hogy mozgatni tudjuk. Egy fűrész esetében akár emberi élet is

lehet a tét.

8.2.5 Egyéb blokkok

Trig FB – Az optoszenzorból érkező jelnek csak a felfutó jelére

aktiválódik a kimenete.

Timer FB – Egy megadott idő után aktiválódik a kimenete.

8.3 Vezérlés

A programot úgy terveztem, hogy három gombbal (Start, Pause/Resume, Stop)

lehessen vezérelni. Továbbá három értéket tudunk még megadni.

A futószalag sebességét tudjuk változtatni, viszont ahhoz, hogy

megváltozzon újraindítás szükséges.

A levágni kívánt munkadarab hosszát is tudjuk változtatni, de ez nem

igényel újraindítást.

Illetve megtudjuk adni a munkadarab vastagságát, amire azért van

szükségünk, hogy mennyi időre van szüksége a fűrésznek levágni az

anyagot.

Továbbá elláttam néhány visszajelzéssel, hogy a kezelő figyelemmel tudja

követni a folyamatot. Egy aktív és egy inaktív lámpa jelzi nekünk, hogy éppen fut a

program, két szöveges kijelző pedig kiírja, hogy éppen mit csinál. Továbbá ki tudjuk

olvasni, hogy milyen hosszúságú anyagot sikerült levágnia a gépnek.

8.3.1 Első ciklus (First cycle)

48

Mint ahogy fentebb említettem a „FirstCycle” bitet a Fő (Main) OB-ban

(Organization Block – Szervezeti Blokk) használom fel, mégpedig arra, hogy alap

értékeket adjak a programnak.

42. ábra Alap értékek beállítása felfutáskor

Ilyenek:

Sebesség: 100mm/s

hosszúság: 300mm

Készenléti (Standby) pozíció: 1mm

Vastagság: 10mm

Ugyanis ezek nélkül az adatok nélkül a program működésképtelen. A legelső

ciklusban a PLC „Run” üzemmódba tétele után ezek az értékek beíródnak, de bármikor

átírhatjuk őket. A későbbiekben tervezek olyat, hogy limitáljam a beírható értékeket,

hogy ne lehessen tönkre tenni a berendezést.

8.3.2 Készenlét (Standby)

A blokk belsejében egy MoveAbszolute FB van, ami a fűrészt elviszi a

készenléti pozícióba. Én ezt 1.0mm-re állítottam be, mivel ez közel van a home

pozícióhoz, de mégis különbözik tőle, így tetszőlegesen adható egy készenléti,

várakozási pozíció. A sebességét a programra bíztam, hogy beállítsa az adott

körülményekhez képest. A későbbiekben itt szeretném lekezelni az áramszünet utáni

bekapcsolásnál a fűrészfej felemelését, illetve a futószalag tisztítását, ami annyit tesz,

hogy elviszi az éppen ott maradt munkadarabot a fűrész alól.

49

43. ábra Készenléti pozícióba mozgatás

A blokknak 3 bemeneti „start”, „sebesség”, „pozíció”(Start, Velocity, Position)

értéke van, egy „hiba”(Error) kimenete és egy „kész”(Done) ki/bemenete van.

8.3.3 Alap (home) pozíció

A programban úgy oldottam meg, hogy csak áramtalanítás utáni bekapcsoláskor

vigye el a tengelyeket alap pozícióba, utána ugorja át ezt a lépést, mivel onnan a motor

már működőképes.

44. ábra Tengelyek homeolása

Ezt úgy értem el, hogy a tengelyeknek az 5. bitjét figyeltem, ami ha „1”-ben van,

akkor a tengely egyszer „home-olva” volt. A futószalagnál többször is alkalmaztam a

Home FB-t mivel ott úgy állítottam be, hogy ne menjen vissza a 0.0 pozícióra, csak

törölje ki a számlálója értékét. Hogy miért választottam ezt a megoldást, a későbbiekben

fogom részletezni. Ebben a funkcióban is látok fejleszteni való részeket.

8.3.4 Szünet (Pause) és stop

A programfutás közben lehetőséget kell adnunk arra is, hogy szüneteltessük,

illetve megállítsuk a folyamatot. Valamint újra indíthassuk szüneteltetett állapotból, de

ne tudjuk szüneteltetni, ha eleve el sem indítottuk a programot. Mint ahogy fentebb

említettem csak a futószalagot kell megállítanunk, ebből adódott egy problémám, mivel

50

eleinte a fűrészre is kiadtam a halt parancsot, ezért kiesett a szinkronból. A másik nagy

problémát a futószalag újraindítása jelentette, amit azzal oldottam meg, hogy a „Pause”

gomb megnyomásakor elvette az engedélyező jelet a futószalagot mozgató

MoveVelocity (MV) FB-től és a „Resume” gombra kattintáskor visszaadja azt. Ezt a

problémát az idézte elő, hogy a halt parancs, miatt az MV blokk parancs megszakítva

(CommandAborted) bitje „1”-be került, és nem lehetett újraindítani.

45. ábra Tengelyek mozgásának szüneltetése

8.3.5 A programhoz szükséges számítások

Hogy ne kelljen minden értéket az operátornak újra megadnia egy-egy új méret

megadásakor, a program az levágandó hossz arányában beállítja ezeket az értékeket.

46. ábra Működéshez szükséges számítások

A hosszhoz igazítja a fűrész szinkronizálását, mivel a GearInPos FB-nél meg

kell adni, hogy a mester és a szolga tengely milyen pozícióban legyen a szinkronizálás

pillanatában. A szinkronizálás pillanatában a program engedélyezi a mérést mindkettő

tengelyen, aminek ±10mm-t adtam meg. Ugyanakkor mindeközben kezdi meg a vágást

a fűrész is. Úgy számoltam azt a távolságot, ami alatt a fűrész le tudja vágni a

51

munkadarabot, hogy: vastagság*sebesség*0,2. Mindehhez pedig hozzáadtam azt a

pozíciót, ahol a szinkronizálás megtörtént. A fűrész szinkron pozíciójából számoltam ki

a start pontot is. A munkadarab hosszához igazítottam a fűrész visszatérési sebességét

is. A Standby sebességet pedig a fűrész aktuális pozíciója adja meg és még hozzá adtam

1mm/s-ot arra az esetre, ha a fűrész 0.0 pozícióban áll.

8.3.6 Program lépések

Maga a program lépéseket switch-case-ben írtam SCL programnyelven, mivel a

későbbiekben könnyebben lehet fejleszteni. A kezdetetekben IF-ELSE-ben írtam, de

kollégáim rámutattak a program gyengeségeire.

Lépések:

1. Hibák törlése a tengelyeken

2. Bekapcsolás

3. Referenciapont felvétele

4. Standby pozícióba állítás

5. Várakozás a munkadarabra

6. Szinkronizálás elindítása

7. Szinkronizálás és mérés

8. Vágás

9. Vágás befejezése és a fűrész Standby pozícióba küldése

10. Fűrész megérkezik a Standby pozícióba majd visszatérés az 4-es ponthoz

8.3.7 Hibák kezelése

A későbbiekben tervezek egy olyan hibakezelő részt megírni, ami minden egyes

hibára egy úgynevezett megoldást tud írni a kezelőnek. Pillanatnyilag csak

csoportosítottam a hibákat beüzemelés, mozgatás, mérés és megállítás csoportokba. Ha

valamelyikben hiba van, akkor az a bit „1”-be kerül.

52

8.4 Folyamatok követése „watchtable” és „trace” segítségével

A watchtable a változók figyelésére és egyben változtatására használható felület

a TIA Portalon belül. A tesztelés alatt lévő és a végleges programot is watchtable-ben

kezeltem és figyeltem.

47. ábra Watchtable vezérlő felület

A trace felület egy olyan valós idejű grafikont készít nekünk, amin nyomon

tudjuk követni és elemezni a tengelyek pozícióját, sebességét és a bitek állapotát.

53

48. ábra Tengelyek mozgásának monitorozása

A fenti ábrákon látható a szinkronizálásának az időpontja, ahol a piros vonal a

futószalag pozícióját (360mm) mutatja a kék pedig a fűrészét (60). Azt láthatjuk, hogy a

kettő különbsége közel 300mm-t ad ki, tehát pontos vágást tudunk produkálni a

rendszerrel. Persze ez teszt üzemben készült, így egy valós berendezésnél

finomhangolni kellene a programot.

54

9 Szimulálás és HMI felület elkészítése

Miután elkészült a programom, szükségesnek éreztem, hogy leteszteljem, de

mivel nem voltak számomra elérhetőek olyan eszközök, amikkel a valóságban is meg

tudjam valósítani, így a szimulációt választottam. Utána késztetést éreztem, hogy

watchtable helyett egy olyan kezelőfelületet készítsek, ahol jobban megnézhetem a

program működését.

9.1 Szimulálás NX program segítségével

A PLC-t számítógépre kötve az OPC UA szerver segítségével ki tudunk nyerni

adatokat. Mint például a tengelyek aktuális pozícióját, sebességét, illetve a szimulációs

programmal bele is tudunk avatkozni a program működésébe. A nyomógombot

leváltottuk a szimulációban lévő szenzorra. Egy munkadarabot elindítottunk a

futószalagon, majd, amikor elérte a szenzort, elindította a vágási folyamatot.

Természetesen csak megközelítve tudtuk leszimulálni, amit majd a diplomamunka

védésen be is mutatok. A kommunikációval is gondunk akadt a szimuláció alatt, mivel

az OPC UA 1 másodpercenként frissül, így nem tudott mindig visszaérni a fűrész a

készenléti pozícióba.

49. ábra Program szimulálása

55

9.2 HMI felület

A TIA Portalon belül befűztem egy virtuális HMI panelt, amelyet a WinCC RT

Advance program segítségével tehettem meg. Ezek után egy hálózati kártyát kellett a

HMI-hez adni, hogy tudjunk rá virtuális PROFINET-en keresztül csatlakozni.

50. ábra Virtuális HMI befűzése

Következő lépésként mindazokat a változókat, amiket a PLC-ben használtam,

létre kellett hoznom a HMI-ben is és összekapcsolni a PLC változóival. Továbbá a

frissítést is beállítottam, amit az alábbi ábrán láthatunk.

51. ábra HMI változók és időzítéseik

56

Következő feladatom a felület megtervezése volt. Később elkészítettem egy

trace felületet is, ahol nyomon tudjuk követni a tengelyek pozícióit.

52. ábra HMI vezérlő felület

53. ábra HMI monitorozó felület

Az első felületen láthatjuk a működéshez szükséges gombot és mezőt, továbbá

egy ablakot, ahol a hibaüzeneteket írja ki a felület. A későbbiekben szeretném még

jobbá tenni ezt a felületet is.

57

10 Összefoglalás

A diplomamunkám készítése során bepillantást nyerhettem a villamosmérnöki

szakma egyik legizgalmasabb részébe. Jobban megismerhettem a PLC programozás

rejtelmeit, a szervomotorok, a terepi kommunikáció fajtáit, működését és a gyártásban

használt hajtásrendszer részeit.

Első körben megismertem az S7-1500-as technológiai PLC fajtáinak nagy

részét. Majd a Siemens által tervezett és fejlesztett hajtásrendszer felépítését. Feladatom

során az S210-es hajtást használtam. Az alapok elsajátítása érdekében a teljes

hajtásláncot kellett tanulmányoznom, majd a beüzemelés során ezt a tudást felhasználva

sikerült az összes számomra releváns modult összehangolnom egymással a

projektemben. A PLC-től kezdve, a hajtás vezérlőegységén keresztül egészen a

motorokig. Továbbá be kellett állítanom a motorok jeladóit, a használni kívánt

kommunikációs portokat, az ezekhez tartozó IP címeket és az eszközök neveit. A

későbbiekben megismerkedtem a szabványos PLC programozási nyelvekkel, a

programozás hierarchiájával és alapjaival. Fejlesztő környezetnek a TIA-Portál-t (TIA –

Totally Integrated Automation) választottam, ami a SIEMENS integrált fejlesztői

környezete. Továbbá megismerkedtem a PLC diagnosztikai és monitorozási

módszerekkel, az NX szimulációs programmal és a virtuális HMI fejlesztő

környezetével.

A dolgozatom készítése során megtapasztaltam, hogy milyen egy gyártósor

fejlesztése, tervezése a kezdetektől egészen a szimulációig. Tetszett, hogy a legújabb

PLC-kkel, hajtásrendszerrel és fejlesztő környezettel dolgozhattam. A tudás, amit ebben

az időszakban szereztem naprakész, így a későbbiekben nagy hasznát fogom venni egy

ténylegesen a gyártásba szánt eszköz fejlesztésénél.

A későbbiekben szeretném továbbfejleszteni a dolgozatomat, kiegészíteni újabb

modulokkal, a program tovább fejlesztésével pedig modernebbé és könnyebbé tenni az

eszköz vezérlését. Továbbá biztonságosabbá tenni a biztonsági (safety) funkciók és

eszközök használatával.

Az itt megszerzett tudást szeretném a későbbiekben kamatoztatni, majd a

későbbiekben felhasználni egy újabb feladat során.

58

11 Summary

During my graduation thesis, I was able to gain an insight into one of the major

parts of the electrical engineering profession. I learned more about the secrets of PLC

programming, the servomotors, the types and functions of field communication and the

parts of the drive system used in production.

In the first round I got to know most of the S7-1500 technology PLC varieties.

Then the drive system designed and developed by Siemens. In my assignment I used the

S210 drive. In order to learn the basics, I had to study the entire drive chain, and then,

using this knowledge, I was able to coordinate all of the modules what relevant to me in

my project. From the PLC, through the drive control unit to the motors. In addition, I

had to configure the encoders of the motors, the communication ports what I want to

use, the IP addresses of the ports, and the device names. Later I learned about the

standard PLC programming languages, the hierarchy and the basics of programming. I

chose the TIA Portal (TIA - Totally Integrated Automation) as the development

environment, which is an integrated development environment of the SIEMENS. In

addition, I learned about PLC diagnostic and monitoring methods, the NX simulation

program, and the virtual HMI development environment.

During the preparation of my dissertation I experienced the development and

design of a production line from the beginning to the simulation. I liked being able to

work with the latest PLCs, drive system and development environment. The knowledge

I acquired during this period is up-to-date, so in the future I will greatly benefit from

developing a tool that is actually intended for production.

In the future, I would like to develop my thesis, add new modules, and further

develop the program to make the control of the device more modern and easier. Also,

make it safer by using safety features and tools.

I would like to use the knowledge I have acquired here in the future and then to

use it in another task.

59

12 Köszönetnyílvánítás

Szeretném megköszönni L. Kiss Mártonnak, aki belső konzulensként és

Neubauer-Gyarmathy Zoltán Csabának, aki külső konzulensként segített, valamint a

családomnak, akik támogattak ebben az időszakban. Továbbá szeretném megköszönni

Fecccónak a hasznos tanácsokat, Kristófnak, Azárnak és az Evosoft Hungary Kft.

Simotion Systemtest csapatának a sok támogatást.

60

13 Irodalomjegyzék

[1] Abszolút forgójeladók (2018) Forrás:

http://q-tech.hu/wp-content/uploads/2018/02/Abszolut-forgojeladok.pdf

[2] Encoder (2018) Forrás:

http://szirty.uw.hu/Alapfokon/Encoder/encoder.html

[3] Frekvenciaváltó (2008) Forrás:

http://szirty.uw.hu/Alapfokon/Frekivalto/frekivalto.html

[4] Vámos Azár Attila (2019)

3D-s Delta Picker beüzemelése S7-1500T CPU-val TIA Portalon keresztül

[5] Szemán Zoltán (2014)

Ipari automatizálás SIMOTION környezetben

[6] S7-1500 Forrás:

https://mall.industry.siemens.com/mall/hu/hu/Catalog/Products/10339974?tree=

CatalogTree

[7] Display-technology Forrás:

https://w3.siemens.com/mcms/topics/en/simatic/display-

technology/Pages/default.aspx

[8] Dr. Ajtonyi István, D. G. (2010)

Programozható irányítóberendezések, hálózatok és rendszerek Forrás:

https://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/2011_0001_531_programira

ny/ch03s02.html

[9] S7-SCL programozási nyelv Forrás:

https://docplayer.hu/35603045-S7-scl-programozasi-nyelv.html

[10] s210_1FK2_op_instr_01_2019_en-US.pdf (2019)

[11] When to use an ac or dc choke and why

https://www.controldesign.com/vendornews/2015/when-to-use-an-ac-or-dc-

choke-and-why/

[12] PFK7S_1206_en.pdf

61

14 Ábrajegyzék

1. ábra SIMATIC S7-1500T felhasználási területei ..................................................................................... 3 2. ábra S7-1511T-1 PN [7] .......................................................................................................................... 4 3. ábra S7-1515T-2 PN [7] .......................................................................................................................... 4 4. ábra S7-1516T-3 PN/DP [7] .................................................................................................................... 5 5. ábra S7-1517T-3 PN/DP [7] .................................................................................................................... 5 6. ábra TIA Portal Portal nézete [5] ............................................................................................................. 9 7. ábra TIA Portal Projekt nézete [5] ......................................................................................................... 10 8. ábra LAD nyelv ..................................................................................................................................... 12

9. ábra FBD nyelv ............................................................................................................................ 13 10. ábra STL nyelv..................................................................................................................................... 13 11. ábra SCL nyelv .................................................................................................................................... 14 12. ábra GRAPH nyelv .............................................................................................................................. 14 13. ábra SINAMICS S120 [5] .................................................................................................................... 15 14. ábra Fojtótekercs általános felépítése[11] ............................................................................................ 16 15. ábra Frekvenciaváltó felépítése [4] ...................................................................................................... 19 16. ábra Motor sebesség-nyomaték jelleggörbéje[12] ............................................................................... 21 17. ábra Inkrementális jeladó [2] ............................................................................................................... 25 18. ábra Inkrementális jeladó által generált jel .......................................................................................... 26 19. ábra Abszolút jeladó rovátkakiosztása [1] ........................................................................................... 27 20. ábra Abszolút jeladó ............................................................................................................................ 27 21. ábra Rezolver jeladó ............................................................................................................................ 28 22. ábra 1515TF modul interfészei ............................................................................................................ 29 23. ábra PLC befűzése ............................................................................................................................... 30 24. ábra PLC firmwareverzió kiválasztása ................................................................................................ 31 25. ábra PLC firmware frissítés ................................................................................................................. 32 26. ábra [X2] IP cím beállítása .................................................................................................................. 33 27. ábra [X1] IP cím beállítása .................................................................................................................. 33 28. ábra IRT átvitel .................................................................................................................................... 34 29. ábra OPC UA szerver .......................................................................................................................... 34 30. ábra OPC UA licensz ........................................................................................................................... 35 31. ábra PLC ciklus ideje ........................................................................................................................... 35 32. ábra Rendszer memória és idő memória bitek ..................................................................................... 36 33. ábra Hardver detektálás........................................................................................................................ 37 34. ábra Kettő hajtásos topológia ET200-al ............................................................................................... 37 35. ábra 105-ös telegram befűzése ............................................................................................................. 38 36. ábra 105-ös telegram konfigurálása ..................................................................................................... 39 37. ábra Tengelyek befűzése ...................................................................................................................... 39 38. ábra Fűrész referenciálása .................................................................................................................... 41 39. ábra ET200 és moduljai ....................................................................................................................... 42 40. ábra ET200 csatornák konfigurálása .................................................................................................... 42 41. ábra Program folyamatábrája ............................................................................................................... 45 42. ábra Alap értékek beállítása felfutáskor ............................................................................................... 48 43. ábra Készenléti pozícióba mozgatás .................................................................................................... 49 44. ábra Tengelyek homeolása ................................................................................................................... 49 45. ábra Tengelyek mozgásának szüneltetése ............................................................................................ 50 46. ábra Működéshez szükséges számítások .............................................................................................. 50 47. ábra Watchtable vezérlő felület............................................................................................................ 52 48. ábra Tengelyek mozgásának monitorozása .......................................................................................... 53 49. ábra Program szimulálása .................................................................................................................... 54 50. ábra Virtuális HMI befűzése ................................................................................................................ 55 51. ábra HMI változók és időzítéseik ........................................................................................................ 55 52. ábra HMI vezérlő felület ...................................................................................................................... 56 53. ábra HMI monitorozó felület ............................................................................................................... 56

62

15 Mellékletek

A diplomamunkához csatolt CD tartalmazza a következő mellékletek:

1. számú melléklet: „Vezérlő logika megvalósítása szervo szinkron hajtáshoz

mérési bemenettel történő zárthurkú szabályozással.doc”

2. számú melléklet: „Vezérlő logika megvalósítása szervo szinkron hajtáshoz

mérési bemenettel történő zárthurkú szabályozással.pdf”

3. számú melléklet: „Control.scl” program forráskódja

4. számú melléklet: „MoveToStandby.scl” program forráskódja

5. számú melléklet: „Diplomamunka.zap16” TIA Portal V16 projekt