Siemens S7-1500. С чего бы начать?

Прежде всего отмечу, что эта заметка не рассчитана на домащних любителей — вряд ли у кого завалялся дома сименсовский контроллер, хотя бы S7-200. Заметка, возможно, поможет тем, кто начинает (как и я) осваивать программирование контроллеров Siemens для обучения или применения знаний в обслуживании контроллеров. Эти контроллеры стоят на самой разнообразной технике, и иметь хотя бы минимальное представление об их работе и программировании будет, несомненно, полезно.

Описываемая конструкция (пункт пропуска) базируется на стенде Festo, который оснащен контроллером CPU 1512C-1 PN, имеет набор датчиков и пневматических исполнительных механизмов, а также программное обеспечение TIA Portal V15 (Totally Integrated Automation Portal).

1. Создание нового проекта

Начать, конечно, следует с создания проекта. Сделать это очень просто: в меню программы выбрать Progect -> New (рис. 1).

Рис. 1. Создание нового проекта.

В открывшемся диалоговом окне заполнить соответствующие графы и нажать кнопку Create (см. рис. 2).

Рис. 2.

После этого проект будет создан и нам надо бы его чем-нибудь наполнить. Поэтому выберем в окне проекта gate_1500 строку Add new device (см. рис. 3.)

Рис. 3. Добавление устройства в проект.

Первое устройство, которое надо вставить в проект — это собственно контроллер. Сначала внимательно прочитайте на корпусе имеющегося у вас контроллера его полное наименование (см. рис. 4).

Рис. 4. Маркировка контроллера.

Выбрав пункт Add new device в открывшемся диалоговом окне нажимаем (если надо) кнопку Controllers и в открывшемся списке ищем наш контроллер.

Рис. 5. Список контроллеров.

Искать надо по полному наименованию, включая article number (в нашем случае — 6ES7 512-1CK01-0AB0) (см. рис. 6).

Рис. 6.

После выбора контроллера в проект автоматически добавляются все дополнительные блоки, входящие в данную комплектацию (см. рис. 7).

Рис. 7.

В нашем случае это модуль аналогового ввода/вывода и два модуля цифрового ввода/вывода.

Рис. 8.

Для работы со схемой будем использовать цифровой модуль DI-16/DQ-16_2 (Module). Выделим его мышкой (рис. 8) и перейдем на вкладку IO tags (см. рис. 9).

Рис. 9.

Теперь можно начинать заполнение таблицы контроллера, однако перед тем, как перейти к занесению параметров, рассмотрим схему, которую будем программировать.

2. Электрическая и пневматическая схема пункта пропуска

Нашей задачей является программирование пункта пропуска автотранспорта со шлагбаумом. Схема приведена на рис. 10.

Рис. 10. Электрическая и пневматическая схема пункта пропуска автотранспорта.
(увеличенное изображение)

Назначение элементов схемы следующее.

1. Оптический датчик S1 InBusy предназначен для определения наличия препятствия в полосе шлагбаума. Работает в цикле закрытия шлагбаума и при открытом по сработавшему сигналу InRfid или InBack. При срабатывании прекращается цикл закрытия шлагбаума, шлагбаум открывается и ждет освобождения проезда, после чего закрывается. Предназначен для предотвращения повреждения транспорта и шлагбаума и нанесения травм персоналу.

2. Магнитный датчик S2 InRfid предназначен для сканирования пропуска (в качестве "пропуска" используется любая металлическая деталь). При срабатывании датчика шлагбаум открывается, в течение 30 сек. ожидает проезда транспорта. Если транспорт за 30 сек. не пересек линию шлагбаума (не сработал датчик InBusy), то шлагбаум через 30 сек. закрывается. Если транспорт пересек линию шлагбаума раньше окончания этого интервала, то через 3 сек. после освобождения проезда шлагбаум закрывается.

3. Магнитный датчик S3 InBack работает аналогично датчику InRfid, только открывает проезд для выезда транспорта.

4. Выключатель сигнала пожарной тревого S4 InFire предназначен для обеспечения свободной эвакуации персонала, транспорта и прибытия спасательной техники. При срабатывании InFire шлагбаум открывается и остается в открытом положении до снятия сигнала.

5. Электромагнитный распределитель воздуха M1 предназначен для подачи воздуха на входы OPEN и CLOSE шлагбаума A1 в зависимости от того, что требуется сделать: закрыть или открыть шлагбаум. Электромагнит K1.1 и клапан M1.1 Qclose должны сработать при необходимости закрыть шлагбаум, а электромагнит K1.2 и клапан M1.2 Qopen должны сработать при необходимости открыть шлагбаум

6. Магнитный датчик S5.1 InClose фиксирует закрытое положение шлагбаума. Срабатывает, когда шлагбаум находится в закрытом положении.

7. Магнитный датчик S5.2 InOpen фиксирует открытое положение шлагбаума. Срабатывает, когда шлагбаум находится в открытом положении.

8. Пневматический дроссель V1 регулирует давление на открытие шлагбаума. Регулируется так, чтобы врема перехода шлагбаума из закрытого в открытое положение составляло 2-3 сек.

9. Пневматический дроссель V2 регулирует давление на закрытие шлагбаума. Регулируется так, чтобы врема перехода шлагбаума из открытого в закрытое положение составляло 2-3 сек.

10. Распределитель V3 предназначен для отвода воздуха на измеритель давления InPressure. Измерение производится при закрывании шлагбаума и служит для предотвращения поломки шлагбаума и транспорта в том случае, если шлагбаум при закрытии упрется в препятствие.

11. Датчик давления S6 InPressure измеряет давление воздуха при закрытии шлагбаума. Если давление будет выше установленного, шлагбаум должен открыться. Установка давления срабатывания должна составлять 2Pзакр.

12. Сигнальная лампа EL1 Qfire предназначена для индикации сигнала пожарной тревоги. Зажигается при срабатывании выключателя пожарной тревоги InFire.

13. Шлагбаум A1. Управляется подачей воздуха на пневмовходы OPEN и CLOSE. На шлагбауме установлены датчики крайних положений: закрытого InClose и открытого InOpen.

14. Распределитель воздуха V1 с электромагнитным управлением с помощью клапанов M1.1 и M1.2, которые определяют направление подачи воздуха.

Исходное положение шлагбаума, в которое он устанавливается при включении питания (при условии, что нет сработавших датчиков) — закрытое. Блок-схема программы приведена на рис. 11.

Рис. 11.
(увеличенное изображение)

Лично мне больше нравится работать не с блок-схемой, которую довольно сложно составлять и в которую с легкостью закрадываются ошибки, а с таблицей истинности. Таблица истинности основного блока приведена в табл. 1.

В таблице 2. приведено описание сигналов.

Отдельно остановимся на сигнале Free, который отсутствует в описании датчиков.

3. Обозначение входов/выходов контроллера

Теперь вернемся к проекту. Первая задача — описать все используемые в схеме входы/выходы. Для этого на вкладке IO tags введем обозначения сигналов в соответствии с принципиальной схемой (рис. 12).

Рис. 12.

Кроме обозначений сигналов полезно в поле Comment ввести короткое описание сигнала (рис. 13).

Рис. 13.

Следующий шаг — описание сигналов функционального блока, который надо вставить в основной блок Main (OB1).

4. Добавление функциональных блоков

Добавление дополнительных блоков — операция необязательная, особенно в случае несложных схем. Однако в нашем варианте логику работы части схемы проще запрограммировать не элементами, а программным кодом. Поэтому займемся созданием нового блока.

Рис. 14.

Пока что наш основной блок и его цепь Network 1 совершенно пустые (рис. 14). Выбираем Add new block и в появившемся окне кнопкой Function block устанавливаем параметры блока (рис. 15).

Рис. 15.

Нажав кнопку OK мы увидим, что в списке Program blocks появилась строка Block_1 (FB1). В таблицу Block_1 необходимо занести имена входов/выходов блока FB1 (рис. 16), в соответствии с именами, которые ранее заносили при описании модуля DI-16/DQ-16_2 (Module).

Рис. 16.

Отличие заключается в том, что для блока цифрового ввода/вывода заносили имена для физических входов, которые будут соединяться с соответствующими датчиками и исполнительными механизмами, а для блока FB1 записываем логические имена, которые будут соединяться как с физическими, так и с программными входами или ячейками памяти контроллера с помощью соединений на схеме OB1.

Рис. 17.

Следует отметить, что формат блока зависит от выбора языка (Language). Если выбран язык не SCL, а LAD, предполагающий программирование функциональными блоками, то вид блока будет аналогичен блоку OB1 (см. рис. 17 и 18).

Рис. 18.

Теперь можно перетащить блок FB1 в цепь Network1, ухватив его мышкой. Если все сделано правильно, то на линии цепи Network1 появится зеленый квадратик, указывающий, куда можно поставить наш новый блок (см. рис. 19).

Рис. 19.

При установке блока FB1 в цепь Network1 блока OB1появляется окно, сообщающее о создании блока данных DB1 для функционального блока FB1 (см. рис. 20).

Рис. 20.

После подтверждения создания блока данных кнопкой OK в нашем проекте появляется блок данных DB1, а на схеме цепи Network1 — функциональный блок FB1 с привязанной к нему базой DB1 (см. рис. 21).

Рис. 21.

Красной линией на рисунке обведены элементы, которые мы будем устанавливать в нашу схему Network1. Это, так сказать, "часто используемые" элементы. Полный список возможных элементов схемы рассмотрим позже, а пока ознакомимся с тем, как "подключать" входы/выходы функционального блока к реальным входам/выходам контроллера.

Рис. 22.

На рис. 22 показано, как подключать входы. Для этого следует вписать обозначение входа контроллера в поле false с соответствующим наименованием.

Рис. 23.

При вводе в поле ввода входа/выхода начальных символов, совпадающих с существующим названием входа (выхода), выводится список имен (рис. 23) из которого можно выбрать нужное курсором.

Рис. 24.

Это имя (на рис. 24 это InFire) будет подставлено в поле ввода.

5. Добавление входов в функциональный блок

В процессе разработки программы контроллера может потребоваться добавить сигнал входа/выхода. Ввод нового сигнала производится на вкладке Block_1 (FB1) (см. рис. 25).

Рис. 25.

Для добавления новой строки в левой верхней части окна блока есть кнопка Add row (на рисунке обведена красной линией). На вкладке Block_1_DB (DB1) кнопка добавления строки для ввода неактивна (см. рис. 26).

Рис. 26.

Введем в схему дополнительный сигнал ввода/вывода Trigger1 (см. рис. 27).

Рис. 27.

Однако на вкладке Block_1_DB (DB1) этот сигнал не появился, потому что требуется обновить блок данных.

Рис. 28.

Для этого в меню, вызываемом по правой кнопке мышки следует выбрать пункт Update interface (см. рис. 28), после чего в списке блока данных DB1 появится сигнал Trigger1 (см. рис. 29).

Рис. 29.

Но и этого недостаточно. Необходимо обновить не только блок данных DB1, но и блок FB1, входящий в состав блока OB1. То, что это блок требует обновления можно увидеть по красному цвету окантовки блока FB1 на вкладке OB1 (рис. 30).

Рис. 30.

Также, как и при обновлении базы данных по правой кнопке мышки вызываем меню, в котором выбираем пункт Update block call (см. рис. 31).

Рис. 31.

При выполнении операции обновления на экран будет выведено состояние блока до и после синхронизации в виде формы Interface synchronization (см. рис. 32).

Рис. 32.

Если нас (а главное — компилятор) все устраивает, что видно по цвету формы в окне New interface, то нажимаем OK и смотрим на полученный результат (см. рис. 33).

Рис. 33.

6. Установка "навесных" элементов в схему.

То, что при программировании контроллера в разных блоках (и даже в одном блоке) можно использовать как программный код, так и логические элементы — огромное преимущество этого способа программирования. Рассмотрим, как можно устанавливать элементы на примере формирования сигнала Busy блока FB1.

Сначала опишем логику формирования сигнала Busy. Этот сигнал работает для предотвращения повреждения проезжающей через пункт пропуска техники, если шлагбаум начнет закрываться. Наличие помехи в полосе проезда фиксируется оптическим датчиком S1, который и формирует сигнал InBusy. Таким образом, сигнал Busy должен быть активен или в случае движения шлагбаума на закрывание, при этом при появлении сигнала InBusy шлагбаум должен менять направление движения на открывание, или тогда, когда шлагбаум находится в закрытом положении, при этом при появлении сигнала InBusy запрещается закрытие шлагбаума и он остается в закрытом положении.

Таблица истинности работы приведена в табл. 3, при этом используется промежуточный сигнал Trigger1.

Из таблицы видно, что сигнал Trigger1 сохраняет свое состояние в промежутке между появлением входных сигналов InOpen и InClose. Таким образом определяется направление движения шлагбаума на открытие или на закрытие. Такую комбинацию проще всего реализовать с помощью обычного RS-триггера, который будет вырабатывать сигнал Trigger1. А сигнал Trigger1 по схеме AND объединяется с сигналом InBusy для получения сигнала управления Busy.

Рис. 34.

Чтобы поместить на схеме блока OB1 RS-триггер, надо его найти. Для этого на вкладке Instructions открываем список Basic instructions и в нем открываем список Bit logic operations (см. рис. 34). И в открывшемся списке находим RS (см. рис. 35).

Рис. 35.

После этого, "ухватив" значок RS-триггера мышкой подключаем его ко входу Busy блока FB1. На вход R триггера заводим входной контакт, пока без обозначения (см. рис. 36).

Рис. 36.

Внутренний сигнал триггера на этом рисунке неправильный (InBusy) и его надо исправить на Trigger1. Для исправления в окошке параметра триггера в выпавшем списке выбираем строку "Block_1_DB" (см. рис. 37).

Рис. 37.

После выбора "Block_1_DB" появляется список сигналов блока FB1, где и выбираем сигнал Trigger1 (см. рис. 38).

Рис. 38.

Соответственно на схеме меняется внутренний сигнал триггера и, поставив последовательно с выходом триггера вход InBusy, организуем тем самым необходимую нам схему AND (см. рис. 39).

Рис. 39.

Примечание

В TIA portal используется два типа RS-подобных триггеров: RS и SR. Отличие этих триггеров заключается в реакции на присутствие активных уровней на входах R и S одновременно. В RS-триггере собранном на реальных логических элементах такая комбинация считается недопустимой и состояние на выходе устанавливается случайным образом.

В контроллерах Siemens в этом случае у триггера RS на выходе устанавливается TRUE, а у триггера SR — FALSE. При "включении питания" у обоих типов триггеров состояние выхода — FALSE.

В процессе работы не следует забывать делать две вещи. Во-первых компилировать проект, для чего используется кнопка Compile (см. рис. 40).

Рис. 40.

И во-вторых, в случае отсутствия ошибок компиляции (см. рис. 41) сохранять проект.

Рис. 41.

7. Проверка схемы с помощью симулятора PLC SIM.

Прежде всего следует убедиться в наличии установленной программы PLC SIM. Симулятор устанавливается отдельно, как правило после установки на рабочем столе присутствует как значок TIA portal, так и PLC SIM (см. рис. 42).

Рис. 42.

Если симулятор установлен, то в среде TIA portal его можно запустить кнопкой Start simulation (на рис. 43 кнопка обведена красной линией).

Рис. 43.

При запуске на экране появляется панель симулятора (рис. 44, слева вверху) и диалог поиска контроллера для загрузки в него проекта Extended download to device. И первый шаг — поиск нашего виртуального контроллера. Для запуска поиска надо нажать кнопку Start search (на рис. 44 отмечена стрелкой).

Рис. 44.

Обратите внимание, что на панели эмулятора контроллера отсутствует IP-адрес (рис. 45) и имя проекта. Дело в том, что симулятор использует свой собственный проект, который следует создать при запуске, а IP-адрес появится после того, как виртуальный контроллер будет "найден".

Рис. 45.

После нажатия кнопки Start search, если все сделано правильно, на экран выводится информация об обнаруженном контроллере и можно загружать в него проект, с помощью кнопки Load (на рис. 46. отмечена стрелкой).

Рис. 46.

Перед загрузкой выводится окно Load preview, где в очередной раз следует нажать кнопку Load (на рис. 47 обведена кружком).

Рис. 47.

После успешной загрузки проекта в контроллер (на рис. 48 подчеркнуто) можно выбрать вариант работы контроллера после загрузки — Start/Stop (на рис. 48 указан стрелкой). Пока не будем запускать контроллер, и, оставив режим No action, нажимаем кнопку Finish (на рис. 48 обведена).

Рис. 48.

Теперь приступим к созданию проекта симулятора, который необходим для получения доступа к физическим входам/выходам контроллера, что требуется при отладке проекта. Чтобы запустить проект симулятора на панели эмулятора контроллера надо нажать кнопку Switch to project view (на рис. 49 указана стрелкой).

Рис. 49.

Окно симулятора контроллера закрывается и вместо него открывается окно просмотра проекта PLC SIM, естественно, совершенно пустое (см. рис. 50). Как обычно, создаем новый проект (на рис. 50 указано стрелкой).

Рис. 50.

Чтобы не путаться, при создании проекта в стандартном диалоге (см. рис. 51) указываем имя проекта TIA portal. Проекты TIA portal и PLC SIM имеют разные расширения (.ap15_1 для TIA portal и .sim15_1 для симулятора), и хранятся в разных папках (в папке Automation для TIA portal и в папке Simulation для симулятора). Естественно, расширения указаны для версий 15.1.

Рис. 51.

В процессе создания проекта симулятор загружает в свой проект данные из проекта TIA portal и подключается к эмулятору контроллера. В строке состояния проекта симулятора выводится адрес подключения и индикатор, показывающий обмен данными между контроллером и проектом TIA portal (см. рис. 52).

Рис. 52.

Раскрываем окно Project tree, для чего нажимаем кнопку Expand (на рис. 53. указана стрелкой).

Рис. 53.

Чтобы получить доступ к сигналам контроллера нам следует заполнить таблицу SIM_table, которых может быть несколько. Для этого раскрываем список SIM_tables (см. рис. 54).

Рис. 54.

И в нем выбираем таблицу, имеющуюся по умолчанию — SIM_table_1 (см. рис. 55). Чтобы окну собственно таблицы на экране было доступно больше пространства, можем сложить окно Project tree кнопкой Collapse (на рис. 55 отмечена стрелкой).

Рис. 55.

В таблицу вписываем те сигналы, которые требуются для проверки работы проекта. В указанном примере это сигналы InClose и InOpen. Ввод имен сигналов ничем не отличается от работы в TIA portal. Их можно вводить вручную, либо выбирать из списка (см. рис. 56).

Рис. 56.

При необходимости можно вернуться к "компактному" виду, для этого следует нажать знак стрелки (на рис. 57 на него указывает красная стрелка) и затем выбрать значок Switch to compact view (на рис. 57 обведен красным кружком).

Рис. 57.

На появившемся окне контроллера теперь есть и IP-адрес и название проекта (см. рис. 58).

Рис. 58.

Остается перейти к мониторингу нашего проекта, для чего надо нажать кнопку Monitoring on/off (см. рис. 59).

Рис. 59.

При включенном мониторинге можно смотреть на прохождение сигналов по цепям схемы и блоков. Состояние FALSE показывается синей пунктироной линией, а TRUE — сплошной зеленой (см. рис. 60).

Рис. 60.

Чтобы управлять состоянием сигналов контроллера вернемся к таблице SIM_table_1 менеджера проектов PLC SIM. Для установки необходимого состояния сигнала есть два способа. Для установки постоянного уровня FALSE или TRUE в столбце Bits таблицы есть специальное поле, в котором можно установить/сбросить метку. Установленная метка соответствует состоянию TRUE, а сброшенная — состоянию FALSE. (стрелки на рис. 61).

Рис. 61.

Если требуется кратковременно изменять уровень с FALSE на TRUE, то для этого можно воспользоваться кнопкой в нижней части окна проекта (на рис. 61 обведена кружком). Название кнопки зависит от выбранного из списка SIM_table_1 параметра (на рисунке это InClose). Когда кнопка удерживается в нажатом состоянии соответствующий сигнал меняет свое состояние на TRUE.

Рис. 62.

Добавим в таблицу SIM_table_1 сигнал InBusy для проверки работы нашей схемы (см. рис. 62) и установим сигнал InOpen = TRUE (см. рис. 63).

Рис. 63.

Выход триггера установился в состояние TRUE, т. к. InOpen подается на вход S1 триггера. Но т. к. InBusy = FALSE на входе Busy блока FB1 по-прежнему остается состояние FALSE (см. рис. 63).

Рис. 64.

Теперь снимем сигнал InOpen, и убедимся, что выход триггера остался в состоянии TRUE, что соответствует логике работы RS-триггера (см. рис. 64).

Переведем сигнал InBusy в состояние TRUE и увидим, что на входе Busy FB1 появился уровень TRUE (см. рис. 65), таким образом при перемещении шлагбаума из открытого в закрытое положение появление помехи в полосе шлагбаума вызывает воявление TRUE на входе Busy.

Рис. 65.

Установим сигнал InBusy = FALSE, а сигнал InClose = TRUE (см. рис. 66, шлагбаум установлен в закрытое положение). Соответственно выход триггера стал равен FALSE.

Рис. 66.

Установив InBusy = TRUE можно убедиться, что при закрытом шлагбауме Busy = FALSE (см. рис. 67).

Рис. 67.

Если теперь сигнал InClose = FALSE (шлагбаум стал открываться, см. рис. 68), то Busy все равно останется FALSE даже при наличии InBusy = TRUE.

Рис. 68.

Слдедовательно логика работы схемы полностью соответствует таблице истинности из раздела 6. После проверки схемы остановим мониторинг кнопкой Monitoring on/off.

7. Формирование сигнала Free.

0001 IF (#Close = 0 AND #Fire = 0 AND #Busy = 0 AND #Free = 0) THEN
0002 // Statement section IF
0003 #GateClose:=TRUE;
0004 #GateOpen:=FALSE;
0005 ELSE
0006 #GateClose:=FALSE;
0007 IF ((#Open = 1) OR ((#Open = 0) AND (#Close = 1) AND (#Fire = 0) AND (#Busy
= 1) AND (#Free = 0)) OR ((#Open = 0) AND (#Close = 1) AND (#Fire = 0) AND
(#Busy = 0) AND (#Free = 0))) THEN
0008 // Statement section IF
0009 #GateOpen := 0;
0010 ELSE
0011 #GateOpen := 1;
0012 END_IF;
0013 END_IF;
0014 IF #Fire = 1 THEN
0015 // Statement section IF
0016 #GateFire := 1;
0017 ELSE
0018 #GateFire := 0;
0019 END_IF;