Opis symulatora linii produkcyjne do ćw. 5

Instrukcja obsługi symulatora linii produkcyjnej
Komunikacja Modbus RTU
(sterowniki PSW, Beckhoff)
1
3.2. Obsługa programu
Zaraz po uruchomieniu programu, jest on gotowy do pracy. Symulator został
podzielony na trzy okna (Rys. 3). Pierwsze okno przedstawia symulowaną linię produkcyjną.
W oknie tym znajdują się stanowiska robocze, podajnik elementów oraz dwa pojemniki,
jeden z „dobrymi” elementami, drugi z „wadliwymi” elementami. Podczas pracy symulatora
elementy do „obróbki” mogą poruszać się
po taśmie transportowej. Gdy dany element
znajduje się na stanowisku roboczym, sygnalizowane jest to odpowiednim komunikatem
(Rys. 4).
Rys. 3. Wygląd symulatora linii produkcyjnej
Źródło: Opracowanie własne.
Rys. 4. Stan pracy stanowiska roboczego
Źródło: Opracowanie własne.
2
Podczas pracy symulatora w trybie automatycznym, gdy poruszający się przedmiot zakryje
jeden z czujników, następuje zmiana koloru przedmiotu na jaśniejszy do czasu jak ten nie
opuści czujnika. Rozwiązanie to pokazuje jak sterownik sterujący linią „widzi” przedmiot
(Rys. 5), ułatwia to równieŜ śledzenie procesu produkcyjnego.
Rys. 5. Sygnalizacja stanu czujnika
Źródło: Opracowanie własne.
Po zakończeniu procesu produkcyjnego wszystkie elementy umieszczane są w jednym z
dwóch pojemników (Rys. 6).
Pojemik z
"wadliwymi"
klockami
Pojemik z
"dobrymi"
klockami
Rys. 6. Pojemniki z „obrobionymi” elementami
Źródło: Opracowanie własne.
To w jakim pojemniku mają znajdować się „obrobione” przedmioty decyduje operator linii
dla trybu manualnego lub sterownik PLC dla trybu automatycznego. W kaŜdym z
pojemników moŜe znajdować się pięć przedmiotów, jeśli stan pojemnika zostanie
przekroczony nastąpi jego automatyczne wyczyszczenie.
Drugie okno przedstawia panel kontrolny linii produkcyjnej. Panel ten został
zaprojektowany, w celu łatwego i intuicyjnego sterowania symulatorem linii. Na panelu
kontrolnym znajdują się wszystkie polecenia obsługujące linię w trybie manualnym (Rys. 7),
dodatkowo stan kaŜdego z przycisków sygnalizowany jest przez umieszczoną obok kontrolkę.
Szczegółowy opis poleceń panelu kontrolnego:
•
przycisk
umoŜliwia przełączenie symulatora na tryb manualny,
•
przycisk
umoŜliwia przełączenie symulatora na tryb automatyczny,
•
przycisk
umoŜliwia ruch taśmy transportowej w prawo,
3
•
przycisk
•
przycisk
•
przyciski
umoŜliwia ruch taśmy transportowej w lewo,
pozwala umieścić na taśmie transportowej przedmioty do „obróbki”,
pozwalają na uruchomienie stanowisk roboczych w celu „obróbki”
przedmiotów,
•
przycisk
pozwala umieścić „obrobiony” element w pojemniku z „dobrymi”
elementami,
•
przycisk
pozwala umieścić „obrobiony” element w pojemniku z „wadliwymi”
elementami.
Rys. 7. Panel kontrolny linii produkcyjnej
Źródło: Opracowanie własne.
W następnym oknie zawarte są informacje o procesie produkcyjnym. Znaleźć tu
moŜna informację o aktualnym trybie pracy symulatora (Rys. 8). Sygnalizowany jest takŜe
wizualnie stan wszystkich czujników za pomocą kontrolek (Rys. 9).
Rys. 8. MoŜliwe tryby pracy symulatora
Źródło: Opracowanie własne.
Rys. 9. Stan czujników
Źródło: Opracowanie własne.
Wszystkie elementy jakie przeszły kontrolę jakości są liczone a ich stan jest wyświetlony na
panelu (Rys. 10). Dodatkowo uŜytkownik moŜne wpływać na stan licznika, moŜna kasować
liczone elementy i rozpoczynać proces produkcyjny od początku. Aby to zrobić powinno się,
4
po naciśnięciu prawego klawisza „myszy” w miejscu, gdzie są liczone elementy wybrać jedną
z opcji:
•
Wyzeruj-dobre elementy,
•
Wyzeruj-wadliwe elementy,
•
Wyzeruj-wszystkie elementy.
Rys. 10. Aktualny stan liczonych elementów
Źródło: Opracowanie własne.
Kolejną waŜną informacją na tym panelu jest informacja o stanie połączenia pomiędzy
sterownikiem a symulatorem. Stan połączenia moŜna odczytywać:
•
nie ma połączenia, lub połączenie zostało zerwane,
•
poprawnie nawiązane połączenie.
Główne funkcje programu zostały zamieszczone na pasku narzędziowym aby ułatwić
korzystanie z symulatora, naleŜą do nich:
•
nawiązanie połączenia ze sterownikiem,
•
rozłączenie sterownika,
•
utworzenie nowego pliku w którym zapisywane będą wyniki symulacji,
•
otwarcie pliku symulacji,
•
włączenie symulacji,
•
wstrzymanie symulacji,
•
konfiguracja programu,
•
czyszczenie linii produkcyjnej,
•
wyjście z programu.
Wszystkie funkcje dotyczące programu dostępne są z menu głównego (Rys. 11). Funkcja
Plik umoŜliwia zarządzanie plikami symulacji, tzn. tworzenie nowych plików, otwieranie juŜ
istniejących, wstrzymywanie lub kontynuowanie zapisu do pliku symulacji. Funkcja Linia
umoŜliwia zarządzanie linią produkcyjną tzn. przejście do trybu manualnego lub
automatycznego, sterowanie linią w trybie manualnym, nawiązanie połączenia ze
sterownikiem, czyszczenie linii. Funkcja Ustawienia umoŜliwia konfigurację programu.
5
Rys. 11. Menu główne symulatora linii produkcyjnej
Źródło: Opracowanie własne.
3.3. Konfiguracja programu
Konfiguracja symulatora polega na ustawieniu odpowiednich parametrów komunikacji i
parametrów mających wpływ na zachowania się symulatora. Aby ustawić parametry
komunikacji, naleŜy wybrać z menu Ustawienia opcję Ustaw COM… . Komunikacja
pomiędzy symulatorem a sterownikiem odbywa się za pomocą interfejsu RS232, dlatego
naleŜy ustalić jaki port będzie wykorzystany do komunikacji, moŜna wybrać jeden z dwóch
portów COM1 lub COM2. Wybór prędkości transmisji zaleŜy od sterownika z jakim naleŜy
nawiązać połączenie. Dla sterowników Beckhoff naleŜy wybrać prędkość z zakresu od
9600b/s do 57600b/s, zaś dla sterownika PSW-84 maksymalna prędkość nie moŜe być
większa niŜ 4800b/s.
6
Rys. 12. Konfiguracja połączenia
Źródło: Opracowanie własne.
Wybór bitów stopu, ilości przesyłanych bitów oraz kontrolę parzystości naleŜy
ustawić, w zaleŜności od ustawień sterownika z którym chcemy nawiązać połączenie. Czas
próbkowania łącza moŜna zmieniać w zakresie od 10ms do 1s, ustawienie tego czasu zaleŜy
od wyboru prędkości transmisji. Zaleca się aby dla maksymalnej prędkości transmisji
57600b/s czas próbkowania łącza wynosił 50ms lub mniej.
W następnym kroku naleŜy skonfigurować zachowanie się symulatora. W tym celu z
menu Ustawienia naleŜy wybrać opcję Ustaw linię…. W pierwszej kolejności naleŜy wybrać
szybkość animacji, ma to szczególne znaczenie, gdy uŜywamy sterownika PSW-84. Ze
względu na małą prędkość transmisji z tym sterownikiem istnieje moŜliwość, Ŝe poruszające
się szybko elementy na linii produkcyjnej nie zostaną „zauwaŜone” przez sterownik, dlatego
naleŜy zmniejszyć szybkość animacji linii. Dla sterowników Beckhoff naleŜy wybrać opcję
Szybka. Następnie naleŜy ustawić Czas próbkowania linii produkcyjnej. Jest to czas, co jaki
zapisywany jest stan linii produkcyjnej do pliku symulacji, moŜna ustawić go od 10ms do 1s.
Rys. 13. Konfiguracja symulatora
Źródło: Opracowanie własne.
3.4. Komunikacja programu ze sterownikami
Komunikacja między programem a sterownikiem odbywa się za pomocą protokołu
MODBUS w trybie RTU. Protokół ten został opracowany w firmie Modicom i stał się
standardem przyjętym przez większość producentów. DuŜą popularność zdobył dzięki takim
cechom jak:
•
prosta struktura łącza typu master-slave,
•
zabezpieczenie komunikatów przed błędami,
•
potwierdzenie wykonywania rozkazów zdalnych i sygnalizacja błędów,
•
skuteczne mechanizmy zabezpieczające przed zawieszeniem się systemu,
7
•
wykorzystanie asynchronicznej transmisji znakowej zgodnej z RS-232C.
Protokół MODBUS jest standardem komunikacyjnym typu master-slave. Polega to na
tym, Ŝe w układzie jest jedno urządzenie nadrzędne (master) inicjujące transmisję i kilka
urządzeń podrzędnych (slave) odpowiadające jedynie na pytania jednostki nadrzędnej.
Urządzenie (master) moŜe adresować indywidualnych odbiorców lub teŜ przesyłać
wiadomości „rozgłoszeniowe”, przeznaczone dla wszystkich urządzeń podrzędnych w
systemie. Na polecenie rozgłoszeniowe jednostki podrzędne nie przesyłają odpowiedzi1.
W systemie MODBUS wiadomości zorganizowane są w ramki o określonym początku i
końcu. Ramka polecenia przesyłanego z jednostki master do slave zawiera:
•
adres urządzenia podrzędnego,
•
kod funkcji,
•
dane które mają być wysłane,
•
słowo kontrolne.
Odpowiedź urządzenia slave wysyłana jest zgodnie z formatem zdefiniowanym w
protokole i zawiera:
•
pole potwierdzenia realizacji rozkazu,
•
dane Ŝądane przez urządzenie master,
•
słowo kontrolne.
3.4.1. Komunikacja symulatora ze sterownikiem PSW-84
Program moŜe komunikować się ze sterownikiem PSW-84. W tym przypadku to
symulator jest urządzeniem nadrzędnym (master) zaś sterownik jest urządzeniem podrzędnym
(slave). Symulator linii produkcyjnej na bieŜąco zadaje pytania do sterownika i oczekuje na
ich odpowiedź. W zaleŜności od uzyskanej odpowiedzi steruje odpowiednio procesem
produkcyjnym. Dla sterownika PSW czas przerwy komunikatu wynosi ok. 100ms (dwa
przerwania zegarowe), gdy następny komunikat nadejdzie przed upływem dwóch przerwań
zegarowych, to zostanie przez sterownik odrzucony. Aby komunikacja przebiegała poprawnie
czas próbkowania łącza ustawiany w symulatorze powinien być większy niŜ 200ms.
1
W. Mikluszka, Z. Świder, Protokół komunikacyjny MODBUS, [w:] Sterowniki mikroprocesorowe, pod red. Z.
Świdra, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2002, s. 226-227
8
Program w pierwszej kolejności wysyła stan czujników. W sterowniku PSW umieszczane
są one w zmiennych od RB1 do RB6. Ramka komunikatu dla jednego z czujników ma postać
{ 0x01, 0x05, 0x00, 0x02, 0xFF, 0x00, crc16, crc16 }:
•
bajt 1 – adres sterownika,
•
bajt 2 – numer funkcji ,
•
bajt 3, 4 – adres bitu do ustawienia, w przedstawionym przykładzie dotyczy to czujnika
drugiego,
•
bajt 5 – wartość ustawienia, gdy wartość wynosi 0xFF to ustawiany bit jest „1” zaś gdy
wartość wynosi 0x00 to ustawiany bit jest „0”,
•
bajt 6 – wyzerowany,
•
bajt 7, 8 – suma kontrolna CRC16.
W następnej kolejności program sprawdza jak ma zachować się linia produkcyjna
odczytując ten stan od sterownika PSW, są to zmienne od TB1 do TB6. KaŜda zmienna TB
realizuje róŜną funkcję w programie. Przyjęte w programie oznaczenia to:
•
TB1 – podajnik elementów,
•
TB2 – taśma transportowa,
•
TB3 – stanowisko 1,
•
TB4 – stanowisko 2,
•
TB5 – stanowisko 3,
•
TB6 – kontrola jakości.
Wysyłana ramka komunikatu ma postać { 0x01, 0x01, 0x01, 0x00, 0x00, 0x06, crc16,
crc16 }:
•
bajt 1 – adres sterownika,
•
bajt 2 – numer funkcji,
•
bajt 3, 4 – adres pierwszego bitu do odczytania,
•
bajt 5, 6 – liczba bitów do odczytania,
•
bajt 7, 8 – suma kontrolna CRC16.
Komunikacja symulatora ze sterownikiem PSW-84, została przygotowana w celu
testowania protokołu Modbus RTU. MoŜna oczywiście sterować symulatorem za pomocą
sterownika PSW, jednak jest to uciąŜliwe ze względu na małą prędkość komunikacji oraz
długie programowanie sterownika.
9
3.4.2. Komunikacja symulatora ze sterownikami Beckhoff
Komunikacja ze sterownikami Beckhoff przebiega inaczej niŜ w przypadku
sterownika PSW. Sterowniki Beckhoff mogą pracować jako urządzenia nadrzędne (master),
symulator zaś jako urządzenie podrzędne. Dzięki temu symulator sprawdza tylko komunikaty
dostarczane od sterownika i odpowiada na nie. Aby komunikacja była moŜliwa, sterownik
musi znać adres urządzenia podrzędnego, do którego przesyła zapytanie. Symulator jako
urządzenie podrzędne ma adres 0x01. Ramka komunikatu jaką wysyła sterownik do
symulatora, w celu odczytania od niego danych (czujników) ma postać { 0x01, 0x03, 0x00,
0x00, 0x00, 0x02, crc16, crc16 }.
•
bajt 1 – adres urządzenie podrzędnego,
•
bajt 2 – numer funkcji,
•
bajt 3, 4 – adres danych do odczytania, dla symulatora adres ten jest stały i wynosi 0x00,
0x00,
•
bajt 5, 6 – liczba bajtów do odczytania,
•
bajt 7, 8 – suma kontrolna CRC16.
Przykładowa odpowiedź symulatora na to zapytanie ma postać { 0x01, 0x03, 0x02, 0x00,
0x08, crc16, crc16 }:
•
bajt 1 – adres odpowiadającego urządzenia (symulator),
•
bajt 2 – numer funkcji,
•
bajt 3 – liczba odczytanych bajtów,
•
bajt 4, 5 – odczytane dane,
•
bajt 6, 7 – suma kontrola CRC16.
Informacja o stanie czujników zawarta jest w piątym bajcie komunikatu. W bajcie tym
znajdują się kolejno:
•
bit 1 – Czujnik 1,
•
bit 2 – Czujnik 2,
•
bit 3 – Czujnik 3,
•
bit 4 – Czujnik 4,
•
bit 5 – Czujnik 5,
•
bit 6 – Tryb pracy linii (Automatyczna/Manulana).
10
Aby zdekodować otrzymane dane od symulatora, naleŜy zapisać je do zmiennej a
następnie „wyłuskać” z niej stan czujników. Dla sterownika Beckhoff realizuje się to w
następujący sposób:
Sterownik zapisuje równieŜ dane do urządzenia, czyli ustawia linię produkcyjną.
Przykładowa ramka komunikatu ma postać { 0x01, 0x16, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x02,
0x00, 0x10, crc16, crc16 }:
•
bajt 1 – adres urządzenia,
•
bajt 2 – numer funkcji,
•
bajt 3, 4 – adres danych do zapisu, dla symulatora adres ten jest stały i wynosi 0x00, 0x00,
•
bajt 5, 6 – długość słowa,
•
bajt 7 – ilość bajtów do zapisu,
•
bajt 8, 9 – bajty do zapisu,
•
bajt 9, 10 – suma kontrolna CRC16.
Sterownik chcąc sterować linią, zapisuje w dziewiątym bajcie polecenie, jakie ma
wykonać symulator linii produkcyjnej. Polecenie to musi być odpowiednio ułoŜone, aby
symulator mógł je poprawnie zinterpretować:
•
bit 1 – Podajnik,
•
bit 2 – Taśma transportowa,
•
bit 3 – Stanowisko robocze pierwsze,
•
bit 4 – Stanowisko robocze drugie,
•
bit 5 – Stanowisko robocze trzecie,
•
bit 6 – Kontrola jakości (wybór pojemnika).
Sterownik Beckhoff realizuje to w następujący sposób:
11
Szczegółowe informacje, w jaki sposób sterownik Beckhoff wysyła i odbiera dane za
pomocą protokołu Modbus RTU, opisane zostały w rozdziale 5.5.2. „Opis programu dla
sterownika BX9000”.
3.5. Połączenie symulatora ze sterownikiem Beckhoff
Na przykładzie sterownika Beckhoff BX9000, został przedstawiony sposób połączenia
symulatora ze sterownikiem. Przed połączeniem sterownika z symulatorem, naleŜy najpierw
skonfigurować
i
zaprogramować
sterownik.
Napisany gotowy program,
sterujący
symulatorem linii znajduje się na końcu w dodatkach. Opisywany sterownik posiada dwa
interfejsy COM1 i COM2 umieszczone w jednym złączu oznaczonym jako D-Sub (Rys. 14).
Do komunikacji z innym urządzeniem przeznaczony jest interfejs COM2. Aby połączyć
sterownik z komputerem za pomocą interfejsu szeregowego RS232, kabel do przesyłania
danych musi zostać skrosowany (skrzyŜowany). Na rysunku 15 przedstawiono sposób
połączenia kabla, pomiędzy komputerem a sterownikiem.
Rys. 14. Opis wyprowadzeń złącza
Źródło: Beckhoff, Dokumentacja dla sterownika BX9000.
12
GND
GND
TxD
TxD
RxD
RxD
6
6
1
1
Komputer
Sterownik PLC
Rys. 15. Połączenie komputera ze sterownikiem
Źródło: Opracowanie własne.
Po przygotowaniu sterownika i skonfigurowaniu symulatora moŜna nawiązać
połączenie ze sterownikiem. NaleŜy w tym celu wybrać z menu Linia opcję Połącz.
Poprawność połączenia sygnalizowana jest graficznie, niebieski pasek sygnalizuje poprawne
połączenie
, czerwony pasek oznacza brak połączenia
. Gdy
połączenie zostało nawiązane poprawnie, zaprogramowany sterownik moŜe sterować linią
produkcyjną. NaleŜy przejść do trybu automatycznego by uruchomić proces produkcyjny,
moŜna to wykonać przez wybór z panelu kontrolnego symbolu „A.”. W kaŜdej chwili
moŜliwe jest równieŜ przejście do trybu manualnego i „ręczne” sterowanie linią produkcyjną.
JeŜeli linia produkcyjna jest zajęta tzn. na taśmie transportowej lub na stanowiskach znajdują
się przedmioty, to przed przejściem do trybu automatycznego naleŜy je wszystkie usunąć.
MoŜna to zrobić za pomocą ikony
umieszczonej na pasku narzędziowym programu.
Symulator umoŜliwia dodatkowo zapis procesu produkcyjnego. Przed przejściem do
trybu automatycznego, moŜna utworzyć plik do którego będą zapisywane wyniki symulacji. Z
menu Plik naleŜy wybrać Utwórz nowy plik. Jeśli tego nie zrobiono, to przed przejściem do
sterownia automatycznego program sam przypomni o tym. Do pliku symulacji zapisywany
jest stan wszystkich czujników i stan stanowisk roboczych (Rys. 16). Zapis przebiegu
symulacji moŜe być kontrolowany przez uŜytkownika. W kaŜdej chwili podczas pracy
automatycznej, moŜna wstrzymać proces zapisu, ikona
narzędziowym programu lub kontynuować zapis, ikona
umieszczona na pasku
. Pliki symulacji są zapisywane w
domyślnym folderze o nazwie Pliki symulacji. Pliki te moŜna przeglądać bezpośrednio w
programie, w tym celu naleŜy wybrać ikonę
, a następnie odszukać plik symulacji.
13
Rys. 16. Zawartość pliku symulacji
Źródło: Opracowanie własne.
Rys. 17. Przykładowy zrzut ekranu podczas pracy symulatora w trybie automatycznym
Źródło: Opracowanie własne.
14