Automatisieren mit SIMATIC S7-400 im TIA Portal

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2 Berger Automatisieren mit SIMATIC S7-400 im TIA Portal

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4 Automatisieren mit SIMATIC S7-400 im TIA Portal Projektieren, Programmieren und Testen mit STEP 7 Professional von Hans Berger Publicis Publishing

5 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Autor und Verlag haben alle Texte in diesem Buch mit großer Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht ausgeschlossen werden. Eine Haftung des Verlags oder des Autors, gleich aus welchem Rechtsgrund, ist ausgeschlossen. Die in diesem Buch wiedergegebenen Bezeichnungen können Warenzeichen sein, deren Benutzung durch Dritte für deren Zwecke die Rechte der Inhaber verletzen kann. ISBN Herausgeber Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München Verlag: Publicis Publishing, Erlangen 2013 by Publicis Erlangen, Zweigniederlassung der PWW GmbH Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwendung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen, Bearbeitungen sonstiger Art sowie für die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Dies gilt auch für die Entnahme von einzelnen Abbildungen und bei auszugsweiser Verwertung von Texten. Printed in Germany

6 Vorwort Vorwort Das Automatisierungssystem SIMATIC vereinigt alle Teilsysteme einer Automatisierungslösung unter einer einheitlichen Systemarchitektur zu einem homogenen Gesamtsystem von der Feldebene bis zur Leittechnik. Das Konzept Totally Integrated Automation (TIA) bedeutet, mit einer einzigen Systembasis und Werkzeugen mit einheitlichen Bedienoberflächen alle Automatisierungskomponenten einheitlich zu behandeln. Diesen Anforderungen wird das Automatisierungssystem SIMATIC gerecht mit Durchgängigkeit bei Projektierung, Programmierung, Datenhaltung und Kommunikation. Das vorliegende Buch beschreibt die Hardware-Komponenten des Automatisierungssystems SIMATIC S7-400 mit Standard-Controllern und die Möglichkeiten zum Aufbau eines dezentralen Steuerungskonzepts mit PROFIBUS und PROFINET. Für die Kommunikation mit anderen Automatisierungssystemen bieten die Controller integrierte Busschnittstellen für Multipoint Interface (MPI), PROFIBUS und Industrial Ethernet. Die Engineeringsoftware STEP 7 Professional erschließt die gesamte Funktionalität der S7-400-Controller. STEP 7 Professional ist das gemeinsame Werkzeug für die Konfiguration des Hardware-Aufbaus und die Programmierung des Anwenderprogramms genauso wie für den Programmtest und die Diagnose. Für die Gestaltung des Anwenderprogramms stellt STEP 7 Professional fünf Programmiersprachen zur Verfügung: Kontaktplan (KOP) mit einer Stromlaufplanähnlichen grafischen Darstellung, Funktionsplan (FUP) mit einer an elektronische Schaltkreissysteme angelehnten grafischen Darstellung, Anweisungsliste (AWL) mit der Formulierung der Steuerungsaufgabe als Auflistung von maschinennahen Befehlen, Structured Control Language (SCL) mit einer Pascal-ähnlichen Hochsprache und schließlich mit GRAPH eine Ablaufsteuerung mit sequenzieller Bearbeitung des Anwenderprogramms. Das Testen des Anwenderprogramms erleichtert STEP 7 Professional mit Beobachtungstabellen für das Beobachten, Steuern und Forcen von Variablenwerten, mit der Darstellung des Programms mit den aktuellen Variablenwerten im laufenden Betrieb und mit einer Offline-Simulation des Automatisierungsgeräts. Das vorliegende Buch beschreibt das Projektieren, Programmieren und Testen des Automatisierungssystems S7-400 mit der Engineeringsoftware STEP 7 Professional in der Version 11 mit Servicepack 2. Nürnberg, im Oktober 2012 Hans Berger 5

7 Der Inhalt des Buchs auf einen Blick Der Inhalt des Buchs auf einen Blick Start Das Automatisierungssystem SIMATIC S7-400 in der Übersicht. Eine Einführung in die Engineeringsoftware SIMATIC STEP 7 Professional V11. Die Grundlage der Automatisierungslösung: Ein Projekt erstellen und bearbeiten. Automatisierungssystem SIMATIC S7-400 Die Baugruppen von SIMATIC S7-400 in der Übersicht: Aufbau eines Automatisierungssystems, CPU-Baugruppen, Signal-, Funktions- und Kommunikationsbaugruppen. Gerätekonfiguration Eine Station konfigurieren, Baugruppen parametrieren und Stationen vernetzen. Variablen, Adressierung und Datentypen Die Eigenschaften der Operandenbereiche Eingänge, Ausgänge, Peripherie, Merker, Daten und temporäre Lokaldaten und wie sie adressiert werden: absolut, symbolisch und indirekt. Die Beschreibung der elementaren und zusammengesetzten Datentypen, Datentypen für Bausteinparameter, Zeiger und Anwenderdatentypen. Programmbearbeitung Wie sich die CPU-Baugruppe in den Betriebszuständen ANLAUF, RUN und STOP verhält. Wie das Anwenderprogramm durch Bausteine strukturiert wird, welche Eigenschaften die Bausteine haben und wie sie aufgerufen werden. Wie das Anwenderprogramm bearbeitet wird: Anlaufverhalten, Hauptprogramm, Alarmbearbeitung, Fehlerbehandlung und Diagnose. Der Programmeditor Arbeiten mit der PLC-Variablentabelle, Codebausteine und Datenbausteine erstellen und bearbeiten, Bausteine übersetzen und Programminformationen auswerten. Die Programmiersprache Kontaktplan KOP Das Charakteristische der KOP-Programmierung; Reihen- und Parallelschaltung von Kontakten; der Einsatz von Spulen, Standard-Boxen, Q-Boxen und EN/ENO-Boxen. Die Programmiersprache Funktionsplan FUP Das Charakteristische der FUP-Programmierung; Boxen für binäre Verknüpfungen; der Einsatz von Standard-Boxen, Q-Boxen und EN/ENO-Boxen. Die Programmiersprache Anweisungsliste AWL Das Charakteristische der AWL-Programmierung; Programmierung von binären Verknüpfungen, Anwendung von Digitalfunktionen und Steuern der Programmbearbeitung. 6

8 Der Inhalt des Buchs auf einen Blick Die Programmiersprache Structured Control Language SCL Das Charakteristische der SCL-Programmierung; Operatoren und Ausdrücke, Arbeiten mit Binär- und Digitalfunktionen, Programmbearbeitung steuern mit Kontrollanweisungen. Die Ablaufsteuerung S7-GRAPH Was eine Ablaufsteuerung ist und was ihre Elemente sind: Ablaufketten, Schritte, Transitionen und Verzweigungen. Wie eine Ablaufsteuerung mit S7-GRAPH projektiert wird. Die Beschreibung der Steuerungsfunktionen Basisfunktionen: Funktionen für Binärsignale: binäre Verknüpfungen, Speicherfunktionen, Flankenauswertungen, SIMATIC- und IEC-Zeit- und Zählfunktionen. Digitalfunktionen: Funktionen für Digitalvariablen: Übertragungs-, Vergleichs-, Arithmetik-, Mathematik-, Konvertierungs-, Schiebe- und Logikfunktionen. Programmfluss-Steuerung: Mit Statusbits arbeiten, Sprungfunktionen programmieren, Bausteine aufrufen und beenden, das Master Control Relay verwenden. Online-Betrieb und Programmtest Ein Programmiergerät an die PLC-Station anschließen, den Online-Betrieb einschalten, die Projektdaten übertragen und das Anwenderprogramm schützen. Die Anwenderbausteine laden, ändern, löschen und vergleichen. Mit der Hardware-Diagnose arbeiten und das Anwenderprogramm testen. Dezentrale Peripherie In der Übersicht: das dezentrale Peripheriesystem ET 200. Wie ein PROFINET IO System projektiert wird und welche Eigenschaften es hat. Wie ein PROFIBUS DP Mastersystem projektiert wird und welche Eigenschaften es hat. Kommunikation Welche Eigenschaften die S7-Basis-Kommunikation und die S7-Kommunikation haben und mit welchen Kommunikationsfunktionen sie programmiert werden. Mit welchen Kommunikationsfunktionen die Open User Communication realisiert wird. Wie die PtP-Kommunikation realisiert wird. Anhang Wie externe Quelldateien für AWL- und SCL-Bausteine erstellt und importiert werden. Wie ein mit STEP 7 V5.x erstelltes Projekt in das TIA Portal migriert wird. Wie mit der Simulationssoftware S7-PLCSIM ein Anwenderprogramm offline getestet wird. Wie der Webserver in der CPU projektiert wird und welche Möglichkeiten er bietet. Wie Bausteinparameter und Lokalvariablen im Speicher abgelegt werden. 7

9 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1Einführung Übersicht Automatisierungssystem S Automatisierungsgerät SIMATIC S Übersicht STEP 7 Professional V Fünf Programmiersprachen Bearbeitung des Anwenderprogramms Datenhaltung im SIMATIC-Automatisierungssystem Einführung in STEP 7 Professional V STEP 7 installieren Automation License Manager STEP 7 Professional starten Portalansicht Hilfe-Informationssystem Die Fenster der Projektansicht Bedienoberfläche anpassen Ein SIMATIC-Projekt bearbeiten Strukturierte Darstellung der Projektdaten Projektdaten und Editoren für eine PLC-Station Ein Projekt erstellen und bearbeiten Bibliotheken anlegen und bearbeiten Automatisierungssystem SIMATIC S Komponenten einer S7-400-Station CPU-Baugruppen S CPU-Varianten Bedien- und Anzeigeelemente SIMATIC Memory Card Speicherbereiche in einer S7-400-Station Busschnittstellen Schnittstellenmodul IF 964-DP Signalbaugruppen Digitaleingabebaugruppen Digitalausgabebaugruppen Analogeingabebaugruppen Analogausgabebaugruppe Funktionsbaugruppen Kommunikationsbaugruppen

10 Inhaltsverzeichnis 2.6 Sonstige Baugruppen Anschaltungsbaugruppen Stromversorgungsbaugruppen SIPLUS S Gerätekonfiguration Einführung Eine Station konfigurieren Eine PLC-Station hinzufügen Eine Baugruppe hinzufügen Ein Erweiterungsgerät hinzufügen Baugruppen parametrieren Die CPU-Eigenschaften parametrieren Baugruppen adressieren Signalbaugruppen parametrieren Netz projektieren Einführung, Übersicht Stationen vernetzen Teilnehmeradressen in einem Subnetz Verbindungen Ein MPI-Subnetz projektieren Ein PROFIBUS-Subnetz projektieren Ein PROFINET-Subnetz projektieren Ein PtP-Subnetz projektieren Variablen, Adressierung und Datentypen Operanden und Variablen Einführung, Übersicht Operandenbereiche Eingänge und Ausgänge Operandenbereich Merker Operandenbereich Daten Operandenbereich temporäre Lokaldaten Adressierung von Operanden und Variablen Signalweg Absolute Adressierung von Variablen Symbolische Adressierung von Variablen Adressierung von Konstanten Indirekte Adressierung Speicherindirekte Adressierung mit AWL Registerindirekte Adressierung mit AWL Arbeiten mit den Adressregistern bei AWL Direkter Zugriff auf komplexe Lokalvariablen mit AWL Indirekte Adressierung bei SCL Elementare Datentypen Einführung

11 Inhaltsverzeichnis Bitfolge-Datentypen BOOL, BYTE, WORD und DWORD BCD-Zahlen BCD16 und BCD Festpunkt-Datentypen mit Vorzeichen INT und DINT Gleitpunkt-Datentyp REAL Datentyp CHAR Datentypen für Zeitdauern und Zeitpunkte Zusammengesetzte Datentypen Zeichenkette STRING Datentyp ARRAY Datentyp STRUCT Parametertypen und Zeiger Parametertypen Zeiger Variabler ANY-Zeiger bei AWL Variabler ANY-Zeiger bei SCL PLC-Datentypen Startinformation Programmbearbeitung Betriebszustände der CPU-Baugruppe Betriebszustand STOP Betriebszustand ANLAUF Betriebszustand RUN Betriebszustand HALT CPU urlöschen Auslieferungszustand wiederherstellen Remanenzverhalten von Operanden Anwenderprogramm erstellen Programmentwurf Programmbearbeitung Bausteinarten Bausteineigenschaften bearbeiten Bausteinschnittstelle Beispiel zur Verwendung von Bausteinparametern Bausteine aufrufen Allgemeines zu Aufrufen von Codebausteinen Aufruf von Funktionen (FC) Aufruf von Funktionsbausteinen (FB) Weiterreichen von Bausteinparametern Anlaufprogramm Anlauf-Organisationsbausteine OB 100, OB 101 und OB Baugruppenadresse ermitteln Baugruppen parametrieren Hauptprogramm Organisationsbaustein OB

12 Inhaltsverzeichnis Prozessabbild Zykluszeit und Reaktionszeit Mindestzykluszeit und Hintergrundbearbeitung Programm komprimieren, anhalten, stoppen und schützen Uhrzeit Systemzeit und OB-Laufzeit ermitteln Betriebsstundenzähler Alarmbearbeitung Einführung zur Alarmbearbeitung Prioritätsklassen Uhrzeitalarme, Organisationsbausteine OB 10 bis OB Verzögerungsalarme, Organisationsbausteine OB 20 bis Weckalarme, Organisationsbausteine OB 30 bis Prozessalarme, Organisationsbausteine OB 40 bis OB DPV1-Alarme, Organisationsbausteine OB 55 bis Taktsynchronalarme, Organisationsbausteine OB 61 bis OB Alarmzusatzinformation lesen Fehlerbehandlung Fehlerursachen und Fehlerreaktion Synchronfehler Synchronfehlerbearbeitung sperren und freigeben Ersatzwert eintragen Asynchronfehler Alarme und Asynchronfehler sperren, verzögern und freigeben Diagnose Diagnosealarm, Organisationsbaustein OB Systemzustandsliste lesen Startinformation lesen Verbindungszustand ermitteln Systemdiagnose mit Report System Errors Meldungen projektieren Einführung Meldungen nach dem Meldenummerverfahren projektieren Meldebausteine für PLC-Meldungen mit Instanzdaten Meldebausteine für PLC-Meldungen ohne Instanzdaten Bausteine für das Arbeiten mit Meldungen Anwender-Diagnosemeldung projektieren CPU-Meldungsanzeige Programmeditor Einführung PLC-Variablentabelle PLC-Variablentabellen bearbeiten PLC-Variablen definieren PLC-Variablentabelle exportieren und importieren Konstantentabellen

13 Inhaltsverzeichnis 6.3 Codebaustein programmieren Einen neuen Codebaustein anlegen Arbeitsbereich des Programmeditors für Codebausteine Bausteineigenschaften für Codebausteine festlegen Bausteinschnittstelle programmieren Steuerungsfunktion programmieren Variablen editieren Mit Programmkommentaren arbeiten Datenbaustein programmieren Einen neuen Datenbaustein anlegen Arbeitsbereich des Programmeditors für Datenbausteine Bausteineigenschaften für Datenbausteine festlegen Datenvariablen deklarieren Datenvariablen in Globaldatenbausteinen eingeben Bausteine übersetzen Übersetzung starten SCL-Bausteine übersetzen Fehler nach der Übersetzung beheben Programminformationen Querverweisliste Belegungsplan Aufrufstruktur Abhängigkeitsstruktur Konsistenzprüfung Speicherauslastung der CPU Kontaktplan KOP Einführung Programmieren mit KOP allgemein Programmelemente des Kontaktplans Binäre Verknüpfungen mit KOP programmieren Schließerkontakt und Öffnerkontakt Reihen- und Parallelschaltung von Kontakten T-Abzweig, offener Parallelzweig Verknüpfungsergebnis negieren Flankenauswertung einer Binärvariablen Vergleich-Kontakte Speicherfunktionen mit KOP programmieren Einfache Spule, Zuweisung Setzen- und Rücksetzen-Spule Speicherndes Verhalten durch Selbsthaltung Spulen mit Zeitverhalten Spulen mit Zählerverhalten Q-Boxen mit KOP programmieren Speicher-Boxen Flankenauswertung des Stromflusses

14 Inhaltsverzeichnis SIMATIC-Zeitfunktionen SIMATIC-Zählfunktionen IEC-Zeitfunktionen IEC-Zählfunktionen EN/ENO-Boxen mit KOP programmieren Übertragungsfunktion, MOVE Arithmetische Funktionen Mathematische Funktionen Konvertierungsfunktionen Schiebefunktionen Wortverknüpfungen Programmfluss bei KOP steuern Mit Statusbits im Kontaktplan arbeiten EN/ENO-Mechanismus bei KOP Sprungfunktionen Bausteinfunktionen Master Control Relay (MCR) Funktionsplan FUP Einführung Programmieren mit FUP allgemein Programmelemente des Funktionsplans Binäre Verknüpfungen mit FUP programmieren Abfrage auf Signalzustand 1 und auf Signalzustand Eine binäre Verknüpfung im Funktionsplan programmieren UND-Funktion ODER-Funktion Exklusiv-ODER-Funktion Kombinierte binäre Verknüpfungen, Verknüpfungsergebnis negieren T-Abzweig Flankenauswertung von Binärvariablen Vergleichsfunktionen Standard-Boxen mit FUP programmieren Zuweisung-Box Setzen- und Rücksetzen-Box Standard-Boxen mit Zeitverhalten Standard-Boxen mit Zählerverhalten Q-Boxen mit FUP programmieren Speicher-Boxen Flankenauswertung des Verknüpfungsergebnisses SIMATIC-Zeitfunktionen SIMATIC-Zählfunktionen IEC-Zeitfunktionen IEC-Zählfunktionen EN/ENO-Boxen mit FUP programmieren Übertragungsfunktion MOVE

15 Inhaltsverzeichnis Arithmetische Funktionen Mathematische Funktionen Konvertierungsfunktionen Schiebefunktionen Wortverknüpfungen Programmfluss bei FUP steuern Mit Statusbits im Funktionsplan arbeiten EN/ENO-Mechanismus bei FUP Sprungfunktionen Bausteinfunktionen Master Control Relay (MCR) Anweisungsliste AWL Einführung Programmieren mit AWL allgemein Aufbau einer AWL-Anweisung Binäre Verknüpfungen mit AWL programmieren Bearbeitung einer binären Verknüpfung, Verknüpfungsschritt Abfrage auf Signalzustand 1 und auf Signalzustand Eine binäre Verknüpfung in Anweisungsliste programmieren UND-Funktion ODER-Funktion Exklusiv-ODER-Funktion Kombinierte binäre Verknüpfungen Verknüpfungsergebnis steuern Speicherfunktionen mit AWL programmieren Zuweisung Setzen und Rücksetzen Flankenauswertung Zeit- und Zählfunktionen mit AWL programmieren SIMATIC-Zeitfunktionen SIMATIC-Zählfunktionen IEC-Zeitfunktionen IEC-Zählfunktionen Digitalfunktionen mit AWL programmieren Übertragungsfunktionen Vergleichsfunktionen Arithmetische Funktionen Mathematische Funktionen Konvertierungsfunktionen Schiebefunktionen Wortverknüpfungen Programmfluss bei AWL steuern Mit Statusbits in der Anweisungsliste arbeiten EN/ENO-Mechanismus bei AWL Sprungfunktionen