Konfiguracja, diagnostyka i wymiana danych procesowych w teleinformatycznych sieciach przemysłowych

Konfiguracja, diagnostyka i wymiana danych procesowych w teleinformatycznych sieciach przemysłowych Artykuł powstał na podstawie pracy dyplomowej opartej o nowoczesne rozwiązania systemowe firmy Siemens, realizowanej w Katedrze Informatyki Stosowanej Politechniki Łódzkiej oraz na terenie Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów S.A. Opisywana tematyka porusza zagadnienia zarówno związane z budową, funkcjonowaniem i wymianą danych procesowych w sieciach przemysłowych, jak również prezentuje sposób konfigurowania przykładowego systemu sterowania dla obiektów koparek węglowych Rys. 1. Rys. 1 Maszyna górnicza - pojazdy podawarki, [Zdjęcie z pracy dyplomowej] Możliwości zastosowania oprogramowania takiego jak STEP 7, DriveES, DriveMonitor, specjalizowanego i dedykowanego do programowania oraz obsługi sterowników SIMATIC, napędów elektrycznych SIMOVERT MASTEDRIVES VC produkcji firmy Siemens, zobrazowano na przykładach praktycznych z zastosowaniem do celów diagnostyki i monitoringu wymiany danych procesowych na obiektach przemysłowych. Na bazie opracowanego projektu programowosprzętowego, odpowiedniego przygotowania merytorycznego oraz praktycznego i wykonanych pomiarów, w tym rejestracji przebiegów wielkości elektromechanicznych na obiekcie przemysłowym, zaprezentowano użytkową możliwość diagnostyki struktur sterowania bez konieczności ingerencji w program główny układu automatyki dla charakterystycznego obiektu przemysłowego. 1 Współczesne systemy automatyki przemysłowej Projektowane obecnie systemy automatyki należą do grupy rozbudowanych i rozproszonych peryferyjnie układów sterowania. Komunikacja sieciowa i procesowa wymiana danych np. w PROFIBUS DP, realizowana jest w oparciu o jednostki centralne Master, takie jak SIMATIC S7-300 i S7-400, sieci przemysłowe, takie jak PROFIBUS DP, czy PROFINET (nowoczesne rozwiązania programowe i sprzętowe) oraz uczestników sieci, tzw. jednostki Slave, takie jak S7-200 (dla PROFIBUS DP), czy też inteligentne systemy napędowe z wbudowaną logiką, takie jak: SINAMICS S120 czy rodzina SIMOVERT, Rys. 2. Strona - 1

SIMAT S AUTORYZOWANE CENTRUM M 1 SIMATIC S7 OP PC / PG Kanał acykliczny DPV1 Komunikacja lateralna PROCESS FIELD BUS Cykle POSMO A POSMO SI, CA, CD SIMODRIVE 611 Universal MASTERDRIVES MC oraz VC MICROMASTER MM4xx SIMOREG DC Master ET200 Rys. 2 Przykład możliwości rozwiązań struktur sieciowego sterowania według koncepcji firmy Siemens - Total Integrated Automation, [Schemat i koncepcja TIA Siemens] Zadaniem układów rozproszonych (DP rozproszone peryferia) jest zarówno zbieranie różnych informacji procesowych, jak również realizacja funkcji sterowania urządzeniami wykonawczymi. Osobnym, lecz bardzo ciekawym, ważnym i aktualnym zagadnieniem jest tematyka dotycząca realizowanej obecnie integracji rozwiązań Motion Control w dobrze opanowanych, sprawdzonych i rozpowszechnionych od dawna w przemyśle, strukturach SIMATIC (S5, S7200, S7300, S7400). Rozwiązaniem tym jest rodzina SIMATIC Technologia, którą znamy pod nazwą SIMATIC S7-315T oraz S7-317T. To rozwiązanie, przede wszystkim, pozwala użytkownikowi skorzystać z koncepcji integracji systemów automatyki TIA Siemensa z dostępem do rozproszonych peryferii oraz zintegrowanego oprogramowania narzędziowego. 1.1 Protokoły komunikacyjne sieci PROFIBUS Standard komunikacyjny PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) jest siecią opartą na modelu referencyjnym ISO/OSI, który obrazuje możliwości komunikacji pomiędzy stacjami pracującymi w sieci rozproszonej, określa zasady oraz reguły transmisji danych i interfejs, który jest wykorzystywany w danym protokole Rys. 3. Rys. 3 Model referencyjny ISO/OSI w zastosowaniu do komunikacji PROFIBUS [materiały - PNO PROFIBUS Polska, www.profibus.org.pl] Model referencyjny precyzuje wszystkie konieczne elementy, strukturę sieciową oraz zadania związane z wymianą danych i komunikacją Rys. 3. Model ISO/OSI został podzielony na siedem warstw, w których każda spełnia specjalne funkcje i zadania w procesie komunikacji. Każda warstwa komunikuje się z sąsiednimi, dodając do przekazywanych danych swój nagłówek. W przypadku, gdy system komunikacyjny nie potrzebuje danej funkcji, wówczas odpowiednia warstwa nie jest wykorzystywana i zostaje pomijana. Tak jak zaznaczono na Rys. 3, PROFIBUS wykorzystuje warstwy: 1,2 i 7. Norma IEC 61158 szczegółowo definiuje podział warstw modelu ISO/OSI oraz Strona - 2

stanowi dokładne wytyczne dla usług sieciowych i protokołów w Cyfrowej komunikacji danych w sieciach polowych, pomiarowych i sterujących, do zastosowania w przemysłowych systemach sterujących. Przykład takiej rozgałęzionej struktury sieciowej przedstawia poniższy rysunek Rys. 4 Rys. 4 Przykład struktury sieciowej, [Rysunek z pracy dyplomowej] Standard PROFIBUS DP charakteryzuje się szybkim i cyklicznym procesem wymiany danych między poszczególnymi stacjami współpracującymi ze sobą w sieci. Celem standardu DP jest komunikacja między urządzeniami obiektowymi, sygnałami analogowymi oraz systemami rozproszonych wejść/wyjść, napędów i zabezpieczeń. Z analizy struktury Rys. 4 wynika, iż na przykładowym obiekcie, komunikacja i wymiana danych procesowych realizowana jest w sieciach Ethernet, PROFIBUS, PTP oraz MPI. Sieciową wymianę danych organizują sterowniki SIMATIC S7-318 2DP z modułem komunikacyjnym CP 343-1 do Ethernetu oraz SIMATIC S7-416 2DP z modułem komunikacyjnym CP 443-1 (Ethernet). Moduły Slave, w tym falowniki rodziny SIMOVERT i układy zabezpieczeń SIPROTEC przeznaczone dla sieci elektroenergetycznych i generatorów, podłączone są wspólnie do sieci PROFIBUS DP. Dodatkowo, w systemie sterowania pracują cztery stacje operatorskie, które służą do wizualizacji, pomiarów, diagnostyki i archiwizacji, wymiany zmiennych i sygnałów procesowych. 1.2 Podstawy budowy i funkcjonowania napędów Przemienniki częstotliwości SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control, w szerokim spektrum zastosowań przemysłowych, w tym do pracy na obiektach górniczych, stosowane są do regulacji prędkości obrotowej i momentu silników prądu przemiennego. Dzięki zawansowanej budowie mikroprocesorowej, przemienniki te umożliwiają dużą ingerencję użytkownika w parametry układów sterowania i automatycznej regulacji. Cechami charakterystycznymi przemienników SIMOVERT MASTERDRIVES są: możliwość zastosowania do różnego typu napięć zasilających, sterowanie polowo-zorientowane, identyfikacja zastępczych parametrów modelowych podłączanych silników, optymalizacja i adaptacja nastaw układu regulacji prędkości, praca napędów w dużym obciążeniu i przeciążeniu, możliwość dołączenia modułów i kart rozszerzeń, wbudowany rejestrator przebiegów, Za pomocą SIMOVERT MASTERDRIVES VC można zasilić trójfazowy silnik w zakresie mocy wyjściowej od 0.55 kw do 2500 kw. Ten typ urządzenia, konstrukcyjnie jako falownik, zasilany jest Strona - 3

napięciem stałym w zakresach napięć: 270...310 V/ 510...650 V/ 675...810 V/ 890... 930V (falowniki napięciowe z kondensatorami w członie DC). Innym rozwiązaniem, aby zasilić falownik może być zastosowanie jednostki zasilająco-odzyskującej, która przekształca trójfazowe napięcie zasilające na napięcie stałe i odwrotnie. Dzięki wbudowanemu układowi modulacji szerokości impulsów (PWM) falownik może regulować częstotliwość wyjściową w zakresie od 0 Hz do 600Hz. Wewnętrzna elektronika napędu falownikowego zasilana jest napięciem 24V. Napęd falownikowy może być również sterowany w następujący sposób: Sterowniczy panel operatorski PMU, który umieszczony jest na pulpicie napędu, Panel operatorski OP1S, nakładany na płytę czołową lub mocowany w szafie sterowniczej (komunikuje się z napędem przez łącze szeregowe RS485), Dodatkowe elementy automatyki i karty sterujące magistrali komunikacyjnej napędu: CBP (PROFIBUS), CAN (CANBus) i SLB(SIMOLINK), Magistrala komunikacyjna USS napędu przy pomocy elementów automatyki (np. Simatic) Komputer diagnostyczny zawierający oprogramowanie narzędziowe. Bezpłatne oprogramowanie DriveMonitor Siemensa, dostarczane do napędów, zapewnia dostęp i kontrolę do wszystkich funkcji, natomiast sterowanie jednostką odbywa się wewnątrz zamkniętej pętli elektroniki z czujnikiem prędkości obrotowej lub jako bezczujnikowe. 1.3 Technika BICO, parametry, dane procesowe i łączenie sygnałów Parametry BICO 1 przeznaczone są do definiowania źródeł sygnałów wejściowych dla bloków funkcyjnych. Takie zastosowanie umożliwia swobodne użycie tej techniki do definiowania przeznaczenia sygnałów binektorów i konektorów, z których stosowne bloki mogą odczytywać sygnały wejściowe, realizować bloki funkcyjne a następnie je przetwarzać. Jest to technika programowania napędów, a użytkownik, poprzez parametryzację, może łączyć bloki logiczne, które są umieszczone w pamięci karty CU (Control Unit) przekształtnika. Każdy parametr BICO posiada ustalone typy sygnałów wejściowych (binektory sygnały jednobitowe bitowe i konektory sygnały 16 lub 32 bitowe), które można przypisywać do odpowiednich wejść bloków. Binektory przeznaczone są do przenoszenia informacji o sygnałach binarnych. Każdy binektor składa się z nazwy, numeru oraz litery indentyfikacyjnej (B2100). Numer binektora składa się zawsze z czterech cyfr, a binektory, ze względu na ich definicję, mogą przyjmować dwa stany logiczne: 0 (logiczny fałsz) oraz 1 (logiczna prawda). Konektory (oznaczenie K lub KK) pełnią rolę funkcji służącej do zbierania i przenoszenia sygnałów analogowych lub grup bitowych. Wszystkie wartości nadawane konektorom są wartościami znormalizowanymi, w których występuje kilka wyjątków takich jak na przykład konektory dla słowa kontrolnego Rys. 5. 1 BICO jest to technika firmy Siemens przeznaczona do logicznego łączenia sygnałów, a jej nazwa pochodzi od słów BInector COnnektor Strona - 4

Np. K0011 Wejście analogowe Np. KK3032 PZD PROFIBUS MW 200 MD 200 Rys. 5 Łączenie i przepływ danych procesowych w Technice BICO, [materiały z pracy dyplomowej] Analizując powyższe zakresy, można zauważyć, że w przypadku zadania wartości 200%, wartość konektora zmienia się na liczbę ujemną - wartość ta przyjmuje znak ujemny w systemie heksagonalnym. Taki przypadek jest niebezpieczny, szczególnie w czasie uruchamiania maszyny, ze względu na możliwość uruchomienia napędu w przeciwną stronę do wymaganego kierunku. Zatem znajomość mechanizmów i zakresu wymiany danych procesowych jest bardzo ważna. 2 Dane procesowe W standardzie PROFIBUS, dane użyteczne do przesyłu danych są strukturalnie zdefiniowane dla napędów o regulowanej prędkości (standard PROFIdrive) jako obiekty danych parametrów procesowych (PPO). Odpowiedni wybór typu PPO jest uzależniony od zadań napędu w układzie automatyki oraz klasyfikacji rozwiązania maszyny i realizacji funkcji komunikacyjnych. Proces transmisji danych odbywa się w jak najkrótszych odcinkach czasowych, a komunikacja danych podzielona jest na dwa obszary, które możemy przesłać za pomocą telegramów: zakresu danych procesowych PZD (słowa sterujące, wartości zadane, informacje procesowe), zakresu parametru PKW (informacje o parametrach oraz żądanie zmian lub odczytu parametrów). Rys. 6 Podgląd i analiza wymiany zdefiniowanych danych procesowych za pomocą oprogramowania narzędziowego na stanowisku laboratoryjnym Strona - 5

Zakres danych procesowych kontroluje stan napędu oraz stan w jakim aktualnie się znajduje podczas realizacji funkcji i zadań w układzie automatyki, np. załączanie/wyłączanie, wartości zadane i aktualne. Zakres parametru, poprzez system magistrali komunikacyjnej, umożliwia użytkownikowi swobodny dostęp do wszystkich parametrów zawartych w przemienniku częstotliwości, np. odczyt komunikatów o błędach i zakłóceniach oraz dostarcza wszelkich informacji diagnostycznych. 2.1 Cykliczne przesyłanie danych Struktura danych użytkownika podzielona została na obszary PZD i PKW w celu spełnienia funkcjonalnych wymagań w całym systemie komunikacji. Dane procesowe PZD są zawsze transmitowane i wykonywane w napędzie o wyższym priorytecie w jak najkrótszych odcinkach czasowych. W pierwszym kanale, zgodnie ze standardem PROFIdrive przesyłane jest słowo sterujące, a w kolejnych wybrane dane procesowe. Schemat struktury komunikacji cyklicznej przedstawiono na Rys. 7 PZD 1 Sterownik S7-300 Sieć PROFIBUS PZD 2 PZD 6 Słowa wyjściowe Falownik Simovert MasterDrivers PZD 1 PZD 2 PZD 6 Słowa stanu Rys. 7 Struktura organizacji komunikacji cyklicznej w sieci PROFIBUS W obszarze danych procesowych PZD w sieci PROFIBUS, pomiędzy jednostką Master (SIMATIC S7300 i S7400) a jednostką Slave (przemiennik SIMOVERT) możemy przesyłać słowa sterowania i wartości zadane oraz odbierać w PLC słowa stanu i wartości aktualne. Za pomocą zakresu parametru PKW możemy kontrolować lub zmieniać dowolne parametry zawarte w przemienniku SIMOVERT. 2.2 Acykliczne przesyłanie danych W przypadku acyklicznego kanału przesyłu danych (Rys. 8), nie ma możliwości zadawania i zmiany zakresu danych procesowych PZD. Natomiast zakres PKW (wartość identyfikatora parametru) umożliwia obserwację oraz zmianę dowolnego parametru urządzeniu Slave przemiennik SIMOVERT. Rys. 8 Budowa zakresu danych parametru PKW za pomocą acyklicznej komunikacji danych, [kompendium dokumentacji Siemensa] Strona - 6

Za pomocą kanału acyklicznego możemy przesyłać w jednym czasie większą ilość danych niż w cyklicznym kanale przesyłania danych. Dzięki temu rozwiązaniu, cała jednostka danych wyłącznie bierze udział w transmisji parametrów. W jednym bloku danych możemy maksymalnie przesłać 206 bajtów, gdzie wszystkie wartości tablicy są przesyłane szeregowo tzn. jedna wartość za drugą. 2 Wymiana danych procesowych pomiędzy sterownikiem SIMATIC i napędami SIMOVERT za pomocą sieci PROFIBUS i karty komunikacyjnej CBP2 Komunikacja pomiędzy sterownikiem PLC (SIMATIC S7), a jednostką Slave (napęd SIMOVERT), odbywa się poprzez kartę komunikacyjną CBP (karta komunikacyjna), która zapewnia odbiór oraz transmisję wszystkich informacji. Parametry konfiguracyjne oraz graficzną strukturę danych procesowej, do której użytkownik posiada pełny dostęp, przedstawia Rys.9. Rys. 9 Schemat funkcjonalny wymiany sygnałów karty komunikacyjnej CBP w technice BICO, [kompendium dokumentacji Siemensa] Zakres słów PZD składa się z ośmiu kanałów, z których każdy składa się z dwóch słów 16-to bitowych. Natomiast każdemu słowu można przypisać konektor, a do każdego konektora użytkownik może wybrać zadeklarowane 16 binektorów. Jedna karta komunikacyjna może przesłać lub odebrać 256 bitów, a w przemienniku SIMOVERT można zainstalować dwie karty CBP. Przykładowo w napędzie, dostęp do bitów słowa sterującego (konektor K3001) uzyskujemy przez odwołanie do poszczególnych binektorów kanału pierwszego z zakresu B3100 B3115. Zgodnie ze standardem PROFIdrive, binektor B3100 odpowiada za bit ZAŁ/WYŁ, a B3115 za błąd zewnętrzny. 2.1 Transmisja danych przez kartę komunikacyjną CBP Dane wysyłane do sterownika SIMATIC muszą zostać wcześniej przygotowane w napędzie SIMOVERT. W odpowiednim parametrze użytkownik deklaruje, które wielkości statusowe są transmitowane do jednostki nadrzędnej Master. Należy pamiętać, że deklarując odpowiedni typ danych obiektowych (typ PPO), wybieramy ilość danych, które biorą udział w komunikacji pomiędzy napędem, a sterownikiem Rys. 10. Strona - 7

Rys. 10 Mechanizm wymiany danych i definicja danych wysyłanych do sterownika SIMATIC, [kompendium dokumentacji Siemensa] W powyższym diagramie funkcyjnym przedstawiona został mechanizm transmisji słów pomiędzy napędem a sterownikiem. Transmisja ta odbywa się za pomocą dwóch zakresów słów PKW i PZD. Zakres słów PKW podzielony jest na cztery słowa. Natomiast w zakresie słów PZD odbywa się transmisja 16-tu słów, która polega na tym, że gdy mamy wybrany konektor podwójnego słowa, to podłączamy go do dwóch konektorów o następujących po sobie indeksach. Wówczas ten konektor transferowany jest jako 32-bitowe słowo. Natomiast każdy konektor 16-bitowy o pojedynczej długości słowa, w zakresie słów PZD, przydzielony jest do osobnego kanału. 2.2 Organizacja wymiany danych w strukturze przekształtnika Aby sterować układem przekształtnikowym za pomocą sterownika SIMATIC i sieci PROFIBUS, aby np. móc odczytywać stany w jakich znajduje się przekształtnik, należy przygotować i przeprowadzić procedurę parametryzacji: - za pomocą oprogramowania STEP 7 i HW Config należy przygotować projekt sprzętowy z konfiguracją sieci PROFIBUS i systemem napędowym Rys. 11. We właściwościach napędu podłączonego do sieci należy wybrać tryb adresowania PPO. Po wybraniu zostaną podane informacje o adresach wejść/wyjść dla zakresu obszaru parametrów PKW oraz danych procesowych,,actual value/setpoint, Rys. 11 Projekt sprzętowy, konfiguracja sieciowa systemu sterowania, [oprogramowanie narzędziowe Siemensa koncepcja TIA] - za pomocą oprogramowania DriveMonitor, należy odpowiednio przypisać w parametrach konfiguracyjnych, słowa sterujące oraz słowa stanu Rys. 12. Diagram i rozkład bitów słowa Strona - 8

sterującego odpowiada standardowi PROFIdirive. Następną ważną rzeczą jest przesłanie stanu napędu do sterownika za pomocą słowa stanu pierwszego i drugiego. Rys. 12 Słowo sterujące w strukturze sterowania przemiennikiem SIMOVERT realizującym zadania za pomocą sterownika SIMATIC i sieci PROFIBUS, [kompendium dokumentacji i oprogramowanie narzędziowe Siemensa koncepcja TIA] - W celu sterowania napędem SIMOVERT za pomocą sterownika SIMATIC poprzez sieć PROFIBUS, należy stworzyć program w Edytorze LAD/STL/FBD pakietu STEP7. Użytkownik ma tutaj możliwość sterowania przekształtnikiem za pomocą dwóch pierwszych słów PZD1 i PZD2 zawartych w obszarze PPO2. Słowa te, są wysyłane podczas komunikacji ze sterownika PLC do falownika, jako dwa słowa wyjściowe sterujące oraz jako dwa słowa wejściowe stanu, które są wysyłane przez falownik do sterownika Rys. 13. Rys. 13 Program przykładowy w STEP 7 do realizacji funkcji słowa sterującego w SIMOVERT MASTERDRIVES VC, [materiał z pracy dyplomowej] Struktura tworzonego programu będzie zależała od tego, czy w komunikacji, do wymiany danych, wykorzystuje się funkcje systemowe SFC14 i SFC15 lub czy korzystamy z pakietu DriveES (koncepcja TIA Siemensa). Pakiet DriveES pozwala programiście na bezpośredni dostęp do napędu jak do obszarów peryferyjnych i ich adresację. Strona - 9

3 Sieciowa analiza stanów pracy napędów falownikowych w pojazdach podawarki Koncepcja całkowitej integracji automatyki, opracowana przez Siemensa, pozwala użytkownikowi systemu również na diagnostykę sieci przemysłowej realizującej zadania na obiekcie maszyny. W celu odczytu informacji diagnostycznych należy wspomóc się opcją,,hardware Diagnostic w oprogramowaniu,,simatic Manager. Wówczas dostępny jest podgląd stanów wszystkich modułów, które sygnalizują błędy. Po przejściu w stan,,online, cała konfiguracja wyświetla aktualne informacje o błędach w sieci oraz analizuje dostępność wszystkich stacji sieciowych. Brak dostępu do stacji jest sygnalizowany poprzez przekreślenie na czerwono ikony symbolizującej DP slave. Natomiast od strony przemiennika jako uczestnika sieci, w trakcie rozruchu lub pracy układu, istnieje możliwość rejestracji przebiegów wielkości elektromechanicznych w czasie. Na podstawie analizy tych przebiegów, użytkownik może stwierdzić poprawność pracy układów SIMOVERT, brak usterek, czy zakłóceń oraz może diagnozować i przeciwdziałać ewentualnym nieprawidłowościom i zakłóceniom w pracy urządzeń Rys. 14. Rys. 14 Elektromechaniczne przebiegi czasowe z zaznaczonymi bitowymi informacjami sygnałów sterujących, [materiał z pracy dyplomowej] W części praktycznej, do analizy rozruchu silnika indukcyjnego wybrano następujące przebiegi elektromechaniczne: dwustanowe sygnały sterujące pracą napędu, przebiegi prędkości zadanej i rzeczywistej oraz składowe prądu stojana. W sterowaniu wektorowym silnika asynchronicznego ważny jest model matematyczny silnika, który odwzorowany zostaje jako obiekt w algorytmie sterowania. Po przekształceniach, dostępne są dwie składowe prądu stojana, z których (w uproszczeniu) jedna składowa odpowiada za strumień magnetyczny (Isd), a druga składowa odpowiada za moment silnika (Isq). Na Rys. 14 zaprezentowano wynik rejestracji wykonanej w wybranych urządzeniu Slave za pomocą sieci PROFIBUS i sterownika SIMATIC. W chwili t1 przekształtnik otrzymuje sygnał Załącz od sterownika. Sygnał statusowy widoczny na przebiegu opisany jako Gotowy do zał. zmienia stan z wysokiego na niski oznacza to stan Praca. Analizując sygnał Praca wyraźnie widać, iż pomimo odebrania sieciowego rozkazu Załącz od sterownika SIMATIC, przekształtnik nie uruchamia się. Opóźnienie to wynika z faktu ładowania obwodu kondensatorów w członie DC przekształtnika. W chwili zakończenia ładowania wstępnego, na zaciskach wyjściowych falownika pojawia się napięcie (chwila t2). Rozpoczyna się proces rozruchu. Należy zauważyć, że pomimo pojawienia się napięcia wyjściowego na zaciskach falownika silnik nie obraca wirnika. Stwierdzamy to na podstawie przebiegu prędkości oraz świadczy o tym sygnał niski potwierdzenia otwarcia luzownika opisany jako Luzownik otwórz. W chwili t2 widać, że jedna składowa prądu (składowa Isd) zaczyna narastać (wzbudzenie). Ustala się stan strumienia magnetycznego silnika. Widać wyraźnie, że stan ten ustala się dopiero w chwili t4. Wcześniej pojawia się składowa prądu (Isq) odpowiedzialna za generowanie momentu. Silnik zaczyna się obracać dopiero w chwili t3, gdy luzownik zostaje odblokowany (podniesiony) sygnał Luzownik otwórz zmienia stan na wysoki. Analizowany układ napędu jazdy podawarki jest tak skonfigurowany, że koniecznym jest pojawienie się wstępnego momentu rozruchowego (moment startowy). Wówczas, w obwodzie regulacji, kontrolowany jest prąd wyjściowy falownika i jeśli jego wartość przekroczy odpowiedni próg luzownik może zostać otwarty, czym umożliwia prace silnika. Strona - 10

4 Podsumowanie i wnioski Tematyka konfiguracji, diagnostyki i wymiany danych procesowych w sieciach przemysłowych omawia zagadnienia związane z budową, funkcjonowaniem i wymianą danych procesowych pomiędzy jednostkami pracującymi w zaawansowanych i rozległych strukturach sieciowych. Zaprezentowano zarówno sposób konfigurowania przykładowego systemu sterowania, jak i zaprezentowano możliwości diagnostyki w projektowanych strukturach sieciowych. Jednocześnie zwrócono uwagę na zagadnienia komunikacyjne w napędach przemysłowych, jako uczestników Slave sieci przemysłowej PROFIBUS. W obszernej części praktycznej zostały opisane popularne standardy komunikacyjne występujące w rozwiązaniach przemysłowych koparek węgla brunatnego. W artykule i w pracy dyplomowej, omówiono oprogramowanie narzędziowe i specjalizowane, dedykowane do sterowników PLC SIMATIC oraz przekształtników SIMOVERT firmy Siemens. W części praktycznej pracy został przygotowany projekt programowo-sprzętowy oraz wykonano badania na obiekcie przemysłowym z rejestracją przebiegów wielkości elektromechanicznych. Przedstawiono wyraźnie sposób tworzenia struktur rozległych sieci przemysłowych, konfigurowania, uruchamiania i diagnostyki systemów sterowania na obiektach. Zaprezentowano przy tym możliwość diagnostyki struktur sterowania bez konieczności ingerencji w opracowany układ automatyki występujący na koparce. Dodatkowo praca została wzbogacona o przebiegi dynamiczne zarejestrowane w układzie napędowym pojazdów podawarki. Wykonanie takiej pracy pozwoliło opanować szereg zagadnień istotnych i występujących w trakcie sterowania i regulacji sieciowych układów sterowania, gdzie najważniejszym zagadnieniem jest zarówno odpowiedni dobór wielkości procesowych do wymiany danych, optymalizacja nastaw układów regulacji, jak i poprawna konfiguracja struktur danych procesowych wymienianych między poszczególnymi jednostkami. Przeprowadzone badania pozwoliły przede wszystkim poznać szereg aspektów istotnych w trakcie konfigurowania, uruchamiania i diagnostyki systemu sterowania. Np. dla prawidłowej komunikacji pomiędzy sterownikiem Master, a napędem falownikowym Slave, ważnym staje się odpowiedni dobór prędkości transmisji do wymiany danych, optymalna konfiguracja danych wymienianych między jednostkami, długość segmentów sieci i liczba uczestników. W rzeczywistym układzie przemysłowym jakim jest napęd pojazdów podawarki prędkość wymiany danych skonfigurowana jest na 1,5 Mb/s. Wydaje się, że w danym rozwiązaniu jest to wystarczająca prędkość transmisji danych. Zwiększenie prędkości wymiany danych w tym konkretnym przykładzie mogłoby się wiązać z większymi zakłóceniami w transmisji informacji spowodowanymi znacznymi odległościami między stacjami pracującymi w jednej sieci. Oprogramowanie firmy Siemens daje użytkownikowi ogromne możliwości zarządzania od konfiguracji przez uruchomienie aż po użytkowanie i diagnostykę systemu automatyki. Koncepcja TIA pozwala analizować oraz rejestrować sygnały sterujące, przebiegi wielkości charakterystycznych oraz usuwać ewentualne błędy i nieprawidłowości. Autorzy dziękują Kierownictwu Katedry Informatyki Stosowanej Politechniki Łódzkiej Dyrekcji i Kierownictwu Kopalni, Dyrekcji i Kierownictwu A&D Siemens, za dostęp do sprzętu i nietuzinkowych obiektów przemysłowych oraz możliwość realizacji tak ciekawych prac poznawczych. Dyplomant: inż. Łukasz Błaszczyk BOT Kopalnia Węgla Brunatnego Bełchatów S.A. Opiekun pracy: dr inż. Mariusz Jabłoński Politechnika Łódzka Katedra Informatyki Stosowanej mariusz.jablonski@simlogic.pl Praca dyplomowa powstała przy współpracy z firmą Strona - 11