Ausgabe 11.18 Y070.400/DE Änderungen vorbehalten!
Modbus-Anschaltung für Elektrische Stellantriebe
Betriebsanleitung
Modbus RTU
Modbus TCP/IP
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Inhalt Seite
1 Grundsätzliches 3 1.1 Sicherheitshinweise: Verwendete Symbole und ihre Bedeutung 3 1.2 Hinweise zur Betriebsanleitung 3 2 Die Modbus-Anschaltung für SEVEN 3 2.1 Allgemeine Beschreibung 3 2.2 Modbus-Schnittstelle 4 2.3 Modbus - Grundfunktionen 4 2.3.1 Telegrammaufbau 4 2.3.2 Nachrichtenrahmen für die Kommunikation über Modbus 5 2.3.3 Drei PDU-Typen – Ablauf einer Kommunikation 5 2.3.4 Datenmodell 6 2.3.5 Funktionsschlüssel (Function Codes) – unterstützte Dienste 6 3 Technische Daten 7 3.1 SEVEN mit Modbus-Schnittstelle 7 3.2 Allgemeine Daten der Modbus-Schnittstelle 11 3.2.1 Modbus RTU-Schnittstelle 11 3.2.2 Modbus TCP/IP-Schnittstelle (basierend auf Modbus RTU) 11 3.3 Anschluss an das Feldbussystem 12 3.3.1 Modbus RTU 12 3.3.2 Modbus TCP/IP 13 4 Einstellen der Kommunikationsparameter für Modbus 14 4.1 Kommunikationsparameter Modbus 14 4.2 Möglichkeiten / Werkzeuge zur Einstellung 14 5 Betrieb der Stellantriebe mit Modbus-Schnittstelle 15 5.1 Ansteuern über Modbus 15 5.2 Blockade der Vor-Ort-Steuerstelle 15 5.3 Störungsmeldungen am Display 15 6 Broadcast-Modus und Sicherheitsfunktionen 16 6.1 Broadcast-Nachrichten 16 6.2 Modbus-Sicherheitsfunktionen 16 7 Redundanz bei Modbus RTU 16
8 Verbindungsstatus und Fehlermeldung 17 8.1 Verbindungs-Status 17 8.2 Bus-Kommunikationsfehler/ Summenstörung 17
Anlagen
Input Registers 18-24 Holding Registers 25-34 Discretes Input 35 Coils 36 Telegramme „Read Exception-Status“, 37 „Report-Slave ID“ und „Read Device Identification“
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1 Grundsätzliches
1.1 Sicherheitshinweise: Verwendete Symbole und ihre Bedeutung
Warnung deutet auf Aktivitäten hin, die bei nicht ordnungsgemäßer Durchführung zu einem Sicherheitsrisiko für Personen oder Sachwerte führen können.
Hinweis deutet auf Aktivitäten hin, die einen wesentlichen Einfluss auf den ordnungsgemäßen Betrieb haben. Bei Nichtbeachtung können unter Umständen Folgeschäden auftreten.
1.2 Hinweise zur Betriebsanleitung
Diese Betriebsanleitung beschreibt die Modbus-Anschaltung für die elektrischen Stellantriebe SEVEN. Ausführliche Hinweise zu den Stellantrieben finden sich in den entsprechenden Betriebsanleitungen Y070.302/DE (PROFITRON/HiMod) und Y070.301/DE (ECOTRON).
Diese Betriebsanleitung ist nur zusammen mit der entsprechenden Betriebsanleitung des Stellantriebs vollständig. Daher sind die Sicherheitsinformationen der Betriebsanleitung des Stellantriebs zu beachten!
2 Die Modbus-Anschaltung für SEVEN
Die Modbus-Anschaltung ist bei Geräten, die ab Werk bereits Modbus-fähig ausgeliefert werden, fertig eingebaut und geprüft.
2.1 Allgemeine Beschreibung
■ Allgemeines über Modbus Modbus ist ein internationaler, offener Feldbusstandard und erlaubt die Kommunikation mit Feldgeräten, die an dasselbe Netzwerk angeschlossen sind. Modbus wird als leicht zu implementierendes Feldbus-Protokoll weltweit erfolgreich eingesetzt. Der Anwendungsbereich umfasst die Fertigungs-, Prozess- und Gebäudeautomatisierung.
■ Grundlegende Eigenschaften
Modbus legt die technischen und funktionellen Merkmale eines Feldbussystems fest, mit dem verteilte, digitale Feldgeräte miteinander vernetzt werden können. Es ist für den schnellen Datenaustausch in der Feldebene konzipiert. SEVEN-Stellantriebe unterstützen die beiden Modbus-Netzwerkprotokolle:
Modbus RTU für den Datenaustausch mit RS-485-Verbindung (RTU = Remote Terminal Unit) und
Modbus TCP/IP für Datenaustausch über ein Ethernet-Netzwerk (TCP/IP = Transmission Control Protocol/Internet Protocol). SEVEN-Stellantriebe mit Modbus TCP/IP-Anschaltung besitzen einen integrierten Netzwerk-Protokollwandler (TCP/IP <-> RTU-Gateway) mit schnellem Webserver.
Modbus unterscheidet Master- und Slave-Geräte:
Master-Geräte bestimmen den Datenverkehr auf dem Bus. Ein Master darf Nachrichten ohne externe Aufforderung aussenden.
Slave-Geräte wie z. B. SEVEN-Stellantriebe sind Feldgeräte. Sie erhalten keine Buszugriffsberechtigung, d. h. sie dürfen nur empfangene Nachrichten quittieren oder auf Anfrage eines Masters Nachrichten an diesen übermitteln.
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Allgemein gilt:
an einem Buszweig darf nur 1 Master aktiv sein (Mono-Master-Bussystem)
die Kommunikation geht immer vom Master aus; die Slaves müssen auf Anfragen des Masters antworten
Der Master kann auf zwei Arten mit den Feldgeräten (Slaves) kommunizieren: Unicast-Modus - direkte
Anforderung an ein bestimmtes Feldgerät (Slave-Adresse ungleich „0“). "Regulärer" Betrieb: Master sendet Anforderung an ein Feldgerät, auf welche dieser antworten muss.
Broadcast-Modus - pauschale Anforderung an alle Feldgeräte (Slave-Adresse „0“). Der Master sendet eine Anforderung (Telegramm) an alle Busteilnehmer - um z.B. einen Notbefehl abzusetzen, auf die keines der Feldgeräte antworten darf. Näheres siehe Kapitel 6.1.
2.2 Modbus-Schnittstelle
■ In 1- oder 2-kanaliger (nicht bei LWL und Ethernet) Ausführung.
■ Für ECOTRON, PROFITRON und HiMod.
■ Elektrischer Standard-Anschluss aller SEVEN Stellantriebe für RS-485, LWL sowie Ethernet.
■ Modbus kann jederzeit nachgerüstet werden.
■ Benutzerschnittstelle:
über Modbus können SEVEN-Stellantriebe sowohl parametriert als auch angesteuert werden,
auch Steuerungs-Mix möglich, z.B.:
- Steuern über binäre/analoge Eingänge und
- Beobachten/Parametrieren über den Feldbus.
■ Modbus-Kabelspezifikationen beachten!
Modbus RTU : verdrillte, geschirmte Kupferleitung gemäß IEC 61158 bzw. Lichtwellenleiter nach DIN VDE 0880 Teil 3,
Modbus TCP/IP: Leitungsempfehlung Cat. 6A gemäß IEC IEEE 802.3.
2.3 Modbus - Grundfunktionen
2.3.1 Telegrammaufbau
Grundlage ist die serielle Datenübertragung, d.h. es wird bitweise übermittelt. Protokolldateneinheit (PDU) Die Modbus PDU (Protocol data unit) setzt sich aus dem Funktionsschlüssel (Function code) und den eigentlichen Daten (Data) zusammen.
Daten (data)
Funktionsschlüssel(Function code)
Modbus PDU
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2.3.2 Nachrichtenrahmen für die Kommunikation über Modbus
2.3.3 Drei PDU-Typen – Ablauf einer Kommunikation
Zur Kommunikation werden 3 verschieden Kommunikationstypen verwendet.
Anforderung - Anfrage von Leittechnik/Steuerung (Master)
Antwort - bei fehlerfreier Bearbeitung durch das Feldgrät (Slave)
Fehlerfall-Antwort (Exception reply): Feldgerät (Slave) gibt die Anfrage mit modifiziertem Funktionsschlüssel (oberstes Bit wird gesetzt) zurück; der Fehlerfall-Code (Exception code) enthält Information zur Fehlerursache
Ablauf einer Kommunikation: ■ ohne Fehler
■ Fehlerfall
Fehlerursachen:
Nachricht (Anforderungstelegramm) ist unvollständig Slave antwortet nicht, sondern zählt nur einen Fehlerzähler hoch
Die Anforderung in der Nachricht wird grundsätzlich nicht vom Slave unterstützt Fehlerfall-Antwort
Slave befindet sich in einem Fehlerzustand und kann die Anforderung im Moment nicht ausführen Fehlerfall-Antwort
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2.3.4 Datenmodell
Das Datenmodell des Modbus-Feldbusses ist die Abbildung der Ein- und Ausgabegrößen (I/Os) eines Feldgerätes (z.B. SEVEN) auf eine Speicherstruktur. Über Buskommandos kann auf diese Speicherstruktur zugegriffen und somit das Feldgerät bedient werden. Verfügbare Datentypen im Modbus Datenmodell:
■ Es gibt 2 unterschiedlich große Datentypen: 1-Bit Werte und 16-Bit Werte.
■ Beide Datentypen gibt es in 2 Ausführungen: einmal nur zum Lesen (Read-Only), und einmal zum Lesen und Schreiben (Read-Write).
macht zusammen 4 unterschiedliche Speicherbereiche:
Speicherbereich Datentyp Zugriffsrechte Beschreibung
Discretes Input Single-Bit Read-Only Meldungen Endlage AUF/ZU, Störung usw.
Coils Single-Bit Read-Write Ansteuerung AUF, ZU, NOT (Bitweise)
Input Registers 16-Bit-Wort Read-Only Meldungen Endlage AUF/ZU, Störung usw. sowie Stellungs-Istwert
Holding Registers 16-Bit-Wort Read-Write Ansteuerung AUF, ZU, NOT, Sollwert-Vorgabe sowie Parameterdaten
2.3.5 Funktionsschlüssel (Function Codes) – unterstützte Dienste
Mit den sogenannten Function Codes im Modbus-Telegramm teilt der Master dem Slave mit:
■ was er Lesen oder Schreiben,
■ oder ob es Diagnosedaten abrufen möchte.
Function Codes sind somit Kommandos, um vom Bus aus auf das Datenmodell zugreifen zu können. mit den Function Codes ist auch bereits die Antwort des Slaves festgelegt.
Es gibt zahlreiche vordefinierte Function Codes. Die unterstützten Function Codes sind im Detail aufgeführt unter Kapitel 3.1.
Beispiel für eine Master-Anfrage an den Stellantrieb:
Lesezugriff auf Input Register 1001: aktueller Positions-Istwert
*) hexadezimale Darstellung der Telegrammwerte
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3 Technische Daten
3.1 SEVEN mit Modbus-Schnittstelle
Elektrischer Anschluss / Feldbus-Anschluss Versorgungsspannung Toleranzen
1-ph AC 110 - 115 V 1-ph AC 220 - 230 V 3-ph AC 190 - 200 V 3-ph AC 380 - 460 V Zulässige Spannungstoleranz: -10% / +15%
Frequenzbereich: 40 – 70 Hz
Automatische Phasenfolgekorrektur
Der Drehsinn der Abtriebswelle ist unabhängig von der Phasenfolge
Optionale externe Spannungs-versorgung der Elektronik
24 V DC ± 25% (verpolungssicher) Stromaufnahme der Elektronik: Modbus RTU 1-kanalig: max. 160 mA, Modbus RTU 2-kanalig: max. 180 mA, Modbus TCP/IP: max. 190 mA
Spannungsausgang 24 V DC, max. 125 mA (potentialfrei und verpolungssicher)
Elektrischer Anschluss mit Modbus-Schnittstelle
Rundsteckerverbinder mit 50-poligem Schraubanschlüssen. Modbus RTU:
RS 485-Anschluss auf integrierter Busabschluss-Platine mit zuschaltbaren Busabschlusswiderständen.
Modbus TCP/IP Ethernet-Anschluss über am elektrischen Anschluss herausgeführte M12-Steckverbindung.
Anschlussquerschnitt max. - Modbus RTU: 1,5 mm² - Modbus TCP/IP M12-Steckverbinder, D-kodiert - analoge / binäre Signale: 2,5 mm² - Netz: 6 mm²
RS 485-Schnittstelle (nur Modbus RTU)
EIA-485 (RS 485), Leitungsempfehlung: Kupferkabel gemäß IEC 61158 siehe auch Kapitel 3.2.1 „Kommunikationsparameter der Modbus RTU-Schnittstelle“
Ethernet-Schnittstelle (nur Modbus TCP/IP)
IEC IEEE 802.3, Leitungsempfehlung: Cat. 6A siehe auch Kapitel 3.2.2 „Kommunikationsparameter der Modbus TCP/IP-Schnittstelle“
Lichtwellenleiter-Anschluss (Option bei Modbus RTU)
Lichtwellenleiter-Anschluss zur Realisierung von Linien- und Sternstrukturen. siehe auch Kapitel 3.2.1 „Kommunikationsparameter der Modbus RTU -Schnittstelle“
Überspannungsschutz (Option bei Modbus RTU)
Schutz von Elektronik und Motor gegen Überspannungen bis zu 6 kV an den Bus-Anschlüssen, bei Gewährleistung der Modbus-Kommunikation bis Baudrate 115.200 Bit/s
Ein-Ausgänge / weitere Funktionen Ansteuerung Ansteuerung und Rückmeldung über Modbus Details siehe „Parametrierung Modbus“ analoge / binäre Eingänge ECOTRON
- 3 binäre 24/48 V DC Eingänge (AUF, ZU, STOP) Übertragung der Zustände über Modbus möglich.
PROFITRON/HiMod - 5 binäre 24/48 V DC Eingänge (AUF, ZU, STOP, NOT, Mode) - 1 analoger 0/4..20 mA Eingang AE1 für z.B. Stellungsregler (Option bei PROFITRON) - 1 analoger 0/4..20 mA Eingang AE2 (Option) Übertragung der Zustände über Modbus möglich.
analoge / binäre Ausgänge - 5 binäre Ausgänge (parametrierbar) - 1 analoger Ausgang AA1 für Stellungsistwert
- 8 binäre Ausgänge (parametrierbar) - 1 analoger 0/4..20 mA Ausgang AA1 - 1 analoger 0/4..20 mA Ausgang AA2 (Option)
Galvanische Trennung - binäre Ein- und Ausgänge - analoge Ein- und Ausgänge
MODBUS-Redundanz (Option bei Modbus RTU)
Hardware (separate FIFO-Speicher und DC / DC-Wandler)
Vor-Ort-Steuerung Standard: - Drive Controller (Option: abschließbar) - 2 Meldeleuchten für ORT (gelb) und FERN (blau) - Meldeleuchten für ZU (gelb) und AUF (grün): Laufanzeige und Endlagenindikation - 2 Meldeleuchten (grün und rot) für Zustands- und Störungssignale (nur ECOTRON) - Klartext-Statusanzeige auf Farb-Grafik-Display (nur PROFITRON/HiMod) - USB Schnittstelle (ECOTRON: intern auf der Steuerplatine; PROFITRON/HiMod: extern am Elektronikgehäuse) - Bluetooth-Schnittstelle für Parametrierung und Ansteuerung (nur PROFITRON/HiMod)
Ansteuerung FERN Ansteuerung erfolgt in Abhängigkeit von der Einstellung der Parameter „Ansteuerung“ und „Alternative Ansteuerung“ über: - konventionellen Anschluss (24/48 V binär oder 0/4-20 mA analog) - Feldbus-Schnittstelle
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Parametrierung / Funktionen Stellantrieb Parametrierung, Einstellung ändern
- über Modbus - menügeführt über das beleuchtete Farb-Grafik-Display mit Klartextanzeige (Bedienung mit Passwortschutz über Drive Controller auf der Vor-Ort-Steuerung) (nur PROFITRON/HiMod) - menügeführt über das beleuchtete LC-Display (nur ECOTRON) - über das PC-Parametrierprogramm COM-SIPOS
Spracheinstellungen (nur PROFITRON/HiMod)
CS, DA, DE, EL, EN, ES, FI, FR, IT, NL, NO, PL, PT, RU, SV, TR, ZH → weitere Sprachen auf Anfrage
Drehzahl / Stellzeiteinstellung - in 7 Stufen einstellbar innerhalb des gewählten Drehzahlbereiches (nur ECOTRON) - stufenlos einstellbar innerhalb des gewählten Drehzahlbereichs (nur PROFITRON/HiMod) Einstellungen getrennt möglich für AUF, ZU, NOT AUF und NOT ZU
Sanftanlauf konstantes Drehmoment mit reduzierter Drehzahl in und aus den Endlagen: - kein Überhöhungsmoment - Anlaufstrom < Nennstrom
Stellungsregler (Option bei PROFITRON) (nur PROFITRON/HiMod)
Adaptiver Dreipunktregler Sollwert über Modbus oder analoges 0/4..20 mA Signal (steigende / fallende Kennlinie) Einstellbare automatische Anpassung des Totbandes an die Qualität des Soll- und Istwert-signals. Reduzierung der Geschwindigkeit vor Erreichen des Sollwertes
Prozessregler (Option) (nur PROFITRON/HiMod)
Sollwert über Analogeingang AE1 oder AE2 (0/4..20 mA), Modbus oder als Fix-Sollwert Prozess-Istwert über Analogeingang AE2 oder AE1 (0/4..20 mA)
Wegabhängige Drehzahl-Einstellung (Option) (nur PROFITRON/HiMod)
Wegabhängige Drehzahleinstellung über max. 10 Stützpunkte (Wertepaare): Weg [% AUF] in 1%-Schritten – Drehzahl [1/min]
Externe Drehzahlvorgabe (Option) (nur PROFITRON/HiMod)
Drehzahlvorgabe über Modbus oder analoges 0/4..20 mA Signal
Wegabhängig frei einstellbare Stellzeiten (Option) (nur PROFITRON/HiMod)
Parametrierung von Stellzeiten zwischen bis zu 10 Stellwegpositionen: Weg 0....100 [% AUF], Stellzeit 0 .... 60000 [sec]. Verfahren bei Not über Stellzeitkennlinie - mit veränderbarem Faktor - möglich.
Drehmomentkurvenaufnahme von der Armatur (nicht bei 2SG7 und 2SQ7) (nur PROFITRON/HiMod)
Aufzeichnung von bis zu 3 zeitlich versetzten Drehmoment-Kurven zur vorbeugenden Überwachung der Armatur: Abtastrate in Schritten von 1 % des Stellweges; speicher- und auslesbar. Die dargestellten Werte sind Referenzwerte und können insbes. in den Endlagen und bei Drehzahlveränderungen während des Betriebes variieren!
Blockade überwinden (nur PROFITRON/HiMod)
Erneutes Anfahren bei Blockade außerhalb der Endlagenbereiche (max. 5 mal parametrierbar)
Diagnose Diagnosedaten
- Schaltspiele/Stunde - Anzahl Schaltspiele / wegabhängiger und drehmomentabhängiger Abschaltungen - relative Einschaltdauer - Betriebsstunden Elektronik und Motor
Wartungsgrenzen / Wartungs-intervalle (Armatur betreffend) (nur PROFITRON/HiMod)
- Schaltspiele - drehmomentabhängiger Abschaltungen - Motorbetriebsstunden
Störspeicher Abspeicherung der letzen 5 Störmeldungen Elektronisches Typenschild - Hersteller
- Bestellnummer - Seriennummer - Ursprungs-Seriennummer - Anlagenkennzeichen Stellantrieb
Überwachungs- und Sicherheitsfunktion
Selbstdiagnose: - Laufzeit - Motorvollschutz - Wegsensor
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Einstellungen / Parametrierung Modbus-Schnittstelle Baudrateneinstellung … sowie Einstellung der Parität: fest und für alle Geräte identisch
Verbindungsüberwachung einstellbar von 0 s bis 25,5 s
Coils (1-Bit, Read / Write)
ausgewählte Steuerbefehle zum Antrieb
z.B. - AUF - ZU - NOT - Störung zurücksetzen - Wartung durchgeführt - etc.
Discretes Input (1-Bit, Read-Only)
ausgewählte Zustandsdaten vom Antrieb
z.B. - Betriebsbereit + Fern - Stellantrieb in Endposition „AUF“ / “ZU“ - Wegkontakt „AUF“ / “ZU“ angesprochen - Laufanzeige Richtung „AUF“ / “ZU“ - Endlageneinstellung o.k. - Parametrierung Stellantrieb o.k. - Handkurbel / -rad ist betätigt - Ort aktiv - Fern aktiv - Befehl „NOT-Betätigung“ liegt an - Wartung notwendig - Modbus Kanal 1 / 2 ist aktiver Kanal - Modbus Kanal 1 / 2 ist vorhanden - etc.
Holding Registers (16-Bit, Read / Write)
Steuerbefehle und Parametrierdaten zum Antrieb
z.B. - AUF - ZU - NOT - Sollwert für Stellung, Prozess oder Drehzahl - Störung zurücksetzen - Wartung durchgeführt Parametrierung, wie z.B.: - Abschaltmoment in Endlage ZU - Abschaltmoment in Endlage AUF - Drehzahl in Richtung ZU - Drehzahl in Richtung AUF - etc.
Input Registers (16-Bit, Read-Only)
Zustandsdaten vom Antrieb
z.B. - Stellungsistwert (0,01 %-Schritte) - Betriebsbereit + Fern - Stellantrieb in Endposition „AUF“ / “ZU“ - Zwischenkontakt „AUF“ / “ZU“ angesprochen - Laufanzeige Richtung „AUF“ / “ZU“ - Drehzahl / Stellzeit - Endlageneinstellung o.k. - Parametrierung Stellantrieb o.k. - Handkurbel / -rad ist betätigt - Ort aktiv - Fern aktiv - Befehl „NOT-Betätigung“ liegt an - Warnung Motortemperatur (nicht bei 2SG7) - Motortemperatur (nicht bei 2SG7) - Elektroniktemperatur (nur PROFITRON/HiMod) - Wartung notwendig - Diagnosedaten (nur PROFITRON/HiMod) - Wartungsgrenzen (nur PROFITRON/HiMod) - Modbus Kanal 1 / 2 ist aktiver Kanal - Modbus Kanal 1 / 2 ist vorhanden Störmeldungen: - Summenstörmeldung - nicht betriebsbereit - Wegsensor-Signal fehlt - Stellweg blockiert - Leitungsbruch Analogeingang - Motortemperatur zu hoch - etc.
vollständige Belegung siehe Anlage „Coils”
vollständige Belegung siehe Anlage „Discretes Input”
vollständige Belegung siehe Anlage „Holding Registers”
vollständige Belegung siehe Anlage „Input Registers”
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Unterstützte Funktions-Schlüssel (Function Codes)
01 Read Coil Status Liest den Inhalt der Coils-Informationen (Bit-Werte) aus dem Stellantrieb aus
02 Read Input Discrete Liest den Inhalt der Discretes Input-Informationen (Bit-Werte) aus dem Stellantrieb aus
03 Read Holding Registers Liest den Inhalt der Holding Registers-Information (16-Bit-Wörter) aus dem Stellantrieb aus
04 Read Input Registers Liest den Inhalt der Input Registers-Information (16-Bit-Wörter) aus dem Stellantrieb aus
05 Force Single Coil Schreibt Daten in ein Coil (Bit-Wert) im Stellantrieb auf ON oder OFF
06 Preset Single Register Schreibt Daten in ein einzelnes Holding Register (16 Bit-Wort) des Stellantriebs
07 Read Exception Status siehe Anlage E “Telegramme“
08 Diagnose Sub-Funktion: 00 Loopback 10 Clear Counters and Diagnostic Register 11 Return Bus Message Count 12 Return Bus Communication Error Count 13 Return Bus Exception Error Count 14 Return Slave Message Count 15 Return Slave No Response Count 16 Return Slave NAK Count
15 Force Multiple Coils Schreibt Daten in mehrere aufeinander folgende Coils im Stellantrieb auf ON oder OFF
16 Preset Multiple Registers Schreibt Daten in mehrere aufeinander folgende Holding Registers im Stellantrieb
17 Report Slave ID siehe Anlage E “Telegramme“
43 Read Device Identification siehe Anlage E “Telegramme“
Verhalten bei Kommunikationsausfall
Die Reaktion des Stellantriebs ist parametrierbar: - Stellung halten - NOT-Position anfahren (nur PROFITRON/HiMod) - Prozess-Istwert halten (nur PROFITRON/HiMod mit Prozessregler) - Prozess-Festsollwert anfahren (nur PROFITRON/HiMod mit Prozessregler) - letzten Befehl ausführen
Umgebungsbedingungen Umgebungstemperatur -20 °C bis +60 °C
Schutzart nach EN 60529 Standard: IP 68
Schwingfestigkeit Beschleunigung Frequenzbereich Prüfdauer
Germanischer Lloyd 0,7 g 5 ... 200 Hz , in den Resonanzfrequenzen
min. 1,5 h in 3 Richtungen
EN 60068-2-6 2 g 5 ... 500 Hz 1 Oktave/min
20 Sweeps (10 Zyklen) in 3 Richtungen
Belastungen nach EN 60068-2-6 bis 5 g für getrennte Aufstellung von Elektronik- und Getriebeeinheit auf Anfrage. Die Stellantriebe können durch anlagenbedingte Vibrationen im Frequenzbereich 5..200 Hz mit bis zu 0,5 g dauerbelastet werden.
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3.2 Allgemeine Daten der Modbus-Schnittstelle
3.2.1 Modbus RTU-Schnittstelle
■ Anschluss über Kupferleitung – 1- und 2-kanalig (redundant)
Kommunikationsprotokoll Modbus RTU gemäß IEC 61158 und IEC 61784
Netzwerk Topologie Linien-(BUS-)Struktur. Es sind auch Baumstrukturen realisierbar. Rückwirkungsfreies An- und Abkoppeln von Geräten im laufenden Betrieb möglich.
Übertragungsmedium Verdrillte, geschirmte Zweidraht-Kupferleitung gemäß IEC 61158
Schnittstelle EIA-485 (RS-485)
Übertragungsrate 300, 600, 1.200, 2.400, 9.600, 19.200, 38.400, 57.600, 115.200 Bit/s.
max. Leitungslänge ohne Repeater: 1.200 m mit Repeater: ca. 10 km
Gerätetypen - Modbus-Master, z.B. zentrale Automatisierungsgeräte wie SPS, PC etc. - Modbus-Slave, z.B. SEVEN-Stellantriebe, Geräte mit binären und/oder analogen Ein- und Ausgängen, Sensoren.
Anzahl von Geräten 32 Geräte ohne Repeater; mit Repeatern erweiterbar bis 247 Geräte
Buszugriff Mono-Master-Systeme: Zugriff auf die Slaves über Polling-Verfahren.
■ Anschluss über Lichtwellenleiter (LWL)
Lichtwellenleiter-Anschluss zur Realisierung von Linien- und Sternstrukturen.
Details siehe Zusatzbetriebsanleitung: „Feldbusanschluss mit Lichtwellenleiter (LWL) in Linien-/Sterntopologie“ Y070.399/DE.
3.2.2 Modbus TCP/IP-Schnittstelle (basierend auf Modbus RTU)
Kommunikationsprotokoll Modbus TCP/IP gemäß IEC 61158 und IEC 61784
Netzwerk Topologie Stern-Struktur, Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung Rückwirkungsfreies An- und Abkoppeln von Geräten im laufenden Betrieb möglich.
Übertragungsmedium IEC IEEE 802.3, Leitungsempfehlung: Cat. 6A
Übertragungsrate Baudrate 10/100 MBit/s Selbständige Einstellung der möglichen Übertragungsrate (Auto-negotiation).
max. Leitungslänge 100 m Buszugriff Client-Server-Modell: Zugriff auf die Slaves über Polling-Verfahren.
Konfiguration IP-Adresse über im Stellantrieb integrierten Webserver (Gateway RTU <-> TCP/IP) Voreinstellungen der IP-Schnittstelle: IP Address Selection
Address Type Static IP Static IP Address 192.168.255.1 Subnet Mask 255.255.0.0 Default Gateway 192.168.0.1
Gateway RTU <-> TCP/IP einstellen
Die Einstellungen des Modbus TCP/IP-RTU Gateways können mit Hilfe des integrierten Webservers über einen Browser angepasst werden. Login-Passwort (Einstellung ab Werk): admin Gegebenenfalls muss lediglich die IP-Schnittstelle den Anforderungen des Modbus TCP/IP-Netzwerks angepasst werden. Alle weiteren Einstellungen des Modbus TCP/IP-RTU Gateways (insbesondere die für die Kommunikation über das Industrial Ethernet-Netzwerk erforderliche Portnummer 502) sind ab Werk bereits voreingestellt.
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3.3 Anschluss an das Feldbussystem
3.3.1 Modbus RTU
Anschluss über Kupferleitung – 1- und 2-kanalig (redundant)
Um die Grenzwerte der EMV-Richtlinie einzuhalten ist der Schirm flächig mit Hilfe der Schirmschellen am Gehäuse zu kontaktieren.
Bei der Ausführung mit redundanter Modbus-Anschaltung gelten diese Hinweise sinngemäß für beide Kanäle.
Die Modbus-Übertragung erfordert polrichtiges Anschließen der Datenleitungen auf der 1. Klemmleiste. Bitte beachten Sie, dass immer die gleichen Adern am gleichen Anschluss .A bzw. .B angeschlossen werden.
Channel 1 - 1A/1B Eingang Modbus-Anschluss Kanal 1 Channel 1 - 2A/2B Ausgang Modbus-Anschluss Kanal 1 Channel 2 - 3A/3B Eingang Modbus-Anschluss Kanal 2 Channel 2 - 4A/4B Ausgang Modbus-Anschluss Kanal 2
Über die 2. Klemmleiste kann eine externe 24V-Versorgung des Stellantriebes erfolgen. Damit kann der Busverkehr auch bei abgeschaltetem Hauptanschluss (110-115V, 190-200V, 220-230V bzw. 380-460V) weiterlaufen. Die 24V-Anschlüsse sind intern mit den Anschlüssen 38 und 39 des Rundsteckers verbunden.
Einstellung der DIP-Schalter
Termination: OFF kein Abschlusswiderstand
ON Abschlusswiderstand zugeschaltet und 2A/2B bzw. 4A/4B getrennt von 1A/1B bzw. 3A/3B
Buskabel
Es dürfen nur Buskabel verwendet werden, die der Kabelspezifikation für RS-485 (Modbus RTU) entsprechen:
Wellenwiderstand: 135 bis 165 Ohm, bei einer Messfrequenz von 3 bis 20 MHz Leitungskapazität: < 30 pF pro Meter Aderdurchmesser: > 0,64 mm Aderquerschnitt : > 0,34 mm² (entspricht AWG 22), max. 1,5 mm² Schleifenwiderstand: < 110 Ohm pro km Abschirmung: Kupfer-Geflechtschirm oder Geflechtschirm und Folienschirm
Das Buskabel muss in einem Abstand von mindestens 20 cm zu anderen Leitungen verlegt werden. Es sollte in einem getrennten, leitfähigen und geerdeten Leitungsschacht verlegt werden. Es ist darauf zu achten, dass es keine Potentialunterschiede zwischen den einzelnen Geräten am Modbus gibt.
Es gibt für RS-485 keine fest vorgeschriebene Farbcodierung. Gebräuchlich ist: .A → braun und .B → weiß.
2. Klemmleiste
1. Klemmleiste
Teilnehmer n-1
Teilnehmer n
Teilnehmer n+1
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3.3.2 Modbus TCP/IP
Anschluss über Ethernet-Kabel mit M12-Steckverbinder, D-kodiert
Für die Anbindung des Stellantriebs an das Industrial Ethernet-Netzwerk wird ein Ethernet-Kabel der Kategorie Cat. 6A empfohlen. Mit dem Anschluss des M12-Steckverbinders am Stellantrieb ist die Verbindung ins Industrial Ethernet-Netzwerk aufgebaut.
Nach dem Verbindungsaufbau können die Konfigurationsdaten eingestellt werden.
Die Netzwerkschnittstelle des Gateways kann durch das auf CD mitgelieferte Hilfsprogramm „eSearch Utility“ angepasst werden!
Wenden Sie sich an Ihren Netzwerkadministrator, um eine korrekte und funktionierende Netzwerkkonfiguration (z.B. IP, Mask, Gateway) zu erhalten!
Konfigurationsdaten anzeigen / ändern
1. Internet-Browser öffnen und IP-Adresse (voreingestellt: „192.168.255.1“) eingeben.
2. Password (voreingestellt: „admin“) eingeben.
3. „Port1“ auswählen, um Konfigurationsdaten zu ändern. Nachfolgende Erfassungsmaske zeigt die Werkseinstellungen! bzw. „Password“ auswählen, um das Passwort zu ändern.
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4 Einstellen der Kommunikationsparameter für Modbus Jeder Teilnehmer am Bus wird über seine Busadresse (Feldgerät-Adresse) angesprochen. Pro Bus darf diese nur einmal vorhanden sein. Im Auslieferzustand ist bei allen Geräten, sofern über die kundenspezifische Parametrierung „Y11“ nicht anders bestellt, die Busadresse 247 (Default-Adresse) eingestellt. Bei Geräten mit redundanter Modbus-Anschaltung gilt dies für beide Kanäle.
4.1 Kommunikationsparameter Modbus
■ BUS-Adressen: 1 bis 247
■ Baudraten: 300, 600, 1.200, 2400, 4.800, 9.600, 19.200, 38.400, 57.600, 115.200 Bit/s
■ Paritäten: gerade Parität oder ungerade Parität mit 1 Stoppbit keine Parität mit 2 Stoppbit
■ Verbindungs- überwachungszeit: 0 bis 25,5 s.
Aufbau pro Byte: 1 Startbit + 8 Datenbits + 1 Paritäts-Bit + 1 Stoppbit oder 1 Startbit + 8 Datenbits + 2 Stoppbit,
Die Kommunikationsparameter sind für beide Kanäle getrennt einstellbar und werden ausfallsicher im EERPOM hinterlegt. Modbus hat keine automatische Anpassung der Kommunikationsparameter. D.h., die Einstellung der Kommunikationsparameter im Feldgerät müssen mit den Kommunikationsparametern der Leittechnik/Steuerung (Master) übereinstimmen.
■ Defaultwerte - Modbus RTU: Adresse 247, 19.200 Bit/s, gerade Parität, 1 Stoppbit, Verbindungsüberwachungszeit 3s.
- Modbus TCP/IP: Adresse 247, 115.200 Bit/s, gerade Parität, 1 Stoppbit, Verbindungsüberwachungszeit 3s.
Bei Modbus TCP/IP-Betrieb sollte die Default-Einstellung beibehalten werden.
4.2 Möglichkeiten / Werkzeuge zur Einstellung
Die Modbus-Kommunikationsparameter für den SEVEN können eingestellt werden über:
■ die Vor-Ort-Steuerstelle (nur bei PROFITRON/HiMod). Änderungen werden sofort wirksam!
Adresse Kanal 1: 1 ... 247 default: 247
Kanal 2: 1 ... 247 default: 247
Datenübertragungsrate 300 bit/s ... 115,2 kbit/s default RTU: 19,2 kbit/s default TCP/IP: 115,2 kbit/s
Parität/Stoppbit Keine / 2 Stoppbits Gerade / 1 Stoppbit Ungerade / 1 Stoppbit
default: Gerade / 1 Stoppbit
Überwachungszeit Kanal 1: 0 ... 25,5 s default: 3 s
Kanal 2: 0 ... 25,5 s default: 3 s
Zum Einstellen der Parameter über die Vor-Ort-Steuerstelle wird auf die Betriebsanleitung Y070.302/DE verwiesen.
■ das PC-Parametrierprogramm COM-SIPOS (Verbindung über die USB-Schnittstelle oder Bluetooth (nur PROFITRON/HiMod)). Änderungen werden sofort wirksam!
COM-SIPOS ist inkl. Datenkabel und Beschreibung als Zubehör lieferbar, Bestellnummer: 2SX7100-3PC02.
Die aktuelle COM-SIPOS-Version kann von unserer Homepage im Internet unter www.sipos.de heruntergeladen werden.
■ Modbus-Telegramm. Hierzu wird der Stellantrieb an den Bus angeschlossen, wobei zu beachten ist, dass jeweils nur ein Gerät mit
der Default-Adresse (247) gleichzeitig am Bus vorhanden sein darf. Über die Holding-Registers kann dem Stellantrieb eine neue Busadresse zugewiesen werden.
Im Coil 36/37 und im Holding Register 1002 kann der aktive Kanal ausgewählt werden.
Y070.400/DE Seite 15
5 Betrieb der Stellantriebe mit Modbus-Schnittstelle
5.1 Ansteuern über Modbus
Ein über Modbus gesendeter Fahrbefehl (AUF/ZU/NOT und „Sollwert gültig“) wird aus Sicherheitsgründen gelöscht nach: - dem Umschalten von Fern auf Ort, - einer Handbetätigung, - einer Störung durch Netzausfall, - einem Wechsel des aktiven Kanals! Außerdem wird nach dem Erreichen der NOT-Position ein vorher gesendeter NOT-Fahrbefehl gelöscht!
■ Dauerkontakt über Modbus – „Feldbus Dauerkontakt“
In der Einstellung „Feldbus Dauerkontakt“ wird der Antrieb mittels Dauerkontaktgabe über Modbus mit AUF- und ZU-Befehlen angesteuert:
Coils: AUF, ZU, NOT
Holding Registers: AUF-, ZU-, NOT-Bit im Register „0“ bzw. im Register „1000“ (kompatibel zu AUMA-Modbus)
■ Stellungsregler mit Sollwert über Modbus – „Feldbus Stellungsregler“
In der Einstellung „Feldbus Stellungsregler“ und der Stellung „FERN“ wird der Antrieb mittels Sollwert über Modbus angesteuert:
Setzen des Sollwertes über Holding-Register „1“ bzw. im Register „1001“ (kompatibel zu AUMA-Modbus)
Antrieb setzt neuen Sollwert nur um, wenn das Bit „Sollwert gültig“ den Wert auf „1“ hat. Gesetzt in Holding-Register „0“ bzw. im Register „1000“ (kompatibel zu AUMA-Modbus) Falls das Bit „Sollwert gültig“ auf „0“ steht, bleibt der Antrieb an seiner aktuellen Position er ignoriert also Änderungen des Sollwertes.
■ Prozessregler mit Sollwert über Modbus – „Feldbus Prozessregler“
In der Einstellung „Feldbus Prozessregler“ und der Stellung „FERN“ wird der Antrieb mittels Sollwert als Eingangsgröße für den integrierten Prozessregler über Modbus angesteuert:
Setzen des Sollwertes für den Prozessregler über Holding-Register „1“ bzw. im Register „1001“ (kompatibel zu AUMA-Modbus)
Antrieb setzt neuen Sollwert nur um, wenn das Bit „Sollwert gültig“ den Wert auf „1“ hat. Gesetzt in Holding-Register „0“ bzw. im Register „1000“ (kompatibel zu AUMA-Modbus) Falls das Bit „Sollwert gültig“ auf „0“ steht, bleibt der Antrieb an seiner aktuellen Position er ignoriert also Änderungen des Sollwertes.
5.2 Blockade der Vor-Ort-Steuerstelle
Die Umschaltung auf Stellung ORT kann bei Betrieb über Modbus blockiert werden. Hierzu ist im Holding Register 21 das entsprechende Bit zu setzen. Diese Blockade wird automatisch zurückgenommen, wenn die Kommunikation über Modbus unterbrochen ist (Verbindungsstatus „keine Kommunikation“, siehe auch Kapitel 8).
5.3 Störungsmeldungen am Display
Störungsmeldungen, welche die Modbus-Anschaltungen sowie bei Bus-Betrieb die Kommunikation betreffen, werden bei PROFITRON/HiMod direkt im Display angezeigt.
Diese Störungsmeldungen sind vom Betreiber selbst (Parametrierung und Einstellung, Minderung der Umgebungstemperatur, Sicherstellung elektrischer Anschlüsse etc.) behebbar, bzw. beruhen auf nicht beeinflussbaren Umständen, z.B. Spannungsschwankungen, -ausfall im Netz.
Seite 16 Y070.400/DE
6 Broadcast-Modus und Sicherheitsfunktionen
6.1 Broadcast-Nachrichten
Im Broadcast-Modus hat die Leittechnik die Möglichkeit, z.B. alle Stellantriebe einheitlich und in einem Kommando anzusprechen. Hierzu muss der Master ein „Write Holding Registers“-Telegramm an die Slaveadresse 0 schicken.
■ Wichtige Kommandos sind:
Not-Signal
Reset
Wechsel des aktiven Kanals (Kanal 1 oder Kanal 2)
■ weitere Kommandos:
AUF
ZU
Vorgabe des Sollwertes
6.2 Modbus-Sicherheitsfunktionen
Der SEVEN unterstützt alle Standard-Modbus-Sicherheitsfunktionen:
■ Paritätscheck für jedes Nachrichtenbyte
■ CRC („cyclic redundancy check“, Prüfsumme über alle gesendeten Bytes) für jede Nachricht
■ Watchdog für Kommunikationsüberwachung mit einstellbarem Sicherheitsverhalten. Es handelt sich dabei um ein zyklisches Monitoring mit am Antrieb einstellbarer Verbindungsüberwachungszeit (siehe auch Kapitel 8).
7 Redundanz bei Modbus RTU
Zur Erhöhung der Anlagensicherheit kann der SEVEN-Stellantrieb über zwei Feldbus-Leitungen mit der Leittechnik verbunden werden (Bestelloption) Dazu wird die Modbus-Baugruppe 2-kanalig (redundant) ausgeführt.
In diesem Fall sind auf der Modbus-Baugruppe für jeden Kanal jeweils der FIFO-Speicher, Treiber, Optokoppler und DC/DC-Wandler separat vorhanden.
Der Kanal, der beim Einschalten des Stellantriebs als erstes in den Zustand Nutzdatenbetrieb („Data Exchange“) kommt, ist der aktive Kanal. Über diesen Kanal kann schreibend und lesend auf die Stellantriebsdaten zugegriffen werden. Dies schließt den Prozessbetrieb ein, d.h. der Antrieb wird über diesen Kanal verfahren. Der zweite Kanal ist der passive Kanal, über diesen werden nur Daten vom Stellantrieb zur Leittechnik gesendet, die Leittechnik kann daher über diesen passiven Kanal den Stellantrieb nur beobachten, aber nicht verfahren.
■ Die Telegramme können von beiden Kanälen gleichzeitig empfangen werden. Sie werden in der Firmware getrennt ausgewertet.
■ Ein gleichzeitiges Lesen/Schreiben über beide Kanäle ist möglich.
■ Die Fahrbefehle AUF, ZU und Sollwert werden nur vom aktiven Kanal ausgeführt. Die Fahrbefehle des passiven Kanals werden ignoriert.
Über das Input Register 32 kann die Leittechnik ermitteln, welcher Kanal der aktive Kanal ist. Der aktive Kanal lässt sich auch über das Display bei PROFITRON/HiMod und über COM-SIPOS auslesen. Über das Holdung Register 1002 kann der aktive Kanal explizit ausgewählt werden.
Umschaltkriterien
Ein Umschalten auf den jeweils anderen Kanal ist immer dann erforderlich, wenn über den aktiven Kanal kein Datenverkehr mehr stattfindet.
Die Umschaltkriterien sind im Einzelnen:
■ Überwachungszeitüberschreitung (z.B. Masterausfall)
■ Verlust der Bus-Verbindung (Kabelbruch)
■ Umschaltbefehl vom aktiven oder passiven Kanal
Y070.400/DE Seite 17
8 Verbindungsstatus und Fehlermeldung
8.1 Verbindungs-Status
Jeder Busteilnehmer erhält alle Telegramme die im Datenverkehr zwischen der Leittechnik/Steuerung (Master) und den Feldgeräten (Slaves) im Anfrage-Antwort-Zyklus (Polling-Verfahren) stattfinden.
Übersicht Status-Übergänge
keine Kommunikation(no communication)
Daten-Übertragung(data exchange)Baudrate OK
kein gültiges Telegramm innerhalb der Verbindungs-Überwachungszeit empfangen
kein gültiges Telgramm für die eigene Adresse innerhalb der Verbindungs-Überwachungszeit empfangen, jedoch gültiges Telegramm für anderen Busteilnehmer registriert
gültiges Telegramm für eigene Adresse innerhalb der Verbindungs-Überwachungszeit empfangen
Der Verbindungs-Status wird separat für jeden Kanal angezeigt und hat immer einen der folgenden drei Werte:
■ keine Kommunikation Anzeige „Keine Kommunikat“ wird gesetzt, wenn
keine Kommunikation (Telegramm) zwischen der Leittechnik/Steuerung und einem der Feldgeräte stattfindet,
kein gültiges Telegramm innerhalb der Verbindungs-Überwachungszeit empfangen wird Fehler,
■ „Baudrate OK“ Kommunikationsparameter in Ordnung Anzeige „Baudrate OK“ wird gesetzt, wenn
eine Kommunikation mit gültigem Telegramm zwischen der Leittechnik/Steuerung und einem anderen Feldgerät stattfindet. Es wird also ein für ein anderes Feldgerät bestimmtes gültiges Telegramm registriert: die Kommunikationsparameter der eigenen Adresse sind richtig eingestellt.
„Baudrate OK“ signalisiert den Fehler, dass der Slave nicht wie üblich ein für ihn bestimmtes Telegramm innerhalb der Verbindungs-Überwachungszeit erhält.
■ „Data Exchange“ zyklische Daten-Übertragung Anzeige „Data Exchange“ wird gesetzt, wenn
eine Kommunikation mit gültigen Telegrammen zwischen der Leittechnik/Steuerung und der eigenen Feldbusadresse stattfindet (Unicast-Modus),
eine Kommunikation mit gültigen Telegrammen zwischen der Leittechnik/Steuerung und allen Feldgeräten stattfindet (Broadcast-Modus).
Im Regelfall werden alle Busteilnehmer innerhalb der Verbindungs-Überwachungszeit per Telgramm angesprochen, d.h. ein Slave befindet sich im fehlerfreien Fall im Zustand „Data Exchange“. Wird der Status „Data Exchange“ verlassen, werden die Steuerkommandos „AUF“, „ZU“ sowie „Sollwert gültig“ intern gelöscht und müssen bei Bedarf neu gesetzt werden.
Der Verbindungs-Status kann ausgelesen werden über das:
■ Display (PROFITRON/HiMod) – Hauptmenü Beobachten Ein-Ausgänge Modbus
■ Modbus-Telegramm
■ COM-SIPOS - Registerkarte Feldbus
8.2 Bus-Kommunikationsfehler/ Summenstörung
Der Bus-Kommunikationsfehler wird gesetzt, wenn kein Modbuskanal im Zustand „Data Exchange“ ist. Voraussetzung ist aber, dass eine Slaveadresse ungleich der Default-Adresse 247 ist.
Der Bus-Kommunikationsfehler kann ausgelesen werden über das:
■ Display (PROFITRON/HiMod) - „33 Störung Feldbus“ wird angezeigt
■ Modbus-Telegramm - Input Register 81
■ COM-SIPOS - Registerkarte Gerätezustand „33 Störung Feldbus“.
Der Buskommunikationsfehler setzt die Summenstörung. Dies wird im Input Register 81 und im Discretes Input, Adresse 7 bzw. 1017 gemeldet.
Der Bus-Kommunikationsfehler setzt die Meldung „Betriebsbereit + FERN“ auf 0, wenn der Parameter „Ansteuerung“ auf Ansteuerung über Bus gesetzt wird (Feldbus Dauerkontakt, Feldbus Stellungsregler oder Feldbus Prozessregler).
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