Configuração Sync-Freeze Usando Mestre Siemens

Este documento tem como objetivo orientar desenvolvedores de sistemas a utilizar a cabeça escrava NX5110 Nexto em aplicações que utilizam bases instaladas Siemens, como uma remota de campo com suporte aos comandos DPV1 Sync e Freeze PROFIBUS-DP.

Foi feito o uso de uma interface Mestre UCP Siemens PROFIBUS CPU315-2 DP, configurada com o software programador SIMATIC Manager versão 5.4 SP3, mostrando desta forma a interoperabilidade das cabeças Nexto com mestres PROFIBUS de diferentes fabricantes.

Para o melhor entendimento do funcionamento dos equipamentos é recomendado que o Manual de Utilização da Série Nexto (MU214000), o Manual de Utilização de Rede PROFIBUS (MU299026), o Manual de Utilização da Cabeça PROFIBUS DP Nexto (MU214108), e os manuais referentes ao mestre utilizado, bem como do configurador em uso sejam consultados. A mesma recomendação aplica-se caso seja necessário modificar a arquitetura proposta utilizando-se outros módulos mestres. Abaixo seguem os comandos testados bem como suas características.

  • Freeze: Congela estado dos canais de entrada dos escravos
  • Unfreeze: Cancela o comando Freeze
  • Sync: congela os canais de saída dos escravos
  • Unsync: Cancela o comando Sync

 

NX5110 - Cabeça de Rede de Campo PROFIBUS DP

A Série Nexto é uma poderosa e completa linha de Controladores Programáveis, destinada a satisfazer necessidades de pequenas e médias aplicações bem como de aplicações de alto nível. A Série suporta muitas características e traz o melhor custo benefício tanto para grandes automações de processos quanto para automação de máquinas. A Série Nexto é baseada em um sistema modular que oferece flexibilidade entre desempenho e custo.

A arquitetura da Série Nexto possui uma extensa variedade de módulos de entrada e saída. Estes módulos combinados com um poderoso processador de 32 bits e um barramento de alta velocidade baseado em Ethernet se adéquam a inúmeros tipos de aplicações como controles de alta velocidade para máquinas pequenas, complexos processos distribuídos, aplicações redundantes e sistemas com grande número de E/S como automações prediais. Além disto, a Série Nexto possui módulos para motion control, módulos de comunicações com as mais populares redes de campo, entre outras características.

A Cabeça de Rede de Campo PROFIBUS NX5110 é um dispositivo de rede escravo do tipo modular que integra a Série Nexto de Entradas/Saídas remotas, permitindo o acesso através de rede de campo PROFIBUS-DP. 

ATENÇÃO:

Este documento visa somente o uso e configuração da interface NX5110 com mestre Siemens.


Arquivo GSD

Todo o dispositivo PROFIBUS-DP possui um arquivo que define seus limites e possibilidades de configuração. A cabeça NX5110 utiliza o arquivo ALT_0EDD.GSD. A Altus disponibiliza este arquivo que contêm as definições necessárias para incluir os módulos em uma rede PROFIBUS-DP. O idioma utilizado na geração dos arquivos é o inglês. Também relacionados aos arquivos GSD estão três arquivos de imagem (arquivos com extensão DIB) que auxiliam na identificação da cabeça durante a montagem da rede PROFIBUS no configurador do Mestre.

Os arquivos ALT_0EDD.GSD, NX5110_S.DIB, NX5110_R.DIB e NX5110_D.DIB estão disponíveis para download no site https://www.altus.com.br/.

Os arquivos tipo GSD facilitam a interoperabilidade na rede PROFIBUS de dispositivos de diferentes fabricantes. Estes arquivos contêm as características do dispositivo, que devem ser consideradas para seu correto funcionamento na rede, como número e tipo de módulos de E/S, mensagens de diagnóstico, parâmetros possíveis de barramento, taxas de transmissão e tempo de sustentação.

Os arquivos GSD devem ser utilizados na configuração do Mestre da rede, através de um programa especial que importa os arquivos e solicita ao usuário que escolha as opções de módulos pertinentes à sua instalação.

 

Arquitetura

Definição

Para a arquitetura proposta foi utilizado uma UCP Siemens modelo CPU315-2 DP Simatic S7 6ES7 315-2AF030AB0, que possui características tanto de UCP quanto de mestre PROFIBUS integrados, com suporte a comandos (Un) Sync (Un) Freeze.

A cabeça Nexto utilizada possui versão de Firmware 1.0.0.27, versão de Bootloader 1.0.0.7 e revisão AG de produto. No seu barramento os seguintes módulos foram configurados, nesta ordem: 

  • NX1001 24 Vdc 16 DI
  • NX2001 24 Vdc 16 DO Transistor
  • NX6000 8 AI Voltage / Current
  • NX6100 4 A0 Voltage / Current
  • NX9000 8 Slot Backplane Rack (Configuração padrão)

 


Figura 1. Modelo Representativo de Arquitetura utilizada

Nota:

A figura acima é meramente ilustrativa. A largura e ocupação de posições dos módulos de E/S são descritas nos documentos de Características Técnicas de cada modulo, disponíveis em www.altus.com.br.


Montagem Mecânica 

A montagem mecânica deste módulo é descrita no Manual de Utilização da Série Nexto – MU214000. 

O módulo deve ser instalado na posição 0 do bastidor, o módulo NX5110 deve ser adicionado na árvore de módulos abaixo de um Mestre PROFIBUS.


Instalação Elétrica 

A instalação elétrica da cabeça PROFIBUS é descrita no Manual de Usuário MU214108. A instalação elétrica dos módulos E/S está descrita no documento de Características Técnicas de cada modulo, disponíveis em www.altus.com.br.


Instalação da Rede PROFIBUS 

A montagem de rede PROFIBUS deve seguir as instruções descritas na documentação do mestre em uso.


Projeto

Neste capítulo, será abordada a criação de um novo projeto a partir da utilização da ferramenta Wizard, a qual apresenta as opções de configuração do sistema ao usuário. Esta nota de aplicação foi desenvolvida utilizando o software de programação da interface Mestre Siemens, sendo assim, será mostrado todo o passo a passo para mostrar e operar os comandos globais utilizando a interface Nexto NX5110 como escravo PROFIBUS.

Abra o software SIMATIC Manager, na tela que foi aberta selecione o menu File e em seguida ‘New Project’ Wizard.

 

Figura 2. Novo Projeto com Wizard

Na próxima tela apenas clique em Next para prosseguir com o processo, como mostra a Figura 3.

 

Figura 3. Introdução - Tela Wizard

Escolha o modelo da interface utilizada, nota-se que a interface CPU315-2 DP 6ES7 315-AG010-AB0 é a que se assemelha mais a interface utilizada, considerando que o Wizard deste software não possui o modelo exato da UCP em uso, em passos à frente será mostrado como alterar o modelo para o mesmo utilizado, por hora se define este modelo como a UCP do projeto.

 

Figura 4. Modelos de UCP - Tela Wizard

Escolha a linguagem padrão para as POUs utilizadas e os blocos que o projeto utilizará, este exemplo utiliza somente a POU OB1, necessária por ser a principal, em linguagem LADDER (LAD).

 

Figura 5. Seleção de Blocks e Linguagem - Tela Wizard

Na tela a seguir, defina o nome do projeto e clique em Finish para terminar o processo de criação de projeto.

 

Figura 6. Nome dado ao Projeto - Tela Wizard


Configurações de Hardware

A interface inicial do programa será mostrada no termino da configuração inicial do Wizard. A Figura 7 apresenta a interface inicial que será utilizada para configuração e envio do projeto ao decorrer do processo.

 

Figura 7. Tela Inicial do Programa SIMATIC Manager

Na arvore de dispositivos à esquerda, selecione o segundo item, SIMATIC 300 Station, como mostrado na Figura 8:

 

Figura 8. Arvore de Dispositivos - SIMATIC Manager

Clique em Hardware duas vezes para abrir sua edição.

 

Figura 9. Configurações de Hardware


Instalando o Arquivo GSD

Para adicionar o arquivo GSD Nexto, clique no menu Options > Install GSD File... da Figura 4 8, clique no botão Browse... e procure o diretório que contem o arquivo GSD da interface Nexto NX5110, bem como as figuras relacionadas. Todos os arquivos estão disponíveis para download em www.altus.com.br.


Figura 10. Instalação do arquivo GSD

Depois de selecionar o GSD, clique em Install, após a conclusão do processo clique em Close para fechar a janela de importação de GSD e voltar à janela principal de configurações de Hardware.


Configurações da UCP Siemens

Feita a instalação do arquivo GSD Nexto do módulo PROFIBUS-DP NX5110 Cabeça Remota, será necessário atualizar o projeto com a versão de UCP física idêntica ao projeto. Escolha o modelo de UCP utilizado bem como a versão de software presente, para o exemplo apresentado o modelo utilizado foi 315-2 DO 6ES7 315 -2AF03-0AB0 v1.1 como mostra a figura abaixo:

 

Figura 11. Atualização da Interface UCP Siemens

Após selecionar a UCP correta, atualize o projeto clicando duas vezes nesta ou arrastando a UCP selecionada até a janela (0) UR.

Note que no campo referente à área de diagnósticos, o valor 1023 é definido, este é o endereço lógico do mestre (Logical Address) %QW1023, que será utilizado como um dos parâmetros da função SFC11 de Sync Freeze da UCP Siemens.

Selecionando CPU 315-2 DP(1) pode se abrir a tela de Propriedades (Properties), como se segue abaixo:

 

Figura 12. Propriedades - UCP Siemens

Clique em Properties... na janela acima para definir algumas características da UCP.

 

Figura 13. Propriedades - UCP Siemens

Clique em OK nesta janela aberta por ultimo e em OK novamente.


Configurações do Mestre PROFIBUS-DP

Feitas as configurações da UCP Siemens, clique em DP duas vezes para abrir suas propriedades.

 

Figura 14. Propriedades – Mestre PROFIBUS DP

Clique no botão Properties..., na janela aberta clique em New... para criar uma nova rede PROFIBUS, note que o endereço do mestre padrão é 2, e será utilizado este endereço. Na janela aberta selecione o nome da rede no campo Name, neste exemplo será usado o nome PROFIBUS_NETWORK.

Ainda nesta janela clique na aba Network Settings, configure a velocidade de transmissão da rede e parâmetros do módulo, utilizaremos 12Mbps, e o restante dos parâmetros ficarão como padrão. Clique em OK até voltar à janela de edição inicial.

 

Figura 15. Janela Inicial de Configurações de Hardware


Configurações da Cabeça Nexto NX5110

Na árvore de dispositivos, adicione o NX5110 à rede configurada anteriormente.

 

Figura 16. Rede PROFIBUS com escravo Nexto

Selecione o módulo NX5110 e clique duas vezes no módulo, seus parâmetros poderão ser configurados, o menu mostrado na Figura 17 será mostrado após esta ação. Para este exemplo será utilizado o endereço 4 para a interface NX5110, campo Address.

 

Figura 17. Propriedades NX5110

Na aba Parameter Assignment, parâmetros como modelo/tamanho do bastidor a ser utilizado pelo módulo NX5110, tipo de troca a quente entre outros parâmetros são configuráveis.

Feito isso, deve se adicionar os módulos que farão parte do barramento da cabeça remota Nexto, pode-se arrastá-los da árvore de dispositivos à direita para a tabela de configuração, a ordem no backplane será a mesma configurada aqui.

 

Figura 18. Módulos de E/S configurados o escravo NX5110


Configurações da Rede PROFIBUS

Para concluir as configurações, ainda é necessário selecionar os modos de funcionamento dos comandos Sync - Freeze.

Clique com o botão direto na Rede PROFIBUS (PROFIBUS_NETWORK), um menu de opções será aberto, selecione Objects Properties... e escolha as propriedades dos grupos de 1 a 8, Sync Freeze.

Na aba Groups Properties, conforme desejar, o usuário deve marcar as opções de comandos convenientes. Utilizaremos Sync e Freeze para todos os grupos, mas efetivamente o NX5110 pertencerá somente ao Grupo 1, como mostrado na Figura 20.

 

Figura 19. Propriedades de Grupos

 

Figura 20. Seleção de Grupo a qual o escravo selecionado pertence

Depois disso, clique em OK, pode-se salvar então as configurações de rede e fechar esta janela de configuração.

 

Declaração do Bloco SFC11

Na página inicial do software SIMATIC Manager, clique em Blocks no fim da árvore de dispositivos e clique duas vezes na POU OB1 para edita-la.

 

Figura 21. Edição da POU OB1

Selecione a Network 1 e adicione um Function Block SFC11 via árvore de dispositivos de Function Blocks disponível ou ainda pode se adicionar uma caixa do tipo Empty Box e escrito manualmente o nome do Function Block.

Esta função é responsável por gerenciar a utilização dos comandos Sync, Unsync, Freeze e Unfreeze da interface UCP Siemens.

Nota:

A Siemens também utiliza a nomenclatura DPSYC_FR para expressar a chamada do Function Block SFC11.

 

Figura 22. Function Block DPSYC_FR / SFC11


Declaração de Variáveis para o Function Block SFC11

Feito isso, pode-se escrever os valores dos parâmetros de entrada deste Function Block diretamente, ou como este exemplo, utilizar uma lista de variáveis simbólicas para facilitar a compreensão.

Clique no menu Options > Symbol Table, uma tabela de declaração de variáveis será aberta.

 

Figura 23. Lista de Declaração das Variáveis Simbólicas Utilizada

A lista acima mostra as variáveis criadas que serão utilizadas nos parâmetros da função, de acordo com seu tipo, as variáveis não seguem uma regra de endereçamento, exceto o cuidado de utilizar uma área que não está em uso por outros processos. Após criar todas as variáveis as mesmas devem ser salvas para tornarem-se aplicáveis ao projeto.

 

Figura 24. Function Block SFC11 com Todas as Entradas Configuradas

 

Compilação e Envio do Projeto

Salve o programa, volte à janela inicial, selecione o item mais acima na árvore de dispositivos, Nome do Projeto > PLC > Compile and Download Objects.

 

Figura 25. Compilação e Download de Aplicação

Clique em Select All conecte o cabo de comunicação entre a UCP Siemens e o computador, coloque a chave de seleção de estado da UCP para STOP e clique em Start.

Após o envio com sucesso, posicione a chave da UCP para RUN-P.

O escravo Nexto, se conectado via rede PROFIBUS-DP, com versões de GSD e software compatíveis, e com a arquitetura montada idêntica à configurada via software, será configurado e entrará em funcionamento indicando em seu visor "ACT" e estárá sem diagnósticos.


Aplicando os Comandos (Un) Sync, (Un) Freeze

Na página inicial do SIMATIC Manager, clique em Blocks no fim da árvore de dispositivos e clique duas vezes na POU OB1 para editá-la. Clique primeiramente na caixa vermelha e em seguida na caixa verde da figura abaixo.

 

Figura 26. Conectando-se e Monitorando a UCP


Desta forma será possível monitorar e escrever valores em tempo real na UCP, Online. O parâmetro de entrada da função SFC11 LADDR, foi configurado como recebendo a variável wMasterLogAddr, este deve ser alterado para o endereço Lógico correspondente ao do mestre, previamente descrito no capítulo Configurações da UCP Siemens como 1023 (QW1023).

No parâmetro GROUP deve ser escrito o valor 1 na variável byGroup, conforme descrito anteriormente no capitulo Configurações da Rede PROFIBUS, configurações de grupo da rede PROFIBUS-DP.

Na entrada MODE, a variável byMode deve ser preenchida conforme o interesse de uso das funções conforme tabela abaixo disponível no help da função do programador SIMATIC Manager:

 

Figura 27. Configurações de Uso do Function Block

Para este exemplo foram utilizados simultaneamente os comandos de Sync e Freeze, 2#00101000 ou 40 em decimal.

As entradas iReturn e xBusy são variáveis de status de saída do Function Block, a primeira devolve um código de erro/status e a segunda se em 1, indica que a função ainda está sendo executada, caso contrário o código deve ser analisado a fim de solucionar o problema.

 

Figura 28. Function Block com Entradas Configuradas

Após atribuir valores as variáveis de configuração do Function Block, então pode se habilitar a função.

Na Figura 29 é mostrado o Function Block em pleno funcionamento e sem erros escrevendo os comandos de Sync e Freeze simultaneamente.

 

Figura 29. Comandos Sync e Freeze Escritos no Escravo NX5110 com Sucesso

Nota:

Aconselha-se o uso de um gatilho de disparo da função, ou seja, que a entrada xEnable seja desabilitada após confirmação de sucesso de envio dos comandos globais.


Para desabilitar os comandos, deve-se enviar um novo comando de Unsync e Unfreeze, escrevendo o comando na variável byMode 2#00010100 ou 20 em decimal.

 

Figura 30. Comandos Unsync e Unfreeze Escritos no Escravo NX5110 com Sucesso


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