Jste zde

Frekvenční měnič SEW LTE-B a Profibus Gateway

Antonín Vojáček, 29. Květen 2013 - 20:46

Jaká je nejlevnější varianta řízení frekvenčního měniče přes sběrnici Profibus-DP? Paradoxně to není měnič Siemens s integrovaným Profibus rozhraním, ale základní měnič SEW MOVITRACK LTE-B a od stejného výrobce dodaná Profibus brána, na kterou lze navíc současně připojit až 8 měničů a velmi snadno využít i pro monitorování Profibus komunikace z PC aniž by to PC bylo součástí sběrnice.

V minulém článku "TEST - Levný základní frekvenční měnič SEW MOVITRACK LTE-B" jsem se zabýval jen samotným základním frekvenčním měničem řady LTE-B z nabídky společnosti SEW a jeho možností přímého napojení na počítač. Dnes se však podíváme na možnost sběrnicového připojení k nadřazenému systému obsahujícímu Profibus-DP sběrnici, tedy například PLC Siemens.

Proč a kdy využít levný měnič doplněný Profibus-DP bránou?

Pro jednu aplikaci jsem měl pro řízení dopravníku vytvořit rozvaděč s frekvenčním měničem, který bude ovládán z řídícího systému tvořeného PLC Siemens S7-400 prostřednictvím komunikační sběrnice Profibus-DP. Jak to dnes bývá běžné, rozhodující byla hlavně cena a proto jsem hledal finančně nejlevnější řešení. Protože požadavky na samotný měnič a s tím spojené ovládání motoru dopravníku o výkonu 0,25 kW nebyly nijak náročné, byl cíl najít nějaký levný základní měnič, který však bude mít možnost řídit / komunikovat přes Profibus-DP. Prakticky šlo o vzdálené provádění plynulého zastavování a rozjezd dopravníku s dojezdovou / rozjezdovou rampou a počátečním naladěním vhodné rychlosti dopravníku, možnost dálkově řídit rampy rozjezdu a dojezdu a od měniče získávat informace do systému o jeho stavu běhu, přetížení a chybách funkce.

Jako nejvýhodnější řešení se nakonec jevilo použít právě měnič základní řady SEW LTE_B a navíc ho doplnit Profibus-DP bránou od stejného výrobce. Frekvenční měnič SEW LTE-B totiž má standardně v sobě integrované firemní komunikační rozhraní sběrnice SBus, které slouží pro možnost vzájemného propojení více měničů mezi sebou a také jejich připojení na nadřazené PC či řídících jednotek SEW (PLC SEW) a provádět vzdálené softwarové spouštění / zastavení, nastavovat frekvenci a rozjezdovou a dojezdovou rampu. Na druhou stranu měnič zasílá po sběrnici informace o aktuálním stavu (běží, stojí, blokován), aktuální frekvenci a případná chybová hlášení, jako je přetížení apod.

K této SBus sběrnici jsou pak dále nabízeny různé SEW komunikační brány, tedy externí "krabičky", které provádějí "převod" SBus sběrnice na jiné komunikační protokoly jakými jsou například i Profibus-DP, ProfiNet, Ethernet apod. V mém případě tedy byla potřeba Profibus-DP brána s označením DFP21B/UOH11B. Kompletní sestava měniče SEW LTE-B 0,37 kW, sestavy propojovacích komunikačních kabelů a HUBu SBus sběrnice a Profibus-DP brány DFP21B/UOH11B pak cenově vyšla na cca 9000,- Kč, zatímco obchodní zástupce společnost Siemens mi nebyl schopen nabídnout žádné řešení s cenou pod 10 tis. Kč. Navíc v případě požadavku ovládání více měničů se již kupují jen samotné měniče, protože brána poskytuje napojení až 8 kusů.

Profibus gateway SEW DFP21B/UOH11B

U Profibus brány DFP21B/UOH11B je o velmi úzkou ale dlouhou hliníkovou "krabičku" (označení UOH11B), na které je hned patrný 9pinový konektor s označením X30 pracující jako rozhraní sběrnice Profibus-DP a soustava DIP přepínačů sloužící pro nastavení Profibus adresy a pak také i spuštění / vypnutí komunikace po SBus sběrnici (přepínač AS).

Pod nimi se nachází dvě indikační LED diody informující o stavu připojení SBus sběrnice a pak tak ze začátku pro neznalé takový záhadný konektor rozměru RJ-10 s označením X24. To je tzv. inženýrský konektor rozhraní RS-45 a slouží pro připojení PC na bránu a možnost nejen nastavení a monitorování samotné funkce brány, ale také sledování dat ze strany SBus sběrnice i ze strany Profibusu. Bohužel jde v případě měničů LTE-B jen čistě o sledování komunikace a nelze do ni zasahovat. Tedy nelze přes toto rozhraní měnit data na SBus sběrnici, zasahovat do chodu měniče nebo jej konfigurovat, měnit data proudící po Profibusu k měničům. Proč to má SEW takto složitě uděláno, nevím. Přitom "dražší" měniče jiných vyšších řad lze již ze softwaru MOVITOOLS - MotionStudio z PC řídit/ovládat.

Pro připojení PC na X24 port je však navíc nutné ještě u SEW zakoupit převodník SEW11A, který se dodává i s potřebným kabelem s RJ-10 konektory a konvertuje RS-485 na USB do klasického portu PC. Jiný "univerzální" převodník RS-485/USB nelze použít, protože nefunguje (zkoušel jsem převodníky společnosti Papouch). Naštěstí převodník SEW, dodávaný včetně kabelů a driverů pro PC, není moc drahý (okolo 1100,- Kč bez DPH).

Samotné SBus rozhraní je pak přítomné společně s 24 V napájením brány na snímatelných šroubových svorkách umístěných na první pohled dost nenápadně na spodní úzké straně brány. Jsou zde tedy svorky napájení 24 VDC a 0V a pak svorky sběrnice SBus+, SBus- a 0V.

Zapojení SBus sběrnice k portu X26 (obr. vlevo) a popis Profibus-DP rozhraní (obr. vpravo) brány SEW DFP21B/UOH11B.

Zprovoznění komunikace měničů přes bránu

Zprovoznění samotné brány je velmi jednoduché. Z pohledu Profibusu-DP prakticky není nutné nic jiného než nastavit na DIP přepínačích vhodnou Profibus adresu. Pak již stačí jen přepnout do ON DIP přepínače s označením AS podle výrazu "Automatic Setting" a brána si automaticky proskenuje adresy zařízení připojených na SBus sběrnici a pokud nějaká zařízení nalezne namapuje je pro adresování přes Profibus. Za jednu bránu je možné připojit až 8 měničů s SBus, přičemž každý musí mít ve svém menu v parametru P-36 nastavené jiné číslo jednoznačné adresy 1 až 63, ale společnou komunikační rychlost (standardně 500kB/s). Hodnota adresy 0 je vždy v rámci SBus vyhrazena pro samotnou SEW bránu. Sken interní komunikační sběrnice je 10 ms. Z pohledu Profibusu brána pracuje jako Slave jednotka.

Na Profibus bránu SEW DFP21B/UOH11B je možné připojit až 8 základních měničů MOVITRAC s SBus rozhraním.

Ovládání přes Profibus pak probíhá prostřednictvím zabalení zabalení komunikačního protokolu SEW MoviLink do Profibus rámce, který pak brána "rozbalí" a jen MoviLink rámec pošle na SBus sběrnici do měničů.

Pro nadřazenou Master jednotku, například PLC Siemens, pak výrobce na CD přiloženém k bráně i na svém webu poskytuje GSD soubor a i příklady naprogramování / realizace komunikace ve STEP7. Zde bych jen uvedl, že se zde podobně jako přímo přes SBus sběrnici měniče ovládají zasíláním a přijímáním procesních dat v podobě 3 vstupních a výstupních 16bitových slov PI a PO. Zde jsou pouze nejdříve zabalené do paketu Profibus-DPV1, aby je následně brána rozpouzdřila a poslala na SBus. Zde jsou dvě možnosti v podobě zaslaní stejného souboru 3 PI (Process Input data) / PO (Process Outpur data) slov každému měniči připojeného na sběrnici bez rozdílu nebo samozřejmě pak také adresovaný přístup každému měniči zvlášť. V případě programu v STEP7 pak stačí jen volat funkce SFC14 DPRD_DAT (Read DP Slave) a SFC15 DPWR_DAT (Write DP Slave).

Řídící data frekvenčním měničům v podobě slov PI a PO se "přepravují" jako řetězec za sebou umístěních dat pro jednotlivé měniče, nejdříve data 1. měniče, pak data 2. měniče atd.

Pro zasílání ovládacích slov 3 PI (Process Input data) / PO (Process Outpur data) každému měniči připojeného na sběrnici v případě programu v STEP7 stačí jen volat funkce SFC14 DPRD_DAT (Read DP Slave) a SFC15 DPWR_DAT (Write DP Slave).

Připojení na bránu z PC přes X24

Když potřebujete z jakéhokoliv důvodu provést nastavení parametrů samotné brány či prozkoumat funkci komunikace mezi příslušnými na bránu připojenými měniči a nadřazenou jednotkou a přitom nijak nezasahovat ani do jednoho ze zařízení, je ideální využít tzv. inženýrského portu X24 v provedení konektoru RJ-10 na čele pouzdra. Na něm se fyzicky vyskytuje dvouvodičová sériová sběrnice RS-485 a pomocí SEW převodníku s označením SEW11A, který ji převádí na klasické USB rozhraní, jej lze napojit do každého počítače. Osobně jsem zkusil použít i jiné "univerzální převodníky RS-485 na USB, ale s nimi mi komunikace z nějakého důvodu nepracovala, i když samotné nastavení virtuálního COM portu na USB bylo stejné.

Prostřednictvím PC se softwarem MOVITOOL-MotionStudio a USB převodníku SEW11A lze připojit bránu DFP21B/UOH11B přes její inženýrský port X24 a nastavit bránu či sledovat Profibus-DP <-> SBus komunikaci nadřazeného systému (PLC) s měničem.

Pak již na PC stačí jen spustit SEW software MOVITOOL-MotionStudio a otevřít na startovací stránce nový projekt. Pokud je převodník SEW11A již připojen k PC a současně k běžící (zapnuté) Profibus bráně, program se přepne do ONLINE režimu a v okně "Project/Network" se objeví struktura "Profibus Gateway-Default". Když se na položku "Default" klikne pravou "packou" myši je možné si zvolit položky "1. Parametr tree (Online)" pro zobrazení kompletního seznamu všech konfiguračních a informačních hodnot a údajů připojené brány DFP21B/UOH11B, kde pak lze i zvolit možnost změny jejich nastavení, "2. DFx Gateway Configurator (Online)" pro zobrazení základních parametrů brány a na její SBus sběrnici připojených zařízení, "Comparison (Online)" pro porovnání aktuálního nastavení v bráně s nastavením uloženým v PC, "Startup" tedy zprovoznění, který však jen zde nabízí stejné položky jako první dvě, a pak také "Diagnostic" obsahující aplikace pro sledování funkce a přenosu.

V položce položce "1. Parametr tree (Online)" lze při připojené bráně k PC provádět kontrolu či úpravu všech parametrů brány, včetně nastavení funkce a komunikačních parametrů SBus i Profibus-DP rozhraní. Zároveň lze zde sledovat přenos dat k a od všech připojených měničů (až 8 měničů).

Pokud již máme PC úspěšně napojené na zprovozněnou SEW bránu, lze jednoduše spustit skenování sítě volbou "Scan" a to provede nalezení a načtení základních identifikačních údajů všech aktuálně připojených a aktivních frekvenčních měničů. V mém případě pouze jediný měnič LTE-B. Mimo zobrazení ve stromové struktuře okna "Projects/Networks" lze vyvolat v okně konfigurátoru brány (DFx Gateway Configurator) v záložce "Process data configuration" pěkně graficky znázorněné napojení SBus sběrnice na bránu i aktuálně aktivní měniče a jejich adresy. V následující 3. záložce "Process data monitor" je pak možné v reálném čase sledovat přenášená data 3 vstupních PI a 3 výstupních PO komunikačních slov se zvoleným měničem. Bohužel do nich nelze nijak zasahovat.

Zobrazení parametrů připojení brány (obr. vlevo) k PC přes pot X24 a sledování komunikace přes bránu do měniče v položce DFx Gateway Configurator (Online) softwaru MOVITOOL-MotionStudio.

Závěr

S použitím komunikační brány DFP21B/UOH11B je možné prakticky jakýkoliv frekvenční měnič SEW ovládat prostřednictvím průmyslové sběrnice Profibus-DP, přesněji řečeno jednou bránou až 8 základních měničů LTE-B. Zvláště pokud v zařízení využíváte více měničů, je toto řešení docela finančně úsporné, protože jednotlivé měniče lze pořídit již za částku cca 4000,- Kč a když se rozpočítá částka cca 5000,- Kč za bránu na osm měničů, prakticky získáte rozpočet jen cca 625,- Kč na měnič za rozšíření o Profibus rozhraní.