Instrukcja obsługi symulatora linii produkcyjnej Komunikacja Modbus RTU (sterowniki PSW, Beckhoff) 1
3.2. Obsługa programu Zaraz po uruchomieniu programu, jest on gotowy do pracy. Symulator został podzielony na trzy okna (Rys. 3). Pierwsze okno przedstawia symulowaną linię produkcyjną. W oknie tym znajdują się stanowiska robocze, podajnik elementów oraz dwa pojemniki, jeden z dobrymi elementami, drugi z wadliwymi elementami. Podczas pracy symulatora elementy do obróbki mogą poruszać się po taśmie transportowej. Gdy dany element znajduje się na stanowisku roboczym, sygnalizowane jest to odpowiednim komunikatem (Rys. 4). Rys. 3. Wygląd symulatora linii produkcyjnej Rys. 4. Stan pracy stanowiska roboczego 2
Podczas pracy symulatora w trybie automatycznym, gdy poruszający się przedmiot zakryje jeden z czujników, następuje zmiana koloru przedmiotu na jaśniejszy do czasu jak ten nie opuści czujnika. Rozwiązanie to pokazuje jak sterownik sterujący linią widzi przedmiot (Rys. 5), ułatwia to równieŝ śledzenie procesu produkcyjnego. Rys. 5. Sygnalizacja stanu czujnika Po zakończeniu procesu produkcyjnego wszystkie elementy umieszczane są w jednym z dwóch pojemników (Rys. 6). Pojemik z "wadliwymi" klockami Pojemik z "dobrymi" klockami Rys. 6. Pojemniki z obrobionymi elementami To w jakim pojemniku mają znajdować się obrobione przedmioty decyduje operator linii dla trybu manualnego lub sterownik PLC dla trybu automatycznego. W kaŝdym z pojemników moŝe znajdować się pięć przedmiotów, jeśli stan pojemnika zostanie przekroczony nastąpi jego automatyczne wyczyszczenie. Drugie okno przedstawia panel kontrolny linii produkcyjnej. Panel ten został zaprojektowany, w celu łatwego i intuicyjnego sterowania symulatorem linii. Na panelu kontrolnym znajdują się wszystkie polecenia obsługujące linię w trybie manualnym (Rys. 7), dodatkowo stan kaŝdego z przycisków sygnalizowany jest przez umieszczoną obok kontrolkę. Szczegółowy opis poleceń panelu kontrolnego: przycisk umoŝliwia przełączenie symulatora na tryb manualny, przycisk umoŝliwia przełączenie symulatora na tryb automatyczny, przycisk umoŝliwia ruch taśmy transportowej w prawo, 3
przycisk umoŝliwia ruch taśmy transportowej w lewo, przycisk pozwala umieścić na taśmie transportowej przedmioty do obróbki, przyciski pozwalają na uruchomienie stanowisk roboczych w celu obróbki przedmiotów, przycisk pozwala umieścić obrobiony element w pojemniku z dobrymi elementami, przycisk pozwala umieścić obrobiony element w pojemniku z wadliwymi elementami. Rys. 7. Panel kontrolny linii produkcyjnej W następnym oknie zawarte są informacje o procesie produkcyjnym. Znaleźć tu moŝna informację o aktualnym trybie pracy symulatora (Rys. 8). Sygnalizowany jest takŝe wizualnie stan wszystkich czujników za pomocą kontrolek (Rys. 9). Rys. 8. MoŜliwe tryby pracy symulatora Rys. 9. Stan czujników Wszystkie elementy jakie przeszły kontrolę jakości są liczone a ich stan jest wyświetlony na panelu (Rys. 10). Dodatkowo uŝytkownik moŝne wpływać na stan licznika, moŝna kasować liczone elementy i rozpoczynać proces produkcyjny od początku. Aby to zrobić powinno się, 4
po naciśnięciu prawego klawisza myszy w miejscu, gdzie są liczone elementy wybrać jedną z opcji: Wyzeruj-dobre elementy, Wyzeruj-wadliwe elementy, Wyzeruj-wszystkie elementy. Rys. 10. Aktualny stan liczonych elementów Kolejną waŝną informacją na tym panelu jest informacja o stanie połączenia pomiędzy sterownikiem a symulatorem. Stan połączenia moŝna odczytywać: nie ma połączenia, lub połączenie zostało zerwane, poprawnie nawiązane połączenie. Główne funkcje programu zostały zamieszczone na pasku narzędziowym aby ułatwić korzystanie z symulatora, naleŝą do nich: nawiązanie połączenia ze sterownikiem, rozłączenie sterownika, utworzenie nowego pliku w którym zapisywane będą wyniki symulacji, otwarcie pliku symulacji, włączenie symulacji, wstrzymanie symulacji, konfiguracja programu, czyszczenie linii produkcyjnej, wyjście z programu. Wszystkie funkcje dotyczące programu dostępne są z menu głównego (Rys. 11). Funkcja Plik umoŝliwia zarządzanie plikami symulacji, tzn. tworzenie nowych plików, otwieranie juŝ istniejących, wstrzymywanie lub kontynuowanie zapisu do pliku symulacji. Funkcja Linia umoŝliwia zarządzanie linią produkcyjną tzn. przejście do trybu manualnego lub automatycznego, sterowanie linią w trybie manualnym, nawiązanie połączenia ze sterownikiem, czyszczenie linii. Funkcja Ustawienia umoŝliwia konfigurację programu. 5
Rys. 11. Menu główne symulatora linii produkcyjnej 3.3. Konfiguracja programu Konfiguracja symulatora polega na ustawieniu odpowiednich parametrów komunikacji i parametrów mających wpływ na zachowania się symulatora. Aby ustawić parametry komunikacji, naleŝy wybrać z menu Ustawienia opcję Ustaw COM. Komunikacja pomiędzy symulatorem a sterownikiem odbywa się za pomocą interfejsu RS232, dlatego naleŝy ustalić jaki port będzie wykorzystany do komunikacji, moŝna wybrać jeden z dwóch portów COM1 lub COM2. Wybór prędkości transmisji zaleŝy od sterownika z jakim naleŝy nawiązać połączenie. Dla sterowników Beckhoff naleŝy wybrać prędkość z zakresu od 9600b/s do 57600b/s, zaś dla sterownika PSW-84 maksymalna prędkość nie moŝe być większa niŝ 4800b/s. 6
Rys. 12. Konfiguracja połączenia Wybór bitów stopu, ilości przesyłanych bitów oraz kontrolę parzystości naleŝy ustawić, w zaleŝności od ustawień sterownika z którym chcemy nawiązać połączenie. Czas próbkowania łącza moŝna zmieniać w zakresie od 10ms do 1s, ustawienie tego czasu zaleŝy od wyboru prędkości transmisji. Zaleca się aby dla maksymalnej prędkości transmisji 57600b/s czas próbkowania łącza wynosił 50ms lub mniej. W następnym kroku naleŝy skonfigurować zachowanie się symulatora. W tym celu z menu Ustawienia naleŝy wybrać opcję Ustaw linię. W pierwszej kolejności naleŝy wybrać szybkość animacji, ma to szczególne znaczenie, gdy uŝywamy sterownika PSW-84. Ze względu na małą prędkość transmisji z tym sterownikiem istnieje moŝliwość, Ŝe poruszające się szybko elementy na linii produkcyjnej nie zostaną zauwaŝone przez sterownik, dlatego naleŝy zmniejszyć szybkość animacji linii. Dla sterowników Beckhoff naleŝy wybrać opcję Szybka. Następnie naleŝy ustawić Czas próbkowania linii produkcyjnej. Jest to czas, co jaki zapisywany jest stan linii produkcyjnej do pliku symulacji, moŝna ustawić go od 10ms do 1s. Rys. 13. Konfiguracja symulatora 3.4. Komunikacja programu ze sterownikami Komunikacja między programem a sterownikiem odbywa się za pomocą protokołu MODBUS w trybie RTU. Protokół ten został opracowany w firmie Modicom i stał się standardem przyjętym przez większość producentów. DuŜą popularność zdobył dzięki takim cechom jak: prosta struktura łącza typu master-slave, zabezpieczenie komunikatów przed błędami, potwierdzenie wykonywania rozkazów zdalnych i sygnalizacja błędów, skuteczne mechanizmy zabezpieczające przed zawieszeniem się systemu, 7
wykorzystanie asynchronicznej transmisji znakowej zgodnej z RS-232C. Protokół MODBUS jest standardem komunikacyjnym typu master-slave. Polega to na tym, Ŝe w układzie jest jedno urządzenie nadrzędne (master) inicjujące transmisję i kilka urządzeń podrzędnych (slave) odpowiadające jedynie na pytania jednostki nadrzędnej. Urządzenie (master) moŝe adresować indywidualnych odbiorców lub teŝ przesyłać wiadomości rozgłoszeniowe, przeznaczone dla wszystkich urządzeń podrzędnych w systemie. Na polecenie rozgłoszeniowe jednostki podrzędne nie przesyłają odpowiedzi 1. W systemie MODBUS wiadomości zorganizowane są w ramki o określonym początku i końcu. Ramka polecenia przesyłanego z jednostki master do slave zawiera: adres urządzenia podrzędnego, kod funkcji, dane które mają być wysłane, słowo kontrolne. Odpowiedź urządzenia slave wysyłana jest zgodnie z formatem zdefiniowanym w protokole i zawiera: pole potwierdzenia realizacji rozkazu, dane Ŝądane przez urządzenie master, słowo kontrolne. 3.4.1. Komunikacja symulatora ze sterownikiem PSW-84 Program moŝe komunikować się ze sterownikiem PSW-84. W tym przypadku to symulator jest urządzeniem nadrzędnym (master) zaś sterownik jest urządzeniem podrzędnym (slave). Symulator linii produkcyjnej na bieŝąco zadaje pytania do sterownika i oczekuje na ich odpowiedź. W zaleŝności od uzyskanej odpowiedzi steruje odpowiednio procesem produkcyjnym. Dla sterownika PSW czas przerwy komunikatu wynosi ok. 100ms (dwa przerwania zegarowe), gdy następny komunikat nadejdzie przed upływem dwóch przerwań zegarowych, to zostanie przez sterownik odrzucony. Aby komunikacja przebiegała poprawnie czas próbkowania łącza ustawiany w symulatorze powinien być większy niŝ 200ms. 1 W. Mikluszka, Z. Świder, Protokół komunikacyjny MODBUS, [w:] Sterowniki mikroprocesorowe, pod red. Z. Świdra, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2002, s. 226-227 8
Program w pierwszej kolejności wysyła stan czujników. W sterowniku PSW umieszczane są one w zmiennych od RB1 do RB6. Ramka komunikatu dla jednego z czujników ma postać { 0x01, 0x05, 0x00, 0x02, 0xFF, 0x00, crc16, crc16 }: bajt 1 adres sterownika, bajt 2 numer funkcji, bajt 3, 4 adres bitu do ustawienia, w przedstawionym przykładzie dotyczy to czujnika drugiego, bajt 5 wartość ustawienia, gdy wartość wynosi 0xFF to ustawiany bit jest 1 zaś gdy wartość wynosi 0x00 to ustawiany bit jest 0, bajt 6 wyzerowany, bajt 7, 8 suma kontrolna CRC16. W następnej kolejności program sprawdza jak ma zachować się linia produkcyjna odczytując ten stan od sterownika PSW, są to zmienne od TB1 do TB6. KaŜda zmienna TB realizuje róŝną funkcję w programie. Przyjęte w programie oznaczenia to: TB1 podajnik elementów, TB2 taśma transportowa, TB3 stanowisko 1, TB4 stanowisko 2, TB5 stanowisko 3, TB6 kontrola jakości. Wysyłana ramka komunikatu ma postać { 0x01, 0x01, 0x01, 0x00, 0x00, 0x06, crc16, crc16 }: bajt 1 adres sterownika, bajt 2 numer funkcji, bajt 3, 4 adres pierwszego bitu do odczytania, bajt 5, 6 liczba bitów do odczytania, bajt 7, 8 suma kontrolna CRC16. Komunikacja symulatora ze sterownikiem PSW-84, została przygotowana w celu testowania protokołu Modbus RTU. MoŜna oczywiście sterować symulatorem za pomocą sterownika PSW, jednak jest to uciąŝliwe ze względu na małą prędkość komunikacji oraz długie programowanie sterownika. 9
3.4.2. Komunikacja symulatora ze sterownikami Beckhoff Komunikacja ze sterownikami Beckhoff przebiega inaczej niŝ w przypadku sterownika PSW. Sterowniki Beckhoff mogą pracować jako urządzenia nadrzędne (master), symulator zaś jako urządzenie podrzędne. Dzięki temu symulator sprawdza tylko komunikaty dostarczane od sterownika i odpowiada na nie. Aby komunikacja była moŝliwa, sterownik musi znać adres urządzenia podrzędnego, do którego przesyła zapytanie. Symulator jako urządzenie podrzędne ma adres 0x01. Ramka komunikatu jaką wysyła sterownik do symulatora, w celu odczytania od niego danych (czujników) ma postać { 0x01, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02, crc16, crc16 }. bajt 1 adres urządzenie podrzędnego, bajt 2 numer funkcji, bajt 3, 4 adres danych do odczytania, dla symulatora adres ten jest stały i wynosi 0x00, 0x00, bajt 5, 6 liczba bajtów do odczytania, bajt 7, 8 suma kontrolna CRC16. Przykładowa odpowiedź symulatora na to zapytanie ma postać { 0x01, 0x03, 0x02, 0x00, 0x08, crc16, crc16 }: bajt 1 adres odpowiadającego urządzenia (symulator), bajt 2 numer funkcji, bajt 3 liczba odczytanych bajtów, bajt 4, 5 odczytane dane, bajt 6, 7 suma kontrola CRC16. Informacja o stanie czujników zawarta jest w piątym bajcie komunikatu. W bajcie tym znajdują się kolejno: bit 1 Czujnik 1, bit 2 Czujnik 2, bit 3 Czujnik 3, bit 4 Czujnik 4, bit 5 Czujnik 5, bit 6 Tryb pracy linii (Automatyczna/Manulana). 10
Aby zdekodować otrzymane dane od symulatora, naleŝy zapisać je do zmiennej a następnie wyłuskać z niej stan czujników. Dla sterownika Beckhoff realizuje się to w następujący sposób: Sterownik zapisuje równieŝ dane do urządzenia, czyli ustawia linię produkcyjną. Przykładowa ramka komunikatu ma postać { 0x01, 0x16, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x02, 0x00, 0x10, crc16, crc16 }: bajt 1 adres urządzenia, bajt 2 numer funkcji, bajt 3, 4 adres danych do zapisu, dla symulatora adres ten jest stały i wynosi 0x00, 0x00, bajt 5, 6 długość słowa, bajt 7 ilość bajtów do zapisu, bajt 8, 9 bajty do zapisu, bajt 9, 10 suma kontrolna CRC16. Sterownik chcąc sterować linią, zapisuje w dziewiątym bajcie polecenie, jakie ma wykonać symulator linii produkcyjnej. Polecenie to musi być odpowiednio ułoŝone, aby symulator mógł je poprawnie zinterpretować: bit 1 Podajnik, bit 2 Taśma transportowa, bit 3 Stanowisko robocze pierwsze, bit 4 Stanowisko robocze drugie, bit 5 Stanowisko robocze trzecie, bit 6 Kontrola jakości (wybór pojemnika). Sterownik Beckhoff realizuje to w następujący sposób: 11
Szczegółowe informacje, w jaki sposób sterownik Beckhoff wysyła i odbiera dane za pomocą protokołu Modbus RTU, opisane zostały w rozdziale 5.5.2. Opis programu dla sterownika BX9000. 3.5. Połączenie symulatora ze sterownikiem Beckhoff Na przykładzie sterownika Beckhoff BX9000, został przedstawiony sposób połączenia symulatora ze sterownikiem. Przed połączeniem sterownika z symulatorem, naleŝy najpierw skonfigurować i zaprogramować sterownik. Napisany gotowy program, sterujący symulatorem linii znajduje się na końcu w dodatkach. Opisywany sterownik posiada dwa interfejsy COM1 i COM2 umieszczone w jednym złączu oznaczonym jako D-Sub (Rys. 14). Do komunikacji z innym urządzeniem przeznaczony jest interfejs COM2. Aby połączyć sterownik z komputerem za pomocą interfejsu szeregowego RS232, kabel do przesyłania danych musi zostać skrosowany (skrzyŝowany). Na rysunku 15 przedstawiono sposób połączenia kabla, pomiędzy komputerem a sterownikiem. Rys. 14. Opis wyprowadzeń złącza Źródło: Beckhoff, Dokumentacja dla sterownika BX9000. 12
GND GND TxD RxD TxD RxD 6 1 1 6 Komputer Sterownik PLC Rys. 15. Połączenie komputera ze sterownikiem Po przygotowaniu sterownika i skonfigurowaniu symulatora moŝna nawiązać połączenie ze sterownikiem. NaleŜy w tym celu wybrać z menu Linia opcję Połącz. Poprawność połączenia sygnalizowana jest graficznie, niebieski pasek sygnalizuje poprawne połączenie, czerwony pasek oznacza brak połączenia. Gdy połączenie zostało nawiązane poprawnie, zaprogramowany sterownik moŝe sterować linią produkcyjną. NaleŜy przejść do trybu automatycznego by uruchomić proces produkcyjny, moŝna to wykonać przez wybór z panelu kontrolnego symbolu A.. W kaŝdej chwili moŝliwe jest równieŝ przejście do trybu manualnego i ręczne sterowanie linią produkcyjną. JeŜeli linia produkcyjna jest zajęta tzn. na taśmie transportowej lub na stanowiskach znajdują się przedmioty, to przed przejściem do trybu automatycznego naleŝy je wszystkie usunąć. MoŜna to zrobić za pomocą ikony umieszczonej na pasku narzędziowym programu. Symulator umoŝliwia dodatkowo zapis procesu produkcyjnego. Przed przejściem do trybu automatycznego, moŝna utworzyć plik do którego będą zapisywane wyniki symulacji. Z menu Plik naleŝy wybrać Utwórz nowy plik. Jeśli tego nie zrobiono, to przed przejściem do sterownia automatycznego program sam przypomni o tym. Do pliku symulacji zapisywany jest stan wszystkich czujników i stan stanowisk roboczych (Rys. 16). Zapis przebiegu symulacji moŝe być kontrolowany przez uŝytkownika. W kaŝdej chwili podczas pracy automatycznej, moŝna wstrzymać proces zapisu, ikona umieszczona na pasku narzędziowym programu lub kontynuować zapis, ikona. Pliki symulacji są zapisywane w domyślnym folderze o nazwie Pliki symulacji. Pliki te moŝna przeglądać bezpośrednio w programie, w tym celu naleŝy wybrać ikonę, a następnie odszukać plik symulacji. 13
Rys. 16. Zawartość pliku symulacji Rys. 17. Przykładowy zrzut ekranu podczas pracy symulatora w trybie automatycznym 14