Laboratorio Nº 2

LABORATORIO DE REDES INDUSTRIALES

Practicas de Automatizacin [email protected] Julio Vacas Llanque

COMUNICACION SERIAL RS485-PROFIBUS DP

S7-300 VS SINAMICS G120 1.0 INTRODUCCIN

Reconocer el hardware involucrado en un enlace serial RS485 Profibus DP Identificar y Configurar los parmetros de comunicacin Profibus DP del

Variador Sinamics G120 Configurar la Red Profibus DP Implementar un enlace serial RS485 Profibus DP MASTER-SLAVE entre el PLC

S7-300 Variador de Frecuencia Sinamics G120.

2.0 DEFINICIONES BASICAS

Interfaz Fsica; es el medio fsico a travs del cual se establece la comunicacin Ej. RS485, RS232, RS422, Ethernet. Etc Protocolo; es el lenguaje digital que manejan los dispositivos para poder comunicarse Bus de campo; es el medio por el cual se gestiona el manejo de datos en forma serial. Mster; es la categora que se le asigna a un dispositivo dentro de un bus de campo para que sea el encargado de gestionar las comunicaciones. Slave; es la categora que se le asigna a un dispositivo dentro de un bus de campo, el cual se caracteriza por obedecer las instrucciones que le impone el dispositivo Master.

3.0 GENERALIDADES

3.1 Bus de Campo.

Bus de Campo: Redes digitales bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie que conectan dispositivos de campo como transductores, actuadotes, sensores, mdulos de E/S, controladores de velocidad, terminales de operador con los sistemas de control: PLCs, PCs, NC, RC, etc..

Normalmente son sistemas abiertos. Buses DeviceNet, WorldFip, Fundation Fieldbus, Modbus, Interbus y Profibus.

Comunicacin en el Nivel de Campo, requisitos: - Sistema robusto y resistente al ambiente industrial. - Requisitos temporales crticos, transmisin de los datos del proceso en

tiempo real (determinstica), en forma cclica. - Comunicacin de datos de diagnostico, parmetros y mensajes

transmisin acclica, segn demanda. - Facilidad de instalacin y mantenimiento. - Reduccin de costos por: instalacin, mantenimiento y modificacin.

3.2 Profibus. Se inicia con un proyecto de 21 empresas e institutos de investigacin alemanes

en el ao 1987. Objetivo: Bus de campo, bit serial que soporte manufactura y procesos. PROFIBUS es actualmente el lder de los sistemas basados en buses de campo

en Europa y goza de una aceptacin mundial (20% del mercado en 1999). Todos los fabricantes lderes en tecnologa de automatizacin ,ofrecen interfaces

PROFIBUS para sus dispositivos. Es estndar europeo EN 50170 e internacional IEC 61158. PROFIBUS puede ser usado tanto para transmisin crtica en el tiempo de datos,

a alta velocidad, como para tareas de comunicacin extensas y complejas.



Esta versatilidad viene dada por las tres versiones compatibles que componen la familia PROFIBUS

3.2.1 Caractersticas principales de las versiones:

Profibus-DP (Periferia Descentralizada)

Optimizado para alta velocidad y costo reducido. Intercambio de datos cclico. Transferencia de pequeas cantidades de datos. Plug & Play. Diseado especialmente para la comunicacin entre los sistemas de

control de automatismos y las entradas/salidas distribuidas en procesos de manufactura.

Profibus-PA (Automatizacin de Procesos)

Bsicamente es la ampliacin de Profibus-DP con una tecnologa apta para ambientes peligrosos y con riesgo de explosin, MBP technology (estndar IEC 1158-2).

Permite la conexin de sensores y actuadores a una lnea de bus comn en reas especialmente protegidas.

Comunicacin de datos y energa en el bus mediante el uso de 2 conductores.

Destinado a reemplazar la tecnologa en lazo 4 a 20 mA en instrumentacin y control.

Profibus-FMS (Fieldbus Messages Specifications)

Diseado para un gran numero de aplicaciones y comunicaciones al nivel de clula, donde PCs y PLCs se comunican entre s.

Comunicaciones de propsito general, supervisin, configuracin,... Transmisin de grandes cantidades de datos: programas y bloques de datos.



Intercambio acclico de datos con tiempos no crticos, par a par (peer to peer), entre estaciones inteligentes.

3.2.2 Elementos del bus.

Nodos: Son los elementos esenciales del bus. Activos: son nodos que pueden actuar como maestro del bus,

tomando enteramente el control del bus. Pasivos: son nodos que nicamente pueden actuar como esclavos y

no tienen capacidad de control sobre el bus. Dialogan con los nodos activos mediante un mecanismo de pregunta-respuesta, pero no pueden dialogar directamente entre s.

Repetidores: Son simples transceptores bidireccionales para regenerar la seal (amplificadores).

3.2.3 Topologa. La topologa puede ser en forma de bus lineal o en forma de rbol, en el que los repetidores constituyen el nudo de partida de una expansin del bus.

z



3.2.4 Acceso al Bus

Data Link Layer (Capa 2, Modelo ISO/OSI): Descripcin del protocolo de acceso al bus (Mdium Acces Control: MAC) incluyendo la seguridad de los datos.

o Procedimiento que determina en que momento una estacin puede enviar datos.

o ISO: Internacional Organization for Standardization. o OSI: Open System Interconection Reference Model. Define los

elementos, estructuras y tareas requeridos para una comunicacin y las arregla en 7 capas.

El mtodo de acceso al bus combina comunicaciones Multi-Maestro y Maestro-Esclavo.

El protocolo de acceso al bus, es idntico para los tres perfiles de

Profibus.Esto habilita la comunicacin transparente entre secciones FMS/DP/PA en una misma red.

Debido a que FMS/DP usa el mismo medio fsico (RS-485/FO), ellos pueden combinarse en el mismo cable.

Acceso al Bus Protocolo de acceso hbrido Paso de testigo (Token Passing) entre los maestros. Master Slave entre maestros y esclavos Maestros Son estaciones activas que pueden tomar el control del bus durante una cantidad de tiempo limitada (Token - Hold - Time) Esclavos Los esclavos solo responden cuando son interrogados por el maestro; no controlan el bus.

El paso de testigo en redes multimaestro debe asegurar que cada maestro posea el tiempo suficiente para completar sus tareas de comunicacin.

El usuario debe configurar el tiempo de rotacin proyectado para el testigo (Target Token Rotation Time, TTR) tomando en cuenta las posibles tareas de todos los maestros.

Cada maestro calcula el tiempo del que dispone al recibir el testigo segn:



3.2.5 FMS/DP en comn

DP and FMS estn basados en capas 1 y 2 idnticas:

o DP y FMS pueden operar en el mismo bus. o Son idnticas los encabezados y la longitud de datos. o Las capas fsicas son iguales.

Un maestro puede manejar a varios esclavos. Varios maestros pueden participar en el bus. Velocidades de 9.6 kBd hasta 12 MBd. Los datos transmitidos pueden ser entre 1 y 244 bytes. Hasta 126 estaciones. Sistemas con varios segmentos, con 32 estaciones por segmento (repetidores

RS 485) Componentes comunes (ahorro en mantenimiento e inventarios de almacn)

o Cable, conectores, repetidores, fibra ptica.

3.2.6 PA/DP en comn



DP and PA estn basados en la misma definicin de protocolo de acceso al bus - DP/V1 (extended DP)

o DP y PA pueden usar el mismo maestro. o Las tramas son idnticas. o Las mismas herramientas de configuracin. o Los datos transmitidos pueden ser entre 1 y 244 bytes.

DP/PA couplers o Redes simples o Bajos tiempos de procesamiento o Interfaz entre ambos buses.

DP/PA link o Redes grandes o Esclavo DP y maestro PA o Desacopla las comunicaciones

3.2.7 Cableado de Profibus DP/FSM

Par trenzado y apantallado o Caractersticas definidas en EN50170 o Se utilizan cables y conectores segn el estndar

o Se logran baudrates > 1.5MBaud utilizando conectores especiales. o Se utiliza preferentemente el conector 9 pin Sub D. Provee IP20 o Otros conectores son posibles. Ej. M12 para IP65/67.



Fibra Optica Fibra de plstico o vidrio, Se utilizan conectores y mdulos especficos Ventajas:

o Inmunidad al ruido o Aislamiento galvnica, distintos potenciales o Grandes distancias o Operacin redundante es posible o Configuraciones de anillo y estrella

3.2.8 Profibus FMS/DP sobre RS485

Se requieren terminaciones La expansin de la red se da a travs de segmentos Terminacin RS485

o Cada segmento debe terminar en ambos extremos o La terminacin debe estar alimentada todo el tiempo o Se alimenta desde el dispositivo que la posee o Se prefiere colocar en el maestro

Estructura del segmento



Segmentos Se necesitan:

Se excede la longitud mxima Se excede la cantidad de dispositivos 32 (incluidos los repetidores)

Se pueden usar: Se quiere ramificar el bus Se quieren utilizar las 126 estaciones disponibles

4.0 RECONOCIMIENTO DE HARDWARE

4.1 PLC S7-300,CPU314-2DP

Los PLC S-7300 tienen integrado por defecto el puerto MPI dentro del SLOT del CPU, a travs de este puerto se puede programar el PLC, Supervisar al PLC (Ponerlo en linea), configurar redes MPI, pero solo con dispositivos siemens, dado que el protocolo MPI es propietario.

El CPU 314-2DP muy aparte de tener el puerto MPI, tiene un puerto DP o Profibus DP, a travs del cual puede formar parte de una red Profibus DP. Al ser Profibus un protocolo abierto no solo podemos integrar dispositivos siemens, sino tambin todas aquellas marcas que manejen este Protocolo. Ejm. Controlador de procesos UT35- Yokogawa, Variador ACS550-ABB y otros.

4.2 VARIADOR SINAMICS

Interfaz Fsica de Comunicacin

RS485-PROFIBUS



Parametros de configuracin profibus

5.0 COMUNICACIN VIA PROFIBUS DP

5.1 PROFIdrive Profile V4.0

Es el estndar de comunicacin que manejan los variadores siemens (sinamics), el cual define los telegramas de datos para el enlace profibus. 5.2 Estructura del Telegrama de datos

La estructura de datos para trafico cclico est dividido en 2 areas, las cuales pueden ser transmitidos en cada telegrama

rea de Proceso de datos (PZD)

Datos de proceso incluye palabras de control , estado , setpoint y valor actual La transferencia de datos de proceso no se hacen efectivo hasta que los bits usados en la palabra de control, setpoint, status, valor actual hayan sido direccionado en el variador

Canal de Parametros.

Esta rea est reservada para lectura y escritura de parmetros. Esta seccin del telegrama es usada para monitorear o cambiar algn parmetro en el variador.

5.3 Ajuste de la direccin Profibus en el Variador

La direccin PROFIBUS del convertidor puede ajustarse por medio de los interruptores DIP de la Control Unit o por medio del parmetro p0918.

Direcciones PROFIBUS vlidas: 1 125 Direcciones PROFIBUS no vlidas: 0, 126, 127

Si ha predeterminado una direccin vlida por medio de los interruptores DIP, siempre est activa esa direccin y el parmetro p0918 no se puede modificar.Si ajusta todos los interruptores DIP a "OFF" (0) o a "ON" (1), el parmetro p0918 especifica la direccin.



Nota: La modificacin de la direccin de bus no surte efecto hasta despus de desconectar y reconectar el convertidor.

5.4 Comunicacin cclica.

El perfil PROFIdrive define distintos tipos de telegramas. Los telegramas contienen los datos de la comunicacin cclica con un significado y un orden determinados. El convertidor dispone de los tipos de telegrama que se indican en la siguiente tabla

Tipos de telegrama.



Estado del Telegrama en el convertidor

Parmetro 922

Con este ajuste el convertidor determina la longitud y el contenido del telegrama. El Convertidor no admite modificaciones en el telegrama.

Palabra de mando y de estado 1 Las palabras de mando y de estado cumplen las especificaciones dadas para el perfil PROFIdrive, versin 4.1 para el modo de operacin "Regulacin de velocidad".



Palabra de mando 1 (STW1) Palabra de mando 1 (bits 0 10 segn perfil PROFIdrive y VIK/NAMUR, bits 11 15 especficos del convertidor).



Palabra de estado 1 (ZSW1) Palabra de estado 1 (bits 0 10 segn perfil PROFIdrive y VIK/NAMUR, bits 11 15 especficos de SINAMICS G120).



5.5 Configuracion de la comunicacin en la plataforma Administrador Simatic.

Fichero GSD El GSD es un fichero descriptivo para un esclavo PROFIBUS. El GSD del convertidor debe importarse en el maestro PROFIBUS, es decir, en el controlador, para configurar la comunicacin entre el controlador y el convertidor. El GSD del convertidor puede obtenerse de dos formas:

1. Encontrar el GSD de los convertidores SINAMICS en Internet (http://support.automation.siemens.com/WW/view/es/22339653/133100).

2. El GSD est almacenado en el convertidor. Si inserta una tarjeta de memoria en el convertidor y ajusta p0804 = 12, el GSD se copiar en la tarjeta. A continuacin puede usar la tarjeta de memoria para transferir el GSD a su PG/PC.

Parmetros de enlace profibus: Los siguientes parmetros deben ser seteados en el variador sinamics para establecer el enlace Profibus DP

Parametros Descripcion Default P0918 Direccion Profibus 3 P0700 Seleccin de la fuente de control 2 P0922 Seleccin del telegrama estandar Profibus 0 P1000 Seleccin de la fuente de referencia de velocidad 2 P2038 Seleccin del archivo profile 0 P2042 Seleccin del identificador profibus 0 r2050 Setpoint actual recibido del bus de campo --- P2051 Variable de proceso o velocidad actual a transmitir al bus de campo --- P2041 Funciones de la tarjeta de comunicacin profibus ---

P2040 Tiempo despues que una condicion de falla fue generada, si el telegrama no fue recibida 500ms

P0927 Este parametro define la Interface a traves del cual los parametros puede ser cambiados 1

r2054 Estado de la tarjeta de comunicacin profibus ---



Parametro P0918

Parametro P0700



Parametro P0922

Parametro P1000



Parametro P2038

Parametro P2042

Parametro r2050



Parametro P2051

Parametro P2040

Parametro P0927

Parametro r2054



Administrador Simatic:

a. Verificar la librera G120 GSD file, de lo contrario Instalarlo

b. Creacion de un proyecto STEP 7



c. Descarga de configuracin Hardware. d. Desarrollo del programa en lenguaje AWL.



Interpretacion del campo de bits.

e. Descarga de configuracin software y verifique el control del motor desde el PLC on Linea desde la PC y mediante el bus de campo PROFIBUS.

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