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

16 Inhaltsverzeichnis Sprungverteiler Schleifensprung Bausteinfunktionen Master Control Relay (MCR) Weitere AWL-Funktionen Akkumulatorfunktionen Addieren von Konstanten zum Akkumulator Dekrementieren, Inkrementieren Nullanweisungen Structured Control Language SCL Einführung in die Programmierung mit SCL Programmieren mit SCL allgemein SCL-Anweisungen und Operatoren Binäre Verknüpfungen mit SCL programmieren Abfrage auf Signalzustand 1 und auf Signalzustand UND-Funktion ODER-Funktion Exklusiv-ODER-Funktion Kombinierte binäre Verknüpfungen Verknüpfungsergebnis negieren Speicherfunktionen mit SCL programmieren Wertzuweisung einer Binärvariablen Setzen und Rücksetzen Flankenauswertung Zeit- und Zählfunktionen mit SCL programmieren SIMATIC-Zeitfunktionen SIMATIC-Zählfunktionen IEC-Zeitfunktionen IEC-Zählfunktionen Digitalfunktionen mit SCL programmieren Übertragungsfunktion, Wertzuweisung einer Digitalvariablen Vergleichsfunktionen Arithmetische Funktionen Mathematische Funktionen Konvertierungsfunktionen Schiebefunktionen Wortverknüpfungen, logischer Ausdruck Programmfluss mit SCL steuern Mit der Variablen ENO arbeiten EN/ENO-Mechanismus bei SCL Kontrollanweisungen Bausteinfunktionen

17 Inhaltsverzeichnis 11 Ablaufsteuerung S7-GRAPH Einführung Was ist eine Ablaufsteuerung? Eigenschaften einer Ablaufsteuerung Programm für eine Ablaufsteuerung, Mengengerüst Betriebsarten Vorgehen bei der Projektierung Elemente einer Ablaufsteuerung Schritte und Transitionen Sprünge in einer Ablaufsteuerung Verzweigungen einer Ablaufkette GRAPH-spezifische Variablen Permanente Anweisungen Schritt- und Transitionsfunktionen Bearbeitung von Aktionen Eine Ablaufsteuerung projektieren Den GRAPH-Funktionsbaustein programmieren Projektieren der Kettenstruktur Schritte und Transitionen programmieren Permanente Anweisungen programmieren Bausteinübergreifende Meldungen projektieren Attribute des GRAPH-Funktionsbausteins GRAPH-Funktionsbaustein anwenden Ablaufsteuerung testen GRAPH-Funktionsbaustein laden Einstellungen zum Programmtest Betriebsarten verwenden Ablaufkette synchronisieren Mit Programmstatus testen Basisfunktionen Binäre Verknüpfungen Einführung Arbeiten mit Binärsignalen UND-Funktion, Reihenschaltung ODER-Funktion, Parallelschaltung Exklusiv-ODER-Funktion, Antivalenzfunktion Verknüpfungsergebnis negieren, NOT-Kontakt Speicherfunktionen Einführung Standardspule, Zuweisung Einzelnes Setzen und Rücksetzen Vorrangiges Setzen und Rücksetzen, Speicherfunktion Flankenauswertung SIMATIC-Zeitfunktionen Übersicht

18 Inhaltsverzeichnis Programmieren einer Zeitfunktion Zeitverhalten als Impuls Zeitverhalten als verlängerter Impuls Zeitverhalten als Einschaltverzögerung Zeitverhalten als speichernde Einschaltverzögerung Zeitverhalten als Ausschaltverzögerung IEC-Zeitfunktionen Einführung Impulsbildung TP Einschaltverzögerung TON Ausschaltverzögerung TOF SIMATIC-Zählfunktionen Übersicht Programmieren einer Zählfunktion Funktionsweise einer Zählfunktion Freigeben einer Zählfunktion bei AWL IEC-Zählfunktionen Einführung Vorwärtszähler CTU Rückwärtszähler CTD Vorwärts/Rückwärtszähler CTUD Digitalfunktionen Allgemeines Übertragungsfunktionen Allgemeines zur einfachen Übertragungsfunktion MOVE-Box bei KOP und FUP Laden und Transferieren bei AWL Wertzuweisungen bei SCL Datenbereich im Arbeitsspeicher kopieren und füllen Speicherbereich steuern bei MCR-Abhängigkeit Vergleichsfunktionen Ausführung der einfachen Vergleichsfunktion Vergleichsfunktion T_COMP Vergleichsfunktion S_COMP Arithmetische Funktionen Allgemeine Funktionsbeschreibung Datentypen und Statusbits bei einer arithmetischen Funktion Ausführung der arithmetischen Funktion Arithmetische Funktionen für Datum und Uhrzeit Mathematische Funktionen Allgemeine Funktionsbeschreibung Allgemeine Ausführung einer mathematischen Funktion Winkelfunktionen SIN, COS, TAN Arcusfunktionen ASIN, ACOS, ATAN Sonstige mathematische Funktionen

19 Inhaltsverzeichnis 13.6 Konvertierungsfunktionen Implizite Datentypwandlung Datentypwandlung von Festpunktzahlen Datentypwandlung von Gleitpunktzahlen Datentypwandlung für Datum/Uhrzeit mit T_CONV Datentypwandlung für Datentyp STRING mit S_CONV Datentypwandlung von Hexadezimalzahlen Skalieren und Deskalieren Sonstige Konvertierungsfunktionen Schiebefunktionen Allgemeine Funktionsbeschreibung Allgemeine Ausführung einer Schiebefunktion Rechts schieben Links schieben Rechts rotieren Links rotieren Rotieren durch das Anzeigenbit A1 (AWL) Logikfunktionen Wortverknüpfungen Invertieren Bit codieren und Bitnummer setzen Auswahl- und Begrenzerfunktionen Funktionen für Zeichenketten Programmfluss-Steuerung Statusbits Beschreibung der Statusbits Steuern der Statusbits Verknüpfungsergebnis setzen und rücksetzen Binärergebnis steuern Auswertung der Statusbits Sprungfunktionen Einführung Absoluter Sprung Bedingte Sprungfunktionen Von den Statusbits abhängige Sprungfunktionen Bausteinende-Funktionen Bausteinende-Funktion RET (KOP und FUP) Bausteinende-Funktionen BEB, BEA und BE (AWL) RETURN-Anweisung (SCL) Aufruf von Codebausteinen Allgemeines zu Bausteinaufrufen Aufruf einer Funktion (FC) Aufruf eines Funktionsbausteins (FB) Wechsel zu einem Baustein ohne Bausteinparameter

20 Inhaltsverzeichnis 14.5 Datenbausteinfunktionen Datenbaustein aufschlagen Zusätzliche Datenbausteinfunktionen bei AWL Datenbaustein erzeugen, löschen und testen Master Control Relay Einführung MCR-Abhängigkeit MCR-Bereich und MCR-Zone MCR-Bereich und MCR-Zone bei einem Bausteinwechsel Anweisungen für das Master Control Relay Online-Betrieb und Programmtest Programmiergerät an die PLC-Station anschließen Einstellungen am Programmiergerät Das Programmiergerät mit der PLC-Station verbinden Den Online-Betrieb einschalten Projektdaten übertragen Die Projektdaten erstmalig laden Die Projektdaten nachladen Schutz des Anwenderprogramms Online-Projekt ohne Offline-Projekt bearbeiten Mit der Memory Card arbeiten Bausteinhantierung Einen Baustein in die CPU-Baugruppe laden Die Online-Version des Bausteins bearbeiten Einen Baustein löschen Den Arbeitsspeicher komprimieren Datenbausteine offline/online Bausteine vergleichen Hardware-Diagnose Status-Anzeigen an den Baugruppen Diagnose-Informationen Diagnosepuffer Diagnose-Funktionen Online-Tools Weitere Diagnose-Informationen über das Programmiergerät Anwenderprogramm testen Prozess- und Testbetrieb Aufrufumgebung definieren Testen mit Programmstatus Testen im Einzelschrittmodus PLC-Variablen beobachten Datenvariablen beobachten Testen mit Beobachtungstabellen Peripherieausgänge freischalten Testen mit der Force-Tabelle

21 Inhaltsverzeichnis 16 Dezentrale Peripherie Einführung, Übersicht Dezentrales Peripheriesystem ET ET 200L ET 200M ET 200S ET 200iSP ET 200R ET 200eco ET 200pro PROFINET IO Komponenten von PROFINET IO Adressen bei PROFINET IO Spezielle PROFINET-Konfigurationen PROFINET IO projektieren Kopplungsbaugruppen für PROFINET IO Echtzeit-Kommunikation bei PROFINET IO PROFIBUS DP Komponenten von PROFIBUS DP Adressen bei PROFIBUS DP PROFIBUS DP projektieren Kopplungsbaugruppen für PROFIBUS DP Sonderfunktionen für PROFIBUS DP Systembausteine für dezentrale Peripherie Systembausteine für PROFIBUS DP Systembausteine für PROFIBUS DP und PROFINET IO Systembaustein für PROFINET IO Kommunikation Übersicht S7-Basiskommunikation Grundlagen der stationsinternen S7-Basiskommunikation Stationsinterne S7-Basiskommunikation projektieren Systembausteine für stationsinterne S7-Basiskommunikation Grundlagen der stationsexternen S7-Basiskommunikation Stationsexterne S7-Basiskommunikation projektieren Systembausteine für stationsexterne S7-Basiskommunikation S7-Kommunikation Grundlagen S7-Kommunikation projektieren Einseitiger Datenaustausch Zweiseitiger Datenaustausch Steuerfunktionen Überwachungsfunktionen Druckdaten senden

22 Inhaltsverzeichnis 17.4 Open User Communication Grundlagen Verbindungen auf- und abbauen Datenübertragung mit TCP native oder ISO-on-TCP Datenübertragung mit UDP Punkt-zu-Punkt-Kommunikation Grundlagen Datenübertragung mit der Prozedur 3964(R) Datenübertragung mit dem Protokoll RK Datenübertragung mit dem ASCII-Treiber Anhang Arbeiten mit Quelldateien Allgemeines Vorgehen Einen Codebaustein in der Quelldatei programmieren Einen Datenbaustein in der Quelldatei programmieren Einen PLC-Datentyp in der Quelldatei programmieren Projekte migrieren Simulation mit dem TIA Portal Unterschiede zu einer realen CPU-Baugruppe Simulation starten und speichern Die Simulation bedienen Programm mit der Simulation testen Weitere Funktionen von PLCSIM Webserver Webserver aktivieren Web-Informationen auslesen Standard-Webseiten Ablage von lokalen Variablen Ablage in Global-Datenbausteinen Ablage in Instanz-Datenbausteinen Ablage in den temporären Lokaldaten Datenablage der Bausteinparameter einer Funktion (FC) Datenablage der Bausteinparameter eines Funktionsbausteins (FB) Datenablage einer Lokalinstanz in einer Multiinstanz Stichwortverzeichnis

23 1 Einführung 1 Einführung 1.1 Übersicht Automatisierungssystem S7-400 SIMATIC S7-400 ist das modulare Steuersystem für den mittleren und oberen Leistungsbereich (Bild 1.1). Verschiedene Varianten der Controller passen die Leistungsfähigkeit an den jeweiligen Einsatzfall an. Je nach Bedarf kann das Automatisierungsgerät mit Ein-/Ausgabebaugruppen für Digital- und Analogsignale in bis zu 21 Baugruppenträgern mit bis zu 18 Baugruppen modular erweitert werden. Eine zusätzliche Erweiterung mit Ein-/Ausgabebaugruppen bietet die dezentrale Peripherie über PROFIBUS oder PROFINET. Mit besonderen Bauformen für erhöhte mechanische Anforderungen ausgestattet, können diese Baugruppen vor Ort an der Maschine oder Anlage installiert werden. Die Steuerungsgeräte SIMATIC S7-400 werden mit STEP 7 konfiguriert, projektiert und programmiert. Der Datenaus- Automatisierungssystem SIMATIC S7-400 SIMATIC S7-400 SIMATIC Controller steuern die Maschine oder Anlage. Mehrere Varianten der Controller erweitern das Einsatzspektrum. SIMATIC NET Die Vernetzung ermöglicht den Datenaustausch und den zentralen Online-Zugriff. SIMATIC DP S STEP 7 Professional S Die dezentrale Peripherie erweitert die Schnittstelle zur Maschine oder Anlage. STEP 7 ist die Engineeringsoftware zum Konfigurieren, Projektieren und Programmieren. Bild 1.1 Bestandteile des Automatisierungssystems SIMATIC S

24 1.1 Übersicht Automatisierungssystem S7-400 tausch zwischen den Steuerungsgeräten, der dezentralen Peripherie und dem Programmiergerät geschieht mit SIMATIC NET Automatisierungsgerät SIMATIC S7-400 Die wesentlichen Bestandteile eines S7-400-Automatisierungsgeräts sind im Bild 1.2 dargestellt. Die CPU-Baugruppe enthält das Betriebssystem und das Anwenderprogramm. Das Anwenderprogramm liegt in der CPU im Ladespeicher, der mit einer SIMATIC Memory Card (MC) erweitert werden kann. Die Bearbeitung des Anwenderprogramms findet im Arbeitsspeicher in der CPU statt. Die auf der CPU-Baugruppe vorhandenen Busschnittstellen stellen die Verbindung zu anderen Automatisierungsgeräten her. Bestandteile einer S7-400-Steuerung Baugruppenträger (Rack) Zentralgerät PS-Baugruppe (Power Supply) CPU-Baugruppe (Central Processor Unit) Auf den Baugruppenträgern sind steckbar: SM-Baugruppen (Signal Modules) FM-Baugruppen (Function Modules) CP-Baugruppen (Communication Processors) Erweiterungsgerät IM-Baugruppen (Interface Modules) Die Baugruppenträger gibt es in verschiedenen Breiten: 18, 9 und 4 Steckplätze. Bild 1.2 Bestandteile einer S7-400-Steuerung 23

25 1 Einführung Die Verbindung zur gesteuerten Anlage übernehmen SM-Baugruppen. Diese Einund Ausgabebaugruppen gibt es für Digital- und Analogsignale. Die FM-Baugruppen sind signalvorverarbeitende, intelligente Peripheriebaugruppen, die vom Prozess kommende Signale unabhängig von der CPU aufbereiten, verarbeiten und entweder wieder direkt an den Prozess zurückgeben oder an der internen Schnittstelle der CPU zur Verfügung stellen. FM-Baugruppen übernehmen Funktionen, die die CPU meist nicht schnell genug ausführen kann, wie z. B. Impulse zählen, positionieren oder Antriebe regeln. Die CP-Baugruppen gestatten einen Datenverkehr, der die Möglichkeiten der Standard-Schnittstellen auf der CPU-Baugruppe bezüglich Protokolle und Kommunikationsfunktionen überschreitet. Die IM-Baugruppen verbinden bei einer Erweiterung den Zentralbaugruppenträger mit bis zu 21 Erweiterungsbaugruppenträgern. Eine Stromversorgungsbaugruppe sorgt schließlich für die benötigten internen Spannungen im Automatisierungsgerät. Lastspannungen bzw. Lastströme müssen über externe Laststromversorgungen bereitgestellt werden Übersicht STEP 7 Professional V11 STEP 7 ist das zentrale Automatisierungswerkzeug für SIMATIC. STEP 7 benötigt zum Betrieb eine Autorisierung (Lizenz) und läuft auf den jeweils aktuellen Betriebssystemen unter Microsoft Windows. Die Projektierung eines S7-400-Controllers geschieht mit zwei Ansichten: der Portalansicht und der Projektansicht. Die Portalansicht ist aufgabenorientiert angelegt. Im Startportal öffnen Sie ein bestehendes Projekt, erstellen ein neues Projekt oder migrieren ein Projekt. Ein Projekt ist eine Datenstruktur, die alle erforderlichen Programme und Daten für Ihr Automatisierungsvorhaben enthält. Von hier aus sind die wichtigsten Werkzeuge und Funktionen von STEP 7 über weitere Portale erreichbar (Bild 1.3): b Im Portal Geräte & Netze konfigurieren Sie die Automatisierungsgeräte, d. h. Sie platzieren die Baugruppen in einem Baugruppenträger und parametrieren sie. b Im Portal PLC-Programmierung erstellen Sie das Anwenderprogramm in Form von einzelnen Abschnitten, die man Bausteine nennt. b Das Portal Visualisierung bietet die wichtigsten Werkzeuge für die Projektierung und Simulation von HMI-Systemen mit SIMATIC WinCC an. b Mit dem Portal Online & Diagnose schalten Sie das Programmiergerät online an eine CPU-Baugruppe. Sie können die Betriebsarten der CPU steuern und das Anwenderprogramm übertragen und testen. Die Projektansicht bietet eine objektorientierte Ansicht mit mehreren Fenstern, deren Inhalt je nach ausgeführter Tätigkeit wechselt. In der Gerätekonfiguration steht der Arbeitsbereich mit dem zu konfigurierenden Gerät im Mittelpunkt. In der Gerätesicht wird der Baugruppenträger mit den bereits platzierten Baugruppen ge- 24

26 1.1 Übersicht Automatisierungssystem S7-400 Bild 1.3 Werkzeuge im Startportal von STEP 7 Professional V11 Bild 1.4 Beispiel für die Projektansicht: Arbeitsbereich der Gerätekonfiguration 25

27 1 Einführung zeigt (Bild 1.4). Ein weiteres Fenster das Inspektorfenster enthält die Eigenschaften der selektierten Baugruppe, das Aufgaben-Fenster (Task Card) gibt Unterstützung durch den Hardware-Katalog mit den zur Verfügung stehenden Baugruppen. Die Netzsicht gestattet die Vernetzung zwischen PLC- und HMI-Stationen. Bei der PLC-Programmierung bearbeiten Sie im Arbeitsbereich den ausgewählten Baustein. Wiederum sehen Sie im Inspektorfenster die Eigenschaften des markierten Objekts und können diese einstellen. Das Aufgabenfenster enthält diesmal den Programmelemente-Katalog mit den zur Verfügung stehenden Programmelementen und Anweisungen. Ähnliches gilt für die Bearbeitung der PLC-Variablen oder beim Online-Programmtest durch Beobachtungstabellen. Und stets haben Sie die Projektnavigation im Blickfeld. Sie enthält alle Objekte des STEP-7-Projekts. So können Sie jederzeit ein Objekt, beispielsweise einen Programmbaustein oder eine Beobachtungstabelle, auswählen und dieses Objekt mit den entsprechenden Editoren, die beim Öffnen des Objekts automatisch starten, bearbeiten Fünf Programmiersprachen Als Programmiersprache für das Anwenderprogramm können Sie zwischen Kontaktplan (KOP), Funktionsplan (FUP), Anweisungsliste (AWL), Structured Control Language (SCL) und Ablaufsteuerung (GRAPH) wählen. Mit Kontaktplan programmieren Sie die Steuerungsaufgabe angelehnt an den Stromlaufplan. Die Verknüpfung der binären Signalzustände wird durch die serielle oder parallele Anordnung von Kontakten und Spulen dargestellt (Bild 1.5). Komplexe Funktionen, wie beispielsweise die arithmetischen Funktionen, werden mit Boxen dargestellt, die Sie wie Kontakte oder Spulen im Kontaktplan anordnen. Mit Funktionsplan programmieren Sie die Steuerungsaufgabe angelehnt an elektronische Schaltkreissysteme. Binäre Verknüpfungen werden durch Verschaltung von UND- und ODER-Funktionen realisiert und mit Speicher-Boxen abgeschlossen (Bild 1.6). Komplexe Boxen übernehmen die Verknüpfung digitaler Variablen, beispielsweise bei den arithmetischen Funktionen. Bild 1.5 Beispiel für die Darstellung in Kontaktplan 26

28 1.1 Übersicht Automatisierungssystem S7-400 Bild 1.6 Beispiel für die Darstellung in Funktionsplan Mit Anweisungsliste programmieren Sie die Steuerungsaufgabe durch eine Folge von Anweisungen. Jede AWL-Anweisung enthält eine Vorschrift, was zu tun ist, und eventuell einen Operand, mit dem die Operation ausgeführt wird. AWL ist gleichermaßen geeignet für binäre und digitale Verknüpfungen wie für die Programmierung komplexer Steuerungsaufgaben (Bild 1.7). Bild 1.7 Beispiel für AWL-Anweisungen Structured Control Language eignet sich besonders für die Programmierung von komplexen Algorithmen oder für Aufgabenstellungen aus dem Bereich der Datenverwaltung. Das Programm besteht aus SCL-Anweisungen, die beispielsweise Wertzuweisungen, Vergleiche oder Kontrollanweisungen sein können (Bild 1.8). Bild 1.8 Beispiel für SCL-Anweisungen 27

29 1 Einführung Mit GRAPH programmieren Sie eine Steuerungsaufgabe als Ablaufsteuerung, in der die sequenzielle Folge von Aktionen vorherrscht. Die einzelnen Schritte und Verzweigungen werden durch Weiterschaltbedingungen freigegeben, die mit KOP oder FUP programmiert werden können (Bild 1.9). Bild 1.9 Beispiel für eine GRAPH-Ablaufkette und eine Schrittprojektierung Bearbeitung des Anwenderprogramms Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung prüft der Steuerungsprozessor die Konsistenz der Hardware und parametriert die Baugruppen. Anschließend wird einmalig falls vorhanden ein Anlaufprogramm bearbeitet. Das Anlaufprogramm gehört zum Anwenderprogramm, das Sie programmieren. Im Anlaufprogramm können beispielsweise Baugruppen initialisiert werden. Das Anwenderprogramm ist in der Regel in einzelne Abschnitte Bausteine genannt eingeteilt. Die Organisationsbausteine (OB) sind die Schnittstelle zwischen Betriebssystem und Anwenderprogramm. Das Betriebssystem ruft zu bestimmten Ereignissen einen Organisationsbaustein auf, in dem dann das Anwenderprogramm bearbeitet wird (Bild 1.10). Zur Strukturierung das Programms stehen Funktionsbausteine (FB) und Funktionen (FC) zur Verfügung. Funktionsbausteine haben einen Speicher, in dem lokale Variablen dauerhaft abgelegt sind, Funktionen haben diesen Speicher nicht. Für den Aufruf (das Starten der Bearbeitung) von Funktionsbausteinen und Funktionen gibt es Programmanweisungen. Jeder Bausteinaufruf kann mit Ein- und Ausgängen Bausteinparameter genannt versehen werden. Beim Aufruf können Variablen übergeben werden, mit denen das Programm im Baustein arbeiten soll. Auf diese Weise kann ein Baustein mit einer gewissen Funktion (z. B. der Addition von drei Variablen) mehrfach mit unterschiedlichen Parametersätzen (z. B. für unterschiedliche Berechnungen) aufgerufen werden (Bild 1.11). 28

30 1.1 Übersicht Automatisierungssystem S7-400 Bearbeitung des Anwenderprogramms Betriebssystem Anwenderprogramm Einschalten OB FB FC FB FC Anlaufprogramm Betriebszustand ANLAUF Aktualisierung der Ein- und Ausgänge OB FB FC FB FC Hauptprogramm Betriebszustand RUN Alarm- und Fehlerprogramm Unterbrechung (Alarm oder Fehler) Unterbrechung OB FB FC FB FC Bild 1.10 Bearbeitung des Anwenderprogramms Die Daten des Anwenderprogramms werden in Datenbausteinen (DB) abgelegt. Instanz-Datenbausteine sind einem Aufruf eines Funktionsbausteins fest zugeordnet und bilden den Variablenspeicher des Funktionsbausteins. Global-Datenbausteine enthalten Daten, die keinem Baustein zugeordnet sind. Nach einem Anlauf aktualisiert der Steuerungsprozessor die Ein- und Ausgangssignale in den Prozessabbildern und ruft den Organisationsbaustein OB 1 auf. Hier steht das Hauptprogramm. Auch im Hauptprogramm ist eine Strukturierung mög- Bild 1.11 Beispiel für zwei Aufrufe eines Bausteins mit jeweils verschiedenen Variablen 29