Przemiennik Astraada DRV-28 w sieci Profinet

Na łamach portalu iAutomatyka.pl mamy niekwestionowanego mistrza napędów, którym jest Dawid Wróblewski z DWI Motion. Ale dzisiaj niewielki kawałek tego tortu wpadł w moje ręce, gdyż dostałem od Astor-a przemiennik częstotliwości Astraada DRV-28. Chciałbym pokrótce przedstawić Ci co to za sprzęt i jak go szybko skonfigurować do pracy w sieci Profinet. Jeśli oglądałeś nasz film z przeglądem urządzeń działających w tej sieci, to już pewnie go rozpoznałeś. Zatem nie będę gołosłowny i pokażę, że to naprawdę działa!

Astraada DRV-28 – przemiennik częstotliwości

Ten przemiennik jest doskonałym przykładem rozwoju, zarówno produktu jak i firmy. Poprzednie serie spełniały swoje zadanie, ale czasami było pod górkę jeśli chcieliśmy podłączyć enkoder, skomunikować się np. Profinet-em czy, w dobie wszechobecnych smartfonów, podejrzeć parametry zdalnie.

I tak (przynajmniej sobie wyobrażam) powstał DRV-28, wychodząc naprzeciw nowym wymaganiom. Czy to oznacza, że ma te wszystkie opcje wbudowane? Nie. Czy to dobrze, że nie są wbudowane? Tak. Czy trzeba zatem odpowiednio skonfigurować go przy zamówieniu? Nie. Zdziwiony? Zatem jak to działa? Prosto, kupujemy bazowy przemiennik, który i tak ma na pokładzie wejścia cyfrowe i wyjścia przekaźnikowe oraz Modbus RTU. Takie urządzenie, w zależności od mocy, posiada dwa albo trzy gniazda na karty rozszerzeń. Dokupujemy tylko to czego potrzebujemy i nie przepłacamy niepotrzebnie.

Z mojej perspektywy to dobrze, że nadal można kupić prosty przemiennik, którym sterować można choćby przyciskami. Po co 1000 opcji, jeśli się z nich nie korzysta… A droga do modernizacji zawsze pozostaje otwarta!

Wersja bazowa

Co dostajemy w standardzie? Astraada DRV-28 to uniwersalny przemiennik z trzema wariantami sterowania w pakiecie:

• bezczujnikowe sterowanie wektorowe,
• sterowanie wektorowe w zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego,
• standardowe sterowanie skalarne U/F,

Co to oznacza? Że przemiennik ten nada się zarówno do aplikacji zmiennomomentowych jak wentylatory i pompy oraz stałomomentowych, czyli mieszalników, walcarek czy młynów.

Wykorzystanie połączenia z enkoderem wymaga odpowiedniej karty rozszerzeń, którą znajdziesz <tutaj>. Uzyskujemy sprzężenie zwrotne, gdzie informacja o dokładnej prędkości obrotowej wału umożliwia precyzyjne sterowanie silnikiem. Przydaje się to w aplikacjach wymagających dużego momentu obrotowego już od samego startu silnika i przy małych prędkościach lub gdy zależny nam po prostu na precyzji sterowania. Takimi aplikacjami będą podnośniki i windy z dużym momentem potrzebnym do rozruchu przy jednoczesnej kontroli prędkości. A dalej, nawijarki z regulacją momentu kontrolującego naprężenie nawijanego materiału oraz przenośniki, gdzie wysoki moment pozwoli szybko rozpędzić i zatrzymać przenośnik.

Konfiguracja

Konfiguracji przemiennika dokonamy za pośrednictwem czytelnego wyświetlacza LCD z naprawdę intuicyjnym menu. A sami wiecie jak ważne jest proste menu w przypadku przemiennika. Sprawdzenie w dokumentacji i upewnienie się, że np. P00032 to prąd znamionowy silnika, zajmie znacząco więcej czasu niż po prostu odczytanie z menu: Parameter Settings -> Motor settings -> Motor 1 -> Rated Current. Oczywiście specjaliści mogą skorzystać z menu z szybkim wyborem parametru. Dla zaznajomionych ze sprzętem, może to przyśpieszyć prace konfiguracyjne.

Wiesz co jeszcze takie prace może przyśpieszyć? Opcja kopiowania konfiguracji i przeniesienie jej na inny przemiennik. W standardzie w panelu możemy zapisać do 3 konfiguracji. Przy ładowaniu zapisanej konfiguracji możemy wybrać wszystkie ustawienia, tylko te dotyczące silnika, bądź wszystkie poza nim. Jeśli na obiekcie masz kilkanaście takich przemienników dla silników różnej mocy ale sterowanych identycznie to opcja ta z pewnością Ci się przyda :).

Konfiguracja 4.0

Skąd nagle wziął się tu skrót 4.0 tak mocno kojarzony z nowoczesnym przemysłem? No dobra, przyznaję się, że może grubo poleciałem, ale chciałem pokazać Ci nową drogę konfiguracji przemienników częstotliwości Astraada. O kartach rozszerzeń już mówiłem. Możemy do naszego przemiennika dołożyć kartę komunikacyjną Bluetooth lub WiFi i w ten sposób zyskać możliwość bezprzewodowego podłączenia się i skonfigurowania napędu wprost z telefonu. Uprzedzając pytanie:

„Ej, przed chwilą pisałeś o takim super-intuicyjnym menu z przyciskami, a teraz wciskasz komunikację bezprzewodową. A co to za różnica wyklikać na panelu, a w telefonie?”

Różnica jest prosta. Często przemienniki nie są montowane wcale tak blisko silników, którymi sterują. Tylko gdzieś, kilkanaście metrów dalej, w jakiejś szafie. Zatem automatyk, aby go sparametryzować, najczęściej (to mój sposób, jak i wielu osób, które znam) robi zdjęcie tabliczki znamionowej silnika i idzie do przemiennika wprowadzić parametry. I tak dla każdego pojedynczego silnika. A problem nasila się, kiedy chcesz wykonać testowy ruch silnika, wysterowując go wprost z panelu przemiennika. Bieganie i sprawdzanie, starty, zatrzymania, różne częstotliwości, ech…

I dlatego aplikacja „Astraada Drive” na Androida z komunikacją bezprzewodową jest rozwiązaniem. Stajesz przy silniku, łączysz się do odpowiedniego przemiennika, konfigurujesz parametry mając przed oczami tabliczkę znamionową i testujesz układ w ruchu. Wszystko bez nabijania zbędnych kilometrów po hali. Jak masz dobry zasięg to i po telefonie od operatora o awarii sprawdzisz z kubkiem kawy w ręku, co się stało 🙂 .

Komunikacja sieciowa

Coś, co było niewielką bolączką poprzedniej generacji falowników Astraada to brak możliwości komunikacji za pomocą wszelkich wszechobecnych przemysłowych protokołów komunikacyjnych. Oczywiście Modbus RTU jak najbardziej wystarcza do tego celu i eliminuje całe zbędne okablowanie, lecz wykorzystanie go w innych sieciach jest nieco kłopotliwe. Sterowniki z komunikacją Profinet, Profibus, EtherCAT czy nawet komunikacja za pomocą Modbus TCP wymagają konwerterów. Przy DRV-28 takie konieczności są już historią. A czemu? Ponownie wchodzą w grę karty rozszerzeń, które znajdziemy w wariantach wspomnianych już sieci:

• Profinet
• Profibus
• EtherCAT
• Modbus TCP

Ja przetestowałem połączenie z przemiennikiem w sieci Profinet. I właśnie taką konfiguracją chciałbym się podzielić. Ciąg dalszy niech będzie tutorialem, mini poradnikiem:

Jak skonfigurować komunikację Astraada DRV-28 z sterownikiem Siemens w sieci Profinet

Montaż karty rozszerzeń

Do skomunikowania naszego przemiennika w sieci Profinet potrzebujemy odpowiedniej karty rozszerzeń. W katalogu odnajdziemy taką pod numerem katalogowym AS28PNS0001. Aby zamontować ją do przemiennika musimy najpierw zdemontować przednią obudowę dolną zakrywającą zaciski przewodów oraz górną tj. tą w której umiejscowiony jest panel sterujący. Następnie wkładamy kartę komunikacyjną i zabezpieczamy śrubką. Składamy wszystko w odwrotnej kolejności pamiętając o wyłamaniu małej zaślepki w górnej obudowie przez którą będzie dojście do portów Ethernet.

Parametryzacja przemiennika

Teraz trzeba powiedzieć naszemu przemiennikowi, kogo ma słuchać :). Rozpoczniemy od ustawień mówiących, że komunikować będziemy się za pośrednictwem Profinet-u. Do tego służą trzy parametry:

• P00.01 = 2 – ustawienie słuchania poleceń z protokołu komunikacyjnego,
• P00.02 = 3 – ustawienie protokołu komunikacyjnego jako PROFINET,
• P00.06 = 13 – ustawianie częstotliwości za pomocą protokołu PROFINET,

Teraz przemiennik będzie już nasłuchiwał komend i wystawiał dane po protokole. Tylko jakie dane? To akurat też możemy sobie wybrać spośród dostępnych w menu. Za pomocą parametrów od P16.32 do P16.42 ustawimy te, które będą odbierane przez przemiennik jako wejściowe czyli zadawane -np. częstotliwość. Analogicznie w parametrach od P16.43 do P16.53 ustawimy dane jakie przemiennik będzie przesyłał do naszego sterownika – np. napięcie na szynie DC.

Ustawień dokonamy oczywiście z poziomu Menu: Parameter setting -> Optional card parameter setting – Comm Ex card 2. Ja w ramach testu ustawiłem jako parametr zadawany tylko częstotliwość, a z przemiennika odczytywałem zwrotkę częstotliwości aktualnej i właśnie napięcie DC.

Jak już może zauważyłeś nie ustawiałem na żadnym z rejestrów sygnałów dla komend startu, zatrzymania itp. Analogicznie zauważ, że na liście parametrów na przemienniku nie ma słowa kontrolnego PZD1. To właśnie za pomocą słów kontrolnych będących pierwszym rejestrem odczytywanym jak i zapisywanym, przekazujemy te dane do urządzenia. Poniżej tabela z rozpisanymi wartościami tego parametru dla poszczególnych komend:

• 1 -> Start silnika do przodu
• 2 -> Start silnika do tyłu
• 3 -> JOG+
• 4 -> JOG-
• 5 -> STOP – hamowanie po rampie
• 6 ->  STOP – hamowanie z wolnym wybiegiem
• 7 ->  Reset błędów
• 8 ->  STOP JOG

Powyższe jest ustawienie stałe, niezmienne.

Pozyskanie GSDML

Zanim przejdziemy do dodania naszego napędu do konfiguracji w środowisku programistycznym naszego sterownika, musimy pozyskać plik opisu urządzenia, który dla sieci Profinet nazywany jest skrótowo GSDML – General Station Description i posiada format .xml (stąd ten dopisek ML w nazwie. Plik ten opisuje właściwości danego urządzenia, możliwości i funkcjonalności co pozwala na skonfigurowanie go w sieci Profinet za pośrednictwem oprogramowania dowolnego producenta. Takie pliki są łatwo dostępne w sieci na stronach producentów i dystrybutorów danego urządzenia. W przypadku przemiennika Astraada DRV-28 odpowiedni plik znajdziemy na stronie firmy Astor w sekcji wsparcia technicznego:

Strona główna -> Wsparcie -> Astraada -> Przemienniki częstotliwości -> DRV-28/DRV-28A -> AS28PNS0001

Aby pobrać plik, trzeba być zalogowanym. To raczej nie będzie problemem 🙂

TIA Portal

W końcu dotarliśmy do naszego oprogramowania programistycznego. Dysponuję sterownikiem Siemens CPU1215C DC/DC/Rly, zatem właściwym oprogramowaniem będzie TIA Portal w moim przypadku w wersji v17. Co musimy zrobić, aby umieścić nasz nowy przemiennik w istniejącej konfiguracji sprzętowej? Rozpoczynamy od zaimportowania tylko co pobranego pliku GSDML. Sposób masz poniżej:

Następnie umieszczamy w projekcie konfiguracji naszą kartę rozszerzeń z katalogu i przypisujemy do naszego sterownika, co spowoduje także podłączenie sieci i automatyczne nadanie podstawowych ustawień sieciowych. W zakładce Topology view dokładnie sprecyzujemy sposób połączeń sieciowych.

Jak widzisz ja wybrałem połączenie w topologię pierścienia razem z wyspą IO oraz switch-em sieciowym. Połączenie pierścienia umożliwia uzyskanie redundantnego połączenia, które zapewnia zwiększoną odporność naszego systemu na awarie spowodowane przerwaniem przewodu czy po prostu poluzowaniem wtyczki. Karta rozszerzeń naszego przemiennika posiada standardowe złącza RJ45 (właściwie to 8P8C, ale już nie będę się nad tym rozwodził :P) oraz obsługuje protokół MRP (Media Redundancy Protocol). Bywa, że urządzenia posiadają dwa porty, ale nie obsługują MRP i wtedy niemożliwe jest wykorzystanie topologii pierścienia – pamiętaj, aby sprawdzać to za każdym razem! Aby wszystko zadziałało jak należy, trzeba wprowadzić jeszcze ustawienia domeny MRP i role urządzeń. Ustawienia takie jak dla przemiennika należy też wprowadzić dla wszystkich urządzeń znajdujących się w topologii pierścienia.

Jest jeszcze jedno ważne pojęcie funkcjonujące w konfiguracji tej topologii – czas rekonfiguracji sieci. W skrócie jest to czas potrzebny na zmianę konfiguracji dróg sieciowych jakimi dane urządzenia będą komunikowały się ze sterownikiem przy przerwaniu dowolnej z nich. Maksymalna granica jaka musi zostać spełniona dla sieci do 50 urządzeń to 200ms. Dla mniejszej ilości będzie to odpowiednio krócej, ale zawsze bezpiecznie ustawić czas powyżej 200ms zgodnie ze standardem protokołu.

Wartość czasu watchdog-a alarmującego o braku komunikacji, powiązana jest z częstotliwością odświeżania danych z urządzenia. W zakładce IO cycle w sekcji Update time zalecane jest ręczne ustawienie przystosowanego do naszej aplikacji interwału komunikacji. Oczywiście można zostawić ustawienie najszybsze ale pamiętaj, że będzie ono generować większy ruch w sieci i gdy dołożymy dodatkowe urządzenie może okazać się, że „zapchamy” ją. Następnie w sekcji Watchdog time zmieniamy parametr mówiący ile jest dopuszczalnych cykli bez danych. I tak w rezultacie otrzymamy czas naszego watchdog-a.

Uff, ring mamy już skonfigurowany. Pozostało nadać adres IP oraz nazwę w sieci Profinet. Co ciekawe IP możemy nadać wprost z panelu przemiennika. Natomiast nie ma takiej potrzeby. Możemy też po prostu wgrać program na sterownik i on sam nada adres. Tylko co by się stało, jeśli w sieci byłyby dwa takie same przemienniki? Mogłoby dojść do ich zamiany i dlatego zalecam adresowanie urządzeń niezależnie. Mamy wtedy pewność, że wszystko jest OK.  W konfiguracji naszego przemiennika podany mamy adres jaki powinien zyskać oraz nazwę w sieci Profinet:

Przemiennik wyszukujemy pośród dostępnych urządzeń i zgodnie z danymi naszej konfiguracji ustawiamy wprost na przemienniku. Dokładny przemiennik możemy rozpoznać po adresie MAC karty lub po prostu podłączyć się bezpośrednio przewodem tylko z nim.

Po odświeżeniu widać już, że nasze urządzenie jest odpowiednio skonfigurowane. Konfiguracja sieciowa gotowa o czym możemy się przekonać wgrywając ją na sterownik i przechodząc w podgląd online.

Teraz dodamy obszar danych, które wymienimy z przemiennikiem częstotliwości. W widoku urządzenia Device view dodajemy 32 bajtowy obszar danych typu IN/OUT i tyle.

UWAGA: Dla danych PZD1, PZD2, itd występuje przesunięcie 8 słów. Tzn. jeśli obszar wejść „I address” zaczynamy jak poniżej od IW30 to słowo kontrolne PZD1 odczytamy z rejestru IW38. Analogicznie dla obszaru wyjść. 

Porównaj jak wyglądają obszary danych wejściowych i wyjściowych na poprzednim screenie i poniżej, na tablicy tagów.

Ja nie startowałem przemiennika, ponieważ nie podłączyłem do niego silnika. Zwróć uwagę na odczyt napięcia na szynie DC. Wymaga ona przeskalowania, a mnożnik był podany nawet, gdy konfigurowaliśmy parametry na przemienniku (*10V). Zatem wartość 6035 oznacza 603,5V.

Podsumowanie

To by było na tyle. Może wydawać się skomplikowanie, może wyglądać na żmudny, długi proces ale w rzeczywistości jest bardzo łatwo. Zauważ, że wykonana konfiguracja dotyczyła komunikacji w redundantnej topologii pierścienia! Zawiera ona kilka dodatkowych kroków, które w standardowej konfiguracji komunikacji są pomijane. Była też kwestia cyklu odświeżania i watchdog-a. A przecież mogłoby to jakoś tam pracować na defaultowych ustawieniach. Grunt to świadomość automatyka programującego system sterowania. Także sam fakt łatwości integracji sprzętu różnych producentów w ramach jednej sieci nie jest dla wszystkich taki oczywisty. I to właśnie miałem na celu pokazać w tym artykule oraz na filmie z przeglądu urządzeń działających w sieci Profinet. Zobacz jakie jeszcze ciekawe rozwiązania tam znajdziesz. A może, któregoś jeszcze nie znałeś? Zachęcam do obejrzenia 🙂