Контроллер siemens S1200

 

Содержание

 

Введение

На нашем рынке контроллеры предлагают десятки отечественных и зарубежных производителей. Вот далеко не полный перечень фирм, работающих в этом секторе рынка:

Зарубежные производители контроллеров: АВВ, Beckhoff, Foxboro, GE Fanuc Automation, Groupe Schneider, Emerson Process Management, Koyo Electronics, metso Automation, Honeywell, Matsushita, Moore Products, Motorola, Omron, PEP Modular Computers, Rockwell Automation, Siemens, Triconex, Toshiba, Yokogawa.

Отечественные производители контроллеров: "Автоваз", "Автоматика", "ВЕГА", "Волмаг", "ДЭП", "Завод электроники и механики", "ЗЭИМ Инжиниринг", "Интеравтоматика", "НВТ Автоматика", "Ниитеплоприбор", "ПИК ПРОГРЕСС", "ПИК ЗЕБРА", "РИУС", "Реалтайм", "Системотехника", "ТЕКОН", "Торнадо", "Трей", "Черноголовка", "Эмикон". ^[1]

В данной работе будет рассмотрен зарубежный контроллер Siemens S7-1200. Примеры областей его применения:   управление производственным оборудованием в различных областях промышленности, обмен данными между удалёнными объектами, задачи управления перемещением и позиционирование приводов, управление инженерными системами зданий и сооружений, задачи регулирования на основе PID –алгоритмов.

Будет проведен анализ их схем подключения. Рассмотрено как  у зарубежных контроллеров обозначаются модули, контакты на схемах; подобраны  модули под тип УСО 15, какой есть у Р-130. Также изучена программная часть.

 

 1 Аппаратная часть Siemens Simatic S7-1200

1.1 Структура

SIMATIC S7-1200 - это новое семейство микроконтроллеров для решения самых разных задач автоматизации малого уровня.

Состав SIMATIC S7-1200:

• Модуль центрального процессора (CPU). В серии S7-1200 используется 3 модели центральных процессоров, отличающихся производительностью, объемами встроенной памяти, количеством и видом встроенных входов и выходов и другими показателями. 
• Коммуникационные модули. Коммуникационные модули CM 1241 позволяют устанавливать PtP соединения между контроллером S7-1200 и контроллерами других производителей, принтерами, сканнерами, модемами и т.д. Модули имеют два исполнения с встроенным последовательным интерфейсом RS 232 или RS 485.
• Сигнальные модули SM. Сигнальные модули (модули расширения) позволяют адаптировать контроллер к требованиям решаемой задачи. Они позволяют увеличивать количество входов и выходов, с которыми работает центральный процессор, дополнять систему ввода-вывода дискретными и аналоговыми каналами с требуемыми параметрами входных и выходных сигналов.
• Сигнальные платы SB. По своему назначению сигнальные платы аналогичны сигнальным модулям. Они устанавливаются в специальный отсек на фронтальной панели центрального процессора и не изменяют установочных размеров корпуса.

 

 

• Блок питания PM 1207 с входным напряжением ~115/230 В, выходным напряжением =24 В и номинальным током нагрузки 2.5 А.
• Неуправляемый коммутатор Industrial Ethernet CSM 1277: 4x RJ45, 10/100 Мбит/с.
• Карты памяти SIMATIC Memory Card емкостью 2 или 24 Мбайт для расширения загружаемой памяти контроллера.
• Имитаторы с встроенными переключателями для имитации входных дискретных сигналов центрального процессора в процессе отладки программы. [3]

          

1.2 Анализ модулей ввода-вывода сигналов

Технологически контроллеры  SIMATIC S7-1200 имеют модульный тип исполнения. Сименс производит несколько видов модулей ввода-вывода серии Simatic S7-1200 для различных применений.

Модули ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов называются сигнальными и обозначаются двумя буквами SM и далее 4 цифры: первые две цифры обязательно 12 (так как S7-1200). Кроме того, есть другие модули:

Сигнальные: SM 1221- модуль ввода дискретных сигналов, SM 1222 – модуль вывода дискретных сигналов, SM 1223 – модуль ввода-вывода дискретных сигнала, SM 1231 – модуль ввода аналоговых сигналов, SM 1232 – модуль вывода аналоговых сигналов, SM 1234 – модуль ввода-вывода аналоговых сигналов.

Цифровые и аналоговые модули ввода, вывода при различных комбинациях количества, подключаемых к ним устройств, представлены в таблице 1. [3]

 

 

 

 

 Таблица 1 – Сводная таблица  модулей ввода, вывода Siemens S7-1200

Обозначение модуля	Число входов(выходов)
SM-1221 Цифровой ввод	8 DI = 24 В
	16 DI = 24 В
SM-1222 Цифровой вывод	8 DO (реле) =5…30 В (до 30 Вт)/ ~5…250 В (до 200 Вт), 2 А
	8 DO =24 B/ 0,5 A, до 5 Вт
	16 DO (реле) =5…30 В (до 30 Вт)/ ~5…250 В (до 200 Вт), 2 А
	16 DO =24 B/ 0,5 A, до 5 Вт
SM-1223 Цифровой ввод/вывод	8 DI =24 B + 8 DO (реле) =5…30 В  (до 30 Вт)/ ~5…250 В (до 200 Вт), 2 А
	8 DI =24 B + 8 DO =24 B/ 0,5 A, до 5 Вт
	8 DI ~120/230В + 8 DO (реле) =5-30В (до 30Вт)/ ~5-250В (до 200Вт), 2 А
	16 DI =24 B + 16 DO (реле) =5…30В  (до 30Вт)/ ~5…250В (до 200Вт), 2 А
	16 DI =24 B + 16 DO =24 B/ 0,5 A, до 5 В
SM-1231 Аналоговый ввод	±10 B, ±5 B, ±2.5 B, 0…20 мА/ 12 бит+знак	4 AI
		8AI
	Pt100/200/500/1000/10000, Ni100/120/1000, Cu10, 150/300/600Ом	4 AI
		8 AI
	Термопары J/K/S/T/R/E/N/C/TXK/XK(L), ±80мВ, 15 бит+знак	4 AI
		8 AI
SM-1232 Аналоговый вывод	±10 B/ 14 бит или 0…20 мА/ 13 бит	2 AO
		4 AO
SM-1234 Аналоговый ввод/вывод	4 AI ±10 B, ±5 B, ±2.5 B, 0…20 мА/ 12 бит+знак
	2 AO ±10 B/ 14 бит или 0…20 мА/ 13 бит

 

 

1.3 Схемы подключения модулей у Siemens S7-1200

 

Для рассмотрения схем подключения  подобран цифровой модуль ввода-вывода SM 1223, с количеством 16- и 32-канальные модули ввода-вывода дискретных сигналов.

Модули ввода-вывода дискретных сигналов выполняют:

-преобразование входных дискретных  сигналов контроллера во внутренние логические сигналы центрального процессора

- преобразование внутренних логических  сигналов центрального процессора  в выходные дискретные сигналы  контроллера.

Модули обмениваются данными через  заднюю шину и через нее получают питающее напряжение. Они соединяются друг с другом с помощью  шинных соединителей.

Фронтальные соединители предназначены  для подключения к контроллеру  внешних входных и выходных цепей. Соединитель подключается к модулю через разъем и закрывается защитной дверцей. Такая конструкция упрощает выполнение монтажных работ и позволяет производить замену модулей без демонтажа всех внешних соединений.

1.4 Эксплуатационные свойства Siemens S7-1200

Эксплуатационные характеристики промышленного контроллера Siemens S7-1200 приведены в таблице 2.[1]

Таблица 2

Характеристика	Значение
Диапазон рабочих температур
При  горизонтальной установке	0 ... 55 °C
При вертикальной установке	0 ... 45 °C
Диапазон температур (при влажности 95%)	-40 ... +70 °C (-25 ... +55 °C)
Испытательное напряжение изоляции:
цепи =5/24 В	~500 B
Цепи ~115/230 B по отношению  к земле	~1500 B
Цепи =~120/230 B по отношению  к цепям ~120/230 B	~1500 B
Цепи ~230 B по отношению  к цепям =5/24 B	~1500 B
Цепи ~115 B по отношению  к цепям =5/24 B	~1500 B
Электромагнитная совместимость:
Стойкость к шумам  по EN 50082-2	Испытания по:  IEC 801-2, IEC 801-3, IEC 801-4, EN 50141, EN 50204, IEC 801-5, VDE 0160
Генерируемые помехи по EN 50081-1 и EN 50081-2	Испытания по:  EN 55011, класс А, группа 1
Механические воздействия:
Вибрационные испытания	IEC 68, часть 2-6:  - 10 ... 57 Гц; постоянная амплитуда 0,3 мм  - 58 ... 150 Гц; постоянное ускорение 1g (установка на шине DIN) или 2g (крепление винтами)  - изменение частотных циклов со скоростью 1 октава/мин.  - продолжительность 10 частотных циклов на ось по трем взаимоперпендикулярным направлениям
Ударные испытания	IEC 68, часть 2-27:  - полусинусоидальные воздействия: амплитуда 15g (пиковое значение), длительность 11 мс, 6 ударов по каждой из трех взаимоперпендикулярных осей

 

 

2 Программная часть Siemens Simatic S7-1200

2.1 Языки программирования

Программируемый логический контроллер (ПЛК) контролирует нужную установку и управляет ею с помощью программы Step 7 Basic. К модулям ввода/ вывода в программе Step 7 Basic обращаются через адреса.

В базовый пакет программы STEP7 входят три пакета для программирования: FBD(FUP-немецкое название)- функциональный план, LAD(KOP) - контактный план, и STL(AWL) - список операторов.

FBD - это графический язык, использующий логические блоки известные из булевой алгебры, для представления логических операций. Пользователям, которые знакомы со схемотехникой, этот язык будет проще освоить.

LAD - это графический язык, здесь  в качестве команд используются  коммутационная схема, которая очень похожа на электротехническую схему. Данный язык легко позволяет проследить идущий сигнал между токовыми шинами, входами, выходами и командами.

STL - это текстовый язык программирования. Больше всего он подойдет людям,  владеющим компьютерными технологиями. Его операторы очень похоже на язык ассемблера, за которыми следуют адреса (операнды).

Для каждого созданного блока, можно  выбирать какой язык программирования использовать. В любом случае, всегда можно легко переключиться между FBD/LAD/STL. FBD и LAD всегда можно переключить в представление STL . Операторы, которые не могут быть представлены на данном языке, будут отображаться на языке STL.

 

 

Редакторы FBD/LAD/STL запускается из SIMATIC Manager. Прежде надо сначала создать в SIMATIC Manager проект, содержащий S7-программу. S7-программу можно создать так, чтобы она зависела или не зависела от аппаратных средств.

Создавая блоки одновременно выбирают редактор(язык), который хотят использовать. Для создания блока  необходимо сперва создать пустой блок, а затем открыть его с помощью редактора . Создать блок можно двумя способами:

1) В SIMATIC Manager  надо выбрать  папку ”Blocks” [“Блоки”] и вставить  желаемый тип блока, выбрав Insert > S7 Block ... [Вставить > Блок S7 ...].В диалоговом  окне ”Properties” [“Свойства”] нужно выбрать язык программирования. Новый блок появляется с правой стороны окна проекта.

2) Если вы в редакторе, создать  новый блок можно, выбрав File > New [Файл > Новый]. В появившемся  диалоговом окне Вам предлагается  определить требуемый тип ( и другие опции) и номер блока.

2.2 Язык FBD

Программа состоит из логических блоков и блоков данных. Логические блоки бывают: организационными(OB), функциональными(FB) и функциями(FC). Организационные блоки выполняют различные задачи. Для вашей задачи  выбирают блоки необходимые для вас.

Для выполнения основной задачи  потребуются:

- Блоки запуска (ОВ100, ОВ101)

- Блок циклической обработки  (ОВ1) здесь будет основная часть  программы.

- Блоки обработки ошибок (от OB80 до OB87, OB121, OB122), если не хотите, чтобы CPU переключался в STOP при возникновении ошибок.

- Организационные блоки для  обработки прерываний в CPU или  прерываний от процесса.

Функции и функциональные блоки. ОВ можно  программировать как структурную  программу создавая функции(FC) и функциональные блоки(FB) и вызывая их в кодовой части ОВ.

Функциональный блок (FB) - это логический блок "с памятью". В качестве памяти служит при этом соответствующий  функциональному блоку экземпляр  блока данных, в котором хранятся фактические параметры и статические данные функционального блока.

Функция (FC) - это логический блок "без  памяти", иными словами, без соответствующего экземпляра DB. После обработки FC его  выходные параметры содержат рассчитанные значения функции. Дальнейшее использование и сохранение фактических параметров после вызова полностью зависит от пользователя.

Блоки данных(DB) хранят данные программы пользователей. Существует два типа блоков данных: глобальные и экземпляры блоков данных.

К глобальным блокам данных возможен доступ из всех блоков программы

Экземпляры блоков данных ставятся в соответствие функциональным блокам и содержат помимо данных FB также  данные определенных при необходимости  мультиэкземпляров. Поэтому Вы должны обращаться к экземплярам блоков данных только в связи с этими функциональными блоками.

2.3 Некоторые стандартные блоки

Стандартные блоки (триггеры, счетчики, таймеры, математические операции и  т.д.) могут быть присоединены к двоичным логическим операциям (&, >=1, XOR). Блоки  сравнения являются исключением из этого правила. Отдельные логические операции не могут программироваться с отдельными выходами в одном сегменте. Однако, используя Т-образное ответвление, Вы можете сделать несколько присваиваний в одной последовательности логических операций.

Блок присваивания:

Логическая  операция И:  

Логическая операция ИЛИ: 

Логическая операция исключающее  ИЛИ:

Триггер SR:  Команда установки S , Команда сброса R

Прямой счет:

Команда Прямой счет увеличивает значение указанного счетчика на 1, когда  на RLO имеется положительный фронт (изменение с 0 на 1) и значение счетчика меньше 999.

Обратный счет:

2.4 Пример программы на языке FBD

1) Пример программы вычисления  дискриминанта на языке FBD по формуле: D=b²-4ac

Рисунок 1 – Программа подсчета дискриминанта

  
3 Архитектура контролера Siemens Simatic S7-1200

3.1 Классификация контроллеров