INSTYTUT INFORMATYKI, AUTOMATYKI I

ROBOTYKI POLITECHNIKI WROCŁAWSKIEJ

I-6

LABORATORIUM 022

Siemens Simatic S7 – 300

Instrukcję opracowało:

Autorzy:

Karol Gawron

Przemysław Jagieła

Wrocław 2009

2

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

Spis treści

1. SIMATIC S7-300……………………………………………………………...3

1.1 Charakterystyka…………………………………………………………....3

1.2 Konstrukcja………………………………………………………………...4

1.3 Przegląd modułów……………………………………………………...….4

1.4 Budowa CPU………………………………………………………………5

2. Zakładanie nowego projektu w STEP-7……………………………………….6

3. STEP-7 Ladder Logic……………………………………………………..…..10

3.1 Przykładowe zadania…………………………………………………...…10

3.1.1 Sterowanie taśmą produkcyjną………………………………….10

3.1.2 Detekcja kierunku ruchu taśmy produkcyjnej…………………..12

3.1.3 Liczniki i bloki porównań……………………………………….14

4. Zadania do wykonania………………………………………………………...16

5. Bibliografia…………………………………………………………………….16

3

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

1. SIMATIC S7-300

SIMATIC S7-300 stanowi nowoczesną i uniwersalną platformę systemu automatyki.
Umożliwia budowę zarówno autonomicznych jak i rozproszonych układów sterowania
wykorzystujących sieci komunikacyjne.

1.1 CHARAKTERYSTYKA:

Rysunek 1. Wygląd zewnętrzny sterownika.

•

Modułowy system sterowania dla niewielkich zadań automatyzacji

•

Szereg jednostek centralnych o stopniowanych własnościach wydajnościowych

•

Duży wybór modułów peryferyjnych

•

Rozszerzalność do 32 modułów

•

Magistrala systemowa typu backplane zintegrowana z modułami

•

Współpraca w sieci:

-

Interfejs wielopunktowy (MPI)

-

PROFIBUS

-

Industrial Ethernet

•

Dostęp za pomocą programatora do wszystkich modułów peryferyjnych

poprzez port programatora w jednostce centralnej

•

Łączenie modułów peryferyjnych w dozwolonej kolejności

•

Konfiguracja i parametryzacja modułów za pomocą programu narzędziowego

„HWConfig”

4

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

1.2 KONSTRUKCJA

Sterownik SIMATIC S7-300 składa się z zasilacza (PS), procesora (CPU) oraz z

kompaktowych modułów wejścia/wyjścia (SM). Moduły mogą być dołączane do CPU w
dowolnej kolejności.

Poszczególne komponenty sterownika mocowane są na szynie montażowej DIN.

Szyna DIN zapewnia dodatkowo kompatybilność elektromagnetyczną sterownika oraz
ekranowanie dla magistrali komunikacyjnej. Magistrala komunikacyjna jest integralną częścią
każdego modułu. Łączenie poszczególnych modułów odbywa się za pośrednictwem złącza
magistrali. W kasecie centralnej lub rozszerzającej może znajdować się maksymalnie 8
modułów wejścia/wyjścia. Pojedyncze CPU może obsłużyć maksymalnie 32 moduły (4
kasety)

Rysunek 2. Przegląd modułów.

1.3 PRZEGLĄD MODUŁÓW:

Moduły sygnałowe (SM):

• Cyfrowe moduły wejściowe:

- 24V DC,
- 120/230 V AC.

• Analogowe moduły wejściowe:

- napięcie,
- prąd,
- rezystancja,
- termopara.

Moduły interfejsu (IM):

Moduły IM360/IM361 oraz IM365 umożliwiają konfigurację wielorzędową.

Stanowią przedłużenie magistrali systemowej między kolejnymi rzędami.

• Cyfrowe moduły wyjściowe:

- 24V DC,
- przekaźnikowe.

• Analogowe moduły

wyjściowe:

- napięcie,
- prąd.

5

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

Atrapy (DM – Dummy Modules)

Moduł DM 370 (atrapa) rezerwuje gniazdo dla modułu sygnałowego, któremu

nie przypisano jeszcze parametrów. Można go również stosować do rezerwacji gniazda
dla modułu interfejsu, który będzie zainstalowany w późniejszym czasie.

Moduły funkcyjne (FM)

Moduły

specjalizowane,

realizujące

określone

funkcje

(zliczanie,

pozycjonowanie, regulacja w pętli zamkniętej).

Procesory komunikacyjne (CP)

Umożliwiają komunikację między sterownikami w konfiguracjach sieciowych

(punkt-punkt, PROFIBUS, Industrial Etherner).

1.4 BUDOWA CPU

a) Przełącznik rodzaju pracy:

Rysunek 3. Przełącznik czołowy.

b) Wskaźniki stanu (diody LED):

Rysunek 4. Wskaźniki stanu.

RUN

– światło pulsujące, gdy CPU jest w fazie startowej, światło ciągłe, gdy CPU jest w

stanie RUN

STOP – światło ciągłe, gdy CPU jest w stanie STOP, światło wolno pulsujące, gdy CPU

żąda kasowania pamięci, światło szybko pulsujące, gdy CPU kasuje pamięć,
światło wolno pulsujące, gdy konieczne jest kasowanie pamięci po zainstalowaniu
zewnętrznego modułu pamięci.

MRES – kasowanie pamięci jednostki

centralnej

STOP – tryb STOP; program nie jest

wykonywany

RUN

– program jest wykonywany,

możliwy tylko odczyt z
programatora

RUN-P – program jest wykonywany,

możliwy odczyt/zapis z
programatora

SF

– błąd modułu; wewnętrzny

błąd jednostki centralnej lub
błąd modułu mającego
własności diagnostyczne

BATF – błąd baterii buforowej; za

niskie napięcie baterii
lub jej brak

DC5V – wewnętrzny wskaźnik

obecności napięcia 5V DC

FRCE – FORCE; wskaźnik forsowania

stanu wejścia lub wyjścia

6

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

2. ZAKŁADANIE NOWEGO PROJEKTU W STEP7

W aplikacji SIMATIC Manager, z paska narzędzi wybieramy File a następnie opcje New.

Rysunek 5. Tworzenie nowego projektu.

Otwartym oknie możemy wybieramy zakładkę User Project. Następnie określamy
następujące parametry:

• Name – nazwa projekty
• Storage location – ścieżka dostępu do miejsca przechowywania wybranego projektu
• Type – wersja w jakiej zostanie zachowany projekt

7

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

Po stworzeniu projektu zobaczymy następujące okno

Rysunek 6. Okno projektu.

Na początku Skonfigurujemy interfejs programatora. W tym celu z menu Options

wybieramy opcję Set PG/PC Interface. A następnie PLCSIM(MPI).

Teraz należy ustawić parametry stacji. W tym celu wybieramy z paska narzędzi opcję

Insert /Station i wybrać SIMATIC 300 Station. Po lewej stronie wyświetli się nazwa stacji. Po
podświetleniu stacji w prawym oknie pojawi się opcja Hardware, pozwala ona uruchomić
aplikację Hardware Configuration. Po otwarciu aplikacji pojawi się następujące okno:

Rysunek 7. Konfiguracja hardwar'u.

8

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

Po prawej stronie otworzyło się okno Hardware Catalog zawierające spis możliwych
elementów potrzebnych do budowy stacji sprzętowej. Okno jest podzielone na dwie części,
w górnej wyświetlane są elementy, w dolnej krótki opis wybranego elementu.

Budowę stacji zaczynamy od wprowadzenia szyny nośnej na której będą umieszczone

poszczególne elementy stacji. W tym celu wybieramy SIMATIC300/ RACK300/Rail.
Następnie wybieramy jednostkę centralną oraz moduły wejść i wyjść. Na stanowisku
laboratoryjnym, stacja posiada następujące moduły:

• CPU 315-2 DP – moduł jednostki centralnej
• DI8/DO8x24VDC/0.5A
• AI8x12Bit

Rysunek 8. Konfiguracja bloków I/O.

Następnie należy wybrać opcję Save and Compile, w celu zapamiętania wybranych

ustawień

9

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

Po zdefiniowaniu Hardware’u możemy przystąpić do pisania aplikacji. Odpowiednie

części kodu będą implementowane w blokach. Oprogramowanie SIMATIC umożliwia
programowanie liniowe, jak i strukturalne. W programowaniu liniowym cały kod zostaje
zapisany w jednym nadrzędnym bloku organizacyjnym, natomiast programowanie
strukturalne umożliwia korzystanie z wielu bloków funkcyjnych, które są wywoływane z
bloku nadrzędnego. Zaletami takiego rozwiązania jest:

• Zwiększenie przejrzystości kodu

• Ułatwienie programowania

• Uproszczenie możliwości testowania i modyfikacji

Poszczególne bloki możemy dodać z SIMATIC Managera wybierając: INSERT/ S7 BLOCK

Do dyspozycji mamy następujące bloki:

• Bloki organizacyjne – OB – stanowią interfejs pomiędzy systemem operacyjnym

sterownika a programem użytkownika. Blok OB1 jest blokiem nadrzędnym.
Zapisujemy w nim wywoływania bloków programowych.

• Funkcje – FC – realizują zadania sterownicze określone przez zapisany w niej

program. Określona funkcja może realizować te same zadania na różnych zmiennych.
Żeby wykonać funkcję dla określonych parametrów, należy ją wywołać w bloku
organizacyjnym lub innym bloku programowym.

• Bloki funkcyjne – FB – właściwości bloków są identyczne jak funkcji, FB posiadają

ponadto pamięć w postaci bloków danych.

• Bloki danych – DB – nie zawierają programów, przechowując dane, zbiory

parametrów, wyniki pomiarów, etc.

• Systemy bloków funkcyjnych/funkcji – SFB/SFC – zintegrowane, dostarczone przez

producenta bloki, które mogą być wykorzystywane w programie. Zapisane są w
jednostce centralnej, nie ma możliwości ich modyfikacji.

10

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

3. STEP7 Ladder Logic (LAD)

3.1 PRZYKŁADOWE ZADANIA

3.1.1 Sterowanie taśmą produkcyjną:

Rysunek 9. Sterowanie taśmą produkcyjną.

Powyższy rysunek przedstawia taśmę, która będzie sterowana elektrycznie. Zostały

wyszczególnione 2 przyciski na początku taśmy: S1 dla START i S2 dla STOP. Na
końcu taśmy również mamy przyciski: S3 dla START i S4 dla STOP. Naszym zadaniem
jest stworzenie sterowania, które umożliwi załączenie i wyłączenie taśmy z obu jej
końców, ponadto czujnik S5 zatrzyma taśmę, gdy transportowany ładunek osiągnie jej
koniec.

Programując możesz po uprzednim zdefiniowaniu odnosić się do symboli lub do

adresów absolutnych. Może będziesz potrzebował tabeli aby odpowiednio dobrać adresy
absolutne:

Rysunek 10. Pomocnicza tablica zmiennych.

11

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

Logika Ladder do sterowania taśmą produkcyjną:

Przy włączeniu przycisku
S1 lub S3 silnik taśmy
zostanie włączony











Przy włączaniu przycisku
S2 lub S4 silnik taśmy
zostanie wyłączony. Gdy
element przerwie czujnik
S5 cewka stanie się
‘normalnie

zwarta’,

zatem

silnik

również

zostanie wyłączony.

12

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

3.1.2 Detekcja kierunku ruchu taśmy produkcyjnej:

Rysunek 11. Detekcja kierunku ruchu taśmy.

Powyższy

rysunek

przedstawia

taśmę

produkcyjną

wyposażoną

w

dwa

fotoelektryczne czujniki (PEB1 i PEB2) które zostały tu umieszczone w celu określenia
kierunku przesuwania się paczek na taśmie. Każdy czujnik pracuje jako cewka normalnie
rozwarta.

Programując możesz po uprzednim zdefiniowaniu odnosić się do symboli lub do

adresów absolutnych. Może będziesz potrzebował tabeli aby odpowiednio dobrać adresy
absolutne:

Rysunek 12. Pomocnicza tablica zmiennych.

13

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

Logika Ladder do określania kierunku ruchu taśmy:

Dla ‘Network 1’; jeżeli sygnał z czujnika ruchu (I 0.0) zmieni swój stan z ‘0’ na ‘1’, a

czujnik ruchu (I 0.1) nie wykryje żadnej zmiany to załączy nam się kontrolka (Q 4.1) co
oznacza, że taśma przesuwa się w lewo. Analogiczna sytuacja występuje dla drugiego
kierunku (Network 2).

Jeżeli oba czujniki przekazują stan ‘0’ to znaczy, że nie ma paczki pomiędzy czujnikami,
zatem wskaźnik kierunku ruchu taśmy wyłącza się.

14

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

Gdy na wejściu R (reset) zostanie zauważona zmiana z „0” na „1” wartość licznika zostanie
ustawiona na „0”. MW200 zawiera aktualną wartość licznika C1. Q12.1 wskazuje „Storage
area not empty”

3.1.3 Liczniki i bloki porównań:

Rysunek 13. Liczniki i bloki porównań.

Powyższy rysunek przedstawia dwie taśmy, oraz obszar pomiędzy nimi. Taśma 1

dostarcza paczki do obszaru składowego. Czujnik na końcu taśmy 1 w pobliżu obszaru
składowego stwierdza, ile paczek zostało dostarczonych do obszaru składowego.

Taśma 2 transportuje paczki do obszaru załadunkowego, gdzie ciężarówki są

ładowane, aby zawieść towar do odbiorców. Czujnik na początku taśmy 2 stwierdza, ile
paczek zostało wysłanych do obszaru załadunkowego. Panel z lampkami informuje o
stopniu wypełnienia obszaru składowego.

Licznik C1 liczy w górę gdy na wejściu
CU (count up) zanotowane zostanie
przejście z „0” na „1”, liczy w dół gdy
na

wejściu

CD

(count

down)

zanotowane zostanie przejście z „0” na
„1”. Gdy na wejściu S (set) zostanie
zauważona zmiana stanu z „0” na „1” to
licznik przyjmie wartość wpisaną do PV
(preset value).

15

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

Styk normalnie zwarty Q12.1 w Network 2 odpowiada za sygnalizator „Storage area

empty”.

Dla Network 3 zastosowane jest porównanie. Jeżeli 50 jest mniejsze bądź równe

wartości licznika sygnalizator „Storage area 50% full” zostanie podświetlony.

Dla Networ 4 i 5 zastosowane zostały podobne bloki porównań.

0

16

Koło Naukowe Elektronicznych
i Komputerowych Systemów Automatyki

4. ZADANIA DO WYKONANIA

4.1.

Stwórz nowy projekt w STEP7, ustal hardware, połącz się ze sterownikiem za

pomocą wejścia MPI.

4.2.

Stwórz prostą logikę (bramki OR, AND, XOR).

4.3.

Sprawdź działanie przykładów, na tej podstawie rozpoznaj właściwości bloku

Timerów i Counterów.

4.4.

Postaraj się utworzyć logikę odpowiadającą za rozruch silnika

wykorzystującego przełącznik „gwiazda – trójkąt”

5. BIBLIOGRAFIA

1. Obszerne informacje na temat nawiązywania komunikacje ze sterownikiem oraz

pierwsze kroki w środowisku STEP-7 http://www.plcdev.com/book/export/html/373

2. SIEMENS manual, opisujący programowanie w STEP-7

http://www.scribd.com/doc/11032773/STEP-7-Programming-With-STEP-7

[dokumentacja nr 6ES7810-4CA08-8BW0]

3. W instrukcji wykorzystano screeny z dokumentacji nr 6ES7810-4CA08-8BW1