Politechnika Białostocka

Transkrypt

1 Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do zajęć laboratoryjnych Temat ćwiczenia: Zapoznanie się z oprogramowaniem narzędziowym TIA Portal dla sterowników SIMATIC serii S Numer ćwiczenia: 1 Laboratorium z przedmiotu: Sterowniki i Regulatory 2 Kod: E Z 1 C Opracował: dr inż. Wojciech Trzasko Białystok 2015

2 1. Wprowadzenie [5, 6] Sterownik S charakteryzuje się dużą elastycznością i mocą obliczeniową potrzebną do sterowania wieloma różnymi urządzeniami w systemach automatyki. Jednostka centralna CPU 1214C DC/DC/DC (6ES AE30-0XB0) sterownika zawiera mikroprocesor, wbudowany zasilacz, obwody wejściowe i wyjściowe, zintegrowany PROFINET oraz szybkie wejścia/wyjścia do sterowania ruchem. Sterownik wyposażono także w wejścia analogowe. Rys.1. Widok CPU 1214C DC/DC/DC [6]: 1 - Złącze zasilające, 2 - Gniazdo karty pamięci pod górną klapką, 3 - Rozpinane złącza na przewody (pod klapkami), 4 - Sygnalizacyjne diody LED dla zintegrowanych WE/WY oraz diody LED statusu operacyjnego CPU (lewa strona), 5 - Złącze PROFINET (w dolnej części CPU) Wyprowadzone na płytę czołową stanowiska zintegrowane wejścia i wyjścia są oznaczone: - wejścia cyfrowe DI: a.0 do a.7 oraz b.0 do b.5, - wejścia analogowe AI: AI0 i M0 oraz AI1 i M1, - wyjścia cyfrowe DQ: a.0 do a.7 oraz b.0 i b.1, - wyjście analogowe AQ: AQ0 i M0. Na trzech diodach LED przedstawiane są następujące informacje o statusie CPU: STOP/RUN: pomarańczowe światło tryb STOP, zielone tryb RUN, naprzemiennie zielone i pomarańczowe inicjalizowanie CPU; ERROR: migające światło czerwone błąd programu lub konfiguracji, stałe światło uszkodzenie sprzętu; MAINT: migające światło pomarańczowe przy trybie STOP konieczność wyjęcia karty pamięci, stałe światło pomarańczowe przejście modułu w tryb offline. Rodzina sterowników S zawiera wiele typów modułów rozszerzeń (dołączane z prawej strony CPU, do 8 modułów SM) i płytek sygnałowych (1 płytka SB dołączana od strony frontowej CPU) służących do rozszerzania możliwości CPU. Możliwe jest również instalowanie modułów komunikacyjnych obsługujących inne protokoły komunikacyjne (dołączane z lewej strony CPU, do 3 modułów CM). 1-2

3 Tabela 1. Dane techniczne CPU 1214C DC/DC/DC Charakterystyka CPU Pamięć użytkownika Wbudowane cyfrowe I/O Wbudowane analogowe I/O Rozszerzające moduły sygnałowe Rozszerzająca płytka sygnałowa Rozszerzające moduły komunikacyjne 512 kb pamięci roboczej / 2MB pamięci ładowania / 2kB pamięci trwałej 14 wejść/ 10 wyjść 2 wejścia 8 SM maks. 1 SB maks. 3 CM maks. Szybkie liczniki łącznie 6 Karta pamięci Komunikacja Liczna portów 3 Typ Szybkość transmisji danych Zasilanie Napięcie zasilania Zakres napięć Prąd wejściowy CPU w warunkach maksymalnego obciążenia Prąd wejściowy CPU ze wszystkimi układami rozszerzającymi w warunkach maksymalnego obciążenia Wejścia cyfrowe Liczba wejść 14 Typ Napięcie Sygnał logiczny 1 Sygnał logiczny 0 Wejścia analogowe Liczba wejść 2 Typ Zakres SIMATIC Memory Card (opcjonalnie) Ethernet 10/100Mb/s 24 VDC 20,4 do 28,8 VDC 500mA 1500mA Prąd wpływający / wypływający (IEC Type 1 sink) 24V DC przy 4 ma 15 VDC przy 2,5 ma 5 VDC przy 1mA napięciowe (niesymetryczne) 0 do 10 V Zakres pomiarowy (słowo danych) 0 do Rozdzielczość Maksymalne bezpieczne napięcie Wyjścia cyfrowe Liczba wyjść 10 Typ Zakres napięć Sygnał logiczny 1 przy maksymalnym prądzie Sygnał logiczny 0 przy obciążeniu 10 kω Prąd (maksymalnie) 10 bitów 35 VDC Półprzewodnik - MOSFET 20,4 do 28,8 VDC 20 VDC min. 0,1 VDC maks. 0,5 A 1-3

4 Rys. 2. Przyłącza kabli obiektowych (wejść i wyjść) oraz zasilania [6] Rys. 3. Widok oraz schemat połączeń płytki sygnałowej SB 1232 [6] 1-4

5 Tabela 2. Dane techniczne analogowej płytki sygnałowej SB 1232 Ogólne Pobór mocy 1,5 W Pobór prądu (magistrala SM) 15 ma Pobór prądu (24 VDC) 25 ma (bez obciążenia) Wyjścia analogowe Liczba wyjść 1 Typ Napięcie lub prąd Zakres ±10 V lub 0 do 20 ma Zakres pomiarowy (słowo danych) Napięcie: do Prąd: 0 do CPU dzieli pamięć na następujące obszary służące do przechowywania programu użytkownika, danych i konfiguracji: pamięć ładowania (nieulotna) - przechowywane są program użytkownika, dane i konfiguracja; pamięć robocza (ulotna) - służy do przechowywania pewnych ograniczonych elementów projektu użytkownika podczas wykonywania programu. Zawartość tej pamięci jest tracona przy odłączaniu zasilania i CPU odtwarza ją po ponownym włączeniu zasilania; pamięć trwała (nieulotna) - przechowującą ograniczoną liczbę wartości z pamięci roboczej. Pamięć trwała jest stosowana do przechowywania wartości z wybranych miejsc pamięci użytkownika na wypadek utraty zasilania. Sterownik dysponuje kilkoma sposobami przechowywania danych podczas wykonywania programu użytkownika: pamięć globalna: specjalizowane obszary wejścia (I), wyjścia (Q), pamięci bitowej (M), bloki danych (DB): wykorzystywane w programie użytkownika do przechowywania danych, pamięć chwilowa (L): jest wykorzystywana podczas wykonywania programu. A B C D E F Identyfikator obszaru pamięci: pamięć programu Adres bajtu: bajt 3 Kropka rozdzielająca adres bajtu od numeru bitu Położenie bitu w bajcie (bit 4 z 8) Bajty obszaru pamięci Bity wybranego bajtu Rys. 4. Tryb dostępu do pamięci adresowanie bezwzględne [6] 1-5

6 1.1. Tworzenie projektu w STEP7 Basic v13 TIA Portal dostarcza narzędzi do zarządzania i konfigurowania wszystkich urządzeń w systemie automatyki, takich jak sterowniki PLC i urządzenia HMI. Elementem składowym TIA Portal jest: - STEP 7 Basic v13 - oferujący obsługę dwóch języków programowania (LAD i FBD), - WinCC Basic v13 - narzędzie do podłączania i konfigurowania urządzeń HMI. TIA Portal umożliwia dwa sposoby prezentacji projektu: - zorientowaną na strukturę projektu (widok Projektu Project view) - zorientowaną na zadania (widok Portalu Portal view). Etap 1. Utworzenie nowego projektu: - uruchamiamy program TIA Portal Portal view, - wybieramy zakładkę Start, następnie Create new Project, - wpisujemy nazwę projektu oraz wybieramy ścieżkę dostępu (katalog roboczy grupy ćwiczeniowej), - zatwierdzamy Create. Rys. 5. Tworzenie nowego projektu w programie TIA Portal Etap 2. Dodanie PLC do projektu (metodą niezdefiniowany PLC) - z menu Devices & networks wybieramy Add new device, - z katalogu PLC urządzeń SIMATIC S > CPU > wybieramy: unspecified CPU 1200 ver 2.2, - wpisujemy własną nazwę PLC lub zostawiamy domyślną PLC_1 - zatwierdzamy przyciskiem Add. Rys. 6. Dodanie nowego sterownika S

7 Etap 3. Konfiguracja sprzętowa (metodą autodetekcji PLC) - podłączamy PLC do komputera za pomocą kabla ethernetowego, - włączamy zasilanie CPU z zasilacza 24 VDC, - w oknie Project>PLC_1 wybieramy opcję detect, - w oknie Hardware detection for PLC_1 w tabeli Accessible devices in target subnet mamy dostępne urządzenia w obrębie sieci PC/PG (w celu odświeżenia wybieramy Refresh ), - wybieramy sterownik uprzednio podłączony przez kabel Ethernet z komputerem PC, - sprawdzamy, czy wybraliśmy prawidłowy sprzęt - poprzez użycie przycisku Flash LED możemy wywołać mruganie diod na sterowniku, - zatwierdzamy przyciskiem Detect. Program wymaga stałego adresu IP programatora, zatem może pojawić się okno z odpowiednią opcją wybieramy Yes Rys. 7. Przypisanie stałego adresu IP dla programatora Rys. 8. Obszar edycji - aktualna konfiguracja sterownika S wczytana i zapisana w projekcie 1-7

8 Etap 4. Ustawienie właściwości PLC - w oknie roboczym Device view w dolnym oknie inspektora wybieramy zakładkę Properties umożliwiającą podgląd i zmianę właściwości sterownika: sieć Profinet ustawienie adresu IP CPU - wybieramy zakładkę General>PROFINET-interface>Ethernet addresses, - ustawiamy adres IP i opcjonalnie adres IP routera (na polecenie prowadzącego), wejścia i wyjścia cyfrowe DI14/DQ10 - wybieramy zakładkę Digital inputs>input filters - ustawiamy czas opóźnienia dla fizycznych sygnałów w zakresie od 0.2 ms do 12.8 ms, - wybieramy I/O addresses - ustawiamy adresy zintegrowanych wejść i wyjść sterownika domyślnie dla a=0, b=1, wejścia analogowe AI2 - wybieramy zakładkę Anlog inputs >Smoothing wygładzanie sygnału - domyślnie jest ustawiona średnia wartość sygnału z 4 cykli, - wybieramy zakładkę I/O addresses domyślnie jest ustawione: AI0 IW64, AI1 IW66, wyjście analogowe AQ1 signal bard - wybieramy zakładkę Analog outputs>chanel 0 wybieramy typ sygnału: napięciowe +/- 10V lub prądowe 0-20 ma, - wybieramy I/0 addresses domyślnie jest ustawione AQ0 QW80, bajt systemowy i zegarowy - wybieramy zakładkę System and clock memory, - zaznaczamy Enable to use of system memory byte domyślny adres MB1, - zaznaczamy Enable to use of clock memory byte domyślny adres MB10, Etap 5. Kompilacja i wysłanie konfiguracji sprzętowej do sterownika - wybieramy PLC w oknie Device view zaznaczony ramką na niebiesko, - klikamy ikonę z górnego paska Download to device, - w oknie Load preview widzimy efekt kompilacji naciskamy Load, - zaznaczamy Start all przejście PLC w tryb RUN po załadowaniu, - zatwierdzamy Finish Tworzenie programu roboczego STEP 7 umożliwia korzystanie z następujących języków programowania: - LAD (IEC : LD) reprezentacja logiki jest oparta na schematach obwodów, - FBD reprezentacja logiki jest oparta na graficznych symbolach. Podczas tworzenia bloku kodu zostaje wybrany język programowania, który będzie używany przez ten blok. Program użytkownika może korzystać z kodu stworzonego w dowolnym lub we wszystkich językach programowania. W oparciu o wymagania aplikacji użytkownik podczas tworzenia swojego programu może wybrać dla niego strukturę: - liniową - program liniowy wykonuje wszystkie instrukcje zadania automatyzacji po kolei jedną po drugiej, 1-8

9 - modułową - program modułowy wywołuje określone bloki kodu do wykonania specyficznych zadań. CPU obsługuje następujące typy bloków kodu, które umożliwiają stworzenie wydajnej struktury programu użytkownika: - Bloki organizacyjne (OB) - definiujące strukturę programu. Domyślny blok cykliczny OB1, - Funkcje (FC) i bloki funkcji (FB) - zawierające kod programu odpowiadający za wykonanie określonego zadania lub kombinacje parametrów, - Bloki danych (DB) - przechowujące dane, które mogą być używane przez wszystkie bloki programu. Edycja programu liniowego: Etap 1. Utworzenie tablicy zmiennych - wybieramy PLC tags>add new tag table lub używamy tablicy domyślnej, - dodajemy nowe zmienne i wpisujemy adresy absolutne, - monitorowanie wartości zmiennych ikona Monitor all, - deklarowanie obszaru pamięci podtrzymywanej ikona Retain, - w oknie inspektora są widoczne właściwości zmiennej podświetlonej kursorem. Etap 2. Edytor bloku programu - wybieramy zakładkę Program blocks>main(ob1). - w oknie inspektora Properties>General wybieramy język LAD, - w pasku narzędzi edytora bloku programu wybieramy tryb prezentacji zmiennych: symboliczne, absolutne, symboliczne i absolutne, - tworzymy kod programu poprzez umieszczenie (przeciągnięcie) odpowiednich instrukcji pokazanych w górnym pasku okna lub w lewym oknie Instructions na szczebel aktualnego obwodu Rys. 9.Okno edytora bloku programu Main (OB1) 1-9

10 Etap 3. Kompilacja i wysłanie programu do sterownika - klikamy ikonę z górnego paska Compile, - klikamy ikonę z górnego paska Download to device, - w oknie Load preview widzimy efekt kompilacji naciskamy Load, - zaznaczamy Start all przejście PLC w tryb RUN po załadowaniu, - zatwierdzamy Finish. Uwaga: Opis najważniejszych funkcji i bloków funkcyjnych znajduje się w pliku: Step7_instrukcje_funkcje.pdf 1-10

11 2. Cel ćwiczenia. Zapoznanie się ze strukturą środowiska inżynierskiego TIA Portal v13. Poznanie konstrukcji i funkcjonowania sterownika SIMATIC S7-1200: parametryzacja konfiguracji sprzętowej, adresowanie wejść i wyjść sterownika, poprawne interpretowanie informacji zwrotnych ze sterownika, praca online i diagnostyka sterownika. 3. Metodyka badań. Stanowisko badawcze Ćwiczenie przeprowadzane jest w dwuosobowych grupach przy stanowisku PLC. Podstawowe wyposażenie stanowiska laboratoryjnego PLC: sterownik - SIMATIC S7 1214, programator - komputer PC, ethernetowy kabel połączeniowy, oprogramowanie TIA Portal Step7 Basic v13, zasilacz SITOP SMART 24V DC/10A, obiekt sterowany - PLC Symulator lub zestaw modeli. Rys. 10. Stanowisko badawcze Przebieg ćwiczenia: 1. Uruchomić stanowisko PLC: podłączyć zasilanie 24 VDC do sterownika i symulatora poprzez zasilacz przemysłowy 24V/4A, 1-11

12 przeprowadzić konfigurację sprzętową sterownika według punktu 1.1 oraz wykorzystać do testów zakładkę Online&diagnostics: - wyświetlanie i zmiana trybu pracy CPU zakładka CPU operator panel, - wyświetlanie i ustawienie daty i czasu dnia dla CPU, - wyświetlanie informacji o modułach, - wyświetlenie informacji diagnostycznych CPU, przeprowadzić wymuszanie sygnałów na wyjściach oraz podgląd obszarów pamięci sterownika zakładka Watch and force tables: - wpisać do tablicy Watch table adresy wejść i wyjść sterownika, - uruchomić podgląd online ikona Monitor all, - wpisać do tablicy Force table adresy wyjść sterownika, - wymusić zmianę stanu ikona Force all i Stop forcing. 2. Zrealizować program liniowy testujący wejścia i wyjścia sterownika według punktu 1.2 Program powinien być udokumentowany poprzez nadanie : - nazwy projektu, - nazw symbolicznych dla identyfikacji wejść i wyjść (PLC tags), - nazw i komentarzy - do poszczególnych obwodów programu. Przykładowe zadania (szczegółowy zakres wykonywanych zadań podaje prowadzący ćwiczenia): układ start-stop, sekwencyjne załączanie wyjść, pulsacyjne załączanie wyjść, wymuszanie sygnału na wyjściu analogowym, odczyt i skalowanie sygnału wejściowego analogowego. 1-12

13 3. Przeprowadzić próby pracy sterownika załadować program do PLC, uruchomić bieżący podgląd programu ikona Go online ramka programu podświetlona na pomarańczowo, poprzez zmianę położenia styków symulatora sprawdzić poprawność wykonania programu zgodnie z jego instrukcjami, poprzez wymuszanie wartości zmiennych pamięciowych zakładka Watch table>modify value ustawić różne wartości napięcia na wyjściu AQ1 ikona Modify all, wykorzystać do testów zakładkę Online&diagnostics: - wyświetlanie i zmiana trybu pracy CPU zakładka CPU operator panel, - wyświetlanie czasu cyklu, - wyświetlenie informacji diagnostycznych CPU. Uwaga: Stan wejść i wyjść sygnalizowany jest na odpowiednich diodach LED na obudowie czołowej sterownika Prezentacja i analiza wyników badań. Wynikiem pracy grupy laboratoryjnej jest działająca aplikacja na sterownik S przedstawiona prowadzącemu w czasie zajęć. Wnioski i uwagi, jakie nasunęły się podczas wykonywania prób na układzie, należy zamieścić w sprawozdaniu. Do sprawozdania należy dołączyć wszystkie pliki projektu (*.ap13). 1-13

14 4. Wymagania BHP Warunkiem przystąpienia do ćwiczenia jest zapoznanie się z instrukcją BHP stosowaną w Laboratorium i ogólnymi zasadami pracy przy stanowisku komputerowym. Instrukcje te powinny być podane studentom podczas pierwszych zajęć laboratoryjnych i są dostępne do wglądu w Laboratorium. W trakcie wykonywania ćwiczenia należy zachować szczególną ostrożność przy podłączeniu urządzeń do zasilania 230 VAC. Wszelkich połączeń pomiędzy elementami automatyki (w tym połączeń sieci Profinet) oraz zmian w konfiguracji stanowiska badawczego należy wykonywać przy odłączonym zasilaniu (np. odłączonym wyjściu 24 VDC zasilacza SITOP). 5. Sprawozdanie studenckie Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać: stronę tytułową zgodnie z obowiązującym wzorem, cel i zakres ćwiczenia, opis konfiguracji stanowiska badawczego, opis przebiegu ćwiczenia z wyszczególnieniem wykonywanych czynności, listing opracowanego programu (wersja elektroniczna), wnioski i uwagi. Na ocenę sprawozdania będą miały wpływ następujące elementy: ogólna estetyka - 10%, zgodność zawartości z instrukcją - 20%, program (algorytm i listing) - 40%, wnioski i uwagi - 30%. Sprawozdanie powinno być wykonane i oddane na zakończenie ćwiczenia, najpóźniej na zajęciach następnych. Sprawozdania oddane później będą oceniane niżej. 6. Literatura: 1. Kamiński K.: Podstawy sterowania z PLC, GRYF Kręglewska U., Ławryńczuk M., Marusak P.: Control laboratory exercises, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa Kwaśniewski J.: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, Wydawnictwo BTC, Legionowo Norma IEC Sterowniki programowalne. 5. Dokumentacja techniczna firmy Siemens: - Siemens S Easy book v 11/2011, - SIMATIC S7 Programowalny sterownik S7-1200: Podręcznik systemu, v 04/2012, - S oraz STEP7 Basic V10.5 Ćwiczenia,