Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do zajęć laboratoryjnych Temat ćwiczenia: Zapoznanie się z oprogramowaniem narzędziowym TIA Portal dla paneli SIMATIC HMI Comfort Numer ćwiczenia: 3 Laboratorium z przedmiotu: Przemysłowe systemy cyfrowe (PLC) Kod: E N S 1 A 5 0 0 0 3 3 Opracował: dr inż. Wojciech Trzasko Białystok 2013
1. Wprowadzenie [5, 6] System obsługi operatorskiej HMI (Human Machine Interface) jest złożony z urządzeń wejście/wyjście odpowiedzialnych za interakcję użytkownika z procesami zachodzącymi w maszynach. Dzięki urządzeniom HMI operator ma możliwość monitorowania procesów lub integrowania w aktywny proces sterowany przez jednostkę CPU. Do systemów HMI możemy zaliczyć: - panele operatorskie, - monitory i panele PC, - komputery i panele w obudowach do zastosowań specjalnych. Wszystkie z powyższych elementów systemu różnią się między sobą wydajnością, ilością dostępnych obiektów bibliotecznych, wielkością i funkcjonalnością ekranów. Urządzenia HMI są częścią systemu sterowania procesem. Wymienione niżej dwie fazy są kluczowe, aby w pełni zintegrować urządzenie HMI z procesem: - Konfiguracja - podczas konfiguracji jest budowany interfejs użytkownika umożliwiający operowanie oraz monitoring komponentów oraz parametrów technicznych procesu. Ten etap jest wykonywany w oprogramowaniu konfiguracyjnym WinCC w TIAPotalu. Po kompilacji konfiguracji projekt zostaje przesłany do urządzenia HMI. - Zarządzanie procesem - jest możliwe dzięki dwukierunkowej komunikacji pomiędzy urządzeniem HMI a PLC. Urządzenie HMI jest więc wykorzystywane podwójnie do monitoringu i sterowania procesem. 1.1. Panel operatorski TP700 Comfort Panele SIMATIC HMI Comfort są urządzeniami HMI służącymi do realizacji wymagających zadań w aplikacjach z wykorzystaniem komunikacji w sieciach PROFIBUS i PROFINET. Dostępne są panele z matrycami LCD o przekątnych 4, 7, 9 i 12. Sterowanie panelem może być realizowane poprzez zintegrowane przyciski oraz ekran dotykowy, w dowolnej płaszczyźnie (zarówno horyzontalnej jak i wertykalnej). Wszystkie panele Comfort oferują szerokokątne wyświetlacze o wysokiej rozdzielczości, mogące wyświetlać 16 milionów kolorów, wzbogacone o funkcjonalność regulacji natężenia oświetlenia od 0 do 100%. Jedną z wprowadzonych innowacji, jest możliwość centralnego zarządzania zużyciem energii w panelu, dzięki zintegrowanej funkcjonalności PROFIenergy. Istnieje możliwość zdalnego załączania, wyłączania panela oraz uśpienia do stanu minimalnego poboru energii elektrycznej. 3-2
Rys. 1. Panel operatorski TP700 Comfort firmy Siemens 1 X60 USB typ Mini B, 2 X90 Audio Line In/out, 3 X1 PROFINET (100 MB Ethernet), 4 X61/X62 USB typ A, 5 PROFIBUS (D-sub RS422/485), 6 Podłączenie wyrównawcze (uziemienie), 7 Zasilanie 24 VDC. Rys. 2. Rozmieszczenie portów [6] 3-3
Tabela 1. Dane techniczne TP700 Comfort Wyświetlacz Typ Aktywna przestrzeń ekranu Rozdzielczość Ilość kolorów Podświetlenie Urządzenia wejściowe Ekran dotykowy Pamięć Pamięć dla danych aplikacji Pamięć dodatkowa dla opcji Karta pamięci Interfejsy PROFIBUS PROFINET Audio USB 2.0 Zasilanie Napięcie Pobór prądu Moc panoramiczny LCD-TFT z rozszerzonym kątem widzenia, 7 cali, 152 mm x 90 mm 800 x 480 pikseli 16 milionów LED rezystancyjny 12 MB 12 MB 2 x MMC/SD w slotach 1 x RS 422/485, do 12 Mbps 2 x RJ45 10/100 Mbps Liniowe wejście i wyjście 2 x Host, 1 x Device + 19.2 do 28.8 VDC 0.5 A 12 W 1.2. Uruchomienie panelu Etap 1. Podłączenie - - podłączyć kabel do wejścia PPOFINET, Uwaga: Urządzenia HMI posiadają wbudowany switch IE. Pozwala to na zbudowanie topologii ringu np. z urządzeniami PLC bez dodatkowych zewnętrznych komponentów. - podłączyć terminal zasilający do zasilacza SITOP 24VDC/10A, Uwaga: Urządzenie HMI jest zabezpieczone przed podpięciem zasilania o odwrotnej polaryzacji. Etap 2. Załączenie i test urządzenia HMI - załączyć zasilanie - po załączeniu zasilania ekran rozjaśni się. Podczas uruchomienia widoczna jest animowana grafika. Po uruchomieniu systemu operacyjnego pojawi się program ładujący Loader; 3-4
Rys. 3. Program ładujący: Transfer: urządzenie automatycznie przechodzi do tego trybu, gdy nie ma wgranego projektu HMI, a został skonfigurowany kanał komunikacyjny; Start: uruchamia projekt użytkownika na urządzeniu HMI; powrót do programu ładującego czerwony przycisk w prawym dolnym rogu ekranu; Control Panel: przełącza widok ekranu na panel sterowania Windows CE (podobny do znanego z systemów operacyjnych Windows PC), gdzie ustawia się parametry urządzenia HMI, aktywuje porty komunikacyjne oraz ustawia ich parametry pracy; Taskbar: otwiera pasek zadań Windows CE Start menu. Tabela 2. Zainstalowane fabrycznie programy i ich ikony [6] Etap 3. Tryby pracy Tryb Offline - w tym stanie nie ma komunikacji pomiędzy urządzeniem HMI a PLC. Pomimo że urządzeniem HMI można operować, nie wymienia ono danych z PLC sterującym procesem. Tryb Online - w tym stanie urządzenie HMI komunikuje się z PLC. Poprzez HMI można sterować pracą procesu zgodnie z przygotowaną wcześniej konfiguracją. Tryb Transfer - w tym stanie można przesyłać projekt z konfigurującego PC do urządzenia HMI, robić kopie bezpieczeństwa. 3-5
Uwaga: Jeśli na urządzeniu HMI jest załączona opcja transferu automatycznego i jest uruchomiony projekt, jeśli PC konfiguracyjny rozpocznie transfer danych to bieżąca aplikacja zostanie automatycznie zamknięta i HMI przechodzi automatycznie do trybu odbioru Transfer. Etap 4. Tryb transferu - konfigurujący PC jest podłączony do urządzenia HMI i otwarty jest projekt w WinCC, - w panelu TP700 jest załączony tryb transferu Rys. 4. Aktywacja automatycznego transferu z poziomu Control Panelu - kliknij Download" z poziomu WinCC w TIAPortalu - jeśli kompilacja przebiegła poprawnie pojawi się okno Load preview, w którym należy zaznaczyć opcję Overwrite all i nacisnąć przycisk Load. Jeśli transfer przebiegł poprawnie, projekt zostaje uruchomiony w urządzeniu HMI. Etap 5. Testowanie projektu Są trzy sposoby testowania projektu: - test projektu na komputerze konfiguracyjnym PC przy użyciu symulatora klikamy prawym przyciskiem myszy na folderze panelu i wybieramy z menu kontekstowego Start Simulation lub wybieramy ikonę na głównym pasku, - test offline projektu na urządzeniu HMI - podczas testów urządzenie HMI nie jest podłączone do sterownika PLC, - test online na urządzeni HMI - podczas testów urządzenie HMI jest skomunikowane ze sterownikiem PLC. Podczas testu należy sprawdzić: 1. Poprawność i widoczność grafik na ekranach, 2. Nawigację pomiędzy ekranami, 3. Obiekty wejściowe, 4. Wpisywanie wartości dla zmiennych. Uwaga: W trybie online" należy mieć na uwadze, że zmiany wprowadzone do HMI będą przepisane do sterownika PLC. Etap 6. Regulacja natężenia podświetlenia - wyświetlacz jest wyłączony, - przejście do jasności ustawionej w systemie - dotknij ekran w dowolnym miejscu lub też naciśnij dowolny przycisk systemowy; 3-6
Rys. 5. Ustawienie jasności systemowej - stopniowe zwiększanie jasności wyświetlacza - dotknij ekran i przytrzymaj aż do uzyskania wymaganego poziomu. Rys. 6. Stopniowa zmiana jasności podświetlenia 1.3. Konfiguracja panelu TP 700 Comfort Korzystając z oprogramowania TIA Portal wszystkie funkcje potrzebne do realizacji wizualizacji procesu przemysłowego posiadamy w jednym środowisku projektowym. Po ukończeniu programu sterującego procesem możemy bezpośrednio przejść do tworzenia aplikacji na panel operatorski. Etap 1 Dodanie panelu TP700 Comfort do projektu - z drzewa projektu w Portal view wybieramy funkcję Add new device, - wybieramy HMI > SMATIC Komfort Panel > 7 Display > Tp700 Comfort (patrz rys. 7.), - zostaje uruchomiony HMI Device Wizard, w którym, jako krok pierwszy, mamy wybrać z jakim sterownikiem PLC ma być połączony panel Browse (patrz rys. 8). Następnie kliknąć Finisz, aby zakończyć konfigurację HMI lub Next, aby kontynuować parametryzację ustawień ekranu Screen layout dostosowanie wyglądu ekranu, Alarms dodawanie okien z alarmami, Screens dodawanie ekranów i pod ekranów w odpowiedniej hierarchii, System screens dodawanie ekranów systemowych, Buttons dodawanie przycisków systemowych. 3-7
Rys. 7. Dodanie panelu TP700 do projektu Rys. 8. Tworzenie połączenia pomiędzy sterownikiem S7-1200 a panelem TP700 Etap 2. Ustawianie adresu urządzenia i połączenia HMI poprzez PROFINET Od WinCC V11, adres IP ustawiony w projekcie jest przypisywany do odpowiedniego urządzenia HMI podczas transferu. Adresy IP dla wszystkich urządzeń HMI nadajemy centralnie w edytorze Devices & Networks. - wybieramy zakładkę Devices & Networks i klikamy na symbol portu, - oknie Properties ustawiamy adres IP 192.168.0.2 (z tej samej grupy adresowej co sterownik PLC), 3-8
- alternatywnie, istnieje możliwość ustawienia adresu IP w panelu sterowania urządzenia HMI lub serwera DHCP. W obu przypadkach należy wybrać opcję Set IP address using a different method, - wybieramy Connections i w edytorze Properties sprawdzamy (lub wybieramy) ustawienia zakładka General>Interface: PROFINET. Rys. 9. Ustawienie parametrów połączenia HMI Etap 3. Wizualizacja na panelu TP700 - przechodzimy w drzewie projektu do HMI_1 [TP700 Comfort] > Screens > Root Screen - mamy dostępne następując narzędzia: Toolbox - zawiera podstawowe narzędzia, tj. rysowanie prostych kształtów, wskaźniki, przyciski, zegary, podstawową grafikę oraz rysowanie wykresów, tworzenie raportów i funkcje diagnostyczne; Animations - służy do tworzenia animacji ruchu, wyświetlania elementów umieszczanych na ekranach; Layout - pozwala na edytowaniu warstw naszych ekranów; Libraries - zawiera bibliotekę elementów graficznych tj. przyciski i przełączniki, kontrolki, przyciski systemowe, przyciski diagnostyczne oraz elementy monitorowania i kontroli obiektów. - symulacja ekranu na komputerze PC wybieramy ikonę Stat simulation. Etap 4. Wgranie programu do sterownika i panelu operatorskiego - klikamy prawym przyciskiem myszy na folderze PLC w drzewie projektu i wybieramy z menu kontekstowego Download to device -> All, 3-9
- klikamy prawym przyciskiem myszy na folderze panelu i wybieramy z menu kontekstowego Download to device -> Software (all). Przy pierwszym ładowaniu z nowym adresem IP pojawi się okno Extended download to device, w którym zaznaczamy opcję Show all accesible devices i opcjonalnie Refresh. Jeśli kompilacja przebiegła poprawnie pojawi się okno Load preview, w którym należy zaznaczyć opcję Overwrite all i nacisnąć przycisk Load. Jeśli transfer przebiegł poprawnie, projekt zostaje uruchomiony w urządzeniu HMI. Rys. 10. Okno przy pierwszym ładowaniu programu ustawienie nowego IP Rys. 11. Okno ładowania programu 3-10
2. Cel ćwiczenia. Zapoznanie się ze strukturą środowiska inżynierskiego TIA Portal v11 komponent Wince Advanced. Poznanie konstrukcji i zasad programowania paneli operatorskich SIMATIC TP700 Comfort, w tym dodawanie paneli HMI do projektu, komunikowanie ich ze sterownikami, a także wymiana danych pomiędzy stacjami operatorskimi, a sterownikami PLC S7-1200 za pośrednictwem sieci Profinet. 3. Metodyka badań. Stanowisko badawcze Ćwiczenie przeprowadzane jest w dwuosobowych grupach przy stanowisku PLC -HMI. Podstawowe wyposażenie stanowiska laboratoryjnego PLC - HMI: sterownik - SIMATIC S7 1214, panel operatorski - SIMATIC TP 700 Comfort, programator - komputer PC, ethernetowy kabel połączeniowy x2, oprogramowanie TIA Portal v11, zasilacz SITOP SMART 24V DC/10A, Rys. 12. Stanowisko badawcze Przebieg ćwiczenia: 1. Uruchomić stanowisko PLC - HMI: podłączyć 2 kable ethernetowe: komputer - lewe wejście PPOFINET panelu operatorskiego oraz prawe wyjście z panelu do PLC, podłączyć zasilanie 24 VDC do sterownika i panelu poprzez zasilacz przemysłowy SITOP 24V/104A. 3-11
2. Przeprowadzić konfigurację sprzętową sterownika według instrukcji 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, 3. Dodać do projektu panel HMI i przeprowadzić jego konfigurację według punktów 1.2 i 1.3. 4. Zrealizować program liniowy oraz ekran synoptyczny testujący wybrane wejścia i wyjścia sterownika, jak pokazano na rys. 12. Program powinien być udokumentowany poprzez nadanie : - nazwy projektu, - nazw symbolicznych dla identyfikacji wejść i wyjść (PLC tags i HMI tags), - nazw i komentarzy - do poszczególnych obwodów programu i ekranów. 5. Przeprowadzić próby pracy sterownika i panelu operatorskiego załadować program do PLC i panelu operatorskiego, 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 naciśniecie przycisku na panelu wymusić zmianę stanu na wyjściu sterownika, 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 Rys. 13. Przykładowy ekran synoptyczny: przycisk (zmienna M0.2) oraz wyjście Q0.1 3-12
Prezentacja i analiza wyników badań. Wynikiem pracy grupy laboratoryjnej jest działająca aplikacja na sterownik S7-1214 i panel TP700 Comfort 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 (*.ap11). 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 2009. 2. Kręglewska U., Ławryńczuk M., Marusak P.: Control laboratory exercises, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2007. 3. Kwaśniewski J.: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, Wydawnictwo BTC, Legionowo 2008. 4. Norma IEC 61131 Sterowniki programowalne. 5. Dokumentacja techniczna firmy Siemens: www.automatyka.siemesns.pl: - Siemens S7 1200 Easy book, v 04/2011, - SIMATIC WinCC Advanced V11.0 SP2, v 12/2011 - S7-1200 Pierwsze kroki, v 08/2010 - S7-1200 oraz STEP7 Basic V10.5 Ćwiczenia, 2009. - Urządzenia HMI, Panele Comfort, v 01/2011, 3-13