KATEDRA AUTOMATYKI NAP
DU ELEKTRYCZNEGO
Laboratorium Przemysłowych Sieci Informatycznych
Sterowanie pracą falownika FCM305 za
pomocą sieci PROFIBUS
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5
Gdańsk 2010
Wersja 1.0 (10.2010)
Spis treści
1. Profil PROFIdrive dla PROFIBUS
1.1. PROFIdrive dla falowników z rodziny FCM300
2. Przebieg ćwiczenia
2.1. Konfiguracja sterownika XC-CPU201-EC256K-8DI-6DO-XV firmy Moeller
2.2. Załączenie/Wyłączenie falownika
2.3. Zmiana prędkości obrotowej
2.4. Odczyt prądu silnika
2.5. Zmiana kierunku prędkości obrotowej silnika
2
1. Profil PROFIdrive dla PROFIBUS
Profil PROFIdrive dla elektrycznych napędów o zmiennej prędkości obrotowej jest
rozszerzeniem funkcjonalności sieci PROFIBUS. Jest to międzynarodowy standard opisujący
usługi związane z aplikacjami napędowymi, jakie maja spełniać urządzenia pracujące w sieci
PRFIBUS. Profil PROFIdrive określa funkcje jakie obsługiwane mają być przez urządzenia
sieciowe oraz określa format danych przesyłanych między urządzeniami obsługującymi ten profil.
Został on stworzony dla urządzeń napędowych takich jak przemienniki częstotliwości sterujące
pracą różnych maszyn elektrycznych. Charakterystyka profilu zostanie przedstawiona na
przykładzie jednego z falowników firmy Danfoss model FCM 305.
1.1. PROFIdrive dla falowników FCM300
Falowniki z rodziny FCM300 spełniają w znacznym stopniu wymagania standardu
PROFIdrive (są odstępstwa do standardu). Falownik może pracować tylko jako urządzenie SLAVE
w sieci. Oznacza to, iż może tylko odpowiadać na zapytania urządzeń typu MASTER. Urządzenie
MASTER zgodnie ze standardem PROFIdrive wysyła cyklicznie dane w ramkach nazwanych PPO
(Parameter  Process Data Object). Dane PPO nadają się do szybkiej cyklicznej wymiany danych i
za ich pomocą można zmieniać parametry falownika jak i wydawać rozkazy sterujące jego pracą.
Dane PPO są to ramki zapytań z urządzenia MASTER (np. sterownik PLC) do urządzenia SLAVE
(w tym przypadku falownika), jak również dane PPO określają ramki odpowiedzi z urządzenia
SLAVE do MASTER. Format ramek PPO jest ściśle określony, jednak Falowniki FCM 300
posiadają parę typów ramek PPO które są przez nie obsługiwane. Początek ramki PPO dla
wszystkich typów jest taki sam. Najprostszy typ ramki PPO jest przedstawiony poniżej i składa się
z następujących pól:
PPO
PCV PCD
PCA IND PVA CTW/STW MRV/MAV
" PCV (parameter characteristics value)  obszar parametrów służący do zarządzania
parametrami falownika np. odczyt parametru spod danego adresu lub ustawienie nowej
wartości parametru. Pole PCV podzielić można na pola składowe
" PCA (Parameter characteristics) - identyfikator parametru w którym przesyłana jest
informacja o numerze parametru i rozkazie zapisu/odczytu parametru. Długość pola
16 bitów
" IND (subindex)  numer elementu tablicy w przypadku gdy parametr jest tablicą.
Długość pola 16 bitów
" PVA (parameter value)  pole w którym przesyłana jest wartość odczytywanego
parametru dla rozkazu odczytu lub nowa wartość parametru dla rozkazu zapisu.
Długość pola 32 bity
" PCD (process data ) - obszar procesu wykorzystywany do przesyłania słowa kontrolnego i
zadanej częstotliwości napięcia wyjściowego falownika. Pole to dzieli się na składowe:
" CTW (control word)  pole przesyłane w ramce od urządzenia MASTER do
falownika. Zawiera rozkazy z MASTERA sterujące pracą falownika np. rozkaz
załączenia lub wyłączenia falownika. Długość pola 16 bitów
" STW (status word)  pole przesyłane od falownika do MASTERA. Zawiera
informacje o statusie falownika, np. informacje o wystąpieniu awarii. Długość pola
16 bitów
3
" MRV (main reference value) - pole przesyłane w ramce od urządzenia MASTER do
falownika. Zawiera zadaną częstotliwość napięcia wyjściowego falownika. Długość
pola 16 bitów
" MAV (main actual value) - pole przesyłane od falownika do MASTERA. Zawiera
informacje o aktualnej częstotliwości falownika, która może różna być od zadanej.
Długość pola 16 bitów
Pole PCA służy do realizacji wielu zadań związanych z obsługą parametrów falownika.
Poprzez odpowiednie ustawienie wartości poszczególnych składowych tego pola możliwe jest
odczytanie parametrów z falownika np. odczytanie znamionowej częstotliwości pracy falownika
lub aktualnego prądu stojana maszyny. Możliwy jest także zapis nowych wartości parametrów, np.
wpisanie nowej wartości prądu znamionowego silnika podłączonego do falownika. Długość tego
pola wynosi 16 bitów których znaczenie jest następujące:
PCA
RC SMP PNU
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
:
" Bity RC (request/response characteristics) - odpowiednie ustawienie bitów spowoduje
wydanie rozkazu zapisu/odczytu parametru w ramce do falownika. Znaczenie bitów RC w
ramce zapytania z MASTER-a do falownika jest następujące:
Bity RC Opis
0 Brak żądania
1 Żądanie odczytu parametru. Gdy urządzenie MASTER wysyła do falownika rozkaz
odczytu parametru falownik odsyła wartość parametru w polu PVA.
2 Żądanie zapisu parametru typu WORD (16 bitów). Nowa wartość parametru wysyłana
jest w polu PVA
3 Żądanie zapisu parametru typu DWORD (32 bity). Nowa wartość parametru wysyłana
jest w polu PVA
4 Żądanie odczytu opisu elementu (nie wykorzystywane podczas laboratorium)
5-9 Żądania nie wykorzystywane w trakcie ćwiczenia
" Bit SMP wykorzystywany podczas tzw spontanicznych odpowiedzi falownika, nie
wykorzystywany w trakcie ćwiczenia
" Bity PNU na których znajduje się numer parametru którego dotyczy żądanie ustawione
bitami RC
Przykład: Ustawienie pól PCA dla rozkazu odczytu parametru nr 200 wysyłanym do falownika
RC = 1
SMP = 0
PNU = 200
PCA
RC SMP PNU
0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0
4
Pole PVA służy do przesyłu wartości parametru. Gdy urządzenie MASTER zapisuje nową
wartość parametru do falownika, w polu PVA ustawia wartość parametru którą chce zapisać. W
przypadku rozkazu odczytu parametru to falownik wysyła wartość parametru w polu PVA do
MASTER-a.
Pole PCD wykorzystywane jest do przesyłania słowa kontrolnego CTW, słowa statusu STW,
oraz zadanej MRV i aktualnej MAV częstotliwości napięcia falownika. Słowo kontrolne CTW oraz
zadana częstotliwość napięcia MRV wysyłane są w ramce zapytania z urządzenia MASTER do
falownika. Słowo statusu STW oraz aktualna częstotliwość napięcia MAV wysyłane są w ramce
odpowiedzi od falownika do MASTER-a.
Słowo kontrolne CTW służy przede wszystkim do uruchomienia/zatrzymania falownika.
Jest ono 16 bitowe, gdzie znaczenie poszczególnych bitów przedstawiono w tabeli poniżej.
Znaczenie poszczególnych bitów słowa kontrolnego CTW
Numer Bit = 0 Bit = 1
bitu
0 OFF1 ON1
1 OFF2 ON2
2 OFF3 ON3 - Załącz falownik bezzwłocznie
3 Hamowanie wybiegiem Praca, brak hamowania
4 Szybkie zatrzymanie Praca, brak zatrzymania
5 Zamrożenie aktualnej częstotliwości Zmiana prędkości po rampie
6 Zatrzymanie po rampie Praca, brak zatrzymania
7 - Reset
8 Wyłączenie prędkości Jog1 Ustawienie prędkości Jog1
9 Wyłączenie prędkości Jog2 Ustawienie prędkości Jog2
10 Dane CTW nie prawidłowe, oznacza brak Dane w CTW są prawidłowe, bit musi
reakcji na dane zawarte w CTW zostać ustawiony aby załączyć falownik
11 Brak funkcji Zwolnienie do zadanej prędkości
12 Brak funkcji Wzrost prędkości do zadanej
W celu uruchomienia falownika należy ustawić bity 2,3,4,5,6,10 na 1. W innym przypadku
falownik wyłączy się.
Pole MRV jest zadaną częstotliwością napięcia stojana silnika. W polu tym należy wpisywać
wartości od 0 do 0x4000 (szesnastkowo), gdzie liczba zero oznacza zero częstotliwości, liczba
0x4000 oznacza częstotliwości znamionową silnika.
5
2. Przebieg ćwiczenia
Podczas ćwiczenia należy wykonać następujące podpunkty:
2.1. Konfiguracja sterownika XC-CPU201-EC256K-8DI-6DO-XV firmy Moeller
Sterownik XC-CPU201 wykorzystywany jest podczas ćwiczenia jako urządzenie MASTER w sieci
PROFIBUS. Posiada on dodatkowy moduł o nazwie XIOC-NET-DP-M który umożliwia
komunikację sterownika w sieci PROFIBUS a tym samym komunikacje z falownikiem. Aby
poprawnie skonfigurować sterownik do współpracy z falownikiem należy:
ć% uruchomić program  easy Soft CoDeSys
ć% Z menu Plik wybrać Nowy
ć% Po pojawieniu się zakładki  Ustawienia systemu docelowego wybrać model
sterownika: XC-CPU201-EC256K-8DI-6DO-XV i przycisnąć przycisk OK
ć% Po pojawieniu się zakładki  Nowy modul wybrać jako  Język modulu ST i przycisnąć
przycisk OK. Ekran widoczny po stworzeniu nowego projektu przedstawiono na
rysunku poniżej.
6
ć% Dodać moduł sterownika obsługujący sieć PROFIBUS. W tym celu należy przejść do
zakładki  Zasoby , i otworzyć podmenu  Konfiguracja sterownika . Odnalez
ć i
rozwinąć podmenu  Non Display[SLOT] . Wybrać pierwszy wolny element EMPTY-
SLOT[SLOT] i przycisnąć prawy przycisk myszy w celu wywołania menu
kontekstowego. Z menu wybrać  Zastąp element i wybrać XIOC-NET-DP-M. Moduł
komunikacyjny zostanie dodany
7
ć% Po dodaniu modułu należy zaznaczyć nowo wybrany moduł co spowoduje pojawienie
się opcji modułu
ć% W opcjach modułu wybrać zakładkę  Parametry DP i w oknie  Najwyższy adres
stanowiska wpisać 2. Spowoduje to poszukiwanie urządzeń SLAVE przez sterownik do
adresu numer 2
ć%
8
ć% W opcjach modułu przejść do zakładki  Parametry magistrali i wybrać prędkość
transmisji równą 1500,00 kbit/s
ć% Następnie należy do modułu PROFIBUS dodać element sieci z jakim ma on
współpracować czyli falownik FCM305. W tym celu należy na nazwie modułu XIOC-
NET-DP-M przycisnąć prawy przycisk myszy aby wywołać menu kontekstowe i wybrać
 Wstaw element podrzędny-> FCM300 3MB
9
ć% Następnie należy skonfigurować opcje połączenia z falownikiem. W opcjach elementu
FCM300 3MB wybrać zakładkę  Parametr podstawowy . Jako adres wejściowy wpisać
%IB10, a adres wyjściowy %QB10
ć% Przejść do zakładki Wejścia/Wyjścia aby wybrać typ danych PPO jaki ma zostać
przesyłany z falownika i do falownika. Usunąć z listy  Wybrane Moduly wszystkie
opcje oprócz  PPO Typ 1 Word consistent PCD
ć% Zapisać program w folderze na dysku D
10
2.2. Załączenie wyłączenie falownika
Po odpowiednim skonfigurowaniu sterownika do współpracy z falownikiem, należy
przystąpić do tworzenie programu sterującego pracą falownika. W tym celu należy:
" przejść do zakładki  Moduly i dwukrotnie przycisnąć nazwę programu  PLC_PRG .
Spowoduje to przejście do widoku programu
" W oknie definiowania zmiennych należy zdefiniować następujące zmienne pomiędzy
znakami VAR a END_VAR:
start:BOOL;
mrv AT %QW20:WORD;
ctw AT %QW18:WORD;
Opis programu:
start:BOOL;  deklaracja zmiennej, która posłuży jako znacznik załączenia/wyłączenia falownika
mrv AT %QW20:WORD;  deklaracja zmiennej o nazwie mrv, która znajduje się w pamięci
sterownika na adresie QW20 typu WORD. Typy WORD jest to typ 16 bitowy.
Adres QW20 jest adresem który w sterowniku odpowiada miejscu w pamięci w którym znajduje się
zadana częstotliwość napięcia falownika w ramce PPO. Pola ramki PPO i odpowiadające im adresy
w pamięci sterownika są podane poniżej:
PPO
PCV PCD
PCA IND PVA CTW/STW MRV/MAV
%QW10 %QW12 %QW14 %QW18 %QW20
ctw AT %QW18:WORD - deklaracja zmiennej ctw która znajduje się w miejscu
pamięci sterownika odpowiadającemu polu CTW danych PPO
" W oknie tworzenia programu należy wpisać następujący kod programu
mrv = 16#1000;
IF start=TRUE THEN
ctw:=16#047C;
ELSE
ctw:=16#0400;
END_IF;
11
Opis programu:
mrv = 16#1000;  ustawienie zmiennej mrv na wartość szesnastkowo 0x1000, co
odpowiada liczbie 4096 dziesiętnie. Zmienna mrv w polu PPO odpowiada za
zadawanie prędkości obrotowej silnika. Prędkość ustawiana może być z zakresu od 0
do 16#4000, gdzie 0 odpowiada zerowej prędkości obrotowej silnika, a liczba
16#4000 prędkości znamionowej. Ustawienie liczby 16#1000 spowoduje zadanie
prędkości równej 25% prędkości znamionowej.
IF start=TRUE THEN  warunek if else który posłuży do uruchomienia falownika.
Jeżeli zmienna start będzie ustawiona na TRUE, to falownik załączy się, w
przeciwnym wypadku ELSE falownik wyłączy się.
ctw:=16#047C; - załączenie falownika odbywa się poprzez wpisanie odpowiedniego
rozkazu do słowa control word (CTW). Control word (CTW) znajduje się w danych
PPO. Liczba 16#047C; oznacza następujące ustawienie control word
Ustawienie pola CTW powodujące załączenie falownika - 16#047C
Numer Bit = 0 Bit = 1
bitu
0 OFF1 -
1 OFF2 -
2 - ON3  Załącz falownik bezzwłocznie
12
3 - Praca, brak hamowania
4 - Praca, brak zatrzymania
5 - Zmiana prędkości po rampie
6 - Praca, brak zatrzymania
7 -
8 Wyłączenie prędkości Jog1 -
9 Wyłączenie prędkości Jog2 -
10 - Dane w CTW są prawidłowe, bit musi
zostać ustawiony aby załączyć falownik
11 Brak funkcji -
12 Brak funkcji -
ELSE
ctw:=16#0400; - jeżeli zmienna start nie jest ustawiona na TRUE to wyłącz falownik
ustawiając pole CTW na liczbę 16#0400 ,co oznacza następujące dane w control
word:
Ustawienie pola CTW powodujące wyłączenie falownika - 16#0400
Numer Bit = 0 Bit = 1
bitu
0 OFF1 -
1 OFF2 -
2 OFF3 -
3 Hamowanie wybiegiem -
4 Szybkie zatrzymanie -
5 Zamrożenie aktualnej częstotliwości -
6 Zatrzymanie po rampie -
7 - -
8 Wyłączenie prędkości Jog1 -
9 Wyłączenie prędkości Jog2 -
10 Dane CTW nie prawidłowe, oznacza brak Dane w CTW są prawidłowe, bit musi
reakcji na dane zawarte w CTW zostać ustawiony aby załączyć falownik
11 Brak funkcji -
12 Brak funkcji -
END_IF; - zakończenie warunku if else
" Następnie należy stworzyć wizualizacje która pozwoli sterować załączeniem silnika.
W tym celu przejść do zakładki  Wizualizacje . Wywołać menu kontekstowe
prawym przyciskiem myszy na ikonie o nazwie  Wizualizacje , znajdującej się w
lewym górnym rogu. Wybrać z menu  Wstaw obiekt... i wpisać wybraną nazwę
wizualizacji. Pojawi się okno tworzenia wizualizacji.
13
" Z górnego paska przycisków wybrać ikonę o nazwie  Przycisk . Trzymając
naciśnięty lewy przycisk myszy, na oknie tworzenia wizualizacji, stworzyć przycisk
o dowolnym rozmiarze.
" Wywołać opcje przycisku dwukrotnie na nim klikając lewym przyciskiem myszy
" Z dostępnych opcji wybrać zakładkę  Tekst i w polu  Zawartość wpisać
 START/STOP
14
" Następnie należy powiązać przycisk ze zmienną  start w programie tak, aby
naciśnięcie przycisku powodowało zmianę wartość zmiennej z TRUE na FALSE i
odwrotnie. Przejść do zakładki Wpisywanie w opcjach przycisku i zaznaczyć opcje
 Przelacz zmienna . W polu po lewej stronie wpisać PLC_PRG.start
" Tak przygotowany program należy wgrać do sterownika. W tym celu należy z
górnego paska przycisków nacisnąć przycisk  Zaloguj (lub wybrać z menu Online-
>Zaloguj). Po wgraniu programu do sterownika przetestować jego działanie
naciskając przycisk START/STOP.
"
2.3. Zmiana prędkości obrotowej
W dalszej części ćwiczenia należy stworzyć program który pozwoli na zmianę prędkości obrotowej
silnika. W tym celu należy:
" wylogować się ze sterownika wybierając z górnego menu  Online->Wyloguj .
" Przejść do zakładki moduly i wywołać okno tworzenia programu dwukrotnie klikając na
nazwie programu  PLC_PRG
" W oknie deklaracji zmiennych dodać dwie zmienne
zwieksz_predkosc : BOOL;
zmniejsz_predkosc : BOOL;
15
" W oknie tworzenia programu zlikwidować wcześniej wpisywany kod programu ustawiający
prędkość na stałe mrv = 16#1000; i wpisać następujący kod:
IF zwieksz_predkosc=TRUE THEN
mrv:=mrv+16#0050;
IF mrv>16#4000 THEN mrv:=16#4000;
END_IF;
END_IF;
IF zmniejsz_predkosc=TRUE THEN
mrv:=mrv-16#0050;
IF mrv>16#4000 THEN mrv:=0;
END_IF;
END_IF;
Program ten zwiększa zmienną mrv, która jest zmienną zadanej prędkości obrotowej, gdy
zmienna zwieksz_predkosc jest ustawiona na TRUE. Oraz zmniejsza wartość zmiennej mrv
gdy zmienna zmniejsz_predkosc jest ustawiona na TRUE. Zmiana prędkości odbywa się o
wartość 16#0050.
" Przejść do okna tworzenie wizualizacji i stworzyć dwa nowe przyciski. (zakładka
Wizualizacje)
" Przyciskom nadać nazwę w polu tekst ich opcji  Zwiększ prędkość i  Zmniejsz prędkość
" Przycisk o nazwie  Zwiększ prędkość powiązać ze zmienną o nazwie zwieksz_predkosc.
W tym celu w opcjach przycisku przejść do zakładki  Wpisywanie i wybrać opcje  Sonduj
zmienna . W oknie po prawej stronie od opcji  Sonduj zmienna wpisać nazwę zmiennej
która ma zostać zmieniona  PLC_PRG .zwieksz_predkosc
16
" W analogiczny sposób jak dla przycisku zwiększenia prędkości powiązać przycisk Zmniejsz
prędkość ze zmienną o nazwie  PLC_PRG.zmniejsz_predkosc .
" Załadować program do sterownika wybierając z menu ikonę logowania i przetestować
działanie programu
2.4. Odczyt prądu silnika
Ramka PNU umożliwia oprócz odczytywania słowa kontrolnego i zadawania prędkości
odczyt i zapis wszystkich parametrów falownika. W tym podpunkcie należy odczytać z
falownika parametr numer 520, który jest aktualnym prądem silnika. W tym celu należy:
" zdefiniować zmienne które umożliwią zmianę pola PCA w ramce PPO
pca AT %QW10:WORD;
pnu:WORD;
pva_in AT %IW16 :WORD;
pva_out AT %QW16:WORD;
prad:WORD;
" dodać następujący kod programu i wyjaśnić prowadzącemu co on oznacza
pnu:=520;
pca:=8192;
pca:=pca OR pnu;
prad:=pva_in;
" Dodać do wizualizacji element o nazwie  Instrument wskaz
nikowy
" Przejść do opcji instrumentu wskaz
nikowego dwukrotnie na nim przyciskając lewy przycisk
myszy
" Przycisnąć przycisk  Zmienne/Skala i ustawić skale instrumentu na wartości:
" Minimum  0
" Maksimum  1000
" Podziałka główna  100
" Podziałka  100
" Zmienna  PLC_PRG.prad
" Zalogować się do sterownika i uruchomić silnik. Z podziałki odczytać wartość prądu
silnika. Odczytaną wartość należy podzielić przez 100 aby dostać prąd wyrażony w
amperach.
17
2.5. Zmiana kierunku prędkości obrotowej silnika
Aby ustawić kierunek obrotowy silnika należy pod parametr nr 200 zapisać liczbę 1, dla kierunku
wirowania zgodnie z ruchem wskazówek zegara, lub liczbę 2, dla kierunku wirowania przeciwnym
do ruchu wskazówek zegara. W tym celu należy zlikwidować kod programu wpisany w poprzednim
podpunkcie (tylko 4 linijki kodu programu zmiennych nie usuwać) i wpisać poniższy kod
uzupełniając go o odpowiednie wartości pól:
pnu:= ????;
pca:= ????;
pca:=pca OR pnu;
pva_out:= ???;
18