interfaz grafica para la supervision de datos de un motor mediante
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1. 21 3 1 CONFIGURACION DE LA CONEXI N MODBUS ENTRE PLC Y EL VARIADOR DE A 22 3 2 CONFIGURACION DEL VARIADOR PARA LA COMUNICACI N 5 23 3 3 PROGRAMACION DEL CODIGO PARA LA RECEPCI N Y ENVIO DE 5 24 4 INTERFAZ GRAFICA EN VISUAL BASIC eiii Re tiritas 28 4 1 CONCEPTOS PREMIOS rne nent tee n eee toe NERA EAEN E de aeuo ea eade ee neue o tte 28 4 2 DESCRIPCI N DEL FUNCIONAMIENTO ELEMENTOS Y CODIGO DE LA INTERFAZ CLIENTE MODBUS 29 4 2 1 Funcionamiento de la Interfaz ooooncnnnccninacinoccnononnnnnncnnnnocononnnnnnnnannn cn nnnn cnn nennen entente 29 4 2 2 Descripci n de elementos de la interfaz eee enne nnne ns 33 4 2 3 Descripci n de las funciones del c digo oooocccconocnnccononnnocannnononannnononnnnnnnccnnnanoncnnnnnncnanass 35 CONCLUSIONES eoe t e RR err TR aee ue E e ER dh ei e 39 BIBLIOGRAFIA seid retire oett miento tte 40 RESUMEN GENERAL DE TRABAJO GRADO TITULO INTERFAZ GRAFICA PARA LA SUPERVISION DE DATOS DE UN MOTOR MEDIANTE EL PROTOCOLO MODBUS TCP IP AUTORES Aldasania Cuello Romero Never Lenin Mora Vergara FACULTAD Esp en Control e Instrumentaci n Industrial DIRECTOR Juan Carlos Villamizar2. Chr Val Text3 Text Chr 2 Val Text3 Text Trama Modbus TCP para enviar datos For i 0 ToVal Text3 Text 1 ByteLow Val Text4 i Text Mod 256 ByteHigh Val Text4 i Text 256 MbusWriteQuery MbusWriteQuery Chr Val Text4 i Text Mod 256 Chr Val Text4 i Text 256 Next i MbusRead False MbusWrite True Winsock1 SendData MbusWriteQuery Envi de datos ModbusWait True ModbusTimeOut Timer1 Enabled True Else MsgBox no se pudo hacer la conexi n via TCP IP EndIf EndSub Tramamodbus 36 Funcion Data Arrival Private Sub Winsock1 DataArrival ByVal datalength As Long Dim b As Byte For i 1 To datalength Winsock1 GetData b MbusByteArray i b Next If MbusRead Then For i 10 To MbusByteArray 9 9 Step 2 Text4 j Text Str MbusByteArray i 256 MbusByteArray i 1 Next i Text5 Text Registers read Text5 BackColor amp HFF00 amp ModbusWait False ModbusTimeOut Timer1 Enabled False End If If MbusWrite Then If MbusByteArray 8 16 And MbusByteArray 12 Val text3 text Then Text5 Text Registers written Text5 BackColor amp HFF00 amp ModbusWait False ModbusTimeOut Timer1 Enabled False Else Text5 Text Ocurrio un error al escribir los datos Text5 BackColor amp HFF End If End If End Sub Funcion Timer Private Sub Timer1_Timer ModbusTimeOut ModbusTimeOut 1 If ModbusTimeOut gt 2 Then Mod
3. Conectado Llena el socket del winsock con la trama modbus y la envia peticion Activa el timer no se pudo hacer la conexion via TCP IP Winsock1 State 7 Timer 1 Funci n data arrival llegaron datos Llena el vector MbusByteArray con los datos del socket recibido Timer 2s Si No Modbus Read Modbus Read true Escribe los datos recibidos en los registros para ser visualizados Fin Figura 22 Diagrama de flujo Leer Registro Para realizar la conexi n Modbus TCP IP se ingresa la direcci n IP del PLC al cual se va a comunicar en el campo Direcci n IP Luego damos click en el bot n conectar Si la n conexi n es exitosa el estado ser conectado Para leer o escribir los datos del PLC escribimos la cantidad o longitud de datos que se quiere leer o escribir en el campo Longitud y la posici n desde el cual se quiere empezar a ejecutar 32 la opci n escogida en el campo Registro de Inicio y presionamos el bot n leer Registro o escribir Registro respectivamente Seg n la asignaci n de s mbolos a entradas figura 15 en la figura 16 las variables velocidad sentido apagado y encendido 96w6 96w5 96w7 deben ser definidas de la siguiente manera Para encender el motor se escribe en la casilla 1 100 y para apagar O En la casilla 2 est la velocidad d
4. Figura 5 Cable Modbus para la conexi n PLC Variador 3 1 CONFIGURACION DE LA CONEXION MODBUS ENTRE EL PLC Y EL VARIADOR DE VELOCIDAD Para crear una red ModBus con el variadores de velocidad configuramos en Twido lo siguiente Se selecciona un PLC de referencia TWDLCAE4ODRF y un variador de velocidad de referencia ATV31 y se configura el PLC como maestro y el variador como esclavo quedando de esta forma Figura 6 Esquema de configuraci n de red para el variador y el PLC Tomado de la gu a de laboratorio Redes Modbus UPB Bucaramanga 22 Posteriormente se selecciona la velocidad y los datos de la transmisi n Haciendo doble click en el cable de conexi n de la red Configuraci n ooo Es Red Tipo Modt ha Nombre mi red 1 Par metros Caudal 19200 Bit de parada Bits de datos 8 RTU Tiempo de respuesta x 100 ms Paridad par z Tiempo de espera entre tramas iaia Figura 7 Configuraci n de par metros para la comunicaci n 3 2 CONFIGURACION DEL VARIADOR PARA LA COMUNICACI N MODBUS Despu s de realizar la conexi n f sica entre el PLC y el variador se configura el variador para realizar la comunicaci n ModBus los par metros a modificar y la forma en la cual se accede se muestra a continuaci n practica redes industriales cred Modbus Figura 8 Diagrama para la configuraci n del variador http www alamedaelectric com Modicon 20Documents
5. Desconectar Al presionar este bot n la comunicaci n se interrumpe es decir se desconecta Texto en el texto se puede leer o escribir los datos que deseamos que sean le dos o escritos en el PLC Estado Muestra el estado de la conexi n ya sea que est conectado no conectado o se presente alg n problema en la conexi n Registro de Inicio Registro inicial desde donde quiero que se muestren los registros Longitud cantidad de registros que deseo ver o escribir Leer registro lee los registros del PLC Escribir Registro Escribe registros en el PLC 34 4 2 3 Descripci n de las funciones del c digo Funci n Conectar PrivateSubconectar_Click Esta funci n se ejecuta al dar click sobre el DimStartTime bot n de conectar If Winsock1 State lt gt sckClosed Then cierra la conexi n en caso no estar Winsock1 Close jouet EndIf Winsock1 RemoteHost Text1 Text Asigna el valor escrito en direcci n ip al host Winsock1 Connect Conecta al host previamente establecido StartTime Timer Se inicializa el timer DoWhile Timer lt StartTime 2 And Winsock1 State lt gt 7 y realiza los eventos DoEvents necesarios para Loop establecer 18 comunicaci n If Winsock1 State 7 Then Text5 Text Conectado Text5 BackColor amp HFF00 amp Else Text5 Text no pudoconectar a Text1 Text Text5 BackColor amp HFF EndIf EndSub Funcion Leer Registro PrivateSubleer_registro_C
6. poseen la misma disposici n y el mismo significado que en las otras variantes del protocolo MODBUS como lo son MODBUS serial con codificaci n ASCII MODBUS serial con codificaci n RTU MODBUS PLUS Las nicas diferencias en esos otros casos son la especificaci n de los delimitadores inicial y final del mensaje framing el patr n de chequeo de error y la interpretaci n de la direcci n Las solicitudes normalmente son enviadas en forma half duplex los datos pueden viajar en cualquier direcci n pero no en forma simult nea sobre una conexi n dada Esto implica que 10 no hay beneficio en enviar solicitudes adicionales sobre una nica conexi n mientras una respuesta est pendiente Sin embargo los dispositivos que desean obtener altas ratas de transferencia pueden establecer m ltiples conexiones TCP al mismo destino Esta t cnica de consulta respuesta encaja perfectamente con la naturaleza Maestro Esclavo de Modbus a adido a la ventaja del determinismo que las redes Ethernet conmutadas ofrecen a los usuarios en la industria El empleo del protocolo abierto Modbus con TCP proporciona una soluci n para la gesti n desde unos pocos a decenas de miles de nodos El campo direcci nesclavo de MODBUS es reemplazado por un byte identificador de unidad el cual puede ser usado para comunicar a trav s de dispositivos tales como puentes y gateways los cuales usan una direcci n IP nica para soportar m ltiples unidades
7. IP Direccion Ip 110 152 166 217 Registros A seleccionados 100 500 100 xxxx Selecci n de registros xxxx Xxxx xxxx Estado Registro de inicio Longitud Disconnected E Leer Registro Escribir Registro Figura 19 Interfaz 29 4 2 1 Funcionamiento de la Interfaz Direccion IP y Conectar No se pudo conectar conectado Registro de inicio lectura escritura y Longitud datos lectura escritura Escribir Registros Leer Registros Lectura de registros Escritur de registros No Si Fin Figura 20 Diagrama de flujo de la interfaz No se pudo realizar la operacion 30 Escribir Registro no se pudo hacer la conexion via TCP IP Conectado Se construye el bus de datos a escribir MbusWriteQuery Activa e Se envian los datos del MbusWriteQuery con la funcion Winsock1 SendData timer Timer 1 Timer 2s Funci n data arrival llegaron datos Llena el vector si MbusByteArray con los datos del socket recibido Ocurrio un error al escribir los datos datos recibida es correcta Modbus Write Modbus Write true Fin Figura 21 Diagrama de flujo Escribir Registro 31 Leer Registro no se pudo hacer la conexion via TCP IP
8. RESUMEN Esta monograf a presenta una interfaz programada en Visual Basic para la supervisi n de datos del plc TWD 07 de Schneider Electronics mediante el protocolo Modbus TCP IP Este a su vez se encarga de controlar un variador de velocidad conectado a un motor siemens de 0 45 KW Con esta interfaz y el programa cargado al PLC se puede encender apagar ajustar la velocidad en el variador e invertir el sentido de giro del motor El lenguaje en el cual est programada la interfaz es Visual Basic el cual es sencillo y de amplio uso esta se comunica con el PLC usando el protocolo Modbus TCP IP donde se utiliza la biblioteca din mica de funciones DLL winsock esta dll soporta la comunicaci n TCP IP mediante el envi y recepci n de sockets siendo sobre estos sockets donde se env a la trama Modbus En la interfaz se dispone de controles sencillos para leer y escribir los registros del PLC pudiendo as realizar las acciones de control b sicas descritas en el p rrafo anterior Key words Interfaz Modbus TCP IP Variador de velocidad THESIS DIRECTOR S APPROVAL GENERAL SUMARY THESIS TITTLE INTERFAZ GRAFICA PARA LA SUPERVISION DE DATOS DE UN MOTOR MEDIANTE EL PROTOCOLO MODBUS TCP IP AUTHORS Aldasania Cuello Romero Never Lenin Mora Vergara FACULTY Esp en Control e Instrumentaci n Industrial DIRECTOR Juan Carlos Villamizar SUMARY This paper presents an interface programmed in Visual Basic for monitoring Schneider El
9. sticas en un est ndar industrial de facto Actualmente la industria ofrece muchos tipos de programas supervisores aunque el acceso a estos en la mayor a de las veces es limitado para las pequefias empresas debido a sus altos costos En este trabajo de investigaci n se emplea una interfaz gr fica utilizando Visual Basic la cual es una herramienta de programaci n generalizada En este caso especifico la supervisi n de datos y control de un motor por medio de un PLC y un variador de velocidad 2 MARCO TEORICO 2 1 MODBUS Modbus es un protocolo de enlace debido a esto puede implementarse con diversos tipos de redes f sicas donde generalmente cada fabricante suele suministrar un software de aplicaci n propio Este fue desarrollado por Modicom y en la actualidad es de acceso libre una caracter stica que lo ha convertido en un protocolo ampliamente utilizado Las caracter sticas principales de Modbus se describen a continuaci n 2 1 2 Estructura de la red Medio F sico El medio f sico de conexi n puede ser un bus semid plex half duplex RS 485 o fibra ptica o d plex full duplex RS 422 BC 0 20mA o fibra ptica La comunicaci n es as ncrona y las velocidades de transmisi n previstas van desde los 75 baudios a 19 200 baudios La m xima distancia entre estaciones depende del nivel f sico pudiendo alcanzar hasta 1200 m sin repetidores Acceso al Medio La estructura l gica es del tipo maestro esclavo donde
10. terminales independientes Los mensajes de solicitud y respuesta en Modbus TCP poseen un prefijo encabezado compuesto por seis bytes como se aprecia en la tabla 2 m qe T p qe Tabla 1 Estructura del prefijo de Modbus TCP Los elementos ref ref in ciales son los dos bytes del campo referencia de transacci n un n mero que no tiene valor en el servidor pero son copiados literalmente desde la solicitud de respuesta Este campo se utiliza para que un cliente Modbus TCP pueda establecer simult neamente m ltiples conexiones con diferentes servidores y pueda identificar cada una de las transacciones El tercer y cuarto campo del prefijo representa el identificador de protocolo un n mero el cual debe ser establecido a cero El t rmino len especifica el numero de bytes que siguen La longitud es una cantidad de dos bytes pero el byte alto se establece a cero ya que los mensajes son menores que 256 http www monografias com trabajos75 red modbus tcp ordenador red modbus tcp ordenador2 shtml Posici n del Byte Significado Byte O Identificador de transacci n Copiado por el servidor normalmente O Byte 1 Identificador de transacci n Copiado por el servidor normalmente O Byte 2 Identificador de protocolo 0 Byte 3 Identificador de protocolo 0 Byte4 Campo de longitud byte alto 0 los mensajes son menores a 256 Byte 5 Campo de longitud byte bajo N mero de bytes sig
11. AC 20Drive 20ATV31 20Prog 20Manual pdf 23 C digo Descripci n Ajuste para modo Modbus LAC L3 Acceso a las funciones avanzadas y gesti n de L3 los modos de control mixtos Fri Ndb Consigna por Modbus Ndb CHCF SEP Separados SEP Cd1 Ndb Control a trav s de Modbus Ndb Tabla 4 Datos configurados en el variador Esta configuraci n debe ser realizada antes de realizar la conexi n con el PLC ya que de lo contrario se pueden presentar dafios tanto en el PLC como en el variador 3 3 PROGRAMACION DEL CODIGO PARA LA RECEPCI N Y ENVIO DE DATOS Despu s de configurar el variador se programa en twidoSuite el c digo para la recepci n y envi de datos del variador as como para ejecutar las acciones de mando enviadas desde nuestra interfaz luego este se transfiere al PLC Este c digo se muestra a continuaci n Funcion D MANAGER O0 Esta funci n debe activarse al principio de cada ciclo de funcionamiento del Twido y antes de activar cualquier otra funci n de unidad para garantizar el funcionamiento correcto de la ATV Rung 0 D MANAGER 0 Figura 9 Funci n de inicializaci n del variador Se configura el variador en modo consigna D SETPOINT MODE O y posteriormente se introduce el valor de la velocidad D SETPOINT 0 24 MWA 96M WE D SELECT SPEED D Figura 10 Configuraci n de par metros in ciales Condiciones utilizadas para encender apagar y cambiar de gir
12. Datos CRC P16 Esclavo Operaci n H L 00 3 Codificaci n RTU Figura 1 Trama gen rica del mensaje seg n el c digo empleado iError No se encuentra el origen de la referencia Error No se encuentra el origen de la referencia 2 2 MODBUS TCP IP ModbusTCP IP es un protocolo disefiado para comunicar equipos industriales sobre una red utilizando la capa de transporte TCP IP Fue disefiado para la supervisi n y el control de equipo de automatizaci n Espec ficamente el protocolo cubre el uso de mensajes MODBUS en un entorno internet o intranet usando los protocolos TCP IP MODBUS TCP IP es un est ndar industrial muy utilizado debido a su simplicidad bajo coste necesidades m nimas en cuanto a componentes de hardware y sobre todo que se trata de un protocolo abierto Cualquier sistema computador o microprocesador con pila de protocolos TCP IP puede usar Modbus TCP y desde alli se puede hacer monitoreo o reparaciones Posee un alto desempefio limitado generalmente por la capacidad del sistema operativo del computador para comunicarse 2 2 1 Caracter sticas del protocolo Modbus TCP IP e El protocolo ModBus TCP IP est orientado a conexi n Las operaciones de programaci n esperan una comunicaci n orientada a la conexi n es decir las m quinas de origen y de destino establecen un canal de comunicaciones antes de Comunicaciones Industriales Universidad Polit cnica de Cartagena http www dte upct es perso
13. ENCENDER APAGAR 100 7 ST Q0 5 8 LD ENCENDER_APAGAR 0 9 ST Q0 7 10 LD CAMBIAR_SENTIDO 100 11 ST 00 6 12 LD 10 0 13 OR 00 5 14 D RUN FWD O 15 LD SENTIDO ANTIHORARIO 16 OR 6 17 D RUN REV O 1 LD PARAR MOTOR OR Q00 7 D STOP 0 21 LD RPM 1000 22 MWi104 1000 23 LD QUITAR ERROR 24 D CLEAR ERR 1 25 MWi104 2000 1 26 LDN RPM 1000 27 ANDN QUITAR ERROR 28 MWi104 500 29 END Figura 17 Lista del programa Used Address Symbol Comment ll Iv MW CAMBIAR_SENTIDO 2 D CANSTATE 0 Altivar CANOpen state ve MN D ERROR D Altivar error code 9e M28 D MODBUS INIT PHA Modbus initialisation phase running Bit0 Sa MW D SELECT SPEED V Control effort on the Altivar AMAA D SETPOINT 0 Altivar setpoint D MODE D Altivar set point mode D STATE 0 Altivar state ENCENDER APAGAR 210 2 PARAR MOTOR 210 4 QUITAR ERROR 210 3 RPM 1000 210 1 SENTIDO ANTIHORAR l I I K I I I I I i ax MWB VELOCIDAD Figura 18 Asignaci n de s mbolos a entradas Mediante este programa al pulsar 9610 0 o escribir 100 en MWS5 el motor girara en el sentido de las manecillas del reloj al pulsar 9610 1 o escribir 100 en MW 7 cambiara el sentido de giro y si se pulsa 9610 2 O cero 0 en MWS5 se detiene el motor La escritura de estos valores en los registros se realizara con la interfaz 4 INTERFAZ GRAFICA EN VI
14. INTERFAZ GRAFICA PARA LA SUPERVISION DE DATOS DE UN MOTOR MEDIANTE EL PROTOCOLO MODBUS TCP IP ALDASANIA CUELLO ROMERO NEVER LENIN MORA VERGARA UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA BUCARAMANGA 2011 INTERFAZ GRAFICA PARA LA SUPERVISION DATOS DE UN MOTOR MEDIANTE EL PROTOCOLO MODBUS TCP IP ALDASANIA CUELLO ROMERO NEVER LENIN MORA VERGARA Monograf a de grado para optar al t tulo de Especialista en Control e Instrumentaci n Industrial Director Juan Carlos Villamizar MSc En Potencia El ctrica UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA BUCARAMANGA 2011 Lista de Figuras Figura 1 Trama gen rica del mensaje seg n el c digo empleado sss Figura 2 Esquema de encapsulamiento en Modbus TCP seen Figura 3 Conexi n del variador de velocidad en forma 8 3 Figura 4 Red implementada Figura 5 Cable Modbus para la conexi n PLC Variador essent Figura 6 Esquema de configuraci n de red para el variador y el PLC sess Figura 7 Configuraci n de par metros para la comunicaci n eese Figura 8 Diagrama para la configuraci n del variador essere Figura 9 Funci n de inicializaci n del variador essent Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15 Figura 16 Figura 17 F
15. SUAL BASIC 4 1 CONCEPTOS PREVIOS e Visual Basic Visual Basic es un lenguaje de programaci n orientado a eventos la versi n utilizada en este proyecto es la 6 e ProtocoloTCP IP Internet usa el protocolo TCP IP que se encarga de recibir paquetes de informaci n y redirigirlos al usuario final que los solicit Este protocolo es muy utilizado ya que puede verificar que el paquete de informaci n ha llegado con xito al destinatario final concretando as la transacci n e Winsock Winsock es un control utilizado en VB para hacer conexiones Este Env a y recibe mensajes en un puerto y una direcci n IP espec ficos Estas son algunas propiedades o c digos utilizados para realizar la comunicaci n Name ste es el nombre que das a ese objeto particular en VB Localport Aqu especificas el puerto en el cual el objeto del Winsock debe escuchar 28 protocol protocolo que se va a utilizar TCP IP UDP para este caso TCP IP RemoteHost direcci n IP al cual se van a enviar los datos en este proyecto al PLC RemotePort Puerto donde se recibir n los datos Close cierra toda conexi n en el winsock especificado Connect Conecta a un determinado host y puerto State Muestra el estado de conexi n SendData Env a Datos con winsock a un server remoto Get Data Obtiene los datos llegados a winsock 4 2 DESCRIPCI N DEL FUNCIONAMIENTO ELEMENTOS Y CODIGO DE LA INTERFAZ CLIENTE MODBUS TCP IP w Cliente Modbus TCP
16. busWait False ModbusTimeOut Text5 Text Modbus Time Out Text5 BackColor amp HFF Timer1 Enabled False End If End Sub Funci n Desconectar PrivateSubdesconectar Click If Winsock1 State lt gt sckClosed Then Winsock1 Close EndIf DoWhile Winsock1 State lt gt sckClosed DoEvents Loop Text5 Text Desconectado Text5 BackColor amp HFF EndSub Esta function se encarga de cerrar la conexi n 38 CONCLUSIONES Con el uso del protocolo Modbus TCP en el software supervisor de Visual Basic se evidenci la facilidad y flexibilidad de este protocolo y por ende la raz n de su alta difusi n en entornos industriales El uso de protocolo Modbus TCP nos brinda la posibilidad de implementar f cilmente software supervisor sobre plataformas de desarrollo comunes al necesitar solamente que estas posean librer as para el protocolo TCP IP adem s la informaci n que se maneja puede ser f cilmente llevada al internet Esto puede facilitar desde la reparaci n y supervisi n de equipos hasta el control de procesos evitando el desplazamiento hasta el lugar de la instalaci n Mediante el software desarrollado se puede escribir y leer registros del plc los cuales nos brindan la posibilidad de controlar diferentes acciones en este caso la velocidad arranque y parada de un motor as ncrono La librer a Winsock de Visual Basic posee las herramientas necesarias para realizar la conexi n y envi de
17. datos v a TCP IP que fue de gran utilidad para el desarrollo de la interfaz present ndose como una buena opci n a la hora de desarrollar un software supervisor para una red ModBus 39 BIBLIOGRAFIA http read pudn com downloads126 sourcecode app 534835 MbusTCPTest Form1 f rm htm http www dte upct es personal manuel jimenez docencia GD6 Comunic Ind pdfs Tema 207 pdf http www rtaautomation com modbustc http www monografias com trabajos75 red modbus tcp ordenador red modbus tcp ordenador2 shtml http www infoplc net Descargas Descargas Schneider Des Schneider Files in foPLC net ALTIVAR 31 COMUNICACION MODBUS html http www alamedaelectric com Modicon 20Documents AC 20Drive 20AT V31 20Prog 20Manual pdf Twidoprogramable controllers Software Reference Guide Manual de usuario PLC TSX ETZ de Telemecanique 40
18. ectronics TWDO7 plc s data via Modbus TCP IP In adition the plc is responsible for controlling a speed driver controller connected to a Siemens of 0 45 KW With this interface and PLC s program loaded we can turn on off adjust the speed in the drive and reverse the direction of rotation of the motor The language in which the interface is programmed is Visual Basic which is simple and widely used it communicates with the PLC using the Modbus TCP IP which uses the dynamic library of functions DLL winsock this dll supports TCP IP by sending and receiving sockets being on these sockets which sends the Modbus frame The interface has simple controls to read and write PLC s registers and can perform basic control actions described above Key words Interfaz Modbus TCP IP Variador de velocidad THESIS DIRECTOR S APPROVAL 1 INRODUCCI N En el campo de la instrumentaci n es muy importante el buen funcionamiento de la comunicaci n entre los sensores actuadores y controladores la informaci n que se trasmita entre estos debe llegar a su destino sin ser alterada Para que esto ocurra en ese sentido se han desarrollado muchos protocolos de comunicaci n siendo el protocolo Modbus TCP IP uno de ellos Modbus TCP IP es una extensi n del protocolo Modbus que se utiliza sobre la capa de transporte TCP IP Este se basa en la arquitectura maestro esclavo es un protocolo abierto de bajo costo y simplicidad convirti ndolo estas caracter
19. el n mero m ximo de esclavos es de 63 y 1 maestro para un total de 64 elementos Los intercambios de mensajes pueden ser de dos tipos e Intercambios punto a punto que comparten siempre dos mensajes una demanda del maestro y una respuesta del esclavo puede ser simplemente un reconocimiento e Mensajes difundidos Estos consisten en una comunicaci n unidireccional del maestro a todos los esclavos Este tipo de mensajes no tiene respuesta por parte de los esclavos y se suelen emplear para mandar datos comunes de configuraci n reset etc 2 1 3 Protocolo La codificaci n de datos dentro de la trama puede hacerse en modo ASCII o puramente binario seg n el est ndar RTU Remote Transmission Unit En cualquiera de los dos casos cada mensaje obedece a una trama que contiene cuatro campos principales seg n se muestra en la figura 1 La nica diferencia estriba en que la trama ASCII incluye un car cter de encabezamiento 3A y los caracteres CR y LF al final del mensaje Otra diferencia entre estos dos es la forma en la cual se calcula la palabra de chequeo de errores CRC el formato RTU emplea una f rmula polin mica en vez de la simple suma en m dulo 16 como lo hace el formato ASCII A continuaci n muestra cada una de las dos tramas y la posici n de los elementos en la misma Ne C digo de Subfunciones Datos LRC 16 LF Esclavo Operaci n 00 3F H L OAs Codificaci n ASCII C digo de Subfunciones
20. empo de aceleraci n adecuado para la aplicaci n Una rampa de aceleraci n es la forma como un motor se arranca y se detiene El tiempo en el cual el motor va de su estado de reposo a una velocidad determinada se llama aceleraci n y el tiempo en el cual se va de una velocidad determinada hasta que el rotor se queda quieto se llama desaceleraci n Hay varias formas para lograr este frenado y cada una de ellas tiene sus efectos sobre la carga Rampa lineal este tipo de rampa acelera y desacelera de forma proporcional al tiempo transcurrido Aparentemente es la m s confortable peor al llegar al momento de velocidad constante se pueden presentar perturbaciones en cintas transportadoras Rampa en forma de U para minimizar las perturbaciones al momento de adquirir velocidad constante se han implementado m todos en forma de U y S las cuales deben seleccionarse de acuerdo a la carga que se vaya a mover Variaci n de velocidad Un variador de velocidad no puede ser al mismo tiempo un regulador En este caso es un sistema rudimentario que posee un mando controlado mediante las magnitudes el ctricas del motor con amplificaci n de potencia pero sin bucle de realimentaci n es lo que se llama en bucle abierto La velocidad del motor se define mediante un valor de entrada tensi n o corriente llamado consigna o referencia Para un valor dado de la consigna esta velocidad puede variar en funci n de las perturbaciones variaci
21. eseada en el motor 0 a 2000 Para cambio de giro la casilla 3 debe ser igual 100 4 2 2 Descripci n de elementos de la interfaz Winsock E Control Utilizado Para la Comunicaci n V a TCP IP Control oculto Constantes de estado definidas para winsock Valor Nombre Descripci n 0 sckClosed connection closed 1 sckOpen open 2 sckListening listening for incoming connections 3 sckConnectionPending connection pending 4 sckResolvingHost resolving remote host name 5 sckHostResolved remote host name successfully resolved 6 sckConnecting connecting to remote host 7 sckConnected connected to remote host 8 sckClosing connection is closing 9 sckError error occured Tabla 5 Constantes de estado definidas para winsock Propiedades Winsock1 x winsock1 Winsock Alfab tica Por categor as D sckTCPProtocol RemoteHost 85 16 23 23 RemotePort 502 Tag Top Figura 23 Propiedades del element Winsock1 33 A de Timer 2 Esta funci n de timer permite evaluar los tiempos de respuesta en las peticiones realizadas con el winsock para determinar si esta fue exitosa o no Control oculto Propiedades Timer1 ES Timer1 Timer X Alfab tica Por categor as False Figura 24 Propiedades del Timer DireccionIP Se escribe la direcci n IP ala cual el PC se va comunicar Direcci nIP del PLC Conectar Al hacer click sobre este bot n se realiza la conexi n entre el PC y el PLC
22. excesivo Adem s los variadores y especialmente los convertidores de frecuencia est n dotados de protecciones contra los cortocircuitos entre fases y entre fase y tierra las sobretensiones y las ca das de tensi n los desequilibrios de fases e elfuncionamiento en monof sico Arranques con los variadores de velocidad Los m todos de arranque convencionales como arranque con resistencias devanados parciales a tensi n reducida etc tienen el gran defecto de necesitar altas corrientes en el arranque o en su defecto necesitan varios pasos de arranque para llevar un motor sin que se sobrecaliente demasiado hasta unas condiciones de trabajo Este efecto no puede suceder en los variadores electr nicos de velocidad ya que los transistores de potencia del puente en H se dafian no permiten que las corrientes entre el emisor y el colector excedan demasiado la corriente de trabajo o en su defecto estos transistores deber an ser demasiado grandes que soporten la corriente de arranque del motor lo que encarecer a el variador demasiado y lo sobredimensionar a En su defecto el motor debe arrancarse con una rampa de aceleraci n en 10 la cual se van variando simult neamente la tensi n y la frecuencia de la se al alterna que alimenta el motor Para estipular el tiempo de aceleraci n del variador de velocidad en aplicaciones industriales las caracter sticas del motor ya no influyen tanto como las caracter sticas del
23. gnitudes variables Los variadores se utilizan para Dominio de par y la velocidad Regulaci n sin golpes mec nicos Movimientos complejos Vid nota 1 La informaci n sobre el variador de velocidad fue tomado de las gu as de laboratorio de redes industriales UPB bucaramanga Mec nica delicada 14 2 3 1 Ventajas de la utilizaci n del Variador de Velocidad en el arranque de motores as ncronos e Elvariador de velocidad no tiene elementos m viles ni contactos e La conexi n del cableado es muy sencilla e Permite arranques suaves progresivos y sin saltos e Controla la aceleraci n y el frenado progresivo e Limita la corriente de arranque e Permite el control de rampas de aceleraci n y deceleraci n regulables en el tiempo e Consigue un ahorro de energ a cuando el motor funcione parcialmente cargado con acci n directa sobre el factor de potencia e Puede detectar y controlar la falta de fase a la entrada y salida de un equipo Protege al motor e Puede controlarse directamente a trav s de un aut mata o microprocesador e Se obtiene un mayor rendimiento del motor e Nos permite ver las variables tensi n frecuencia r p m etc 2 3 2 Principales funciones de los variadores de velocidad electr nicos Aceleraci n controlada La aceleraci n del motor se controla mediante una rampa de aceleraci n lineal o en S Generalmente esta rampa es controlable y permite por tanto elegir el ti
24. igura 18 Figura 19 Figura 20 Figura 21 Figura 22 Figura 23 Figura 24 Configuraci n de par metros in ciales esses sese entente Definici n de valores para el encendido apagado y cambio en el sentido de giro Funci n para establecer la velocidad en sentido horario sss Funci n para establecer la rotaci n en sentido anti Funci n para detener el proceso sese eee enne ntn nennt nnns en Funci n para establecer la velocidad essere nnns Funci n para establecer eliminar los errores del b fer esses Lista del programa Rune hee ese ates e deemed Asignaci n de s mbolo Interfaz 5 3 entradas ettet e Piet as Diagrama de flujo de la interfaz esses esee eee renta etna tn ntn nna Diagrama de flujo Escribir Registro eese eese eene etn tnter Diagrama de flujo Leer Registro sessi nein tnt nn cancer oro rannrn rra non Propiedades del element Winsock1 eese eese eee en nnne nennen nna Propiedades del Timer 14 21 21 22 22 23 24 24 25 25 25 26 26 26 27 27 28 29 30 31 32 33 34 Lista de tablas Tabla 1 Estructura del prefijo de MOCGDUS TCP cccccssssescsecsessssesceecsesessescesceesessecnecatensaees Tabla 2 Estr
25. lick DimStartLowAsByte DimStartHighAsByte Declaraci n de variables DimLengthLowAsByte DimLengthHighAsByte If Winsock1 State 7 Then MbusQuery O Identificadores de transacci n MbusQuery 1 0 MbusQuery 2 0 Identificadores de protocolo MbusQuery 3 0 MbusQuery 4 0 Mensajes menores a 256 MbusQuery 5 6 Numero de bytes siguientes MbusQuery 6 1 Identificador de unidad esclavo 1 MbusQuery 7 3 C digo de funci nModbus MbusQuery 8 StartHigh MbusQuery 9 StartLow Cantidad de datos a leer o escribir MbusQuery 10 LengthHigh Representados de la forma big endian MbusQuery 11 LengthLow MbusRead True MbusWrite False Actualizaci n de punteros Winsock1 SendData MbusQuery y envi de la trama de datos ModbusWait True ModbusTimeOut 0 Timer1 Enabled True 35 Else MsgBox no se pudo hacer la conexionvia TCP IP EndIf EndSub Funci n Escribir Registros PrivateSubescribir registro Click DimMbusWriteCommandAsString DimStartLowAsByte DimStartHighAsByte DimByteLowAsByte DimByteHighAsByte Dim i AsInteger If Winsock1 State 7 Then StartLow Val Text2 Text Mod 256 StartHigh Val Text2 Text 256 LengthLow Val Text3 Text Mod 256 LengthHigh Val Text3 Text 256 MbusWriteQuery Chr Chr 0 Chr Chr 0 Chr 0 Chr 7 2 Val Text3 Text Chr 1 Chr 16 Chr StartHigh Chr StartLow Chr
26. llegar a un velocidad que no sea peligrosa para el proceso unas cuantas rpm y despu s a tensi n reducida se le aplica una corriente continua al estator se le deja un pequefio tiempo hasta que el motor est completamente quieto luego se le debe quietar la corriente continua para que los devanados del estator no se sobrecalienten y se dafien Para que al motor se le pueda aplicar el frenado con corriente continua se debe aplicar antes el frenado inercial o el frenado por rampa Frenado regenerativo este frenado precisa que la energ a cin tica que se obtiene en el frenado se gaste en una resistencia externa y para tal fin algunos variadores de velocidad 17 necesitan una resistencia externa para su buen funcionamiento Al igual que el frenado con c c se necesita que el motor haya perdido parte de su velocidad por un frenado inercial o por rampa En este frenado el motor de inducci n se convierte en generador bajando la frecuencia de alimentaci n del estator y luego la energ a se disipa en una resistencia externa Protecci n integrada Los variadores modernos aseguran tanto la protecci n t rmica de los motores como su propia protecci n A partir de la medida de la corriente y de una informaci n sobre la velocidad si la ventilaci n del motor depende de su velocidad de rotaci n un microprocesador calcula la elevaci n de temperatura de un motor y suministra una sefial de alarma o de desconexi n en caso de calentamiento
27. n MbusQuery 1 0 MbusQuery 2 0 Identificadores de protocolo MbusQuery 3 0 MbusQuery 4 0 Mensajes menores a 256 MbusQuery 5 6 Numero de bytes siguientes MbusQuery 6 1 Identificador de unidad esclavo 1 MbusQuery 7 3 C digo de funci n Modbus MbusQuery 8 StartHigh MbusQuery 9 StartLow Cantidad de datos a leer o escribir MbusQuery 10 LengthHigh Representados de la forma big endian MbusQuery 11 LengthLow Donde Text2 Text es igual valor de donde se empiezan a leer los registros yText3 Text es la cantidad de datos que deseo leer 13 2 2 3 Esquema de encapsulamiento Modbus tcp IP Modbus TCP simplemente encapsula una trama Modbus en un segmento TCP Este a su vez proporciona un servicio orientado a conexi nfiable lo que significa que toda consulta espera una respuesta Esto se puede ilustrar en la siguiente figura NEN TRAMA Trama l TCP MODBUS TRAMA C digo de Suma de MODBUS Funci n Chequeo Figura 2 Esquema de encapsulamiento en Modbus TCP Esta t cnica de consulta respuesta encaja perfectamente con la naturaleza Maestro Esclavo de Modbus 2 3 VARIADOR DE VELOCIDAD Los variadores de velocidad son dispositivos que permiten variar la velocidad de los motores as ncronos trif sicos convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensi n de red en ma
28. nal manuel jimenez docencia GD6_Comunic_Ind pdfs Tema 207 paf transferir datos Esta conexi n puede llevar m ltiples transacciones independientes En adici n TCP permite establecer un gran numero de conexiones concurrentes de este modo el cliente maestro puede ya sea re usar una conexi n previamente establecida o crear una nueva en el momento de realizar una transacci n de datos La codificaci n de datos ModBus usa el formato big endian en el cual el byte m s significativo se encuentra primero Por ejemplo 16 bits 0x1234 seria 0x12 0x34 Para los c digos de funci n que llevan una cantidad variable de datos en la solicitud respuesta la porci n de datos estar precedida por un campo que representa el n mero de bytes que siguen Cuando MODBUS es llevado sobre TCP la informaci n de longitud se adiciona en el prefijo o encabezado para permitir al receptor reconocer los l mites del mensaje Para los c digos de funci n que llevan una solicitud respuesta con una longitud fija solo es suficiente el c digo de funci n 2 2 2 Estructura del protocolo Modbus TCP IP La estructura general del protocolo MODBUS TCP IP o la forma de encapsular los datos por parte de este en caso de una petici n o una respuesta Modbus llevada sobre una red MODBUS TCP IP se caracteriza por la manera en la que tanto el cuerpo de la pregunta como la respuesta desde el c digo de funci n hasta el final de la porci n de datos
29. nte de alimentaci n y el motor a controlar Si el variador es de alta potencia se deben conectar las tres fases y si es de baja potencia solo es necesario tener conectada dos de sus fases como se muestra en la figura 3 izquierda Para que el variador funcione correctamente se deben conectar varios elementos internos m nimos de funcionamiento como se muestra en la figura 3 derecha Los elementos m nimos son un potenci metro para poder variar la velocidad y una llave selectora para invertir el sentido de giro Con estos ajustes m nimos y un correcto ajuste de sus par metros el variador est listo para funcionar Potenci metro de referencia Figura 3 Conexi n del variador de velocidad en forma manual 3 IMPLEMENTACION DE LA RED PLC ee p 4 l sd a 5 Interfaz PC E 3 Modbus l Variador Cableado el ctrico Y Motor Figura 4 Red implementada d http www alamedaelectric com Modicon 20Documents AC 20Drive 20ATV31 20Start Up 20Guide pdf 21 Los elementos de la figura 4 representan la red montada asi como el tipo de conexi n utilizada entre cada uno de ellos En la conexi n Modbus TCP IP se utiliza un cable RS 485 mientras que para la conexi n entre el PLC y el variador se utiliza un cable Modbus El cable Modbus se construye con un conector RS 485 y un conector minidim como se muestra en la siguiente figura
30. o al motor Figura 11 Definici n de valores para el encendido apagado y cambio en el sentido de giro Esta l nea gu a a la unidad de velocidad ATV en sentido horario La velocidad debe establecerse con D SELECT SPEED antes de activar esta macro Rung 5 D RUN FWD 0 Figura 12 Funci n para establecer la velocidad en sentido horario 25 D RUN REVO Figura 13 Funci n para establecer la rotaci n en sentido anti horario La velocidad debe establecerse con D SELECT SPEED antes de activar estas dos macros Se gu a a la unidad de velocidad ATV en la aplicaci n de la secuencia detener para el proceso D STOPU Fig 14 Funci n para detener el proceso Se programa la velocidad m xima del motor que ser introducida en RPM como se muestra a continuaci n AMO 1000 5 SeMWADA 1000 Figura 15 Funci n para establecer la velocidad Con estas l neas se permite al usuario borrar los errores almacenados en el b fer Es la ubicaci n en la memoria de un instrumento 26 Rung 9 MIDA 2000 Rung 10 cre c CIE RPM 1U QUITA n p oO E l em e e SEMWADA 500 Figura 16 Funci n para eliminar los errores del b fer En la siguiente imagen se muestra el programa de la aplicaci n en Lista LD di 1 D MANAGER 0 2 LD 1 3 D SETPOINT D VELOCIDAD 4 D SETPOINT MODE DO 0 5 D SELECT SPEED 0 6 LD
31. ones de la tensi n de alimentaci n de la carga de la temperatura El margen de velocidad se expresa en funci n de la velocidad nominal Para variar la velocidad del motor lo que hace el variador es mantener una frecuencia constante Si se quiere variar la velocidad el cambio no es brusco sino que cambia con un tiempo estipulado en los par metros del variador Regulaci n de la velocidad Un regulador de velocidad es un dispositivo controlado Posee un sistema de mando con amplificaci n de potencia y un bucle de alimentaci n se denomina bucle abierto 15 La velocidad del motor se define mediante una consigna o referencia valor de la consigna se compara permanentemente con la sefial de alimentaci n imagen de la velocidad del motor Esta se al la suministra un generador tacom trico o un generador de impulsos colocado en un extremo del eje del motor Si se detecta una desviaci n como consecuencia de una variaci n de velocidad las magnitudes aplicadas al motor tensi n y o frecuencia se corrigen autom ticamente para volver a llevar la velocidad a su valor inicial Gracias a la regulaci n la velocidad es pr cticamente insensible a las perturbaciones La precisi n de un regulador se expresa generalmente en 96 del valor nominal de la magnitud a regular Deceleraci n controlada Cuando se desconecta un motor su deceleraci n se debe nicamente al par resistente de la m quina deceleraci n natu
32. proceso Por ejemplo si se necesita acelerar una carga tan cr tica como lo es una cinta transportadora que lleva embases de vidrio llenos de alg n l quido no se le puede practicar los arranques convencionales ya que estos tienen un torque de arranque que es alto e incontrolable y har a que los embases se cayeran de la banda Cuando se arranque esta cinta con un variador electr nico el motor se debe acelerar lo m s despacio posible para evitar que los productos se da en pero para que el proceso sea lo m s rentable posible la banda se debe llevar a la m xima velocidad Arranque con variadores Electr nicos Para arrancar el variador de velocidad solo hay que cerrar el contacto del switch SW que una el terminal LI1 y la fuente de 24V Inmediatamente el motor deber ir hasta la velocidad programada en el potenci metro El arranque del motor no se hace a una frecuencia nominal de 60Hz sino la frecuencia de salida del variador va aumentando de forma paulatina y lineal desde cero al punto de funcionamiento Con esto se evita a Quelas corrientes de arranque sean grandes esta se limita a la corriente nominal b Las aceleraciones en el arranque sean altas c Hay pocos trastornos en la producci n El tiempo de arranque se puede programar desde 0 25 segundos hasta varias horas Lo que hace aplicable al variador a un amplio rango de trabajos 2 2 3 Conexi n del variador de velocidad Un variador de velocidad se conecta entre la fue
33. ral Los arrancadores y variadores electr nicos permiten controlar la deceleraci n mediante una rampa lineal o en S generalmente independiente de la rampa de aceleraci n Esta rampa puede ajustarse de manera que se consiga un tiempo para pasar de la velocidad de r gimen fijada a una velocidad intermediaria o nula Si la deceleraci n deseada es m s r pida que la natural el motor debe de desarrollar un par resistente que se debe de sumar al par resistente de la m quina se habla entonces de frenado el ctrico que puede efectuarse reenviando energ a a la red de alimentaci n o disip ndola en una resistencia de frenado Si la deceleraci n deseada es m s lenta que la natural el motor debe desarrollar un par motor superior al par resistente de la m quina y continuar arrastrando la carga hasta su parada Inversi n del sentido de marcha 16 igual que con un funcionamiento normal para invertir el sentido de giro de un motor de inducci n con un variador electr nico se le debe invertir el sentido de rotaci n al campo magn tico en el estator Solo que aqu no se hace con contactores ni con switches externos sino simplemente se le cambia la secuencia de encendido a los transistores del puente en H trif sico La gran diferencia es que con contactores se le puede cambiar repentinamente el sentido de giro al motor en un variador esto no se puede conseguir porque se dafian los transistores del puente en H Para e
34. uctura de mensajes en Modbus TCP Tabla 3 Funciones b sicas y c digos de operaci n sse Tabla 4 Datos configurados en el VariaCOr cccccsccesssscescessescessssesesceseescaecoesseseeseesessesasees Tabla 5 Constantes de estado definidas para winsock 11 12 12 24 33 TABLA CONTENIDO 7 2 MODBUS eee ette fet ten dias 8 21 2 Estr ctura de laedi ore eere ein RO 8 2 1 3 PrOtOCOlO P tee I e RE da 8 2 2 MODBUS TCP IP 3 ioi 9 2 2 1 Caracter sticas del protocolo Modbus TCP IP s cccsssecssecesseecsssceesseceeseecsseeeesseeeesseceneees 9 2 2 2 Estructura del protocolo Modbus TCP IP c sccessscesssceessecesseecsseeecssecessecesseeeesaeceeseeesaees 10 2 2 3 Esquema de encapsulamiento Modbus tcp IP cccssceessecesscecssececssecesseecsseeeesseceeseeessees 14 2 3 VARIADOR VELOCIDAD ssesseseseeeeee eere enne enne nns tese tenete anna narran cnn eran nre 14 2 3 1 Ventajas de la utilizaci n del Variador de Velocidad en el arranque de motores EH lc 15 2 3 2 Principales funciones de los variadores de velocidad electr nicos 15 2 2 3 Conexi n del variador de velocidad ccceceseseeeeeceeceseceseceseceeeeeeeeeeeeeeaeeeaeeeaeesaaesaeesaees 20 3
35. uientes Byte 6 Identificador de unidad previamente Direcci n esclavo Byte 7 C digo de funci n MODBUS Byte 8 en adelante Los datos necesarios Tabla 2 Estructura de mensajes en Modbus TCP En la siguiente tabla se muestra un conjunto de funciones b sicas las cuales conforman uno de los cuatro campos principales que conforman un mensaje Este c digo de funci n se encuentra en el byte 7 dela estructura de mensaje Modbus Funci n C digo Tarea 0 00 Control de estaciones esclavas 1 014 Lectura de n bits de salida o internos 2 02 Lectura de n bits de entradas 3 03 Lectura de n bits de palabras de salidas o internos 4 04 Lectura de n palabras de entradas 5 05 Escritura de un bit 6 064 Escritura de una palabra 7 074 Lectura r pida de 8 bits 12 8 084 Control de contadores de diagn sticos n mero 1a8 9 09 No utilizado 10 OA No utilizado 11 OB Control del contador de diagn sticos n mero 9 12 OCh No utilizado 13 OD No utilizado 14 OE No utilizado 15 OF Estructura de n Bits 16 10 Escritura de n palabras Tabla 3 Funciones b sicas y c digos de operaci n Por ejemplo la estructura del mensaje utilizada en el c digo de la interfaz propuesta en esta monograf a es la siguiente StartLow Val Text2 Text Mod 256 StartHigh Val Text2 Text 256 LengthLow Val Text3 Text Mod 256 LengthHigh Val Text3 Text 256 MbusQuery 0 0 Identificadores de transacci
36. vitar el da o los variadores deben primero aplicar uno de los frenados descritos anteriormente esperar que la velocidad llegue a cero y despu s invertirle la secuencia a las fases del motor Frenado De manera similar a como se realizan los arranques en los procesos industriales los frenados en estos exigen que se hagan de manera muy suave Imag nese que suceder a con la banda que lleva productos de vidrio si se hiciera un frenado r pido En un variador de velocidad se pueden tener los siguientes tipos de frenados Frenado inercial o natural consiste en dejar que la m quina desgaste su energ a cin tica en la carga una buena aplicaci n para este tipo de frenado son las bombas de agua que al quit rsele la energ a al motor la bomba sigue trabajando por un peque o tiempo Este tipo de frenado se puede usar en procesos donde no se requiere demasiada precisi n Para hacer este tipo de frenado el variador de velocidad solo quita la energ a y ning n proceso se hace luego Frenado por rampa este frenado consiste en ir bajando la frecuencia desde un valor de trabajo hasta un frecuencia baja donde al motor se le aplica otro tipo de frenado como regenerativo o el frenado con corriente continua Frenado con corriente continua este m todo consiste en inyectarle una corriente continua al estator del motor de inducci n y este crea un flujo magn tico constante que hace parar al motor Para poder frenar el motor este debe primero
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