Podstawy programowania sterowników SIMATIC S7-1200 w języku SCL

Opis

Książka jest kompleksowym kursem programowania nowoczesnych sterowników PLC w języku SCL. Autor przygotował 20 ćwiczeń-przykładowych projektów, na podstawie których pokazuje jak rozwiązywać w języku SCL typowe problemy, na jakie napotykają programiści systemów automatyki.

Autor książki jest absolwentem wydziału Elektroniki i Telekomunikacji oraz Elektrotechniki Politechniki Białostockiej. Na co dzień zajmuje się tworzeniem oprogramowania dla sterowników przemysłowych firmy Siemens oraz przygotowaniem wizualizacji na panele HMI. Jest także autorem kilku artykułów w „Elektronice dla Wszystkich”. Od 2015 roku na stronie www.mistrzplc.pl prowadzi blog na temat programowania sterowników S7-1200 w języku S7-SCL. W wolnym czasie motocyklista i fan polskiej motoryzacji.

Wstęp

Autor, poznając język S7-SCL, był pełen podziwu dla jego możliwości i prostoty. Nasunęło się mu również pytanie, dlaczego ten język nie jest powszechnie stosowany na dużą skalę w automatyce? Tymczasem to brak literatury prowadzi do takiej sytuacji. Autor postara się w tej książce przełamać niewiedzę wielu osób co do możliwości tego języka. Spróbuje również pokazać, jak bardzo S7-SCL jest podobny do języka C, jak bardzo sterowniki przemysłowe PLC są podobne do mikrokontrolerów. Jak łatwo można „przesiąść się” na nowy typ urządzeń.

Wszystkie przykłady odwołują się do sterownika z rodziny S7-1200 model CPU 1211C (ang. Central Processing Unit). Autor postara się pokazać, że korzystając z języka S7-SCL, można zaprogramować sterownik serii S7-300 lub S7-1500 niemal identycznie. Pewne ograniczenia mogą wynikać jedynie z różnic sprzętowych,z czego wynika brak pewnych funkcji. Jednak kod programu ze sterownika S7-1200 bez problemu można przenieść na sterownik S7-1500. Dokumentacja [25] zawiera porównanie dostępności funkcji dla każdej jednostki występującej w rodzinie.

W rozdziale drugim opisano najważniejsze zagadnienia związane z własnym bezpieczeństwem przy pracy z urządzeniami elektrycznymi. Umieszczono najważniejsze informacje o sposobach korzystania ze wsparcia technicznego od firmy Siemens w przypadku jakichkolwiek problemów ze sprzętem lub oprogramowaniem. Umieszczono wskazówki pozwalające na uzyskanie płyty instalacyjnej środowiska TIA Portal V13. Opisano, jak zainstalować środowisko oraz uaktualnienie. Omówiono najważniejsze elementy TIA Portal konieczne do efektywnej pracy. Zaprezentowano krok po kroku, jak stworzyć projekt dla sterownika S7-1200 (typu CPU 1211C), na którym wykonano wszystkie ćwiczenia. Przedstawiono, jak skonfigurować ustawienia karty sieciowej w komputerze PC, aby zaprogramować sterownik przemysłowy. Omówiono sposób elektrycznego podłączenia i instrukcje programowania sterownika. Opisano charakterystykę sterownika wykorzystanego w ćwiczeniach. Zwięźle przedstawiono możliwe sposoby rozbudowy oraz wewnętrzne elementy składowe.

W rozdziale trzecim opisano cechy charakterystyczne języka S7-SCL. Przedstawiono sposoby definicji zmiennych oraz wbudowane funkcje do konwertowania (rzutowania) typów zmiennych. Przytoczono podstawowe operatory, instrukcje sterujące przepływem programu, tablice oraz struktury. Umieszczono także opis bardziej zaawansowanych funkcji wbudowanych w środowisko TIA Portal wraz z przykładami ich wykorzystania. Opisano metody i kryteria programowania. Podano wskazówki, jak nazywać funkcje i grupować je w foldery, aby uniezależnić się od sprzętu i zwiększyć przenośność kodu źródłowego. Dodano informacje o nazewnictwie i komentarzach do zmiennych.

W rozdziale czwartym przedstawiono różne sposoby wersjonowania projektu w środowisku TIA Portal oraz możliwości pracy wspólnej nad projektem dla kilku programistów. Opisano sposób porównywania całych projektów. Omówiono sposób instalacji i konfiguracji dodatkowego narzędzia wspomagającego wersjonowanie plików źródłowych projektu. Pokazano sposoby porównywania plików i przywracania wcześniejszych wersji, co jest zupełną nowością w automatyce. Zaprezentowano możliwości migracji projektów do najnowszej wersji środowiska. Zamieszczono sposób generowania dokumentacji dla tworzonego projektu. Podano sposób na archiwizację projektu.

W rozdziale piątym zamieszczono najważniejsze informacje o możliwościach debugowania kodu programu z różnych bloków w trybie offline oraz online. Szczegółowo omówiono możliwości diagnostyki i konfiguracji sterownika w trybie online. Przedstawiono sposoby przyśpieszające prace ze środowiskiem TIA Portal. W przykładowych projektach pokazano wykorzystanie zdobytej wiedzy teoretycznej w praktycznych aplikacjach przemysłowych, które zleca zakład produkcyjny. Poziom trudności spowodował podział ćwiczeń na podstawowe oraz średnio za awansowane.

Rozdział szósty opisuje wbudowane strony www pozwalające na diagnostykę sterownika. Omówiono tworzenie stron użytkownika i pokazano praktyczny przykład takiej strony. Utworzono projekt odczytujący informacje związane z diagnostyką sterownika, pokazano w nim sposób nadania adresu IP z poziomu kodu programu. Zamieszczono projekt inteligentnego domu, implementujący sterowanie oświetleniem w standardowy sposób, jak również za pomocą strony www użytkownika. W projekcie pokazano praktyczny sposób wykorzystania dziennika zdarzeń oraz receptur.

Spis treści

Przedmowa / 12
Wstęp / 15

1. Pierwsze kroki / 17
1.1. Własne bezpieczeństwo / 18
1.2. Wsparcie techniczne / 19
1.3. Instalacja i konfiguracja pakietu TIA Portal V13 / 20
1.3.1. Opis części składowych środowiska TIA Portal / 21
1.3.2. Dostępna pomoc w środowisku / 27
1.3.3. Konfiguracja środowiska / 28
1.4. Menadżer licencji / 28
1.5. Automatyczne aktualizacje / 28
1.6. Pierwszy projekt / 29
1.6.1. Dodanie sterownika / 29
1.6.2. Konfiguracja sterownika / 31
1.6.3. Tworzenie funkcji i bloków danych / 33
1.6.4. Konfiguracja komputera PC / 41
1.6.5. Podłączenie elektryczne sterownika / 41
1.6.6. Programowanie sterownika / 44
1.6.7. Zadania / 48
1.7. Sterowniki firmy Siemens / 48
1.7.1. Charakterystyka ogólna / 48
1.7.1.1. Zestaw startowy – wprowadzenie do S7-1200 / 50
1.7.1.2. Rozbudowa sterownika / 51
1.7.1.3. Cykl programu oraz tryby pracy sterownika / 54
1.7.2. Budowa wewnętrzna / 56
1.7.2.1. Pamięć / 56
1.7.2.2. Przerwania / 58
1.7.2.3. Timery / 61
1.7.2.3.1. Przerwania cykliczne / 61
1.7.2.3.2. Licznik / 62
1.7.2.3.3. PWM / 63
1.7.2.3.4. PTO / 65
1.7.2.3.5. Generowanie sprzętowych opóźnień / 65
1.7.2.3.6. Przerwanie o określonej porze dnia / 66
1.7.2.4. Zegar czasu rzeczywistego / 68
1.7.2.5. Przetwornik ADC / 69
1.7.2.6. Watchdog – kontrola nad cyklem programu / 71
1.7.2.7. Błędy diagnostyczne / 73
1.7.2.8. Komunikacja / 74
1.7.2.9. Zabezpieczenia / 75
1.7.2.10. Karta pamięci / 76
1.7.2.11. Bootloader – zdalne programowanie / 78

2. Język S7-SCL dla sterowników PLC / 79
2.1. Podstawy / 80
2.1.1. Komentarze / 80
2.1.2. Typy zmiennych / 81
2.1.2.1. Konwersja typów / 84
2.1.3. Deklarowanie zmiennych / 85
2.1.4. Deklarowanie stałych / 91
2.1.4.1. Stałe w PLC tags / 91
2.1.4.2. Stałe w blokach / 91
2.1.5. Zakres widoczności zmiennych / 92
2.1.6. Operatory / 93
2.1.6.1. Arytmetyczne / 93
2.1.6.1.1. Modulo MOD / 94
2.1.6.2. Logiczne / 95
2.1.6.3. Binarne / 97
2.1.7. Priorytety operatorów / 106
2.1.8. Instrukcje sterujące / 107
2.1.8.1. Instrukcja warunkowa IF, ELSE / 107
2.1.8.2. CASE.OF / 109
2.1.8.3. Pętla WHILE.DO / 110
2.1.8.4. Pętla REPEAT.UNTIL / 110
2.1.8.5. Pętla FOR / 111
2.1.8.6. Instrukcja EXIT / 112
2.1.8.7. Instrukcja CONTINUE / 113
2.1.8.8. Instrukcja RETURN / 113
2.1.8.9. Instrukcja GOTO / 113
2.1.9. Tablice / 114
2.1.9.1. Tablice wielowymiarowe / 115
2.1.10. Struktury / 116
2.1.11. Typ wyliczeniowy / 118
2.2. Programowanie zaawansowane / 119
2.2.1. Wskaźniki – adresowanie pośrednie / 119
2.2.2. Funkcje timerowe / 123
2.2.2.1. TP (Generate pulse) / 123
2.2.2.2. TON (Generate on-delay) / 124
2.2.2.3. TOF (Generate off-delay) / 124
2.2.2.4. TONR (Time accumulator) / 125
2.2.2.5. Funkcje wspomagające / 126
2.2.3. Funkcje licznikowe / 127
2.2.3.1. CTU (Count up) / 127
2.2.3.2. CTD (Counter down) / 127
2.2.3.3. CTUD (Count up and down) / 128
2.2.4. Funkcje matematyczne / 129
2.2.5. Funkcje konwersji liczb zmiennoprzecinkowych / 133
2.2.6. Funkcje konwersji łańcuchów znaków / 134
2.2.7. Wykrywanie zboczy sygnałów / 138
2.2.8. Podstawy regulacji / 139
2.2.9. Diagnostyka / 141
2.2.9.1. Odczyt statusu diod LED / 141
2.2.9.2. Funkcja GET_DIAG() / 143
2.2.9.3. Funkcja GET_ERROR() / 144
2.2.10. Dzienniki zdarzeń / 146
2.2.11. Koncepcja programowania / 146
2.2.12. Wskazówki organizacji kodu w projekcie / 154

3. Zarządzanie projektem / 159
3.1. Wersjonowanie plików w TIA Portal / 160
3.1.1. Biblioteka funkcji w projekcie / 160
3.1.2. Projekt wzorcowy / 166
3.2. Zewnętrzny system wersjonowania / 169
3.2.1. Konfiguracja / 170
3.2.2. Praca z SVN / 174
3.3. Struktura plików SCL / 178
3.3.1. Bloki funkcji / 178
3.3.2. Bloki danych / 181
3.3.3. Struktury / 182
3.4. Migracja projektów / 183
3.5. Generowanie dokumentacji / 186
3.6. Archiwizacja projektu / 187

4. Przykładowe zadania projektowe / 189
4.1. Debugowanie programu / 190
4.1.1. Opis pasków narzędzi / 190
4.1.1.1. PLC tags / 190
4.1.1.2. Bloki OB, FC, FB / 192
4.1.1.3. Blok danych DB / 195
4.1.2. Lista powiązań danych / 196
4.1.3. Szczegóły o kodzie programu / 196
4.1.3.1. Struktura wywołań / 196
4.1.3.2. Drzewo zależności / 197
4.1.3.3. Lista przypisań / 198
4.1.3.4. Zasoby / 200
4.1.4. Połączenie się online ze sterownikiem / 200
4.1.5. Porównanie projektu offline z online / 203
4.1.6. Podgląd stanu konfiguracji sprzętowej / 203
4.1.7. Podgląd wykonywanego programu / 204
4.1.8. Tablice wymuszeń / 205
4.1.9. Tablice monitorujące / 207
4.1.10. Praca z blokami danych DB / 209
4.1.10.1. Przechwytywanie wartości / 209
4.1.10.2. Ponowna inicjalizacja / 209
4.1.10.3. Download bez reinicjalizacji / 211
4.1.11. Analizator logiczny / 212
4.1.12. Praca z projektem podczas połączenia online ze sterownikiem / 215
4.2. Diagnostyka i konfiguracja sterownika w trybie online / 216
4.2.1. Narzędzia online / 216
4.2.2. Zakładka Diagnostics w oknie inspektora / 217
4.2.3. Bufor diagnostyczny / 218
4.2.4. Czas cyklu / 218
4.2.5. Pamięć / 220
4.2.6. Interfejs PROFINET / 220
4.2.6.1. Adresy / 220
4.2.6.2. Porty / 221
4.2.7. Nadanie adresu IP / 221
4.2.8. Ustawienie czasu i daty / 222
4.2.9. Aktualizacja firmware’u / 222
4.2.10. Nadanie nazwy / 224
4.2.11. Przywrócenie ustawień fabrycznych / 224
4.3. Wyszukiwanie urządzeń w sieci / 225
4.4. Upload programu ze sterownika do projektu / 226
4.5. Download w trybie RUN / 230
4.6. Symulator sterownika / 232
4.7. Przyspieszenie pracy programisty / 237
4.7.1. AutoSaver / 237
4.7.2. Podział obszaru roboczego / 238
4.7.3. Najważniejsze skróty klawiaturowe / 238
4.8. Tworzenie szablonu projektu / 243
4.9. Ćwiczenia podstawowe / 248
4.9.1. Kontrola furtki – rozgrzewka / 248
4.9.2. Sterowanie wiertarką – operator AND / 252
4.9.3. Kontrola oświetlenia – operator OR / 255
4.9.3.1. Zadania / 258
4.9.4. Popychacz – przerzutnik SR / 258
4.9.4.1. Zadania / 261
4.9.5. Kontrola taśmociągu / 263
4.9.5.1. Zadania / 267
4.9.6. Kontrola miejsc na parkingu – liczniki / 267
4.9.6.1. Zadania / 274
4.9.7. Kontrola wiertarki – timer TON / 274
4.9.7.1. Zadania / 275
4.9.8. Sygnalizacja ostrzegawcza – generator sygnału zegarowego / 275
4.9.8.1. Zadania / 280
4.9.9. Przepompownia wody – maszyna stanów / 280
4.9.9.1. Zadania / 289
4.10. Ćwiczenia średnio zaawansowane / 290
4.10.1. Rejestracja osób w sklepie – sprzętowe przerwania / 290
4.10.1.1. Zadania / 299
4.10.2. Otwieranie furtki oraz bramy – przerwania Time of day oraz Time delay interrupt / 299
4.10.2.1. Zadania / 306
4.10.3. Oszczędne pomieszczenie – przetwornik ADC oraz przerwanie diagnostyczne / 306
4.10.3.1. Zadania / 318
4.10.4. Sygnalizacja informacyjna – PWM / 319
4.10.4.1. Zadania / 324
4.10.5. Linia technologiczna – sprzętowe szybkie liczniki / 326
4.10.5.1. Singel counter / 329
4.10.5.2. Frequency / 333
4.10.5.3. A/B counter / 335
4.10.5.4. Programowa obsługa enkodera / 340
4.10.5.5. Zadania / 342
4.10.6. Kocioł centralnego ogrzewania – regulator PID / 342
4.10.6.1. Dobór typu regulatora do obiektu / 348
4.10.6.2. Regulator PID_Compact / 350
4.10.6.3. Programowy regulator PID / 361
4.10.6.4. Zadania / 376
4.10.7. Zdalne sterowanie – modbus TCP / 376
4.10.7.1. MODBUS serwer w sterowniku PLC / 377
4.10.7.2. MODBUS klient na komputerze klasy PC / 379
4.10.7.3. Zadania / 381
4.10.8. Zdalne sterowanie – funkcja TSEND_C() oraz TRCV_C() / 382
4.10.8.1. Konfiguracja funkcji w sterowniku PLC / 382
4.10.8.2. Wykorzystanie aplikacji testowej połączenia na komputerze klasy PC / 393
4.10.8.3. Zadania / 395
4.10.9. Raportowanie procesu – serwer FTP / 395
4.10.9.1. Funkcje komunikujące się z serwerem / 396
4.10.9.2. Zapis danych na serwer / 398
4.10.9.3. Odczyt danych z serwera / 407
4.10.9.4. Zadania / 410
4.10.10. Akwizycja danych – programowy RS-232 / 411
4.10.10.1. Opis protokołu / 414
4.10.10.2. Implementacja stałych / 415
4.10.10.3. Implementacja odbioru / 417
4.10.10.4. Implementacja wysyłania422
4.10.10.5. Odczyt danych identyfikacyjnych sterownika / 425
4.10.10.6. Zadania / 431
4.10.11. Prezentacja sterownika – rozbudowa o płytkę sygnałową / 431
4.10.11.1. Program Demo / 433
4.10.11.2. Zadania / 434
4.11. Zadanie – linia transportowa / 434

5. Wstęp do wizualizacji / 437
5.1. Konfiguracja Web Servera / 438
5.2. Standardowe strony Web Servera / 440
5.2.1. Introduction / 440
5.2.2. Start / 442
5.2.3. Identification / 443
5.2.4. Diagnostic Buffer / 443
5.2.5. Module Information / 443
5.2.6. Communication / 446
5.2.7. Variable Status / 447
5.2.8. File Browser / 448
5.2.8.1. DataLogs / 448
5.2.8.2. Recipes / 449
5.2.9. User pages / 449
5.3. Strony użytkownika / 449
5.3.1. Szablon strony / 450
5.3.1.1. Rodzaj języka / 451
5.3.1.2. Znaczniki dokumentu / 451
5.3.1.3. Dołączanie informacji / 451
5.3.1.4. Treść strony / 452
5.3.2. Hello World – pierwsza strona użytkownika / 452
5.3.3. Uruchomienie strony użytkownika / 453
5.3.4. Polecenia AWP / 456
5.3.4.1. Strona Read / 456
5.3.4.2. Strona Write / 458
5.3.4.3. Strona Enum / 460
5.4. Diagnostyka sterownika – projekt / 462
5.4.1. Program w sterowniku / 463
5.4.1.1. Warstwa sprzętowa / 463
5.4.1.1.1. Moduł Digital IO / 464
5.4.1.1.2. Moduł LED / 464
5.4.1.1.3. Moduł RDREC / 464
5.4.1.1.4. Moduł Runtime / 465
5.4.1.1.5. Moduł Set IP / 466
5.4.1.1.6. Moduł Other / 468
5.4.1.2. Warstwa wizualizacji / 469
5.4.1.2.1. Moduł Digital IO / 469
5.4.1.2.2. Warstwa Error / 470
5.4.1.2.3. Moduł IP / 471
5.4.1.2.4. Moduł LED / 472
5.4.1.2.5. Moduł PLC Identification / 472
5.4.1.2.6. Moduł Runtime / 473
5.4.1.2.7. Moduł Stop PLC / 473
5.4.1.3. Warstwa błędów / 473
5.4.1.3.1. Moduł GetError / 473
5.4.1.3.2. Moduł OB / 479
5.4.1.3.3. Moduł SoftwareError / 481
5.4.1.3.4. Moduł Diagnostic Buffer / 484
5.4.1.3.5. Moduł Check Error / 484
5.4.1.3.6. Moduł Reset / 485
5.4.1.4. Warstwa logiczna / 487
5.4.1.4.1. Moduł Digital IO / 487
5.4.1.4.2. Moduł PLC Identification / 488
5.4.1.4.3. Moduł IP / 490
5.4.1.4.4. Moduł LED / 497
5.4.1.4.5. Moduł Runtime / 497
5.4.1.4.6. Moduł Stop PLC / 498
5.4.2. Konfiguracja i uruchomienie / 498
5.4.3. Strona www / 499
5.4.3.1. Strona Login / 499
5.4.3.2. Strona Info / 502
5.4.3.3. Strona Digital IO / 503
5.4.3.4. Strona Set IP / 503
5.4.3.5. Strona Error / 503
5.4.4. Zadania / 505
5.5. Projekt inteligentny dom / 506
5.5.1. Schemat elektryczny / 507
5.5.2. Warstwa sprzętowa / 510
5.5.2.1. Moduł DataLog / 510
5.5.2.2. Moduł Digital IO / 515
5.5.2.3. Moduł HSC / 515
5.5.2.4. Moduł PLC Time / 516
5.5.2.5. Moduł PWM / 517
5.5.2.6. Moduł Recipe / 517
5.5.3. Warstwa wizualizacji / 519
5.5.3.1. Moduł Digital IO / 519
5.5.3.2. Warstwa Error / 519
5.5.3.3. Moduł Light / 519
5.5.3.4. Moduł PLC Time / 521
5.5.3.5. Moduł Temperature / 522
5.5.4. Warstwa błędów / 523
5.5.5. Warstwa logiczna / 523
5.5.5.1. Moduł ADC / 523
5.5.5.2. Moduł DataLog / 525
5.5.5.3. Moduł Digital IO / 531
5.5.5.4. Moduł Light Control / 531
5.5.5.4.1. Receptury / 537
5.5.5.4.2. Sceny / 544
5.5.5.5. Moduł PLC Time / 548
5.5.6. Konfiguracja i uruchomienie / 550
5.5.7. Strona www / 551
5.5.7.1. Strona Login / 551
5.5.7.2. Strona Info / 551
5.5.7.3. Strona Light / 551
5.5.7.4. Strona Time / 555
5.5.7.5. Strona Error / 555
5.5.8. Zadania / 555
5.6. Testy jednostkowe / 556
5.6.1. Przykład praktyczny / 556
5.6.2. Zadania / 559
5.7. Zadanie – sudoku / 559
Bibliografia / 561

Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie