Laborator 1
Transcription
Laborator 1
Automatul programabil S7-300 Laborator 1 1. Introducere Automatele programabile (AP, PLC) sunt echipamente electronice destinate realizarii instalatiilor de comanda secventiale in logica programata. Din punct de vedere al complexitatii automatele programabile sunt situate intre echipamentele clasice cu contacte sau cu comutatie statica, ale instalatiilor de comanda si calculatoarelor electronice. Utilizand o logica programata, circuite logice integrate si elemente semiconductoare de putere, automatele programabile, in comparatie cu sistemele logice secventiale, bazate pe logica cablata prezinta avantajele: • • • • • • • gabarit redus; consum redus de energie electrica; facilitati la punerea în functiune; fiabilitate ridicata; consum redus de conductoare de conexiuni si de cablaj; realizarea facila a unor functiuni specifice; reducerea ciclului proiectare, executie si punere in functiune prin posibilitatea supravegherii unor faze. Sistemul de automatizare Simatic propus de Siemens ofera solutii complete pentru programarea aplicatiilor pentru SIMATIC S7, C7 si WinCC. Primul pas in rezolvarea unei aplicatii este definirea acesteia. Ajutandu-se de cateva intrebari, figura urmatoare ofera o imagine de ansamblu asupra procedurii de rezolvare a unui task. 2. Structura si functionalitatea PLC-ului Componentele automatelor ce necesita o programare sunt: elemente de control logic, functii de stocare, numaratoare, ceasuri. Diferentele dintre PLC-uri rezulta din diferentele dintre urmatoarele: • • • • • • • • Intrari si iesiri Zone de memorie Numaratoare Ceasuri Functii de memorare Functii speciale Viteze de operare Tipuri de limbaje de programare Sistemele de control de dimensiuni mari sunt rezultatul combinatiilor modulare ale unor componente individuale in functie de aplicatie si cerinte. Rezulatul este exprimat printr-o mare flexibilitate cu posibilitate de extensie si conversie. Pentru a acoperi si aplicatii cu cerinte minime se ofera sisteme de control ce sunt echipate cu un numar flexibil de intrari si iesiri. Un automat programabil opereaza in interactiune cu: • • Senzori (intrerupatoare, bariere de lumina) Elemente de actionare (motoare de frecventa) Un automat programabil este compus din urmatoarele elemente de baza: Componenta Functie Sina Functioneaza ca un element de montare pentru S7-300 Sursa de tensiune (PS – power supply) CPU (central prossesing unit) Optional poate contine si o baterie de rezerva. Converteste curentul din 120/240 VAC in 24 VDC (tensiunea de operare a lui S7-300) Executa programele utilizatorului; comunica prin intermediul cablului MPI (interfata multiport) cu alte calculatoare ori cu dispozitivul de programare/PC Cablu MPI Interfata de legatura dintre modulul de programare/PC si CPU Consola de programare (PG) cu slot pentru MPI si soft STEP 7 preinstalat Configurare, atribuire de parametri, executie de programe si testare pe automatul programabil S7-300. Calculator cu o interfata MPI si cu soft STEP 7 instalat. Figura Configurare, atribuire de parametri, executie de programe si testare pe automatul programabil S7-300. 2 3. Modul de operare al PLC-ului In prima etapa se citesc toate intrarile inregistrate. In urma acestui proces se realizeaza o asa numita “imagine a procesului”. Dupa aceasta procesul se va executa pas cu pas. Dupa ultima instructiune “imaginea procesului” este transferata catre iesiri, urmand ca procesul sa fie executat de la inceput. Acest tip de procesare este numita “procesare ciclica”. 4. Componentele PLC-ului 4.1 Sursa de tensiune Sursa de tensiune converteste voltajul in 24V DC. Unitatea centrala precum si modulele de intrare/iesire vor fi apoi conectate si alimentate de la aceasta sursa de curent continuu. Unitatea centrala este conectata direct de sursa de tensiune cu ajutorul unor clesti. Dimensiunea modulului aferent sursei de tensiune depinde de diferitele rate de putere (2A, 5A, 10 A la 24V DC fiecare). In mediu industrial module separate de surse de tensiune sunt folosite pentru alimentarea semnalului senzorilor, indicatorilor sau a elementelor de executie. 3 4.2 Unitatea centrala Unitatea centrala (CPU) reprezinta componenta centrala de control a sistemului, in cadrul caruia programul este executat. Aditional, functii de monitorizare interna sunt integrate. In functie de tipul aplicatiei pot fi selectate, dintr-o gama larga de CPU-uri, unitatea centrala care se potriveste cel mai bine scopului propus. 4.2.1 Displayul de statusuri ale CPU-ului In zona frontala a CPU-ului sunt localizate mai multe leduri ce indica statusul curent al acestuia. Tabelul urmator indica mesajele individuale ale fiecarui led. Afisaj Culoare Semnificatie Explicatie SF Rosu Eroare de grup Indica existenta unei erori. Erorile sunt stocate in bufferul pentru diagnoza. BF Rosu Eroare la magistrala de camp Erori asupra magistralei de camp. BAF Rosu Erori asupra bateriei Eroarea aparuta datorita lipsei bateriei sau a voltajului. DC5V Verde Alimentarea CPU-ului si a magistralei de camp cu tensiune la 5VDC Ledul pentru functionare interna cu 5VDC FRCE Galben Fortare intrari/iesiri Ledul pentru starea CPU-ului atunci cand intrarile si iesirile acestuia sunt fortate pentru testari. RUN Verde Stare de operare Run Ledul clipeste atunci cand CPU-ul porneste si este fix atunci cand acesta este in stare de Run. STOP Galben Stare de operare Stop Ledul clipeste atunci cand este solicitata o resetare a memoriei, fiind static atunci cand CPU-ul este in starea de Stop. 4.2.2 Zonele de memorie ale automatului Zonele de memorie al PLC se impart in zone de memorie de incarcare, zone de memorie de lucru si zone de memorie de sistem. 4.2.2.1 Memorie de incarcare Proiectul S7 este transferat din PLC catre memoria de incarcare a acestuia cu ajutorul cardului de memorie (MMC – micro memory card). Programul complet executat de catre user este acum disponibil in zona memoriei de incarcare in blocurile de compilare-executare. Additional, memoria de incarcaree contine fisierul de configurare hard cu informatii despre tipul unitatii centrale si 4 componentele folosite. In functie de tipul PLC, simbolurile, tabelele declarative sau comentariile, sunt de asemeni stocate aici. Cardul de memorie este parte componenta si a memoriei de lucru. Capacitatea memoriei de incarcare depinde astfel de capacitatea cardului de memorie. 4.2.2.2 Memoria de lucru Memoria de lucru se bazeaza pe o memorie RAM integrata. In aceasta zona de memorie se executa doar componentele relevante ale programului realizat de catre user (codul de program si datele utilizatorului). Datele sunt copiate de catre unitatea centrala din memoria de incarcare in memoria de lucru. 4.2.2.3 Memoria sistemului Memoria sistemului reprezinta o zona aditionala de memorie in zona RAM de memorie. Aceasta contine elemente ce sunt disponibile utilizatorului de catre CPU (intrarile sistemului, imaginea iesirilor sistemului, bitii de memorie, numaratoare, ceasuri, etc.) 4.2.3 Magistrala de camp interna a sistemului Partea de proces a CPU este formata din memoria folosita de catre utilizator, memoria sistemului si procesorul. Aplicatiile simple ale unitatii centrale (comutarea on/off a executiei unui program, accesarea punctelor de intrare/iesire, monitorizarea si administrarea executiei intregului program) sunt executate de catre processor. Aditional, segmentul de comunicatie administreaza operatiile interfetei de programare MPI si transferul de informatie dintre modulele de intrare/iesire ale PLC-ului. 4.2.3.1 Magistrala intrari/iesiri Magistrala intrarilor/iesirilor apartine planului secundar si este responsabila cu traficul de informatie dintre unitatea central si modulele de semnal. Aceasta magistrala este o magistrala mono-master, adica comunicatia nu poate fi initiata decat de catre CPU. Ea este destinata transferului de informatii de dimensiune mica, de cativa biti. 4.2.3.2 Magistrala de comunicatie Magistrala de comunicatie apartine si ea planului secundar, fiind responsabila pentru traficul de date intre modulele de comunicatie FM (module functii pentru numaratoare rapide, control si pozitionare) si modulele CP (module de comunicatie pentru sisteme de camp). Aceasta magistrala este utilizata pentru transferul unor informatii de dimeniuni mai mari. 4.2.4 Conceptul de protectie al memoriei Fiecare unitate de comanda are un mod ce comutare intre diferitele moduri de operare. In cazul unor CPU-uri acest mod de comutare este implementat sub forma unui swich ce poate fi pozitionat in modul de operare ales. 5 Urmatoarele moduri de operare sunt posibile: • • • • RUN-P: programul este in modul de rulare; este permis accesul la toate functiile de programare. RUN: programul este in modul de rulare; este permis accesul doar asupra functiilor de citire. STOP: programul este in modul stop; este permis accesul la toate functiile de programare. MRES: pozitie ce corespunde modului de reset. Acest concept de protectie al automatului programabil S7-300 face posibila protejarea anumitor segmente din sistemul de automatizare impotriva accesului neautorizat. Unitatea de comanda, modulele de programare precum si toate obiectele (blocurile) pot fi protejate. In plus fata de protectia hardware existenta este disponibila si varianta de protectie software ce permite limitarea parametrizarii cu ajutorul functiei S7-Configuration (password protection). Cat timp user-ul nu detine parola, se pot folosi doar functii de monitorizare si informare. 4.2.5 Resetarea CPU-ului Resetarea CPU-ului are loc urmand pasii descrisi in tabelul urmator: Pas Executie Rezultat 1 Setarea switch-ului in pozitia Stop Aprinderea ledului de Stop 2 Setarea switch-ului in pozitia Mres si mentinerea lui in Ledul aferent pozitiei Stop va aceasta pozitie pentru un interval de aproximativ 3 fi stins, urmand a se reaprinde secunde pana cand ledul aferent pozitiei Stop se dupa aproximativ 3 secunde. aprinde din nou. 3 Setarea switch-ului in pozitia Stop, apoi in pozitia Mres intr-un interval de 2 secunde. Ledul aferent pozitiei Stop va fi stins pentu aproximativ 3 secunde dupa care se va reaprinde. In acest moment sa efectuat resetarea memoriei CPU-ului. 4.3 Modulele de extensie Modulele de extensie sunt elemente foarte folosite in momentul in care se configureaza un sistem de automatizare controlat de catre PLC. Pentru acest scop sunt folosite module de intrare si iesire analogice si digitale (module folosite sub abrevierea SM – signal module – abreviere pentru module de semnal). Automatul programabil poate fi extins aditional cu diferite procesoare (CP – Communication Processor) si module functii (FM – Function Module). Exemple de module de extensie: • SM 321 – Modul de intrare digital – contine 16 intrari digitale pentru 24VDC. Display-ul se realizeaza cu ajutorul ledurilor iar semnalul de iesire 1 este de aproximativ 9 mA. 6 • • • • SM 322 – Modul de iesire digital – contine 16 iesiri digitale. Display-ul se realizeaza cu ajutorul ledurilor iar semnalul de iesire 1 este de aproximativ 500 mA. SM 334 – Modul combinat pentru semnale analogice de intrare si iesire. Contine 4 intrari analogice si 2 iesiri analogice cu un rang de 0 – 10V. FM 353 – Modulul functie de pozitionare. Modul de pozitionare pentru motoare pas-cu-pas cu frecvente de ceas mari. CP 343-2 – Procesor de comunicatie pentru interfata AS-I (Actuator-Sensor Interface) – interfata master la care pot fi conectati pana la 64 de slaves. 4.4 Adaptor MPI (Dispozitiv de programare/conexiune CPU) Un adaptor MPI este necesar pentru stabilirea unei conexiuni intre dispozitiviul de programare si PLC. MPI reprezinta un acronim “Multi Point Interface”. Doar dupa ce adaptorul este setat este posibil transferul programelor catre PLC pentru efectuarea de teste si diagnoza de sistem cu ajutorul functiilor. Interfetele MPI sunt disponibile in variante multiple. In trecut era folosita interfata COM, astazi este folosita o interfata USB sau PCMCIA pentru laptop-uri. Viteza de transfer poate fi setata pentru anumite interfete MPI, in functie de modelul folosit. Intefata MPI dispune de un led ce indica statusul curent al adaptorului. Dispozitive necesare comunicatiei dintre dispozitivul de programare si PLC: • Adaptor MPI conectat la interfata MPI a PLC-ului • Adaptor MPI conectat la dispozitivul de programare cu ajutorul unui USB • Sursa de tensiune a PLC-ului 5. Procedura de programare Proiectele de automatizare create cu Step 7 pot fi realizate prin doua secvente diferite. In alternativa 1 configurarea hardware este realizata inaintea configurarii software, a programului propiu-zis, iar in cazul alternativei 2 intai se realizeaza programul apoi configurarea hardware. Alternativa 1 este recomandata in special in training intrucat, programele create pot fi testate imediat dupa realizarea lor. 7 Urmatorii pasi vor fi urmati pentru realizarea si testarea unei aplicatii: • • • • • • Setarea si testarea interfetei de programare Crearea proiectului in Simatic Manager Configurarea si parametrizarea hardware Realizarea programului Transferul programului in PLC Testarea programului Pentru implementarea programului sunt necesare urmatoarele dispozitive: • • • Un automat programabil ce trebuie sa contina o sursa de tensiune, o unitate centrala si module de extensie. Toate acestea se vor monta pe o sina. Un adaptor MPI pentru conectarea PLC cu dispozitivul de programare O versiune cu licenta instalata a programului Step 7 5.1. Setarea interfetei de programare O conexiune MPI este necesara astfel incat un automat programabil sa poata fi programat de la un dispozitiv de programare sau un PC. O interfata MPI poate opera pana la 32 de noduri, fiind folosita pentru programare, operare, monitorizare si transfer de date intre unitatea centrala Simatic S7 si dispozitivul de programare. Fiecare unitate centrala a fiecarui PLC Simatic este echipata cu o interfata MPI. Exista mai multe metode de conectare a unui dispozitiv de programare/PC la interfata MPI a unitatii central a unui PLC: • • • • • Cu ajutorul unui adaptor USB sau interfata serial (PC/laptop) Procesor de comunicatie PCMCIA (laptop) Procesor de comunicatie PCI (laptop) Procesor de comunicatie ISA (laptop) Un procesor de comunicatie ISA integrat in dispozitivul de programare Pasi ce trebuiesc urmariti in vederea setarii interfetei: a. Din meniul Start, in cadrul fisierului Step 7, se deschide programul “Set Device/PC Interface” Programming b. Daca nu a fost setata o interfata in timpul instalarii software-lui, intrarea “none” va fi afisata sub “Used interface configuration”. c. Se va face click se butonul de “Select”pentru adaugarea unei noi interfete. d. Se va selecta modulul “PC adaptor” din fereastra “Install/Remove interfaces”. 8 e. Se va face click pe butonul de “Install”. f. Se va confirma avertismentul prin apasarea butonului “Yes”. Prin acestea, se va permite setarea automata a caii de acces la noua interfata selectata. g. Dupa ce noua interfata a fost instalata cu success, mesajul “PC Adapter MPI” este afisat sub mesajul “Used interface configuration”. Mesajul “PC Adapter (Profibus)” indica faptul ca adaptorul instalat poate fi folosit pentru conectare cu o interfata Profibus. 9 h. Alegeti “PC Adapter (MPI)” si faceti click pe butonul “Properties”. i. Intrarea de sub “MPI” nu poate fi modificata. j. Selectati de sub mesajul “Local connection” portul folosit de catre adaptor. Poate fi nevoie setarea vitezei de transfer. k. Confirmati operatia prin apasarea butonului OK. l. Instalarea adaptorului de comunicatie dintre dispozitivul de programare si CPU este incheiata. 5.2. Testarea interfetei de programare a. b. c. d. e. f. g. h. i. Conectati adaptorul MPI la dispozitivul de programare/PC. Folositi interfata specificata inainte pentru acest scop (USB, COM1, etc). Conectati adaptorul MPI direct la unitatea centrala cu ajutorul slotului pentru conexiunea marcata MPI. Porniti automatul programabil. In timp ce PLC este pornit, toate ledurile unitatii centrale vor fi aprinse in urma efectuarii unui test. PLC va comuta in modul de operare Stop sau Run (in functie de pozitia switchului). Porniti programul principal Step 7, printr-un dublu click pe iconita “Simatic Manager” aflata pe Desktop. Alternativ puteti intra in butonul de Start, in fisierul Step 7 deschizand de acolo Simatic Manager. Dati click pe “Display available users” din bara de meniu a programului Simatic Manager. Daca “PC Adapter (MPI)” a fost instalat corepunzator, o lista de statii conectate la dispozitivul de programare este afisata in fereastra “Available users”. Daca nu se afla nici un user in cadrul interfetei MPI, pe ecran va aparea un mesaj de eroare. In cazul in care campul cu useri disponibil ramane gol in continuare, interfata MPI nu a fost instalata corespunzator si trebuiesc reluati pasii anteriori. 10 5.3. Stuctura proiectului STEP 7 reprezinta softul de programare pentru SIMATIC S7, deci si pentru S7-300. Step 7 ofera intregul suport pentru configurare, programare, atribuirea parametrilor pentru S7–300. Acest soft ofera un sprijin efectiv in rezolvarea unei probleme date. Softul se porneste foarte usor printr-un dublu clic pe iconita de Simatic Manager. Resultat: Se va deschide fereastra pentru un nou proiect al lui Simatic Manager. Simatic Manager este interfata de programare cu STEP 7. Acesta ne ofera o reprezentare ierarhica a tuturor obiectelor dintr-un proiect, facand astfel posibil accesul la toate functiile necesare rezolvarii unui task in automatizare. Pornind de la Simatic Manager putem: • Configura si atribui parametrilor lui S7-300. • Programa automatul S7-300. Pentru a putea oferii solutii de automatizare trebuiesc stabilite urmatoarele informatii de baza: • Ce obiecte ne sunt necesare pentru a lucra cu Step 7? • Cum se poate lucra cu aceste obiecte? In tabelul de mai jos sunt prezentate obiectele cu care lucreaza Step 7. 11 Simbol Obiect Descriere Intrarea tuturor datelor si programelor a unei solutii automate. Subordonat Se gaseste in varful ierarhiei de obiecte. Statie 300 Simatic O instalatie hard cu unul sau mai multe module programabile. Proiect Modul Programabil Un modul programabil (CPU). Statie 300 Simatic Program S7 Contine blocuri si fisiere sursa. Modul programabil sau proiect. Proiect Blocuri Contine programele folosite de utilizator. Programe S7 Bloc (offline) Bloc (online) Pot fii spre exemplu blocuri logice (OB si FC) Blocuri Crearea de obiecte: Puteti crea obiecte precum proiecte urmand comanda File -> New. Aceste obiecte pot contine la randul lor altele precum programe sau blocuri. Ele se pot atribui proiectului prin comanda Insert din meniu. Blocurile nu mai pot contine alte obiecte. Primul lucru cerut la deschiderea unui bloc este atribuirea unui limbaj pentru editarea continutului blocului respectiv. Un proiect contine intreaga baza de date pentru solutia de automatizare a unui task. Crearea unui proiect sau a structurii proiectului este un lucru esential in folosirea lui Step 7. Figura urmatoare indica structura unui proiect: 5.4. Crearea unui nou proiect 1. Deschideti Simatic Manager apasand dublu click pe iconita de pe Desktop. 2. Din meniu programului dati clic pe comanda FILE -> New -> Project in Simatic Manager sau pe iconita reprezentativa din bara de unelte. 3. In urmatoarea casuta de dialog introduceti numele proiectului, in cazul nostru “Proiect TEST” si dati clic pe OK pentru crearea unui nou proiect. Nu uitati sa salvati noul proiect in folderul Student de pe Desktop. 12 4. Adaugarea unei statii la un proiect existent, deschis, se realizeaza fie din meniu, prin comanda Insert-> Hardware-> Simatic 300 Station, fie printr-un clic pe semnul “+” din fata proiectului daca statia nu este afisata. 5.5. Configurarea hardware Configurarea reprezinta aranjarea modulelor intr-un tabel. Modulele se aranjeaza pe un stativ folosind STEP 7, exact ca in sistemul real. Modulele se selecteaza dintr-un catalog electronic si apoi se introduc in pozitia corespunzatoare din tabelul de configurare. Stativul din tabelul de configurare trebuie sa corespunda celui real. Step 7 atribuie adrese fiecarui modul din tabelul de configurare. Atribuirea presupune stabilirea caracteristicilor si comportamentului modulelor. Inainte de a introduce o noua configurare sau atribuire de parametrii trebuie indeplinite doua cerinte: crearea unui nou proiect apoi selectarea obiectului pentru care se doreste configurarea. Anterior descarcarii noii configuratii, trebuie mai intai efectuata o resetare a CPU-ului, pentru a ne asiguara ca nu exista alte blocuri vechi in memoria acestuia. Procedura de baza pentru configurarea si atribuirea parametrilor este prezentata in figura de mai jos: 13 In continuare se vor indica pasii ce urmeaza sa fie parcursi pentru a configura hardware a automatul programabil: a. Pe statia SIMATIC 300 se executa dublu click pe simbolul “Hardware” pentru a deschide programul de configurare HW. b. Folositi meniul “View/Catalog” pentru a deschide catalogul hardware. c. Meniul “Profil” poate fi folosit pentru a seta catalogul hardware individuale. In structura arborescenta se pot selecta componentele pentru configurarea si parametrizarea lui Step 7. Componentele de acelasi fel sunt combinate in aceleasi fisiere pentru a obtine o structura bine definita ierarhica in aceasta sectiune. Componentele sunt indicate printr-un acronim (ex: CPU). Modulul corect se alege folosind numarul versiunii. d. Deschideti fisierul “Simatic 300” aflat in partea dreapta a ecranului in catalogul hardware. e. Deschideti subfisierul “Rack” si faceti dublu click pe intrarea “Mounting rail”. Aceasta componenta se poate adauga si prin operatiunea drag-and-drop in aria de lucru a HW Config. f. Din catalogul hardware selectati modulele folosite cu Simatic 300. Sursa de tensiune (PS 307 2A) CPU (313C) Rezulatul aceste operatii va fi apariatia modulelor selectate in liniile corespunzatoare tabelului de configurare. Obs: Tabelul de configurare trebuie se fie completat in conformitate cu configurarea hardware a lui S7-300. Pozitia corespunzatoare in tabelul de configurare este data de numerotarea modulelor pe sina. In figura urmatoare este prezentat un exemplu de tabel de configurare: 5.6. Crearea programului Programarea automatului se realizeaza foarte usor prin crearea unui program care se descarca in CPUul lui S7-300. Programul creat de utilizator este format din mai multe blocuri care ofera posibilitate de structurare a acestuia. OB – blocuri organizationale – reprezinta o interfata intre sistemul de operare al CPU-ului si programul utilizatorului. Ordinea in care este executat un program este specificata in OB. 14 FC – bloc functie – este un bloc logic fara memorie. Acest bloc este folosit in special pentru crearea de functii folosite uzual in program. Procedura de baza pentru programarea blocurilor este urmatoarea: In continuare se vor indica pasii ce urmeaza sa fie parcursi pentru crearea unui program: a. Deschideti proiectul de test din Simatic Manager cu comanda File-> Open Project nume. Rezultat: va aparea fereastra pentru proiectul de test care va fi deschis offline. b. Deschideti continutul programului de test pana la ultimul nivel prin apasarea pe “+” si selectati “Blocks”. Rezultat: OB1 stocat in blocul principal va fi afisat offline c. Inserati o functie FC1 cu ajutorul comenzii Insert-> S7 Block-> FC (Function) (din meniu). In casuta de dialog care va aparea selectati limbajul de programare (STL, LAD, FBD) apoi apasati OK. Rezultat: FC1 si OB1 sunt afisate offline in fereastra proiect. 5.7. Limbaje de programare STL = Statement list = este un limbaj de programare textual in Step 7. Sintaxa acestui limbaj este apropiata de limbajul cod masina. Instructiunile si operatiile sunt urmate de adresele corespunzatoare. LAD = Ladder Logic = este un limbaj de programare grafic in Step 7. Sintaxa acestui limbaj este asemanatoare unei diagrame, permitand astfel o urmarire mai usoara a fluxului de curent. FBD = Function Block Diagram = este de asemeni un limbaj grafic de programare in Step Sintaxa este reprezentata de blocuri logice similare cu cele din algebra booleana. STL, LAD, FBD sunt integrate in softul standard al lui Step 7. Astfel, dupa instalarea lui Step 7, toate editoarele, compilatoarele si functiile de test pentru STL, LAD, FBD sunt disponibile. 15