Koppeling Siemens S5 PLC systeem
op PCS-7 visualisatie
Afstudeerperiode februari t/m juni 2013
8-8-2013
Eindverslag
Van der Zande, Pieter-Kees
Student nr. 2040013
M+W
P
ROCES
A
UTOMATION
K
OPPELING
S
IEMENS
S5
PLC
SYSTEEM OP
Voorwoord
Dit verslag is geschreven in het kader van mijn afstudeeropdracht als student van de opleiding Elektrotechniek aan Avans Hogeschool te Breda. Deze opdracht heb ik gedaan bij M+W Proces Automation in Breda. De afstudeeropdracht betreft het onderzoeken van de mogelijkheden en het maken en standaardiseren van een ethernet koppeling van S5 met een PCS-7 systeem van Siemens. Het verslag is opgebouwd uit een aantal hoofdstukken. Hieronder staat beschreven wat de globale inhoud is per hoofdstuk. Hoofdstuk 2: De keuze van communicatie modules voor S5, en de keuze voor communicatie protocol. Hoofdstuk 3: Aanleiding en uitleg van de handleiding voor de koppeling tussen S5, PCS-7. Het programmeren van de PLC´s en PCS-7, dat nodig is voor de visualisatie. En een generieke handleiding van de oplossing voor personen met technische achtergrond. Hoofdstuk 4: Het omzetten van de visualisatie naar PCS-7. Hoofdstuk 5: Het programmeren van de communicatie en het testen van de verbinding. Hoofdstuk 6: Samenvatting van de generieke handleiding. Hoofdstuk 7: Overzicht van de prototype testen.
Graag wil ik een aantal mensen bedanken die mij hebben geholpen tijdens mijn afstudeer periode. Ten eerste wil ik graag mijn bedrijfsbegeleider Albert van Dijk bedanken voor zijn tijd, inzet en ondersteuning bij het uitvoeren van deze opdracht. Ook wil ik al mijn collega’s bedanken voor hun tijd op momenten dat ik met vragen zat, hun ondersteuning tijdens mijn werkzaamheden maar ook voor hun gezelligheid op de werkvloer. Daarnaast wil ik ook mijn docentbegeleider Gerbrandt Schor bedanken voor zijn inzet en begeleiding vanuit de hogeschool. Verder wil ik nog mijn familie en vrienden bedanken voor het mogelijk maken van het volgen van deze studie en het altijd klaar staan voor mij. En natuurlijk ook mijn klasgenoten voor de leuke tijd die ik heb gehad tijdens de opleiding.
Inhoud
Voorwoord ... I Samenvatting ...III 1. Inleiding ...1 1.1 M+W Proces Automation ...1 1.2 Project omschrijving ...1 1.3 Doelstelling ...22. Fase 1: Keuze communicatie architectuur ...3
2.1 Communicatie Module in het S5 systeem ...3
2.2 Communicatie partner aan de PCS-7 zijde ...4
2.3 Communicatie Protocol ...5
2.4 Architectuur ...6
3. Fase 2: Communicatie structuur & implementatie in S5 ...7
3.1 Communicatie structuur ...7
3.2 Configuratie nieuwe communicatie kaart in het S5-software. ...7
4. Fase 4: Programmeren van de communicatie in PCS-7 ...8
4.1 Definitie van de data ...8
4.2 Lezen van data uit de S5 ...9
4.3 Schrijven van data naar de S5 ... 10
4.3.1. Schrijven van Bits ... 10
4.3.2. Schrijven van een DB ... 12
4.3.3 Schrijven en lezen van waarden ... 13
5. Fase 3: Omzetten visualisatie ... 15
5.1 Fase 6: Generieke handleiding van de oplossing ... 16
6. Prototype test ... 17 7. Conclusie en aanbevelingen ... 18 7.1 Deel Conclusies ... 18 7.2 Conclusie ... 19 7.3 Aanbevelingen ... 19 Literatuur... 20 Afkortingen en begrippen ... 21 Bijlage Inhoud ... 22
Samenvatting
De opdracht houdt in het maken van een koppeling tussen een Siemens S5 systeem en een Siemens PCS-7 systeem, waarbij de oude visualisatie van Coros wordt vervangen. Om deze koppeling te creëren zal er een module geplaatst worden in de S5. Deze module zal via Ethernet gaan communiceren met het PCS-7 systeem.
Bij de start van het project wordt een architectuur geschetst van de bestaande toepassing en van de beoogde oplossingen. Dit is nodig om een goede keuze te maken tussen de communicatie modules en de verschillende protocollen. Om deze keuze te maken is gebruik gemaakt van tabellen waarin alle aspecten van de verschillende opties beschreven zijn, waaruit eenvoudig de beste oplossing gekozen kan worden. Hieruit is er een keuze gemaakt voor de module, dit is de Softing S5 TCP/IP100 geworden. Dit is een module met 4 ethernet poorten en deze dient geplaatst te worden in het S5 rack.
Een 2e aspect is de keuze voor de koppeling aan de PCS-7 kant. Hierbij was de keuze tussen de koppeling aan het Automation Station(AS) of de Operation Station(OS). De eerste keuze was om het systeem te koppelen aan het AS station. Na het testen van deze koppeling, ben ik tot de ontdekking gekomen dat er voor deze koppelingen vele aanpassingen gedaan dienen te worden in het bestaande systeem. Dit is niet mogelijke aangezien het geheugen van de S5 bijna voor 100% in gebruik is. Vervolgens is toen een prototype opgezet met de andere optie: de koppeling aan het OS station. Hierbij wordt er gebruik gemaakt van een Fetch/Write functie, en daardoor is de aanpassing in de S5 gering.
Na de geslaagde test met het prototype is een standaard instructie geschreven voor het maken van de koppeling van de S5 met een Softing S5-TCP/IP100 met de OS-station van een PCS-7 systeem. De inhoud van de standaard instructie voor het omzetten van de visualisatie is:
Een methode om zoveel mogelijk van de benodigde informatie uit de bestaande software te halen.
Definitie van de informatie die met interview technieken achterhaald moeten worden. Hierbij gaat het de werking van de functietoetsen, kleurwijzingen van actieve componenten, de koppeling tussen de meetgegevens, en de weergave van de stappen.
De mogelijkheid om wijzigingen of extra wensen te implementeren.
Definitie van een set regels om de lay-out van de nieuwe visualisatie te optimaliseren. Hierbij is bij de lay-out rekening gehouden met kruisende lijnen, en gekoppelde meetgegevens aan een component.
Een omschrijving van de technische architectuur om de communicatie werkend te krijgen. Al deze informatie is beschreven en samengevat tot een generieke handleiding. Met deze
handleiding kan er een goede keuze worden gemaakt voor de module, koppeling en een protocol. Het achterhalen van de benodigde gegevens voor het maken van de nieuwe visualisatie, het plaatsen van de CP en het aanpassen van de S5 wordt hierin beschreven. Daarnaast zijn opgenomen het maken van de koppeling in WinCC, met het toevoegen van de tags en het maken van scripts.
1. Inleiding
1.1 M+W Proces Automation
In 2003 heeft Lang und Peitler de Belgische automatiseringsdienstverlener S3 verworven. In 2010 hebben alle bedrijfsonderdelen van de M+W Group, waaronder S3, een naamsverandering ondergaan waardoor M+W Proces Automation is ontstaan als automatiseringstak binnen de M+W Group. Voor M+W Process Automation is het hoofdkantoor voor de Benelux gevestigd in Antwerpen, met regio kantoren in Wavre voor Wallonie en Breda voor Nederland. Het kantoor in Breda is
opgericht in 2006 en is strategisch gelegen in de nabijheid van de potentiële klanten op de Zeeuwse Eilanden, (West) Brabant, Moerdijk en het Rotterdams havengebied. De hoofdactiviteiten zijn het automatiseren van processen in de “zware” procesindustrie door middel van vrijwel alle
vooraanstaande DCS- en PLC systemen. Daarnaast wordt onder meer met TUV gecertificeerde Functional Safety engineers veiligheidsbesturingen ontworpen en gerealiseerd. De belangrijkste industrieën waarop het bedrijf zich richt zijn dan ook: chemisch, pharma/biotech, automotive, food and beverage, olie/gas, energie, water/afvalwater. De bedrijfsstructuur wordt gekenmerkt door een platte hiërarchie waardoor snelle beslissingen mogelijk zijn.
1.2 Project omschrijving
Het project waarbinnen de afstudeeropdracht wordt uit gevoerd, is voor een klant, Tessenderlo Chemie Rotterdam. Deze is voornemens om de huidige fabriek in Vlaardingen te voorzien van een nieuw automatiseringsplatform. Daarbij ligt de nadruk in de 1e fase op het vervangen van het oude Coros HMI systeem en de automatisering van de thans handmatig bediende Dical fabriek. Voor de proces installaties die momenteel worden bestuurd via S5 PLC´s blijven de S5 PLC´s gehandhaafd maar het bestaande Coros HMI wordt vervangen door een nieuwe PCS-7 HMI, zodat later de S5 PLC´s eenvoudig gemigreerd kunnen worden naar PCS-7. Om de continuïteit te waarborgen zal de complete migratie gefaseerd gebeuren. De systeemconfiguratie voor de 1e fase is hiernaast weergegeven.
De afstudeeropdracht gaat over de eerste fase van het project. Hierbij gaat het om de communicatie tussen de bestaande Siemens S5-PLC en de nieuwe PCS-7 componenten. Hiervoor moet er een standaard ontwikkeld worden, met deze standaard wordt er een prototype test en/of geslaagde ombouw uitgevoerd. Deze standaard dient gestructureerd gedocumenteerd te worden, zodat ook toekomstige projecten gemakkelijk geïmplementeerd kunnen worden.
1.3 Doelstelling
Koppeling van een bestaand Siemens S5 PLC systeem aan een nieuw PCS-7 systeem, tot aan een geslaagde prototyping test en/of een geslaagde ombouw van de eerste PLC, op een gestructureerde, te standaardiseren en goed gedocumenteerde wijze. Vervolgens de hier opgedane kennis
beschikbaar maken in een standaard handleiding voor soortgelijke problemen.
Sub-Doelstellingen: 1. Keuze uit verschillende opties om koppeling te kunnen maken.
2. Aan de hand van de keuze een structuur opstellen voor de communicatie tussen de S5 en PCS-7 en het documenteren daarvan.
3. Opstellen handleiding voor koppeling.
4. Een procedure opzetten voor het omzetten van visualisatie van Coros naar PCS-7 WinCC.
5. Prototype test van de koppeling.
6. Eventueel realisatie van een eerste ombouw. 7. Generieke handleiding schrijven.
2. Fase 1: Keuze communicatie architectuur
2.1 Communicatie Module in het S5 systeem
Voor de keuze van de communicatie module waren 3 opties beschikbaar: de Siemens TCP1430, Softing S5-TCP/IP-100 en Softing S5-PCLink. Om deze keuze te maken is er een tabel opgezet met alle voor en nadelen van elke module. Zo zijn de volgende punten vergeleken: plaatsing, beschikbaarheid, protocollen, netwerkaansluitingen, datasnelheid en communicatie mogelijkheden. Het overzicht is te vinden in tabel 1.
Tabel 1
Er is ook bekeken welke systemen en communicatie structuren zich bevinden in het bestaande project, zodat het duidelijk is welke CPU´s en Racks er gebruikt worden. Ook alle bestaande
verbindingen tussen de CPU´s zijn in kaart gebracht, zodat er een goede keuze gemaakt kan worden voor de juiste module op de juiste plaats
De opbouw en samenhang van de bestaande S5 systemen is weergegeven in figuur 2.
De keuze van de module met als voornaamste voordelen:
De keuze is gemaakt op de Softing S5-TCP/IP-100. Deze past in alle toegepaste Racks, beschikt over een ingebouwde ethernet switch, met autocrossing. Ook heeft deze de mogelijkheid om te koppelen met WinCC met behulp van Fetch/Write, en te koppelen met S7 met behulp van Send/Receive functie.
2.2 Communicatie partner aan de PCS-7 zijde
Naast de communicatie module in het S5 systeem is ook gekeken naar de mogelijkheid van de koppeling aan de PCS-7 zijde. Hierbij is het van belang of de S5 gekoppeld wordt aan de CPU in het PCS-7-systeem of aan de Server in het systeem. Naast de voor- of nadelen op technisch gebied zijn, ook de financiële uitkomsten van voor en na de migratie van S5 naar S7 bekeken, zoals de investering van licentie, engineeringstijd en behoud van licentie bij migreren.
De keuze van de koppeling:
Voor de keuze van de koppeling zijn er twee verschillende mogelijkheden, namelijk een koppeling aan het AS station of aan het OS station.
Als eerste is gekozen om de Softing S5-TCP/IP te koppelen aan het AS station ofwel de S7-CPU. De communicatie wordt via Send/Receive functies uitgevoerd. Met deze functie zullen de nodige Data Block´s (DB) verwerkt worden en kan de benodigde informatie er uitgehaald worden. Deze
informatie wordt in PCS-7gekoppeld aan Proces Objects (PO). Dit heeft als voordeel dat de gebruikte Proces Objects (PO´s) beschikbaar blijven na migreren van S5 naar S7. Bij deze migratie wordt de werkende software van S5 verwerkt in de S7 en kunnen de PO´s herbruikt worden.
Na verder onderzoek en testen van de functies en opties, is het duidelijk geworden dat voor de koppeling met het AS station met de Send/Receive functie er veel verbindingen moeten worden ingesteld tussen de S5 en AS systemen. De bestaande S5-CPU bevat al veel data, zodat het niet mogelijk is om meerdere Send/Receive functies te maken waardoor deze optie vervalt.
De andere mogelijkheid is de koppeling met het OS station met de Fetch/Write functie. Dit heeft als voordeel dat de aanpassingen in de S5 voor deze koppeling tussen de Softing S5 en de OS systeem minimaal zijn. De aanpassing zal beperkt zijn tot het aanpassen van de SSNR instellingen bij de bestaande Send/Recieve functie. Nu zijn de instellingen van de Softing S5-TCP/IP100 te realiseren met slechts 4 verbindingen. Binnen de S5 worden alleen aanpassingen gedaan om de communicatie verbinding te maken. Op het OS systeem binnen WinCC wordt ingesteld met welke data er precies gecommuniceerd wordt uit de S5. Hier kunnen tags aangemaakt worden of gehele DB gelezen of geschreven worden. Alle gegevens zijn dan beschikbaar op het OS systeem en vanuit hier worden de gegevens doorgestuurd naar het AS systeem binnen PCS-7, waar deze gekoppeld worden aan de PO´s.
Vanwege het kleine aantal verbindingen en de weinige aanpassingen is de keuze gemaakt voor de koppeling met het OS station met de Fetch/Write functie.
2.3 Communicatie Protocol
De voorkeur voor het communicatie protocol is ISO-H1, omdat dit een protocol is met weinig overhead. Met betrekking tot de S5-PLC is het mogelijk via de Softing S5-TCP/IP 100 met dit protocol te communiceren.
AS
Aan de PCS-7 is het bij de AS mogelijk om te communiceren via ISO-on-TCP, TCP, UDP, S7 en ISO transport connectie. Communiceren met het ISO-H1 protocol is hierbij niet mogelijk.
OS
Aan de PCS-7 is het bij de OS wel mogelijk om via ISO-H1 te communiceren. Andere mogelijke protocollen zijn TCP/IP, ISO-on-TCP, Modbus/TCP, DNS, DHCP, SNMP en FTP.
Samen met de keuze voor de koppeling via het OS systeem met Fetch/Write en de voorkeur voor de communicatie protocol is de keuze gevallen op het ISO-H1 protocol.
2.4 Architectuur
De opbouw van de nieuwe architectuur ziet u in Figuur 3. Hierin is aan gegeven welke communicatie op welke locatie zit en welke protocol hierbij gebruikt wordt. Daarnaast is er een opbouw van de communicatie op software gebied te zien in Figuur 4.
DB Tag DB DB Tag DB DB Tag DB Tag S5 DB’s PCS-7 Os Tags PCS-7 AS DB’s Figuur 4 S5-CPU Softing TCP/IP PCS-7 OS PCS-7 AS Dual-Port Ram Ethernet
ISO-H1 Ethernet TCP/IP
Send/Receive Fetch Active Write Active Standaard PCS-7 connectie S5-PLC Figuur 3
3. Fase 2: Communicatie structuur & implementatie in S5
3.1 Communicatie structuur
Uit het bestaande systeem, zoals weergegeven in figuur 2(hfd1, par2.2) is een keuze gemaakt om de bestaande structuur in kaart te brengen. Er is gekozen voor de MAF. Dit systeem heeft het voordeel ten opzichte van de andere dat dit systeem 1 visualisatie terminal heeft, 1 connectie met een andere S5 PLC heeft en dat dit systeem met 1 CPU is uitgevoerd. Zo bevat dit systeem alle basis elementen. De structuur voor het maken van de koppeling en het verzorgen van de juiste data voor de
communicatie tussen de S5 en PCS-7-CPU staat beschreven in een handleiding Structuur. Deze bevindt zich in bijlage 3.
Om te weten welke gegevens er worden verzonden naar de oude CP527 en worden gebruikt bij de visualisatie is het van belang om de functionaliteit te achterhalen van het bestaande HMI systeem. De meeste gegevens kunnen uit het software programma van de S5-PLC gehaald worden door op zoek te gaan in de I/O lijst naar kleppen, motoren, merkers, meting inputs enzovoorts. Deze kunnen opgezocht worden in het programma en zo kan achterhaald worden waar informatie wordt weg geschreven. Deze gegevens kunnen verwerkt worden in een tabel zodat er gemakkelijk terug gevonden kan worden welke gegevens in welke data block staan en op welke plaats.
Functionaliteit die niet uit de source code van de oude HMI en de S5-PLCte halen is betreft de oude visualisatie. Deze heeft functie toetsen die bepaalde functies activeren, bijvoorbeeld datatransport van de CP naar de PLC. Deze zullen binnen PCS-7 worden vervangen door knoppen op het scherm. Hiervoor is het van belang te weten welke functie toetsen er zijn, en waar deze worden weg geschreven in het S5 programma.
De hiervoor gehanteerde methodiek is als volgt: eerst zoveel mogelijk informatie uit het Coros systeem halen, daarna deze informatie en de onduidelijkheden verweken in een vragenlijst voor een interview. Met behulp van het interview worden ook andere onduidelijkheden van de huidige visualisatie achterhaald, zodat de nieuw te maken visualisatie functioneel identiek is aan de huidige HMI´s.
De uitgewerkte versie van het resultaat van het interview is te vinden in bijlage 4. Alle uitgelezen gegevens uit het oude Coros systeem vindt u in bijlage 5.
3.2 Configuratie nieuwe communicatie kaart in het S5-software.
Voor de configuratie van de nieuwe communicatie kaart in de S5-software moeten de gebruikte Send & Receive blokken gevonden worden in de huidige S5-software. Deze zenden informatie naar de CP kaarten. Dit geldt voor zowel bestaande als de nieuwe CP kaarten. Iedere aparte CP kaart heeft een eigen Interface nummer, waardoor het eenvoudig is te achterhalen welke informatie met welke CP kaart wordt uitgewisseld. Ook deze informatie dient verwerkt te worden in een tabel. Op deze manier is te zien dat enkele Send blokken geen DB verzenden maar de functie NN hebben. Dit houdt in dat de CP kaart tijdens de vraag om informatie de gewenste DB nummer mee stuurt.
Al deze gegevens moeten voorbereid worden om verzonden te worden naar de nieuwe Softing S5-TCP/IP 100. Hiervoor wordt er gebruik gemaakt van de huidige Send/Receive & Send/Receive ALL blokken. Daarvoor moeten enkel de adres gegevens gewijzigd worden om naar de Softing S5-TCP/IP100 te kunnen zenden. Vervolgens kan de data verzonden worden naar het systeem.
4. Fase 4: Programmeren van de communicatie in PCS-7
Voor het programmeren wordt er gebruikt gemaakt van de handleiding Structuur, zie bijlage 3. Hiermee worden de basis instellingen gemaakt van de communicatie. Voor verdere instellingen gaat het om de benodigde informatie uit de S5 en de benodigde informatie die terug gegeven moet worden aan de S5.
4.1 Definitie van de data
Voor het definiëren van de data worden er Tags toegevoegd in WinCC aan de Simatic S5 Ethernet Layer 4. Om alles duidelijk gescheiden te houden voegen we hiervoor groepen toe. Het gaat hier om kleppen, motoren en de functie toetsen. Hetzelfde wordt gedaan bij de Simatic S7 Protocol
Suite/Named Connections, zodat de gegevens tevens door gestuurd kunnen worden naar het AS systeem binnen PCS-7.
Hieronder (figuur 5) ziet u de groepen binnen het tag management in WinCC.
Figuur 5
Binnen de groepen worden de Tags toegevoegd. In figuur 6 ziet u een voorbeeld van instellingen van een tag in dit geval een Valve. Het betreft een DB waarbij er vanaf Data Word 255 wordt gelezen met een lengte van 450 words.
4.2 Lezen van data uit de S5
Voor het uitlezen van de data uit de S5-PLC wordt er gebruikt gemaakt van een VBscript. Deze wordt cyclisch herhaald. Hierdoor worden alle gegevens automatisch geüpdate met de gegevens uit de S5 en worden vervolgens doorgestuurd naar het AS systeem binnen PCS-7.
Hieronder (figuur 7) ziet u een stuk van het script. Hierbij wordt de tag ¨Rd_DB60¨ uit de S5-PLC gelezen en geschreven naar de tag ¨RcvDB1_60¨ in het AS station.
Figuur 7
Voor het cyclisch herhalen van dit script wordt er een trigger toegevoegd. Hieronder (figuur 8) ziet u hoe de cyclische trigger is ingesteld. Hierbij kunt u zien dat de trigger instelling een standaard groep voor cyclische timers bevat. Onder deze groep voegen we een trigger toe. Geef deze een naam en een cyclus tijd. Bij deze instellingen is er gekozen voor een naam MAF, met een cyclus tijd van 5s. Dit houdt in dat het VB-script de gegevens om de 5 seconden verwerkt.
4.3 Schrijven van data naar de S5
Voor het schrijven van data naar de S5-PLC wordt er gebruikt gemaakt van C-scripts. Deze scripts kunnen enkelvoudige bits, byte, waarden en een complete DB´s zenden. Voor al deze functies is er ook een C-script dat een acceptatie scherm aanroept, zodat de operator eerst zijn instellingen moet bevestigen voordat deze verzonden worden.
Een totale omschrijving is te vinden in de bijlage 7.
4.3.1. Schrijven van Bits
De functie van het schrijven van een bit wordt gebruikt voor de vervanging van de oude functie toetsen. Hierbij wordt vanuit WinCC het bit verzonden naar de S5-PLC. Het is ook mogelijk om de bit te zenden naar het AS systeem, maar aangezien de DB´s cyclisch worden uitgelezen is het niet nodig om te zenden naar dit systeem.
Voor het schrijven van een bit zijn er twee verschillende mogelijkheden, namelijk om een set functie of een set/reset functie. Deze beide mogelijkheden worden beschreven. Voor deze beide
mogelijkheden is de acceptatie functie toegevoegd. Set script
In onderstaand script wordt er een bit gezet in de S5-PLC. Waar deze bit zich bevindt is ingesteld bij de instellingen van de tag TEST_4.
Figuur 9
Set/Reset script
In onderstaand script wordt er een bit gecontroleerd op status. Aan de hand van de status wordt de status van de bit gewijzigd. Mocht het bit geset zijn wordt deze gereset, en is het bit gereset wordt deze geset. Waar deze bit zich bevindt is ingesteld bij de instellingen van de tag TEST_8.
Set met acceptatie script
In onderstaand script wordt er een bit geset in de S5-PLC. Voordat het bit wordt geset wordt er een pop-up acceptatie scherm weergegeven.
Hierbij is het mogelijk de actie te accepteren of te annuleren. Waar deze bit zich bevindt is ingesteld bij de instellingen van de tag TEST_13.
Figuur 11
Set/Reset met acceptatie script
In onderstaand script wordt er een bit gecontroleerd op status. Aan de hand van de status wordt de status van de bit gewijzigd. Mocht het bit hoog zijn wordt deze gereset, en is het bit laag wordt deze gezet. Voordat het bit wordt geset of gereset wordt er een pop-up acceptatie scherm weergegeven. Hierbij is het mogelijk de actie te accepteren of te annuleren.
Waar deze bit zich bevindt is ingesteld bij de instellingen van de tag TEST_8.
4.3.2. Schrijven van een DB
Voor het schrijven van een DB van het AS station naar de S5-PLC, wordt er gebruikt gemaakt van een C-script. Dit kan gebruikt worden om meerdere instellingen in een keer over te zenden. Ook voor deze functie is er een script met en zonder acceptatie pop-up venster. In dit voorbeeld wordt er een DB met een lengte van 20 woorden geschreven.
DB schrijven zonder acceptatie
Figuur 13
Db schrijven met acceptatie
De DB wordt pas verzonden zodra er op het acceptatie pop-up venter op OK is gedrukt.
4.3.3 Schrijven en lezen van waarden
Het schrijven en lezen van waarden kan worden gebruikt om I/0 velden toe te voegen aan de visualisatie. Deze velden worden alleen gebruikt voor waardes die niet aan een object gekoppeld kunnen worden. Ook voor deze waarden geldt dat er eerst naar de S5 wordt geschreven en vervolgens cyclisch de gegevens worden gelezen en naar de S7 worden geschreven. Er zijn
verschillende mogelijkheden, zo kunnen er alleen positieve waarden gelezen en geschreven worden, maar er kunnen ook positieve en negatieve waarde gelezen en geschreven worden.
Voor deze functie zijn de volgende tags toegevoegd. Er zijn twee verschillende soorten tags: De Signed en Unsigned tags. Signed tags zijn positief en negatief, Unsigned tags zijn alleen positief. Zie figuur 15.
Figuur 15
Het toekennen van de tag aan een I/O field
Hiervoor moet een nieuwe I/O field toegevoegd worden aan de visualisatie. Koppel de gewenste tag aan het I/O field. De overige instellingen kunnen gedaan worden via proporties.
De volgende instellingen kunnen van belang zijn om te wijzigen:
1. Field Type, hiermee wordt ingesteld of het een Input en/of Output veld is. (figuur 16)
2. Output Format, hiermee wordt de instelling gedaan van de lengte van het veld en toegekend of het gaat over een signed of unsigned bit.
3. Data Format, hiermee wordt de weergave mogelijkheid ingesteld. Het kan hierbij gaan om binary, decimal, string of hexadecimal. (figuur 17)
Hieronder (figuur 18) zit u de instellingen van een signed tag aan een I/O Field met een lengte van drie decimalen.
Figuur 18
Hieronder ziet u in figuur 19 en 20 een voorbeeld van de I/O fields.
In figuur 19 wordt het verschil tussen signed en unsigned tag weergegeven. In figuur 20 wordt dezelfde waarde op de verschillende manieren weergegeven.
5. Fase 3: Omzetten visualisatie
Voor het maken van de nieuwe visualisatie voor de MAF, is er een interview gedaan met het relevante deel van de plant. Hieruit zijn wat duidelijke punten gekomen zoals wijzingen in de kleur stelling voor het leidingwerk. De wens was om een rustigere visualisatie te creëren. Dit was gemakkelijk te realiseren doordat er meer pixels beschikbaar zijn met het nieuwe systeem en doordat de standaard elementen en kleurstellingen van het nieuwe systeem hiervoor
geoptimaliseerd zijn. Bovendien zijn de nieuwe schermen vele malen groter dan de bestaande, waardoor een rustiger beeld ontstaat.
Hieronder de oude visualisatie(Figuur 3) en het resultaat van het nieuwe ontwerp(Figuur 4): Bestaande visualisatie
Figuur 21
Nieuwe visualisatie
Figuur 22
Vergrootte weergave van de visualisatie is te vinden in de bijlage 6.
De nieuwe visualisatie laat duidelijk een rustiger beeld zien. Er bevinden zich minder kruisingen op het scherm en alle terugkoppelingen worden weergegeven bij de bijbehorende klep of motor. De gebruikte utiliteiten leidingen worden niet weergegeven. Dit is vervangen door een aanknopingspunt
5.1 Fase 6: Generieke handleiding van de oplossing
Er is een generieke handleiding geschreven om van een bestaand systeem met S5 PLC met visualisatie met COROS, te gaan naar visualisatie met PCS-7 met behoudt van de S5-PLC en zijn functies.
Voor deze handleiding is gebruik gemaakt van alle informatie die is verkregen tijdens deze afstudeer opdracht. Vanaf de keuze voor de interface tot het maken van een werkende communicatie.
6. Prototype test
Om de correcte werkingen van de implementaties aan te tonen is in een eerste testeen aantal prototype testen uitgevoerd. De test met koppeling via het AS systeem bleek niet te voldoen. Deze test is hier dan ook niet gedocumenteerd.
De tweede test is uitgevoerd op de 2e optie, namelijk de verbinding met het OS systeem. Dit systeem voldoet, waardoor de koppeling via het OS systeem is gekozen.
Test opstelling
De S5-PLC met de Softing S5-TCP/IP 100 is aan het OS systeem met de CP1623 gekoppeld. Deze koppeling wordt verder de S5 met OS genoemd. Deze koppeling is uitgevoerd met het ISO-H1 protocol.
Test methode
Tijdens de prototype test met deze koppelingen was het van belang de werking aan te tonen. Dit is gedaan door het uitlezen van een aantal DB´s uit de S5 en een enkelvoudige bits en DB terug te schrijven naar de S5. Hierbij was het van belang dat het gebruikte geheugen voor de koppeling in de S5 niet boven het maximale geheugen capaciteit uit mocht komen.
S5 met OS test
De prototype test van de koppeling S5 met OS is uitgevoerd. Voor deze koppeling werden enkel de bestaande Send/Receive en de Send ALL/Receive All blokken van de oude Coros visualisatie omgezet naar de nieuwe Softing S5-TCP/IP 100 kaart. Voor deze koppeling werd enkel een synchronisatie blok toegevoegd aan het S5 programma. Dit is van belang voor de communicatie tussen de CPU en de CP kaart. Doordat er één blok toegevoegd wordt, ontstaan er geen problemen met het geheugen van de S5-PLC.
Deze prototype test is daarna uitgebreid met het doorzenden van de informatie naar het AS station, zodat de gegevens beschikbaar worden binnen de S7-CPU. Deze koppeling tussen de AS en OS station is een standaard binnen PCS-7. Hiervoor was geen extra informatie nodig tijdens de test. Test resultaten
Tijdens de prototype test worden de volgende functies werkend aangetoond: Enkelvoudige bits verzenden vanaf OS WinCC naar S5-PLC.
DB´s verzenden vanaf AS via OS naar de S5-PLC. DB´s lezen vanaf S5-PLC via OS naar AS.
7. Conclusie en aanbevelingen
7.1 Deel Conclusies
Hieronder zijn alle deelconclusies beschreven, die tijdens de voortgang van het project getrokken zijn en op de rest van de voortgang invloed gehad hebben.
Conclusie ethernet module.
De keuze voor de ethernet module was tussen drie modules. De Softing PC-Link, Softing S5-TCP/IP 100 en de Siemens S5-CP1430.
De Softing PC-Link past op alle type CPU´s. Het nadeel van de optie is dat de CPU ruimte vrij maakt voor deze communicatie en de cyclus tijden hierdoor kunnen variëren.
De andere CP kaarten maken gebruik van dual-port ram geheugen.
De Siemens S5-CP1430 heeft als nadeel dat er een convertor nodig is om hem met ethernet te kunnen verbinden.
Daardoor is de keuze tussen de modules gevallen op de Softing S5-TCP/IP 100. Deze module kan geplaatst worden in het rack, waardoor de cyclus-tijden niet worden beïnvloed, en de benodigde ethernet aansluiten al aanwezig op de module.
Conclusie communicatie protocol.
De voorkeur van het communicatie protocol is ISO-H1. Dit protocol wordt aan de S5 zijde met de Softing S5-TCP/IP 100 ondersteund. Aan de PCS-7 zijde wordt deze niet ondersteund door het AS systeem en wel bij het OS systeem.
Conclusie koppeling AS of OS
Bij het maken van de structuur zijn er twee verschillende prototype testen uitgevoerd. Een van de koppeling S5-PLC met AS station en een van S5-PLC naar het OS station. Tijdens de prototype test van de koppeling S5-PLC/AS, is gebleken dat er veel send/receive functie nodig zijn om al de benodigde data over te zenden. Het daarbij benodigde geheugen is niet beschikbaar in de S5.
Uit deze prototype test blijkt dat deze keuze niet bruikbaar is voor het project.
De prototype test van de koppeling S5-PLC/OS maakt gebruik van de Fetch/Write functie. En zijn er in de S5-PLC enkel één set Send/Receive en één set Send/Receive ALL nodig. Hierdoor is deze optie een goede optie ten opzichte van de eerste keuze.
De keuze van de koppeling is na de prototype test gewijzigd van een koppeling met het AS systeem naar een koppeling naar het OS systeem. Door deze wijziging van de koppeling wordt de keuze van het protocol ook gewijzigd naar het ISO-H1 protocol.
Conclusie Visualisatie
Voor het omzetten van de visualisatie van Coros naar PCS-7 WinCC, was een interview nodig voor het achterhalen van een gedeelte van de werking van de oude visualisatie. Dit interview is gehouden on-site. Hierbij is gesproken met de proces operators. De benodigde informatie is achterhaald en de wijzigingen ten opzichte van de bestaande visualisatie zijn doorgenomen. Deze informatie is verwerkt in het ontwerp van de nieuwe visualisatie.
Conclusie Communicatie S5-S7
Voor het maken van de communicatie zijn er standaard datastructuren en scripts ontworpen waarvan de werking aangetoond is in de prototype test. Hiervoor zijn er verschillende tags toegevoegd aan het WinCC project, om de Bit, Byte, Word en DB waarden te kunnen lezen en schrijven. Er is een VBScript geschreven voor het cyclisch uitlezen van verschillende DB´s uit de S5-PLC en deze gegevens door te zenden naar het AS systeem, zodat de gegevens in het AS voorzien zijn van de actuele waarde. Tevens zijn er verschillende C scripts geschreven, zoals het zenden van de gegevens van WinCC naar de S5. Dit betreft de functie met of zonder acceptatie scherm. Een tweede C script is geschreven voor het zenden van een gehele DB uit de PCS-7 CPU naar de S5-PLC. Voor alle vereiste communicatie taken zijn standaard scripts geschreven.
7.2 Conclusie
Het uitwisselen van data tussen de bestaande S5 en het nieuwe PCS-7 systeem is geslaagd. Voor het maken van deze uitwisseling, is er gezocht naar de beste methode met daarbij een protocol. Voor deze koppeling is er een methodiek gedefiniëeerd en beschreven in de generieke handleiding. Door middel van een prototype test is de gedefiniëeerde methodiek voor de koppeling getest. Deze test is werkend uitgevoerd.
Tijdens de afspraken rond de afstudeeropdracht, is er al naar voren gekomen dat het niet zeker was of de uitvoering van de eerste ombouw volledig haalbaar was. Dit was afhandelijk van meerdere factoren. Als snel bleek dat een eerste ombouw niet haalbaar is binnen de afstudeer periode.
7.3 Aanbevelingen
Redundante OS
Binnen dit project wordt er gewerkt met een redundant systeem. De mogelijkheden voor de koppeling met dit systeem zijn onderzocht en beschreven. Er is tijdens de prototype test geen afzonderlijke test uitgevoerd om de werking binnen dit redundante systeem aan te tonen. Doordat dit is beschreven zou er een prototype test uitgevoerd kunnen worden om de werking aan te tonen. Communicatie module op twee CPU in het S5 gedeelte.
De mogelijkheid om de ethernet module te koppelen aan twee CPU in een S5-rek is onderzocht en beschreven in de generieke handleiding. Ook voor deze oplossing geldt dat dit niet getest is tijdens de prototype test. Door deze instellingen door te voeren in de prototype test zal de werking aangetoond kunnen worden.
Eerste ombouw
Binnen de afstudeer periode, was een eerste ombouw bij de klant niet mogelijk, omdat de productie in de afstudeer periode niet onderbroken mocht worden. Voor de eerste ombouw is de eerste S5-PLC namelijk de MAF voorbereid. Hiervoor is de benodigde informatie uit het Coros systeem gehaald, een interview gehouden en de visualisatie getekend. Daarnaast is de koppeling opgezet in WinCC en in de S5 software.
Literatuur
Uitgever Titel Siemens Siemens_S5_CP1430_EN Siemens_S5_CP1430_Manual_EN Simatic-PCS-7_STPCS-7_complete_English PCS-7_AdvancedProcessLibrary_EN PCS-7_BasicLibraryV8.0_EN PSC7_CFC-Function_ENCoros Projektierungssoftware COM B+B GRAPH (C79000-G8500-C190) Softing S5_PCLink
S5_PCLink_Manual S5_PCLink_PInformation S5_TCPIP_100_EN ST_TCPIP_100_Manual
Afkortingen en begrippen
Afkorting Omschrijving
S5 Een verouderde Siemens PLC
PCS-7 Is een zeer complete Distributed Control System(DCS) PLC Programmeerbare Logische Controller
COROS Verouderde visualisatie systeem van Siemens AS Automation Station ofwel een PLC
OS Operation Station ofwel een PC met software voor visualisatie en engineering CP Een optie kaart die ingestoken kan worden bij een PLC.
WinCC Visualisatie systeem van Siemens
PO Proces Objects.
ISO-H1 Ethernet Protocol waarbij 4 layers gebruikt worden ISO-ON-TCP Ethernet Protocol waarbij 4 layers gebruikt worden
TCP Ethernet Protocol waarbij 7 layers gebruikt worden en waarbij eerst een verbinding wordt opgebouwd tussen de parnters.
UDP Ethernet Protocol waarbij 7 layers gebruikt worden en waarbij de gegevens verzonden worden zonder een verbinding.
Bijlage Inhoud
Bijlage 1: PMD ... 23
Bijlage 2: Ethernet Opties S5 ... 24
Bijlage 3: Structuur S5 ... 25
Bijlage 4: Interview bestaande MAF visualisatie ... 26
Bijlage 5: Gegevens Coros ... 27
Bijlage 6: Visualisatie weergave... 28
Bijlage 7: Communicatie S5-S7 ... 29
Bijlage 8: Generieke handleiding ... 30
