PLC AUTOMAT SIEMENS SIMATIC S7-200 UČEBNÍ TEXTY PRO VÝUKU MECHATRONIKY 1
OBSAH: Úvod k učebním textům... 3 PLC automat SIEMENS SIMATIC S7-200... 3 Základní informace... 3 Popis jednotlivých částí, přehled parametrů a rozšiřujících částí... 4 Výukový panel PLC automat SIEMENS SIMATIC S7-200 CPU222... 7 Popis výukového panelu... 7 Navázání komunikace a ukázka zavedení jednoduchého programu,... 7 Programování... 10 Jak S7-200 vykonává řídící program... 10 Instrukce bitové logiky... 11 Kontakty... 11 Cívky... 12 Bistabilní klopný obvod... 14 Čítače... 16 Časovače... 19 Speciální paměťové bity SM... 22 Analogový potenciometr... 23 Porovnání... 24 Paměť... 24 Oblast proměnné paměti V... 25 Oblast bitové paměti M... 25 Diagnostická kontrolka SF/DIAG... 26 2
PLC AUTOMAT SIEMENS SIMATIC S7-200 Úvod k učebním textům Při tvorbě učebních textů bylo čerpáno z dokumentace výrobce: SIEMENS SIMATIC programovatelný automat S7-200 systémový manuál. Učební texty jsou určeny výhradně k výukovým účelům, tj. k pochopení a vysvětlení nejjednodušších funkcí a principů PLC automatů pomocí programovacího jazyka STEP7 v LAD editoru a je zaměřen na využití PLC v elektropneumatice a automatizaci. PLC automat SIEMENS SIMATIC S7-200 Základní informace SIEMENS SIMATICS7-200 patří do rodiny tzv. malých programovatelných automatů (dále v textu jen PLC). Tento PLC automat dokáže monitorovat vstupy a v závislosti např. na logických funkcích, časovačů, čítačů, matematických operací a popřípadě jiné externí komunikaci ovládat jeho výstupy. PLC automat obsahuje: mikroprocesor napájecí zdroj vstupní obvody výstupní obvody 3
Popis jednotlivých částí, přehled parametrů a rozšiřujících částí Porovnání modelů S7-200 CPU 4
Rozšiřovací moduly S7-200 Rozsahy pamětí 5
Tento programovací automat se programuje pomocí programového balíku STEP 7 Micro/WIN. Rozsahy operandů CPU S7-200 6
Výukový panel PLC automat SIEMENS SIMATIC S7-200 CPU222 Popis výukového panelu Tento výukový panel obsahuje řídící PLC automat SIEMENS SIMATIC S7-200 CPU222, který disponuje 8 digitálními vstupy, 6 digitálními výstupy s možností napájení stejnosměrným napětím (dále DC) 24 V a je určen pouze pro výuku PLC automatizace v laboratořích spolu s příslušnými komponenty a panely! Od konvenčního automatu je rozdíl v instalaci do elektroinstalační krabice s možností připojování pomocí příslušných elektrických vodičů. Tento panel je chráněn proti přetížení tavnou pojistkou a proti přepólování polovodičovou diodou. Vstupy automatu jsou samy o sobě chráněny, pokud se nepřekročí pracovní napětí 24 V DC. Výstupy jsou osazeny elektromagnetickými relé z důvodů ochrany proti přetížení a zkratu původních výstupů, které jsou osazeny pouze polovodičovými spínacími prvky náchylnými na poškození v takto simulovaných laboratorních podmínkách z důvodů častého zapojování a tím spjatých možných chyb a závad v zapojení. Samotná PLC jednotka je napájená napětím 24 V DC, kde červená zdířka označuje + pól a modrá zdířka pól napájení. Obsahuje 8 digitálních vstupů označených I0.0 I0.7, které fungují tak, že tato jednotka zaznamená přivedení napájecího napětí 24 V DC na libovolný vstup a dále s ním pracuje. Obsahuje také 6 reléových výstupů označených Q0.0 Q0.5, které po sepnutí přivedou na příslušný výstup napájecí napětí 24 V DC. PLC obsahuje kontrolky stavů jednotlivých vstupů a výstupů, které signalizují signál na vstupu nebo na příslušném výstupu. Dále obsahuje kontrolku stavu RUN (provoz), STOP (pozastavený provoz), diagnostickou a uživatelskou kontrolku SF/DIAG. Navázání komunikace a ukázka zavedení jednoduchého programu, který při signálu na vstupu I0.0 sepne výstup Q0.0 Tento zjednodušený příklad ukazuje pouze vzor, jak lze zprovoznit a oživit jednoduchou funkci PLC s cílem vysvětlení základy obsluhy PLC. 1. Na jinak nepřipojený PLC automat připojíme napájecí napětí ( + a 24 V z napájecího laboratorního zdroje). Funkční stav poznáme podle signalizačních LED-diod. 2. Zkontrolujeme, zda mechanický přepínač ukrytý za odklopnými dvířky je přepnut do provozu RUN, tak abychom mohli jeho stav a provoz ovládat přímo z PC, a aby PLC fungoval (stav STOP znamená pozastavenou činnost PLC s možností programování, ale nemožností ovládání stavu z PC, stav RUN znamená provoz automatu s možností start/stop přímo z PC bez nutnosti zásahu na přepínač a provoz TERM je totožný, jen při výpadku napájení je nutné spuštění automatu ) 3. Propojíme kabel mezi PC a PLC 7
4. Spustíme příslušný program STEP 7 V4.0 MicroWIN a objeví se následující obrazovka: 5. Vložení jednoduchého programu: V okně instrukční strom vybereme možnost Instrukce Bitová logika (symbol) v klidu otevřen a levým tl. myši ho přetáhneme do okna LAD editoru na Network 1 na první pozici, červeným otazníkům poklepáním přiřadíme popis I0.0 což je označení vstupu (zdířky) I0.0. Poté vezmeme z toho samého místa (symbol) výstup a stejným způsobem ho vložíme na druhé místo za symbol vstupu a pojmenujeme ho Q0.0, který označuje výstup (zdířka) Q0.0 Tento jednoduchý řádek programu vykonává funkci, která při sepnutí (přivedení signálu) na vstup I0.0 sepne výstup Q0.0 po vypnutí (odpojení signálu) výstup vypne. 8
6. Funkcí download spustíme nahrávání programu do PLC. Po Opětovném vyzvání a potvrzení stahování stiskneme download a potvrdíme OK. Po správném zavedení programu se v levém dolním rohu objeví nápis Download byl úspěšný. 7. Poté PLC přepneme do provozu RUN příslušným tlačítkem. Za opětovného potvrzení tlačítka Ano. Takto přepnutý automat začíná vykonávat zadaný program. 8. Můžeme také sepnout simulaci, na které můžeme sledovat s malým zpožděním (způsobeným vlivem komunikace) jednotlivé stavy označované modrou barvou. Vykonávání běžícího programu lze zastavit příkazem STOP. Pozor, jednotlivé parametry nelze měnit ani přepisovat a vkládat, pokud je program v režimu on-line. Pokud chceme změnit program, musíme PLC uvést do režimu STOP a simulaci vypnout! 9
Programování Jak S7-200 vykonává řídící program Programovatelný automat cyklicky provádí uložený řídící program, čte a zapisuje data. 10
Instrukce bitové logiky Kontakty Standardní kontakty: V klidu otevřen: Je sepnutý, když se bit rovná 1, např.: Když bude sepnutý vstup I0.0 tak se sepne výstup Q0.0 V klidu uzavřen: Je sepnutý, když se bit rovná 0, např.: Když bude rozepnutý vstup I0.0 tak se sepne výstup Q0.0 Negace NOT: Mění stav signálu z 0 na 1 a naopak Umisťuje se za prvek, který chceme negovat! Např.: Pokud bude sepnut vstup I0.0, negace otočí logiku 1=0 a výstup bude rozepnut. Pokud bude rozepnut vstup I0.0, negace otočí logiku 0=1 a výstup sepne. Tzn., že výstup bude sepnut, jen pokud bude vstup I0.0 rozepnut. Stejného efektu docílíme použitím obrácené (negované) funkce k funkci kontakt v klidu otevřen a to kontakt v klidu uzavřen. Náběžná hrana: Aktivuje signál pouze tehdy, pokud zaznamená náběžnou hranu signálu. Umisťuje se za prvek, na kterém chceme sledovat náběžnou hranu! 11
Sestupná hrana: Aktivuje signál pouze tehdy, pokud zaznamená sestupnou hranu signálu. Umisťuje se za prvek, na kterém chceme sledovat náběžnou hranu! Cívky Výstup: Tato instrukce zapíše hodnotu do určitého místa??.? Např. předcházející zapojení a zapisování hodnoty 0 nebo I na výstupy PLC. Set (nastavení): Tato instrukce nastaví počet výstupů????, začíná na adrese??.? Nastavovat můžeme 1 až 255 bodů. Reset (nulování): Tato instrukce vynuluje počet výstupů????, začíná na adrese??.? Nulovat můžeme 1 až 255 bodů. Příklad: 12
Náběžná hrana signálu ze spínacího tlačítka připojeného na vstup I0.0 trvale sepne všechny výstupy. Sestupná hrana signálu z rozpínacího tlačítka připojeného na vstup I0.1 trvale rozepne všechny výstupy. Časový diagram: I0.0 I0.1 Q0.0 Sestavení logické funkce AND: Pravdivostní tabulka: Časový diagram: I0.0 I0.1 Q0.0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 I0.0 I0.1 Q0.0 Výstup bude sepnut jen tehdy, pokud budou signály na obou vstupech, např. dvouruční ovládání lisu. 13
Sestavení logické funkce OR: Pravdivostní tabulka: Časový diagram: I0.0 I0.1 Q0.0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 I0.0 I0.1 Q0.0 Výstup bude sepnut tehdy, pokud bude signál alespoň na jednom ze vstupů, například při ovládání z více míst. Bistabilní klopný obvod Bistabilní klopný obvod má 2 ustálené polohy (0 a I), které se přepínají v závislosti na vstupech S1 a R. 14
SR: Při signálu na vstupu S1 se výstup sepne až do okamžiku přivedení signálu na vstup R, který výstup rozepne, pokud není stále sepnut vstup S1, který má v tomto obvodu dominanci. Příklad: Pravdivostní tabulka: Časový diagram: I0.0 I0.1 Q0.0 0 0 předchozí stav 1 0 1 0 1 0 1 1 1 I0.0 I0.1 Q0.0 RS: Při signálu na vstupu S se výstup sepne až do okamžiku přivedení signálu na vstup R1, který výstup rozepne, i pokud je sepnut vstup S, protože signál R1 má dominanci. Příklad: 15
Pravdivostní tabulka: Časový diagram: I0.0 I0.1 Q0.0 0 0 předchozí stav 1 0 1 0 1 0 1 1 0 I0.0 I0.1 Q0.0 Čítače Čítač nahoru CTU: Tato instrukce zvýší aktuální hodnotu čítače o jedničku pokaždé, když vstup CU zaznamená náběžnou hranu. Když je aktuální hodnota větší nebo rovna nastavené hodnotě PV, nastaví se bit čítače. Nulování se provádí náběžnou hranou na vstupu R nebo při provedení instrukce Reset. Přestane čítat při dosažení maximální hodnoty (32 767). Čítač můžeme vybírat C0 až C255. 16
Příklad: Výstup Q0.0 trvale sepne po 5-ti zaznamenaných náběžných hranách na vstupu I0.0 a vypne po náběžné hraně na vstupu I0.1. Čítač dolů CTD: Tato instrukce sníží aktuální hodnotu čítače o jedničku pokaždé, když vstup CD zaznamená náběžnou hranu. Bit čítače se nastaví, pokud je aktuální hodnota čítače rovna 0. Nulování a nastavení zadané hodnoty PV se provádí náběžnou hranou na vstupu LD. Přestane čítat při dosažení 0. Čítač můžeme vybírat C0 až C255. 17
Příklad: Výstup Q0.0 trvale sepne po 5-ti zaznamenaných náběžných hranách na vstupu I0.0 a vypne po náběžné hraně na vstupu I0.1, ale pouze pokud tomu předcházela náběžná hrana na vstupu I0.1, která nastavila čítač na jeho hodnotu! Čítač nahoru/dolů CTU: Tato instrukce zvýší aktuální hodnotu o jedničku, když vstup CU zaznamená náběžnou hranu, a sníží aktuální hodnotu o jedničku, když vstup CD zaznamená náběžnou hranu. Aktuální hodnota čítače může být v rozsahu -32 768 až 32767, po překročení těchto hranic dojde k přeskočení z minima na maximum a naopak. Když je aktuální hodnota čítače větší nebo rovna nastavené hodnotě PV, nastaví se bit čítače. Jinak se bit čítače nastaví na log. 0. Čítač se vynuluje při náběžné hraně na vstupu R nebo při provedení instrukce Reset. 18
Příklad: Výstup Q0.0 bude sepnut, pokud aktuální hodnota čítače bude rovna nebo větší než 5, přičemž vstup I0.0 tuto hodnotu přičítá a vstup I0.1 tuto hodnotu odčítá. Vypnutí výstupu nastane, pokud bude sepnut vstup I0.3 nebo pokud bude aktuální hodnota menší než 5. Časovače Druh časovače Čísla časovačů rozlišení Max. čas TONR TON, TOF T0, T64 1 ms 32,767 s (0,546 min) T1 T4, T65 T68 10 ms 327,67 s (5,46 min) T5 T31, T69 T95 100 ms 3276,7 s (54,6 min) T32, T96 1 ms 32,767 s (0,546 min) T33 T36, T97 T100 T37 T63, T101 T255 10 ms 327,67 s (5,46 min) 100 ms 3276,7 s (54,6 min) 19
Časovač zpožděného zapnutí TON: Tato instrukce odpočítává čas od sepnutí vstupu IN a po jeho dosažení nastaví bit časovače. Číslo časovače určuje jednotlivé časovače. Rozlišení se zobrazí v blokové instrukci. PT označuje násobek základního rozlišení časovače. Po rozepnutí vstupu IN se doposud uplynulý čas časovače vynuluje! Příklad: Výstup Q0.0 bude sepnut jen tehdy, pokud bude sepnut vstup I0.0, a to se zpožděním 2s (20 x 100 ms). 20
Časovač zpožděného zapnutí TONR: Tato instrukce odpočítává čas od sepnutí vstupu IN a po jeho dosažení nastaví bit časovače. Číslo časovače určuje jednotlivé časovače. Rozlišení se zobrazí v blokové instrukci. PT označuje násobek základního rozlišení časovače. Po rozepnutí vstupu IN se doposud uplynulý čas časovače nevynuluje! (tzv. akumulace času ) Aktuální hodnotu lze vymazat pomocí instrukce Reset (R). Oproti časovači TON, který vždy po signálu na IN počítá od začátku, časovač TONR odpočítává jednotlivé časy sepnutí IN, i když se jedná o několikanásobné sepnutí různých časových intervalů. Pokud se tyto intervaly sečtou a dosáhnou zadaného času, časovač sepne. Příklad: Výstup Q0.0 se sepne, pokud se celkový součet času sepnutí vstupu I0.0 dostane na 2 s (20 x 100 ms), i když se bude jednat o vícero sepnutí. Vypnutí výstupu a reset časovače se provede sepnutím vstupu I0.1. 21
Časovač zpožděného vypnutí TOF: Tato instrukce se používá na zpoždění rozepnutí výstupu o pevný čas po rozepnutí vstupu. Časové rozlišení časovačů je stejné jako u časovače zpožděného zapnutí. Příklad: Výstup Q0.0 bude sepnut jen tehdy, pokud bude sepnut vstup I0.0 a to i 2s (20 x 100 ms) po jeho rozpojení. Speciální paměťové bity SM Příklad: SM0.0: Tento bit má vždy hodnotu 1. SM0.4: Tento bit generuje pulz, který je 30 sekund v log. 1 a 30 sekund v log. 0. Pracovní cyklus 1 minuta. SM0.5: Tento bit generuje pulz, který je 0,5s v log.1 a 0,5s v log. 0. Pracovní cyklus 1 sekunda. 22
Příklad: Výstup Q0.0 bude 0,5 s sepnut a 0,5 s rozepnut. Použití jako jednoduchý zdroj, např. blikání. Analogový potenciometr Tento PLC automat obsahuje za odklopným krytem analogový potenciometr, který lze pomocí nástroje přestavit. Automat poloze tohoto potenciometru přiřazuje číselnou hodnotu 0 255. Tato hodnota je dostupná v SMB28. Pokud chceme dále pracovat s číselnou hodnotou pomocí jiné instrukce, musíme si ji např. uložit do paměti VW a s touto hodnotou pak můžeme pracovat. To se provádí v konverzi instrukcí B_I. Příklad: 23
Digitální hodnota (0 255) analogového potenciometru (SMB28) je uložena pomocí instrukce B_I do lokální paměti VW100. Tato hodnota pak slouží jako násobitel pro základní čas časovače T33. Při sepnutí vstupu I0.0 po dobu (0 255) x 10ms dojde k sepnutí výstupu Q0.0. Porovnání PLC v kategorii instrukce porovnání, nabízí mnoho instrukcí, pomocí nichž můžeme porovnávat a podmiňovat číselné hodnoty. Příklad: Pokud bude číselná hodnota (0 255) analogového potenciometru SMB28 větší nebo rovna číslu 100, pak sepne výstup Q0.0. Paměť 24
Oblast proměnné paměti V Paměť můžete používat pro uložení mezivýsledků operací prováděných řídicí logikou programu. Můžete ji také používat pro ukládání ostatních dat souvisejících s procesem nebo úlohou. Do paměťové oblasti V můžete přistupovat v bitech, bytech, word nebo double word. Oblast bitové paměti M Oblast bitové paměti se využívá na řídicí kontakty pro uložení mezistavu procesu nebo mezistavu jiných řídicích informací. Do bitové paměťové oblasti můžete vstupovat v bitech, bytech, word nebo double word: Příklad: Výstup Q0.0 bude sepnut sepnutím vstupu I0.1, ale pouze tehdy, pokud tomu předcházelo sepnutí vstupu I0.0. Rozepnutí výstupu Q0.0 se provede sepnutím vstupu I0.2. 25
Diagnostická kontrolka SF/DIAG PLC automat, kromě jiného obsahuje kontrolku SF/DIAG, kterou lze naprogramovat, jako uživatelskou kontrolku k signalizaci některého stavu. Pokud je parametr IN???? větší jak 0, tak rozsvítí kontrolku. Pokud je 0 tak kontrolku zhasne. Přiklad: Diagnostická kontrolka SF/DIAG začne blikat vlivem pomocného stavového bitu SM0.5 po 0,5 s, pokud bude sepnut vstup I0.0. 26