PROFIBUS & PROFINET DAY. TEKNA AUTOMAZIONE E CONTROLLO s.r.l. Bari, RELATORE: Ing. Michele De Stasio

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1 PROFIBUS & PROFINET DAY TEKNA AUTOMAZIONE E CONTROLLO s.r.l. Bari, RELATORE: Ing. Michele De Stasio

2 Chi Siamo La TEKNA Automazione e Controllo viene costituita nel 1994 con grandissima passione ed entusiasmo dai tre soci fondatori, che ancora oggi contribuiscono attivamente alla conduzione dell azienda. La Tekna, nata a Foggia (Italia) con il preciso scopo di diventare l azienda di riferimento per l automazione industriale nel Sud Italia, ha esteso il proprio raggio di azione nel Nord Italia ed all estero acquisendo tra i propri clienti, gruppi di fama internazionale. Oggi con il suo organico di trenta unità, fortemente valorizzato e finalizzato al conseguimento degli obiettivi della società e dei clienti, la Tekna sviluppa commesse in proprio ed in collaborazione con costruttori di macchine, partecipa a progetti di innovazione con Università e fornisce tecnici specializzati nei diversi settori applicativi.

3 Cosa Facciamo PROGETTAZIONE Progetta sistemi di automazione industriale utilizzando apparecchiature programmabili e di potenza quali PLC, inverter, brushless, azionamenti per motore in corrente continua, robot antropomorfi, sistemi di visione e sistemi di supervisione SCADA. COSTRUZIONE E AVVIAMENTO ASSISTENZA E MANUTENZIONE Esegue l assemblaggio delle macchine ed il cablaggio delle apparecchiature di automazione e di potenza all interno dei quadri, in accordo al progetto sviluppato, alle normative di riferimento ed alle specifiche costruttive del cliente. Effettua la messa in servizio, lo start-up ed il commissioning dei sistemi di automazione, fino alla fase di produzione delle linee. PROGETTAZIONE Assistenza tecnica ai clienti finalizzata alla ricerca di soluzioni per l automazione e l ottimizzazione dei processi produttivi per garantire la competitività dei prodotti. Esegue la manutenzione elettrica, pneumatica e meccanica su macchine ed impianti automatici, stipulando contratti di service, di manutenzione preventiva, in emergenza e su chiamata.

4 4 Untertitel TRAVELLING, LUFFING AND SLEWING SHIPLOADER

5 5 Caratteristiche TIPO : Travelling, Luffing and Slewing Shiploader Capacità di carico : 1500 TPH Max estensione braccio : 23m Max spostamento : 189m Max inclinazione braccio : -10 / +70 Range capacità nave : 16000DWT / 60000DWT MATERIALE CARICATO : GRANULATO DI ZOLFO CLIENTE : KNPC (KUWAIT NATIONAL PRETOLEUM COMPANY) SITO IN : Mina al-ahmandi Refinery (Kuwait)

6 Elementi di Automazione S7-400H - Hot Backup S7-400F/H Fail Safe + Hot Backup n.1000 I/O Decentrati connessi in Profibus DP Simocode (Motori a partenza diretta) Profibus DP Inverter Sinamics S120 connessi in Profibus DP Encoder assoluti Modbus TCP/IP Sentron PAC (Analizzatore di rete digitale) Profibus DP Siprotec Relay (Protezione Media e Bassa Tensione)- IEC61850 HMI TP1200 e Sistema di Supervisione WINCC Ethernet Fault Tolerant DCS Communication Modbus TCP/IP

7 Profinet e Profibus La comunicazione industriale gioca un ruolo importante nella definizione di una struttura di automazione. Il concetto di macchine e strutture di automazione distribuite garantiscono veloci tempi di reazione: PROFINET, standard leader Industrial Ethernet, offre vantaggi nella progettazione e nella affidabilità dei sistemi di automazione distribuiti. PROFINET e PROFIBUS, consentono l integrazione di apparecchiature periferiche in strutture che utilizzano Industrial Ethernet come standard.

8 Struttura dell Automazione 8

9 Devices Utilizzati e Reti STEP 7 v5.5 / Wincc v7 / TiaPortal v13 1.PLC S7-400H (UCP) 1.PLC S7-400F/H Fail Safe Ridondato HVAC System- Plc-logo via Eth Sinamics S120 (Motori movimentazione principale) Profibus DP Simocode (Motori a partenza diretta) Profibus DP Sentron PAC (Analizzatore di rete digitale intelligente) Profibus Siprotec Relay (Protezione Media e Bassa Tensione)- IEC61850 UPS AEG Ridondati Modbus RTU ATS Automatic Transfer Switch Plc S Profibus Encoder assoluti Modbus TCP-IP via PN- IO Port integrated on CPU Comunicazione con sistema DCS Honeywell Modbus TCP-IP via CP443-1 HMI e Sistema di Supervisione WINCC - Ethernet 9

10 Profibus DP Le strutture di automazione decentrate costituiscono il presupposto per una produzione flessibile. Il concatenamento delle aree produttive tramite reti locali assicura a tal fine il necessario flusso informativo. Il Profibus DP è un sistema di comunicazione seriale e digitale, ideato per la comunicazione ad alta velocità tra controllori centrali (PLC/PC) e dispositivi remoti (I/O distribuiti, azionamenti, valvole, etc). La maggior parte delle comunicazioni con i dispositivi è ciclica, ossia avviene ad intervalli temporali che si mantengono costanti nel tempo a meno di un ritardo od anticipo non deterministico (noto come jitter); si noti, a tal proposito, che il Profibus DP non garantisce comunicazioni periodiche, ossia che avvengono ad intervalli temporali costanti nel tempo, anche se le oscillazioni di tali intervalli attorno al valore medio è sempre molto piccola (il jitter si mantiene molto vicino allo zero). Il Profibus DP prevede anche comunicazioni non cicliche (ad esempio una tantum) per la configurazione, la diagnostica e la gestione degli allarmi sui dispositivi intelligenti.

11 Profibus DP La norma Profibus si compone in realtà di tre standard: FMS (FieldBus Message Specification), DP (Decentralised Peripherals) e PA (Process Automation). Il protocollo Profibus DP, a livello fisico, prevede: bit/rate fino a 12Mb/s. fino a 126 nodi di comunicazione suddiviso in singoli segmenti con al massimo 32 nodi

12 Modbus RTU RS485 (1) II protocollo MODBUS definisce il formato e la modalità di comunicazione tra un "master" che gestisce il sistema e uno o più "slave" che rispondono alle interrogazioni del master. II protocollo definisce come il master e gli slave stabiliscono ed interrompono la comunicazione, come trasmettitore e ricevitore devono essere identificati, come i messaggi devono venire scambiati e come gli errori rilevati. Si possono connettere un master e fino a 247 slave su una linea comune, occorre notare che questo è un limite logico del protocollo, l'interfaccia fisica può peraltro limitare ulteriormente il numero di dispositivi, per esempio l'interfaccia standard RS-485 prevede un massimo di 31 slave connessi alla linea. Solo il master può iniziare una transazione. Una transazione può avere il formato domanda/risposta diretta ad un singolo slave o broadcast in cui il messaggio viene inviato a tutti i dispositivi sulla linea che non danno risposta. Una transazione è composta da una struttura singola domanda/singola risposta o una struttura singolo messaggio broadcast/nessuna risposta.

13 Modbus RTU RS485 (2) Per poter comunicare tra due dispositivi, il messaggio deve essere contenuto in un "involucro" L'involucro lascia il trasmettitore attraverso una "porta" ed è "portato" lungo la linea fino ad una analoga "porta" sul ricevitore. MODBUS stabilisce il formato di questo involucro che, tanto per il master che per lo slave. comprende: L'indirizzo del dispositivo con cui il master ha stabilito la transazione II codice della funzione che deve essere o è stata eseguita. I dati che devono essere scambiati. II controllo d'errore composto secondo l'algoritmo CRC16. Se un dispositivo individua un errore nel messaggio ricevuto (di formato, di parità o nel CRC16) il messaggio viene considerato non valido e scartato, uno slave che rilevi un errore nel messaggio quindi non eseguirà l'azione e non risponderà alla domanda, cosi come se l'indirizzo non corrisponde ad un dispositivo in linea.

14 MODBUS TCP-IP (DCS Comm.) via CP443-1 Il protocollo di comunicazione adottato, si basa sullo standard MODBUS TCP/IP applicato utilizzando supporto hardware di tipo Ethernet. I controllori PLC che svolgono funzionalità di Server devono necessariamente essere del tipo S7-400, dotati di scheda di comunicazione di tipo CP443-1, mentre il DCS deve eseguire funzionalità di Client. Le funzionalità specifiche del MODBUS in genere, prevedono la trasmissione dei dati in entrambe le direzioni, classificandole in classi definite che tecnicamente vengono numerate in Function Code (FNC).

15 MODBUS TCP-IP (DCS Comm.) via CP443-1 Nello specifico, per questa applicazione, è stato utilizzato solamente FNC 3.

16 MODBUS TCP-IP (Encoders) via PN-IO Gli encoder sono connessi direttamente alla CPU S7-400H, sulla porta Profinet-IO integrata. La ridodanza degli encoder è garantita dall installazione di n. 6 Encoder, di cui n.3 acquisiti da una CPU e i restanti n.3 dalla CPU in Backup. Il PLC svolge la funzione di Client, mentre gli encoders svolgono la funzione di Server. Il PLC (client), ciclicamente, richiede ad ogni singolo Encoder (Server), la posizione attuale e la elabora all interno del programma.

17 IEC Standard Sottostazioni Elettriche IEC è uno standard per la progettazione dei sistemi di automazioni per le sottostazioni elettriche. Fa parte della Commissione Elettrotecnica Internazionale (International Electrotechnical Commission o IEC in inglese) Commissione Tecnica 57 (TC57). Il modello di dati astratto definito nel IEC può essere "mappato" su un diverso numero di protocolli. Sono previste le mappature su MMS, (Manufacturing Message Specification) GOOSE, (Generic Object Oriented Substation Events) Sampled Values (SMV) e alcuni servizi web. Generalmente questi protocolli girano su reti TCP/IP o LAN di stazione con switch ethernet molto performanti per rispondere ai requisiti stringenti dei dispositivi di protezione, che necessitano tempi di risposta inferiori a 4 o 5 millisecondi. Nonostante sia un protocollo recente si presenta flessibile e robusto.

18 IEC Benefici Fast Event Transfer Si basa sul data objects e standardizzazione degli elementi tipici di una rete elettrica Coordina la complessità di tante unità indipendenti É aperto e supporta self descriptive devices eliminando problemi di configurazione manuale Si integra con i sistemi già installati in rete Si basa il più possibile su standard esistenti É scalabile e facilita l integrazione di apparati diversi (architettura multicentrica)

19 IEC Libreria IEC MMS clients library 8 devices per S7-400H and S7-300, 16 devices per standard S7-400 higher device numbers possible but not recommended Less than 1 s update cycle depending on CPU resources Reporting of up to 10 tags with original time stamps from IEC device to Operator Station Standard blocks including WinCC faceplate for SIPROTEC and other device families available. Easy engineering with standard PCS 7 or STEP 7 tools Preconfigured SIPROTEC device blocks Easy configuration of project specific variables Reading of individual variables with time stamp Diagnostic functions Redundancy (S7-400H)

20 Architettura Software Blocchi CFC e faceplate opportunamente creati per controllare e simulare ogni singolo I/O e device(siprotec-sentronpac-sinamics) Velocizzazione delle fasi di commissioning e test.

21 Software HMI

22 TEKNA Automazione e Controllo srl Foggia Italy Ing. Michele De Stasio destasio@teknautomazione.com