Profibus/Profinet Haberleşme

1.  GİRİŞ

Profibus, 1989 yılında otomasyon teknolojilerinde kullanılmak için ortaya çıkan bir haberleşme sistemidir. Almanya’da ortaya çıkmış ve o zamanlarda Siemens tarafından kullanılmıştır. IEC 61158 standardına göre oluşturulan bir haberleşme sistemidir.

Otomasyon sistemlerinde özellikle fabrika ve süreç otomasyonu süreçlerinde profibus protokolü tercih edilir. Büyük ve karmaşık sistemlerin profibus haberleşme sistemi ile birlikte daha küçük bölümlere ayrılıp daha rahat kontrol edilebilmesi fabrika ve süreç otomasyonu sistemlerinde önem arz etmektedir.

2.  HABERLEŞME TÜRLERİ

Endüstriyel olarak sistemlerin haberleşmesi için çok çeşitli haberleşme yöntemleri kullanılmaktadır. Bu haberleşme türleri Şekil 1’de gösterilmektedir.

Şekil 1

Şekil 1 Endüstriyel Haberleşme Sistemleri

Endüstriyel haberleşme standartları Tablo 1’de ve kullanılan haberleşme yöntemleri de Tablo 2’de gösterilmektedir.

Tablo 1 Endüstriyel Haberleşme Standartları

PROFINET / Endüstriyel İnternet  
·       Endüstriyel İnternet (IEEE 802.3)

·       PROFINET (IEC 61158/61784)

·       Endüstriyel Wireless LAN (IEEE 802.11)

·       Endüstri standartları uluslararası ethernet standartlarına dayanır.

·       Otomasyon için açık endüstriyel ethernet standardı kullanılır.

·       Wireless haberleşme için kullanılan endüstriyel standart uluslararası standartlara dayanmaktadır.

PROFIBUS  
·       PROFIBUS (IEC 61158/61784) ·       Açık alanlar için uluslararası standard kullanılır. (Dünyada bu alanda market lideridir.)
AS-Interface (AS-İ)  
·       AS-Interface (IEC 62026-2/EN 50295) ·       Kabloları, sensörler ve aktuatörler üzerinden iki telli kablo ile bağlayan uluslararası standardı kullanır.
IO Link  
·       IO Link ·       Sensörler ve aktuatörler üzerinden noktadan noktaya haberleşmeyi yüksek verimli yapmayı sağlayan uluslararası standardı kullanır.

 

Tablo 2 Haberleşme Yöntemleri

  Endüstriyel İnternet PROFINET PROFIBUS AS-i IO Link
Kurumsal Kaynak Planlaması (Enterprise Resouce Planning (ERP)) (Örneğin Bilgisayar)  

++

 

+

 

 

 

Kontrol (Örneğin SIMATIC S7-1200)  

++

 

++

 

++

 

++

 

Motion Kontrol (SIMOTION) + ++ ++ +
Akıllı Saha Elemanları (Örneğin ET 200S/CPUS)  

 

++

 

++

 

+

 

++

Sensor/Aktuator ++ ++ ++ ++
Sürücüler (SINAMICS) + ++ ++
SIRIUS ++ ++ ++ +
SINUMERIK + ++ ++ +
Emniyet Odaklı İletişim ++ ++ ++
– Uygun Değil

+ Uygulanabilir

++ Gayet Uygun

2.1 Endüstriyel İnternet

IEEE 802.3 standardına göre LAN ve hücre alanı için ana hat iletim teknolojisi kullanılarak yapılmaktadır.

Karakteristikleri:

  • Yüksek İletim Performansı
    • Hızlı İnternet (100 Mbps)
    • Gigabit İnternet (1000 Mbps)
  • Anahtarlama veya kilitleme teknoloji ile ölçeklenebilir ve pratik olarak kullanılabilir sınırsız network oluşturabilir.
  • Aşağıda bulunan üç teknolojiye sahiptir:
    • Elektrik kablosu (twisted pair)
    • Fiber-Optik kablosu
    • Wireless LAN
  • Sistemlere izinsiz girişlerde güvenlik modülü sistemi korur.
  • Endüstriyel internet özellikle bir endüstriyel ortam için geniş bir haberleşme imkanı sağlar.
    • Endüstriye uygun ağ bileşenleri ve kablolama teknolojisi
    • Yedek fonksiyonellik ve yedek güç kaynağı sayesinde yüksek kullanılabilirlik

2.2 IWLAN

Endüstriyel kablosuz iletişim, kablosuz iletişim için endüstriyel mobil iletişim ürünleri anlamına gelir. Bunlar IEEE 802.11, GSM, GPRS veya UMTS gibi küresel kablosuz standartlara dayanmaktadır. Endüstriyel Kablosuz LAN (IWLAN) teknolojisi, IEEE 802.11 standardına dayanan endüstride gerçek zamanlı sistemlerde uygulamalar için kullanılan bir haberleşme sistemidir.

Karakteristikleri:

  • 4 ve 5 GHz frekans band aralığında çalışır.
  • IEEE 802.11 standartlarını destekler.
  • Kablosuz haberleşmenin cihazla ve uygulama ile izlenmesi ve çoğu güvenlik teknolojilerin kullanılması nedeniyle kullanım kolaylığı sağlar.
  • Endüstri alanında endüstriyel kablosuz LAN (IWLAN) kullanımı uygundur.

2.3 PROFINET IO

Profinet, dağıtılmış saha cihazlarının doğrudan endüstriyel internete entegrasyonuna izin verir. Kullanıcı verileri TCP/IP veya IT standartları ile aktarılmaktadır. Profinet için basit mühendislik sahada profibus ile kullanılması burada benimsenmiştir.

Profibus’un cihaz modelinin korunması ile birlikte aynı ayar bilgileri profinette de mevcuttur.

STEP 7 programı çalıştırıldığında kullanıcı arayüzünde profinet ile profibus arasında hiçbir fark yoktur.

Profinet endüstriyel internet teknolojisini kullanır. Ancak endüstriyel uygulamalar için son derece önemli olan ve ethernet protokolünde bulunmayan uygulamalarda haberleşme durumunu sağlar.

2.4 PROFIBUS

Haberleşme ağı, IEC 61158-2 / EN 61158-2 protokolleri kullanılarak hibrit jeton metodu ile master ve slave donanımsal ekipmanların iletişimi ile sağlanır. Haberleşme ağı, bükülmüş çift data kablo veya fiberoptik kablo üzerinden yapılır.

Profibus ağları aşağıdaki yöntemler ile uygulanır:

  • Korumalı bükülmüş çift kablolar (Karakteristik direnç değeri 150 Ω)
  • Fiberoptik kablolar

Çeşitli iletişim ağları bağımsız olarak kullanılabilir. Eğer gerekirse bu ağlar birbirleriyle de birleştirilebilir.

2.5 PROFIBUS PA

Profibus PA, süreç otomasyonlarında kullanılan profibus haberleşme adıdır. IEC 61158-2 standardına uygun olarak MBP iletim tekniğini kullanarak profibus DP iletişim protokolünü bağlar.

Profibus PA ağları, çift bükümlü kablolara dayanan iç güvenlik ile oluşturulabilir.

2.6 AS-Interface (AS-i)

Aktuator sensor arayüzü (ASi) düşük seviyeli otomasyon uygulamalarında kullanılan bir haberleşme ağıdır. ASi haberleşme kablosu kullanılarak PLC aracılığı ile lojik veya analog aktuator ve sensorler arasındaki haberleşme sağlanabilir.

2.7 IO Link

Haberleşme standardı fieldbus seviyesinin altındadır. Bu merkezi hata teşhisine, sensör/aktuator seviyelerinin yer tespitine ve parametre verilerinin dinamik olarak doğrudan otomasyon sisteminden değiştirilmesine izin vererek devreye alma ve bakım işlerini basitleştirir.

3.  PROFIBUS HABERLEŞMESİ

3.1 Jeton Metodu

Profibus haberleşme ile jeton metodu kullanılarak haberleşen endüstriyel ekipmanlardaki datalar bir ring halinde tüm donanımsal ekipmanlara eş zamanlı bilgi gönderebilir. Master ve slave ekipmanlardaki öncelik sırasına göre jeton donanımsal gideceği yeri seçmiş olur (Şekil 2).

Şekil 2 Profibus

Şekil 2 Profibus Jeton Metodu

3.2 Profibus Haberleşme Çeşitleri

3.2.1 Profibus DP

Profibus DP (ayrışık I/O) bir merkezi kontrolör tarafından kullanılan sensörleri ve aktuatörleri üretim mühendisliği alanında kullanan bir haberleşme türüdür. Bükülmüş çift kabloyla ya da fiber optik kabloyla data iletim hızı 12 Mbps’ye kadar çıkmaktadır.

3.2.2 Profibus PA

Profibus PA (süreç otomasyonu) süreç mühendisliğinde süreç kontrol sistemleri tarafından ekipmanlardaki ölçümleri kontrol etmek için kullanılır. Profibus’un bu versiyonu tehlikeli çalışma bölgelerinde uygulanabilir. Burada data kabloları emniyetli bir devreden geçtiği için üzerinde oluşabilecek zayıf akımda bile bir arıza meydana gelse ya da fabrika ortamında herhangi bir patlamaya neden olabilecek bir kıvılcım üretmeyecektir.

4.  SİEMENS PROFIBUS HABERLEŞMESİ DONANIMSAL EKİPMANLARI

4.1 CM 1243-5

4.1.1 Giriş

CM 1243-5 donanımsal ekipmanı Siemens profibus ailesi içerisinde master olarak kullanılmaktadır. Kontrol edebildiği slave araçlar:

  • Simatic ET200
  • S7-1200 PLC ailesi ile birlikte kullanılan CM 1242-5
  • S7-200 PLC ailesi ile birlikte kullanılan Profibus DP modülü EM 277
  • SINAMICS konverter
  • Çeşitli sürücü, aktuatör ve sensörler
  • Profibus arabirimli S7-300/400 PLC ailesi
  • S7-300/400 PLC ailesinde bulunan Profibus CP (Örneğin CP 342-5 modulü)
  • Profibus CP bulunan Simatic PC istasyonları

4.1.2 CM 1243-5 Profibus Konfigürasyon Örneği

CM 1243-5 donanımsal ekipmanının master olarak kullanıldığı ve CM 1242-5 donanımsal ekipmanının slave olarak kullanıldığı bağlantı konfigürasyonları Şekil 3’te ve Şekil 4’te gösterilmektedir.

Şekil 3 Profibus

Şekil 3 CM 1242-5 Profibus Slave Konfigürasyon Örneği

Şekil 4 Profibus

Şekil 4 1243-5 Profibus Slave Konfigürasyon Örneği

4.1.3 CM 1243-5 STEP 7 Konfigürasyonu

CM 1243-5 için Step 7 konfigürasyonu aşağıdaki adımlar takip edilerek oluşturulabilir.

  1. Step 7 projesi oluşturulur.
  2. Simatic istasyonlarından gerekli donanımsal ekipmanlar seçilir.
  3. Haberleşme modülleri ve diğer gereken modüller seçilir.
  4. Profibus master modülü seçilir ve DP master sistemi sağ tuş yardımı ile oluşturulur.
  5. DP master sistemi aşağıdaki gruplar takip edilerek konfigüre edilir.

– Genel

– Network ayarları

– Kablo konfigürasyonu

– Ek network bağlantıları

– Haberleşme parametreleri

  1. Profibus slave modulünün master sisteme bağlantısı yapılır.

– Profibus arabirimi seçiliyken kısayol menü komutunu kullanarak

– Ya da slave modülünün “Operating mode” (Çalışma modu) parametre grubu kullanarak slave modulü bağlantısı yapılır.

  1. Slave modül konfigürasyonu yapılır. DP slave modüllerinin konfigürasyonunu yapabilmek için slave modülün kullanım klavuzuna bakılmalıdır.
  2. Profibus master modulü konfigürasyonu yapılır. Bu aşağıdaki parametre gruplarındaki özellikleri etkiler:

– Genel

– Profibus arayüzü “Genel” ve “Profibus adresi” alt seviyede bulunan parametre gruplarını etkiler. DP Master “Modu” önceden ayarlanmıştır.

  1. Gereksinimlere göre kalan modüller ve alt modüller konfigüre edilir.
  2. Proje kaydedilir.

4.2 CM 1242-5

4.2.1 Giriş

CM 1242-5 donanımsal ekipmanı Siemens S7-1200 ailesi master modül olacak şekilde aşağıdaki donanımsal ekipmanlar ile haberleşebilir:

  • Simatic S7-1200, S7-300, S7-400, S7-Modüler Gömülü Kontrolör
  • DP master modüller ve IO Simatic ET200
  • Simatic PC istasyonları
  • Simatic Net IE/PB link PN IO
  • Farklı üreticelerin PLC’leri iler haberleşebilir.

4.2.2 CM 1242-5 Profibus Konfigürasyon Örneği

CM 1242-5 donanımsal ekipmanının slave olarak kullanıldığı ve CM 1243-5 donanımsal ekipmanının master olarak kullanıldığı bağlantı konfigürasyonları Şekil 3’te ve Şekil 4’te gösterilmektedir.

4.2.3 CM 1242-5 STEP 7 Konfigürasyonu

CM 1242-5 için Step 7 konfigürasyonu aşağıdaki adımlar takip edilerek oluşturulabilir.

  1. Step 7 projesi oluşturulur.
  2. Simatic istasyonlarından gerekli donanımsal ekipmanlar seçilir.
  3. Haberleşme modülleri ve diğer gereken modüller seçilir.
  4. Profibus master modülü seçilir ve DP master sistemi sağ tuş yardımı ile oluşturulur.
  5. DP master sistemi aşağıdaki gruplar takip edilerek konfigüre edilir.

– Genel

– Network ayarları

– Kablo konfigürasyonu

– Ek network bağlantıları

– Haberleşme parametreleri

  1. Profibus slave modulünün master sisteme bağlantısı yapılır.

– Profibus arabirimi seçiliyken kısayol menü komutunu kullanarak

– Ya da slave modülünün “Operating mode” (Çalışma modu) parametre grubu kullanarak slave modulü bağlantısı yapılır.

  1. Slave modül konfigürasyonu yapılır. Bu, aşağıdaki parametre gruplarındaki özellikleri etkiler.

– Genel

– Profibus adresleri

– Mode > I-slave haberleşmesi

Burada, döngüsel veri alışverişi için transfer alanlarını belirlersiniz.

  1. Gereksinimlere göre kalan modüller ve alt modüller konfigüre edilir.
  2. Proje kaydedilir.

5. SİEMENS PROFIBUS PROJESİ OLUŞTURMA

Siemens Tia Portal üzerinden master ve slave olacak PLC’ler ve bu PLC’lere uygun profibus donanımsal ekipmanları seçilir. Master PLC seçildiğinde master profibus ekipmanı olan CM 1243-5 ekipmanı, tia portal içerisinde bulunan ‘Device view’ üzerindeki seçilir ve seçilen PLC’nin sol tarafına yerleştirilir. Bu ekipmana ‘Device view’ penceresinde bulunan yerde çift tıklanır ve ayarları yapılır. Şekil 5’te de gösterildiği üzere ‘Subnet’ adresi Profibus_1 seçilir ve adres kısmı otomatik olarak 2 olarak işaretlenerek ayar yapılmış olur.

Şekik 5 Profibus

Şekil 5 Profibus Master Ayarı

Slave PLC seçildiğinde slave profibus ekipmanı olan CM 1242-5 ekipmanı, tia portal içerisinde bulunan ‘Device view’ üzerindeki seçilir ve seçilen PLC’nin sol tarafına yerleştirilir. Bu ekipmana ‘Device view’ penceresinde bulunan yerde çift tıklanır ve ayarları yapılır. Şekil 6’te de gösterildiği üzere ‘Subnet’ adresi Profibus_1 seçilir ve adres kısmı otomatik olarak 3 olarak işaretlenerek ayar yapılmış olur.

Şekil 6 Profibus

Şekil 6 Profibus Slave Ayarı

Profibus üzerinden master ve slave ayarları yapıldıktan sonra master plc ile slave plc arasında ‘Network view’ penceresi üzerinde profibus haberleşme bağlantısının yapılması sağlanır (Şekil 7).

Şekil 7 Profibus

Şekil 7 Profibus PLC Network Bağlantısı

Profibus network bağlantısı yapıldıktan sonra ‘Device view’ CM 1242-5 ekipmanı içim master olan ekipman seçimi yapılır (Şekil 8).

Şeklil 8 Profibus

Şekil 8 Slave Modül Üzerinden Master Modül Seçimi

‘I-slave communication’ üzerinden transfer bölgesi seçilir ve bu transfer bölgesinde master olarak gidecek olan adres ile slave olarak giriş kabul edilecek olan adres belirlenir.

Şekil 9 Profibus

Şekil 9 Slave Haberleşme Data Ayarı

Haberleşme ayarları yapıldıktan sonra Master PLC’de kod olarak aşağıda bulunan network yazılır.

Şekil 9-1 Profibus

Benzer şekilde, haberleşme ayarları yapıldıktan sonra Slave PLC’de kod olarak aşağıda bulunan network yazılır.

Şekil 9-2

6. SİEMENS PROFINET PROJESİ OLUŞTURMA

Master PLC üzerinde giriş biti tanımlı bir buton, slave PLC üzerindeki çıkışları aktif edebilen ve slave PLC üzerinde giriş biti tanımlı bir buton master PLC üzerindeki çıkışı aktif edebilen bir proje tanımı oluşturalım. Oluşturulan proje tanımına göre yapılması gereken ayarlar aşağıdaki açıklamalarda detaylı olarak belirtilmektedir.

Siemens Tia Portal üzerinden master ve slave olacak PLC’ler seçilir. Portal üzerinde bulunan ‘Network View’ penceresinde bu PLC’ler görülür ve yazılımsal olarak PLC’ler birbirlerine bağlanır (Şekil 10).

Şekil 10 Profibus

Şekil 10 Tia Portal Profinet Yazılımsal Bağlantı Durumu

Şekil 11’de ‘Show Address Label’ etiketine tıklanarak (Şekil 11’de kırmızı ile gösterilen sekme) PLC’lerin ip adres numaraları gözükmektedir.

Şekil 11 Profibus

Şekil 11 Profinet Ip Adres Durumu

Profinet haberleşme fonksiyonları olan ‘GET’ ve ‘PUT’ blokları Şekil 12’de gösterilmektedir.

Şekil 12 Profibus

Şekil 12 Profinet Haberleşme Fonksiyon Blokları

‘GET’ fonksiyonu slave PLC’den veri okuma / veri alma işlemini gerçekleştirir. Bu fonksiyon üzerinde otomatik zaman veya frekans tanımı yapabilmek için master PLC üzerinde ‘Device View’ sekmesine gidilir. Burada PLC seçilir ve ‘Properties’ sekmesi tıklanır. Buradan ‘System and Clock Memory’ sekmesi seçilir. ‘Clock Memory’ biti aktif edilir. İstenilen memory bellek adresi seçilebilir. Bunun yapılmasının amacı master ile slave PLC’ler arasındaki frekans ayarının yani pulse ayarının otomatik bir şekilde oluşturulmasıdır. ‘GET’ fonksiyonu üzerinde örneğimizde de belirttiğimiz üzere ‘M20.7’ adres belleğini tanımlayalım. Burada her 2 sn’de bir veri alış verişi olacak manasına gelmektedir (Şekil 13).

Şekil 13 Profibus

Şekil 13 Master PLC Otomatik Zaman Biti Tanımlama

‘GET’ fonksiyonunda konfigürasyon ayarları yapılabilmesi için ‘GET’ fonksiyonunun üzerine tıklanır. ‘Configuration’ menüsü açılır. ‘Partner’ PLC seçimi yapılır. Buradaki ‘Partner’ PLC bizim uygulamamızdaki slave PLC’dir (Şekil 14).

Şekil 14 Profibus

Şekil 14 Master PLC ‘GET’ Fonksiyonu Konfigürasyon Ayarı

Otomatik ‘ID’ tanımı yapıldıktan sonra ‘GET’ fonksiyonu üzerinde bulunan ‘ID’ tanımı otomatik olarak atanmış olur (Şekil 15).

Şekil 15 Profibus

Şekil 15 Master PLC ‘Get’ Fonksiyonu Otomatik ID Atanması

Sistemde kaç PLC olacak ise bu konfigürasyonlar her bir PLC için yapılması gerekmektedir. ‘GET’ fonksiyonu üzerinde bulunan ‘ADDR_1’ ve ‘RD_1’ girişleri tanımlanırken pointer giriş olarak tanımlanması gerekmektedir.

Örneğin ‘ADDR_1’ girişi 10 byte’lık veriyi M100.0’dan başlayacak şekilde okumaya başlar. Bu okuma işlemini slave PLC’den yapacaktır. ‘RD_1’ girişinde de master PLC üzerinde okunan verinin yazılacağı adres alanı gösterilmektedir. Örneğimizde bu alanın başlangıç adresi M110.0’dan başlayacak şekilde 10 byte’lık bir alandır. Burada birden fazla alandan veri okuyup birden fazla alana veri yazılabilir (Şekil 16).

Şekil 16 Profibus

Şekil 16 Slave PLC’den Veri Okuma

Slave PLC’den okunan değerin master PLC’de çıkış olarak ataması işlemi aşağıdaki network’te görülmektedir.

Şekil 16-1 Profibus

Master PLC’de belirlenen bir giriş değeri slave PLC’de belirtilen adres bitine ataması aşağıdaki network’te görülmektedir.

Şekil 16-2 Profibus

‘GET’ fonksiyonu dışında veri yazmak için ‘PUT’ fonksiyonu kullanılmaktadır. ‘PUT’ fonksiyonunda da ‘GET’ fonksiyonunda olduğu gibi konfigürasyon ayarı yapılır (Şekil 17).

Şekil 17 Profibus

Şekil 17 Master PLC ‘PUT’ Fonksiyonu Konfigürasyon Ayarı

‘PUT’ fonksiyonunda slave PLC’ye yazma işlemi ‘ADDR_1’ de belirtilir. Adres alanı olarak M120.0 adresi başlangıç adresi olarak seçildi. Master PLC’de belirtilen giriş değerine ilişkin adres biti ataması da M130.0 belleğine atanır. Aşağıdaki networkte bu durum gözükmektedir.

Şekil 17-1 Profibus

Yukarıdaki işlemler ile beraber master PLC’deki ayarlar tamamlanmış oldu.

Slave PLC ayarı yapılırken tıpkı master PLC ayarında olduğu gibi ‘Device View’ sekmesi üzerinden ‘Properties’ menüsü seçilir. Buradan ‘System and Clock Memory’ sekmesi seçilir ve ‘Clock Memory’ biti aktif edilir (Şekil 18).

Şekil 18

Şekil 18 Slave PLC Otomatik Zaman Biti Tanımlama

Slave PLC’de tıpke master PLC’de olduğu gibi ‘GET’ fonksiyonu üzerinden konfigürasyon ayarı yapılır (Şekil 19).

Şekil 19 Profibus

Şekil 19 Slave PLC ‘GET’ Fonksiyonu Konfigürasyon Ayarı

Master PLC’den okunacak olan ilk değer ‘GET’ fonksiyonu üzerindeki ‘ADDR_1’e yazılır. Slave PLC’de okunan değer ‘GET’ fonksiyonu üzerindeki ‘RD_1’e yazılır. Aşağıdaki networkte bu durum gözükmektedir.

Şekil 19-1

Master CPU’dan okunacak olan değerin Slave CPU’da ataması durumu aşağıdaki networkte görülmektedir.

Şekil 19-2 Profibus

Slave PLC’de belirtilen giriş biti master PLC’deki memory bitine ataması aşağıdaki networkte görülmektedir.

Şekil 19-3 Profibus

‘PUT’ fonksiyonunda master PLC’ye yazma işlemi ‘ADDR_1’ de belirtilir. Adres alanı olarak M130.0 adresi başlangıç adresi olarak seçildi. Master PLC’de belirtilen giriş değerine ilişkin adres biti ataması da M120.0 belleğine atanır. Aşağıdaki networkte bu durum gözükmektedir.

Şekil 19-4 Profibus

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s

%d blogcu bunu beğendi: