Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Komunikace s měniči kmitočtu

číslo 6/2002

Elektrické pohony a výkonová elektronika

Komunikace s měniči kmitočtu

Ing. Hynek Václavík, Danfoss s. r. o.

Digitální měniče kmitočtu jsou v zásadě schopny vyměňovat si data se svým okolím prostřednictvím tří typů rozhraní (obr. 1):

  • konvenční řídicí svorky pro digitální a analogové vstupy a výstupy,
  • ovládací panel s displejem a klávesnicí,
  • sériové komunikační rozhraní pro údržbu, diagnostiku a regulační funkce.

V závislosti na aplikaci může být komunikace řešena inteligentním modulem sériového komunikačního rozhraní pro potřeby vysokorychlostní sběrnice (např. Profibus).

Obr. 1.

Ovládací panel s displejem a klávesnicí může být integrován do téměř každého moderního měniče kmitočtu. Minimální počet vodičů na svorkách měniče je vždy roven počtu řídicích svorek zvýšenému o jednu, což znamená, že počet vodičů je závislý na úkolech, které má měnič plnit, a na počtu skutečně využívaných svorek. Jednotlivé svorky mohou být naprogramovány na rozdílné úkoly.

Displej dovoluje monitorovat měnič kmitočtu, což může být výhodné v případě, že bude signalizována porucha, např. poškozený vodič nebo chybějící řídicí signál.

V procesu může být měnič kmitočtu považován za aktivní prvek a může být buď vybaven zpětnou vazbou, nebo může být bez ní. To znamená, že se může jednat o zpětnovazební regulační systém (regulace) nebo o pouhé řízení (bez zpětné vazby).

Zařízení bez zpětné vazby může být řízeno prostřednictvím jednoduchého potenciometru a digitálních povelů. Ale regulátory s uzavřenou smyčkou jsou mnohem složitější.

U složitých zařízení regulace procesů jsou měniče kmitočtu řízeny pomocí programovatelného logického automatu (PLC). Měniče kmitočtu a PLC jsou obvykle propojeny jedním nebo dvěma rozdílnými způsoby – buď přímo přes digitální vstupy a výstupy, nebo přes sériovou komunikaci.

Obr. 2.

Při přímém připojení jsou vstupy a výstupy programovatelného logického automatu připojeny ke vstupům a výstupům frekvenčního měniče jeden po druhém pomocí oddělených vodičů. Vstupy a výstupy programovatelného logického automatu tak nahrazují samostatné součásti, jako jsou potenciometry, kontakty regulátoru a signalizační nástroje.

Sériová komunikace
V případě sériové komunikace jsou signály přenášeny dvojicí vodičů. V intervalu t1 až t2 je přenášena informace A, v intervalu t2až t3 je přenášena informace B atd. Tento typ přenosu informací se nazývá sériová komunikace (obr. 2).

Existují tři hlavní principy pro sériovou komunikaci, ale rozhodujícími faktory jsou počet jednotek, které spolu musejí komunikovat, a rychlost provozu.

Buď lze použít velký počet vodičů k vysílání a přijímání informací do každé jednotky v systému a z ní, nebo je možné použít dva vodiče. U dvouvodičového systému může být několik přijímačů připojeno k jednomu vysílači (S) a nebo všechny propojené jednotky mohou vysílat i přijímat. Toto posledně zmíněné uspořádání je nazýváno sběrnice (bus).

Všechny jednotky připojené ke sběrnici musí mít stejnou úroveň signálu, aby bylo zajištěno, že budou schopny komunikovat a že budou schopny přijímat vysílaný signál.

Kromě toho musí mít jednotky stejnou strukturu signálu (stejný protokol), aby bylo zaručeno, že přijímač bude rozumět poslané informaci. Struktura a kombinace signálů podléhají mnoha standardům (tab. 1).

Tab. 1. Standardy pro sériovou komunikaci

Princip Standard (aplikace) Počet jednotek/sad vodičů Maximální vzdálenost (m) Počet vodičů Úroveň signálu
RS-232
(bod k bodu)
1 vysílač,
1 přijímač
15 duplex: min. 3 + div. stavové signály ±5 V min. ±15 V max.
RS-423
(bod k bodu)
1 vysílač,
10 přijímačů
1200 duplex: min. 3 + div. stavové signály ±3,6 V min. ±6 V max.
RS-422
(bod k bodu)
1 vysílač,
10 přijímačů
1200 duplex: 4 ±2 V min.
RS-422
(bod k bodu)
1 vysílač,
10 přijímačů
1200 duplex: 4 ±2 V min.

Společná úroveň signálu není určena žádnou konkrétní hodnotou. Proto musí být software v jednotce navržen tak, aby mohla být společná úroveň signálu určena.

Rozhraní RS-232 je nejznámějším standardem. Jeho použití je omezeno na krátké vysílací vzdálenosti a nízkou přenosovou rychlost. RS-232 je proto používáno tam, kde jsou signály přenášeny jen občas. To může být např. připojení terminálů nebo tiskáren.

Obr. 3.

Sběrnice RS-422 a RS-423 řeší problém vzdálenosti a přenosové rychlosti rozhraní RS-232, a jsou tudíž často používány při automatizaci procesů, ve spojení s programovatelným logickým automatem (PLC), tj. v případě, kdy je přenos signálu souvislejší.

RS-485 je jediným standardem, který dovoluje připojení a provoz vysokého počtu jednotek a rovněž komunikaci mezi množstvím jednotek přes společný pár vodičů.

Tento typ připojení vyžaduje pouze dva vodiče, aby jednotka mohla střídavě vysílat a přijímat data prostřednictvím sběrnice. Existují tři typy signálů pro komunikaci mezi PLC/PC a měničem kmitočtu (obr. 3):

  • řídicí signál (rychlost, start/stop/převrácení),
  • stavové signály (proud motoru, frekvence motoru, dosažená frekvence),
  • poplachové signály (zastavení motoru, přehřátí).
Obr. 4.

Měnič kmitočtu přijímá řídicí signály od PLC a pak reguluje motor. Rovněž posílá signály zpět do PLC a poskytuje tak informace o efektu řídicích signálů na motor nebo proces. Jestliže se měnič kmitočtu zastaví kvůli mimořádným provozním podmínkám, jsou k PLC vyslány poplachové signály.

RS-485 dovoluje připojení různých struktur systémů řízení procesů. Například je možné, aby byl PLC instalován v řídicím rozváděči, kde může řídit několik měničů kmitočtu nebo jiných dálkově připojených zařízení náležejících jiným řídicím rozváděčům (obr. 4).

Se změnou analogové technologie na digitální se sériová rozhraní stávají stále rozšířenějšími pro použití u měničů kmitočtu ve spojení s:

  • testováním zařízení,
  • uváděním do provozu,
  • údržbou,
  • automatickým provozem,
  • vizualizací a monitorováním,
  • flexibilitou.

K výměně informací mezi měničem kmitočtu a PLC či PC prostřednictvím sériového rozhraní je třeba určitý protokol. Protokol určuje maximální délku telegramu i umístění jednotlivých položek v informačním řetězci.

Kromě toho protokol nabízí tyto obecné funkce:

  • výběr (adresu) použité komponenty,

  • datové požadavky komponenty (např. předepsané hodnoty proudu nebo napětí),

  • přenos dat k jednotlivým komponentám (např. předepsané hodnoty, limitní hodnoty proudu nebo frekvencí) přes jejich adresy,

  • přenos dat ke všem jednotkám (broadcast – vysílání), což dovoluje takové funkce jako např. současný start/stop tam, kde není vyžadována zpětná vazba od jednotky.

Většina prodejců průmyslových zařízení používá svůj vlastní protokol, který může způsobit problémy uživatelům, kteří potřebují vytvořit ovladač pro komunikaci s jejich PC či PLC. Uživatelé také nemohou do jedné sériové linky zapojit zařízení od různých prodejců, protože ta nemohou sdílet společnou datovou strukturu a mohou pracovat při různých rychlostech.

Komunikace nezávislá na výrobci
Naproti tomu je však třeba říci, že přední výrobci začali spolupracovat na vývoji otevřených univerzálních průmyslových komunikačních systémů (označovaných často anglickým názvem fieldbus), pomocí kterých mohou komunikovat všechna průmyslová zařízení bez ohledu na výrobce.

Jednou z nejvíce podporovaných a dobře zavedených vysokorychlostních sběrnic pro všechny výrobky, včetně pohonů, je Profibus.

Mezi sběrnice patří např.:

  • Modbus +,
  • Interbus-S,
  • DeviceNet,
  • Lonworks.

Profibus má tři rozdílné implementace, vyvinuté pro různé aplikace:

Protokol FMS (Fieldbus Message Service)
Jedná se o univerzální řešení pro komunikační úkoly. Protože jde o velmi flexibilní řešení, jsou služby FMS schopny vyřešit rozsáhlé komunikační úkoly při střední rychlosti přenosu dat. Protokol FMS se používá v oblastech, jako jsou textilní průmysl, řízení staveb a technologie pohonů, čidel a rovněž u komponent nízkonapěťových spínačů.

Protokol DP (Decentral Peripherals)
Protokol DP, který byl optimalizován s ohledem na rychlost, je široce používán pro komunikaci mezi systémy automatizace a decentrálními periferními jednotkami. Je vhodný jako náhrada drahého paralelního přenosu signálu přes 24 V a přenosu měřených hodnot prostřednictvím 20 mA. Používá se hlavně u vysokorychlostních automatizovaných výrobních zařízení.

PA (Process Automation)
Profibus-PA je variantou Profibusu pro použití u automatizovaných procesů. Využívá vnitřně bezpečnou techniku přenosu stanovenou v IEC 1158-2 a dovoluje dálkové přenášení dat do spolupracujících jednotek přes sběrnici.

Další informace mohou zájemci získat na níže uvedené adrese nebo v inzerátu na 4. straně obálky tohoto čísla:

Danfoss s. r. o.
V Chotejně 15/765
102 00 Praha 10
tel.: 02/83 01 42 52
fax: 02/72 70 17 53
e-mail: danfoss.cz@danfoss.com
http://www.danfoss.cz