Nella tecnica di azionamento sono

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1 Bus di sistema ACTIVE di Ulrich Aretz Nella tecnica di azionamento sono impiegati sempre più di frequente degli azionamenti con motori asincroni controllati da convertitori di frequenza. L accoppiamento dei convertitori necessario per la realizzazione delle funzioni della macchina, viene realizzato da un cablaggio parallelo che richiede l applicazione di molti cavi e che a causa delle molteplici venature è collegato al rischio di errori di installazione (fig. 1a). Per la riduzione degli elementi di installazione e degli errori di cablaggio è possibile utilizzare nei convertitori ACTIVE una semplice installazione seriale con soltanto due fili sulla base del bus di sistema (figura 1b). Oltre alla riduzione degli elementi di cablaggio sono diversi i vantaggi che si ottengono nell applicazione. Funzione Il bus di sistema dei convertitori ACTIVE è un mezzo di comunicazione a base CAN. Permette uno scambio dati rapido tra convertitori ACTIVE, nonché l accesso a dati di parametri di tutti i convertitori ACTIVE presenti sul bus di sistema per mezzo di un bus di sistema master. La funzionalità del sistema poggia strettamente Inverter ACTIVE ACTIVE series digital inverter The system Bus of ACTIVE inverters In drive engineering, variable-speed drives with 3-phase AC motors controlled by frequency inverters are increasingly being used. The coupling of the inverters necessary for the realisation of the machine functions is implemented by a parallel connection, which demands a large amount of wiring and is connected with the risk of installation errors due to the large number of cores (Fig. 1a). To ease the installation and reduce the wiring errors, a simple serial installation with merely two cores on the basis of the system bus can be used with ACTIVE inverters (Fig. 1b). Not only the reduction of the installation efforts, but also further benefits in application result. Function The system bus of the ACTIVE inverters is a CAN-based communication medium. It enables quick exchange of data between ACTIVE inverters as well as access to parameter data of all the ACTIVE inverters on the system bus from a system bus master. 5

2 Semestrale di informazione aziendale - Luglio 2003 N.17 sullo standard CANopen. Il bus di sistema possiede ad esempio per ogni convertitore ACTIVE tre canali PDO (Prozess-Data-Objects) per un rapido scambio dati di processo. Sono presenti inoltre due canali SDO (Service-Data- Objects) per la parametrizzazione. Attraverso i tre canali PDO con rispettivamente un canale trasmittente ed un canale di ricezione è possibile trasmettere qualsiasi tipo di dato dei convertitori ACTIVE. Ciò permette ad esempio delle configurazioni Master/Slave e collegamenti in cascata molto semplici, un elevata precisione ed un elevata velocità. Ogni canale trasmettente e di ricezione è costituito da 8 byte che possono essere occupati a scelta con oggetti. Ne risulta un elevata flessibilità per le applicazioni più diverse. La selezione degli oggetti di invio e l assegnazione degli oggetti di ricezione avviene nel modo più semplice con il software di visualizzazione VPlus. Non è necessario alcun altro strumento di configurazione. Fieldbus = Bus di campo - Systembus = Bus di sistema Fig. 1a: cablaggio parallelo convenzionale Fig. 1a: Conventional parallel wiring The functionality of the system bus is closely based on the CANopen standard. The system bus has three PDO channels (Process Data Objects) for each ACTIVE inverter for quick exchange of process data. In addition, two SDO channels (Service Data Objects) exist for parameterisation. Arbitrary data of the ACTIVE inverters can be transmitted via the three PDO channels, each with one transmission and one reception channel. This enables, for example, master/slave configurations and cascading with very little efforts, high precision and at high speed. Each transmission channel and reception channel comprises 8 Bytes, which can be occupied at will with objects. This results in a very high flexibility for the various applications. The selection of the transmission objects and assignment of the reception objects is done simply with the VPlus visualisation software. No additional configuration tool is necessary. SDO channel 1 is used for access to the parameters of the ACTIVE inverters on the system bus. This is done with the help of a field bus actuation in the master inverter. A controller can address all the ACTIVE inverters via one 6

3 Il canale 1 SDO serve per l accesso ai parametri dei convertitori ACTIVE sul bus di sistema. Ciò avviene con l ausilio di un collegamento di un bus di campo nel convertitore master. Un unità di controllo può attivare attraverso un collegamento di un bus di campo tutti i convertitori ACTIVE. Il canale 2 SDO è riservato per uno strumento di visualizzazione basato su PC. A tal proposito parallelamente al funzionamento di un unità di controllo è permesso un accesso alla parametrizzazione di tutti i convertitori ACTIVE. La figura 2 mostra i collegamenti logici tra convertitori ACTIVE sulla base del bus di sistema in una tecnica a due fili. Prestazioni Il numero di partecipanti sul bus di sistema può comprendere fino a 64 convertitori ACTIVE. Il bus di sistema può essere alimentato con intervalli di trasmissione fino a 1 MBaud e permette un intervallo effettivo dati di rete di 320 kbaud. In questo modo è possibile l accoppiamento di funzioni in convertitori ACTIVE con un comportamento in tempo reale. Vantaggi Con l impiego della tecnologia CAN, con gli elementi strutturali economici lì disponibili, è disponibile un gruppo strutturale economico per la realizzazione del bus di sistema. Per la messa in esercizio viene utilizzato il software di visualizzazione VPlus. Questo permette la configurazione del bus di sistema allo stesso modo della parametrizzazione delle funzioni in un convertitore ACTIVE. L utente si Fig. 1b: cablaggio ridotto con bus di sistema Fig. 1b: Reduced wiring with system bus field bus actuation. SDO channel 1 is reserved for a PC-based visualisation tool, enabling access to the parameterisation of all the ACTIVE inverters parallel to the operation of a control. Fig. 2 shows the logical connections between ACTIVE inverters on the basis of the system bus in two-wire technique Performance The number of participants on the system bus is up to 64 ACTIVE inverters. The system bus can be operated with transmission rates of up to 1 MBaud and enables an effective useful data rate of 320 kbaud. In this way, the coupling of functions in AC- TIVE inverters with real time behaviour is possible. Benefits Thanks to the use of the CAN technology with the reasonably priced construction elements available there, a favourable-cost component for the realisation of the system bus is available. The VPlus visualisation software is used for commissioning, enabling the configuration of the system bus in the same way as the parameterisation of the functions in an ACTIVE 7

4 Semestrale di informazione aziendale - Luglio 2003 N.17 trova in un ambiente a lui familiare. Con delle strutture ben articolate i parametri necessari per le impostazioni del bus di sistema sono ben chiari. Con l impostazione di pochi parametri viene realizzato un sistema funzionale. Con la possibilità di trasmettere i dati presenti su un convertitore ACTIVE verso altri convertitori ACTIVE sono eseguiti dei principi completamente nuovi per la realizzazione di applicazioni. È ad esempio possibile trasmettere i valori analogici di un convertitore ACTIVE su altre apparecchiature permettendo in questo modo a tutte le apparecchiature di avere esattamente gli stessi dati. In questo modo viene eliminato l errore che si manifesta in caso di un collegamento in parallelo di ingressi analogici causato da un errore di scansione e deriva. I valori reali di un convertitore ACTIVE possono essere trasmessi ad altri convertitori ACTIVE come valori nominali. Ciò permette la realizzazione semplice ad es. di funzioni di meccanismi e collegamenti in cascata. Quando in un convertitore ACTIVE, configurato come bus di sistema master, viene impiegato un collegamento di bus di campo, attraverso questo è possibile attivare tutti i convertitori sul bus di sistema. In questo modo si ottiene un importante riduzione dei costi grazie all eliminazione di gruppi strutturali di bus di campo. Figura 2: collegamenti logici del bus di sistema Fig. 2: Logical connections of the system bus inverter. The user is in an environment which is familiar to him. Thanks to clearly organised structures, the necessary parameters for the settings of the system bus are easy to see. Only a few parameters need setting to produce a functional system. With the possibility of transmitting the data existing in one ACTIVE inverter to further ACTIVE inverters, completely new approaches to the realisation of applications result. For example, analogue variables of an ACTIVE inverter can be transmitted to further appliances with all the devices receiving precisely the same data. The faults occurring in parallel connection of analogue inputs due to scanning errors and drift are eliminated. Actual figures of an ACTIVE inverter can be transmitted to other ACTIVE inverters as nominal figures. This enables simple realisation of, for example, gear functions and cascading. If a field bus actuation is used in an ACTIVE inverter configured as a system bus master, all the inverters on the system bus can be addressed by it. In this way, a distinct reduction in costs is achieved by field bus components becoming superfluous. Example of application 8

5 Esempio di applicazione L esempio di applicazione (fig. 3) descrive un applicazione reale nell ambito della costruzione di macchine. L intera configurazione è composta da sei convertitori ACTIVE che nella macchina svolgono diverse funzioni. Un azionamento principale opera con due azionamenti secondari sotto forma di un meccanismo elettronico. Il valore nominale del numero di giri dei convertitori slave viene deviato dal valore reale del numero di giri del convertitore master e trasmesso attraverso il bus di sistema (canale PDO) ai convertitori slave. Nel sistema di azionamento si trovano inoltre tre ulteriori azionamenti secondari. Questi azionamenti secondari sono attivati dall unità di controllo della macchina attraverso il convertitore master ed il bus di sistema (canale SDO). L intera parametrizzazione di tutti i convertitori ACTIVE avviene dall unità di controllo della macchina attraverso la connessione del bus di campo nel convertitore master ed il bus di sistema. I vantaggi in questo caso sono i seguenti: Impiego di soltanto una connessione bus di campo RS485 anziché sei. Risparmi sul cablaggio per gli accoppiamenti della frequenza pilota del meccanismo elettronico. Tutti gli azionamenti sono centralmente raggiungibili per l unità di controllo attraverso l azionamento principale. Figura 3: Esempio d applicazione Fig. 3: Example of application The example of application (Fig. 3) describes a real application from mechanical engineering. The entire configuration comprises six ACTIVE inverters, which fulfil various functions in the machine. A main drive works with two subsidiary drives in the form of an electronic gear. The nominal speed of the slave inverter is derived from the speed list figure of the master inverter and transmitted to the slave inverter via the system bus (PDO channel). In addition, there are three further subsidiary drives in the drive system. They are actuated by the machine controls via the master inverter and the system bus (SDO channel). The entire parameterisation of all the ACTIVE inverters is done from the machine controls via the field bus actuation in the master inverter and the system bus. These benefits result here: Use of only one RS485 field bus actuation instead of six. Avoidance of wiring for the reference frequency couplings of the electronic gear. All the drives can be reached centrally for the controls via the main drive. 9