Berger Automatisieren mit SIMATIC S7-1200

Transkript

1

2 Berger Automatisieren mit SIMATIC S7-1200

3

4 Automatisieren mit SIMATIC S Programmieren, Projektieren und Testen mit STEP 7 von Hans Berger 3., überarbeitete und erweiterte Auflage, 2015

5 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Autor und Verlag haben alle Texte und Abbildungen in diesem Buch mit großer Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können Fehler nicht ausgeschlossen werden. Eine Haftung des Verlags oder des Autors, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der Programmierbeispiele verursachte Schäden ist ausgeschlossen. Print ISBN epdf ISBN Auflage, 2015 Herausgeber Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München Verlag: Publicis Publishing, Erlangen 2015 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 Teilbereiche einer Automatisierungslösung unter einer einheitlichen Systemarchitektur zu einem homogenen Gesamtsystem von der Feldebene bis zur Leittechnik. Das Konzept Totally Integrated Automation 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 das Automatisierungssystem SIMATIC S Eine S Steuerung ist kompakt aufgebaut und modular erweiterbar. Für viele Kleinanwendungen genügt bereits der Einsatz der CPU-Baugruppe mit der Onboard-Peripherie. Die in der CPU-Baugruppe integrierten technologischen Funktionen machen das Gerät äußerst vielseitig einsetzbar. Mit Kontaktplan (KOP), Funktionsplan (FUP) und Structured Control Language (SCL) stehen drei etablierte Programmiersprachen für die Lösung der Automatisierungsaufgabe zur Verfügung. Passend zu den S Steuerungen sind mit den SIMATIC HMI Basic Panels neue Bedien- und Beobachtungsgeräte konzipiert worden mit einer für Kleinanwendungen optimierten Leistung und Funktionalität. Ein Touchscreen in verschiedenen Monitorgrößen und eine aufeinander abgestimmte Kommunikation über Industrial Ethernet sind ideale Voraussetzungen für das Zusammenspiel mit S Die Engineeringsoftware STEP 7 Basic erschließt alle Möglichkeiten der S Controller. STEP 7 Basic ist das gemeinsame Werkzeug für die Konfiguration des Hardware-Aufbaus und die Programmierung des Anwenderprogramms genauso wie für den Programmtest und die Diagnose. Mit der mit STEP 7 Basic gelieferten Projektierungssoftware SIMATIC WinCC Basic werden die Basic Panels projektiert. Die moderne und intuitive Benutzerführung gestattet ein effizientes, aufgabenorientiertes Engineering von Steuerungs- und Visualisierungsgeräten. Das vorliegende Buch beschreibt das Projektieren, Programmieren und Testen von S Controllern mit Firmware Version 4.1 und von HMI Basic Panels mit der Engineeringsoftware STEP 7 Basic V13 SP1 und WinCC Basic V13 SP1 einschließlich der Simulationssoftware PLCSIM V13 SP1. Erlangen, im Mai 2015 Hans Berger 5

7 Der Inhalt des Buchs auf einen Blick Der Inhalt des Buchs auf einen Blick 1 Start Das Automatisierungssystem SIMATIC S in der Übersicht. Eine Einführung in die Engineeringsoftware SIMATIC STEP 7 Basic V13. Die Grundlage der Automatisierungslösung: Ein Projekt erstellen und bearbeiten. 2 Automatisierungssystem SIMATIC S Die Baugruppen von SIMATIC S in der Übersicht: Aufbau eines Automatisierungssystems, CPU-Baugruppen (FW 4.1), Signal- und Kommunikationsbaugruppen. 3 Gerätekonfiguration Eine Station konfigurieren, Baugruppen parametrieren und Stationen vernetzen. 4 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 strukturierten Datentypen, Parameterdatentypen, PLC- und Systemdatentypen. 5 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, mit Programmierempfehlungen. Wie das Anwenderprogramm bearbeitet wird: Anlaufverhalten, Hauptprogramm, Alarmbearbeitung, Fehlerbehandlung und Diagnose. 6 Der Programmeditor Arbeiten mit der PLC-Variablentabelle, Codebausteine und Datenbausteine erstellen und bearbeiten, Bausteine übersetzen und Programminformationen auswerten. 7 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. 8 Die Programmiersprache Funktionsplan FUP Das Charakteristische der FUP-Programmierung; Boxen für binäre Verknüpfungen; der Einsatz von Standard-Boxen, Q-Boxen und EN/ENO-Boxen. 9 Die Programmiersprache Structured Control Language SCL Das Charakteristische der SCL-Programmierung; Operatoren und Ausdrücke, Arbeiten mit Binär- und Digitalfunktionen, Programmbearbeitung steuern mit Kontrollanweisungen. 6

8 Der Inhalt des Buchs auf einen Blick Die Beschreibung der Steuerungsfunktionen 10 Basisfunktionen: Funktionen für Binärsignale: binäre Verknüpfungen, Speicherfunktionen, Flankenauswertungen, Zeit- und Zählfunktionen. 11 Digitalfunktionen: Funktionen für Digitalvariablen: Übertragungs-, Vergleichs-, Arithmetik-, Mathematik-, Konvertierungs-, Schiebe-, Logik- und Zeichenkettenfunktionen. 12 Programmsteuerung: Sprungfunktionen, Bausteine aufrufen und beenden, Bausteinparameter adressieren, versorgen und übergeben; optimierter und Standardzugriff 13 Online-Betrieb, Diagnose und Programmtest Ein Programmiergerät an die PLC-Station anschließen, den Online-Betrieb einschalten. Die Anwenderbausteine laden, ändern, löschen und vergleichen. Mit der Hardware-Diagnose arbeiten. Das Anwenderprogramm testen. Messwertaufzeichnung mit der Trace-Funktion. 14 Dezentrale Peripherie Wie ein PROFINET IO System, ein PROFIBUS DP Mastersystem und ein Aktor/Sensor-Interface System projektiert werden und welche Eigenschaften sie haben. DPV1-Alarme. 15 Kommunikation Welche Eigenschaften und welche Kommunikationsfunktionen die Open User Communication, die S7-Kommunikation und die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation haben und wie sie projektiert werden. Kommunikationsfunktionen für USS-Antriebe, Modbus RTU und TCP. 16 Visualisierung Einführung: Die Basic Panels in der Übersicht. Start: Ein HMI-Projekt einrichten, der Bediengeräte-Assistent. Verbindung zur PLC: HMI-Variablen und Bereichszeiger anlegen. Bilder erstellen: Die Projektierung der Prozessbilder Vorlagen, Ebenen und Bildwechsel. Arbeiten mit Bildelementen: Bedien- und Anzeigeelemente anordnen und editieren. Ein Meldesystem projektieren, Rezepturen anlegen und Datensätze übertragen, die Benutzerverwaltung verwenden, Variablen- und Meldearchive einrichten, Aufgaben planen. Das HMI-Programm fertigstellen: Das HMI-Programm mit PLC-Station oder mit Variablentabelle simulieren. Das HMI-Programm zur HMI-Station übertragen. 17 Anhang Integrierte und technologische Funktionen: High Speed Counter, Impulsgenerator, Motion Control, PID Control. Mit Teleservice und Telecontrol Daten übertragen. Wie der Webserver der CPU-Baugruppe projektiert wird und welche Möglichkeiten er bietet. Mit der Datenprotokollierung und mit Rezepturen in der PLC-Station Prozesswerte übertragen und speichern. Mit der Simulationssoftware S7-PLCSIM ein Anwenderprogramm offline testen. 7

9 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1Einführung Übersicht Automatisierungssystem S Automatisierungsgerät SIMATIC S Übersicht STEP 7 Basic Drei Programmiersprachen Bearbeitung des Anwenderprogramms Datenhaltung im SIMATIC-Automatisierungssystem Bedienen und Beobachten mit Prozessbildern Einführung in STEP 7 Basic V STEP 7 installieren Automation License Manager STEP 7 Basic starten Portalansicht Informationssystem Die Fenster der Projektansicht Bedienoberfläche anpassen Ein SIMATIC-Projekt bearbeiten Strukturierte Darstellung der Projektdaten Projektdaten und Editoren für eine PLC-Station Mit Projekten arbeiten Mit Referenzprojekten arbeiten Mit Bibliotheken arbeiten Automatisierungssystem SIMATIC S Komponenten einer S Station CPU-Baugruppen S CPU-Varianten Onboard-Peripherie PROFINET-Anschluss Status-Leuchtdioden SIMATIC Memory Card Erweiterungen der CPU-Baugruppe Signalbaugruppen Digitalein-/ausgabebaugruppen Analogein-/ausgabebaugruppen Eigenschaften der Peripherieanschlüsse

10 Inhaltsverzeichnis 2.4 Technologiebaugruppen IO-Link-Master Wägemodule SIWAREX WP231/WP Power Signal Booster Kommunikationsbaugruppen Punkt-zu-Punkt-Kommunikation PROFIBUS DP Aktor/Sensor-Interface Industrial Remote Communication Kommunikationsbaugruppe RF120C Weitere Baugruppen Anschlussvervielfacher Externe Spannungsversorgung TS-Adapter IE Basic Simulatormodule SIM SIPLUS S Gerätekonfiguration Einführung Eine Station konfigurieren Eine PLC-Station hinzufügen Eine Baugruppe hinzufügen Eine HMI-Station hinzufügen Baugruppen parametrieren Die CPU-Eigenschaften parametrieren Baugruppen adressieren Digitaleingaben parametrieren Digitalausgaben parametrieren Analogeingaben parametrieren Analogausgaben parametrieren Kommunikationsbaugruppen parametrieren Konfigurationssteuerung projektieren Eine Vernetzung projektieren Einführung Eine Station vernetzen Teilnehmeradressen in einem Subnetz Verbindungen Ein PROFINET-Subnetz projektieren Ein PROFIBUS-Subnetz projektieren Ein AS-i-Subnetz projektieren

11 Inhaltsverzeichnis 4 Variablen, Adressierung und Datentypen Operanden und Variablen Einführung, Übersicht Operandenbereiche Eingänge und Ausgänge Operandenbereich Merker Operandenbereich Daten Operandenbereich temporäre Lokaldaten Adressierung von Variablen und Konstanten Signalweg Absolute Adressierung eines Operanden Absolute Adressierung eines Operandenbereichs Symbolische Adressierung Adressierung eines Variablenteils Adressierung von Konstanten Indirekte Adressierung Adressierung von Hardware-Objekten HW-Kennung Baugruppenadresse ermitteln Allgemeines zu Datentypen Übersicht der Datentypen Implizite Datentypkonvertierung Variablen überlagern (Datentypsichten) Elementare Datentypen Bitfolge-Datentypen BOOL, BYTE, WORD und DWORD BCD-codierte Zahlen BCD16 und BCD Festpunkt-Datentypen ohne Vorzeichen USINT, UINT und UDINT Festpunkt-Datentypen mit Vorzeichen SINT, INT und DINT Gleitpunkt-Datentypen REAL und LREAL Datentypen CHAR und WCHAR Datentyp DATE Datentyp TIME Datentyp TIME_OF_DAY (TOD) Strukturierte Datentypen Datentyp DTL Zeichenketten STRING und WSTRING Datentyp ARRAY Datentyp STRUCT Parametertypen Parametertypen für IEC-Zeitfunktionen Parametertypen für IEC-Zählfunktionen Parametertyp VARIANT Parametertyp VOID PLC-Datentypen Einen PLC-Datentyp programmieren Einen PLC-Datentyp anwenden

12 Inhaltsverzeichnis PLC-Datentypen vergleichen Einen PLC-Datentyp umnummerieren Systemdatentypen Systemdatentyp IEC_TIMER Systemdatentyp IEC_COUNTER Systemdatentyp TimeTransformationRule Systemdatentyp GEOADDR Systemdatentyp TCON_Param Systemdatentyp TADDR_Param Systemdatentyp ErrorStruct Hardware-Datentypen Anwenderprogramm bearbeiten Betriebszustände Betriebszustand STOP Betriebszustand ANLAUF Betriebszustand RUN Remanenzverhalten von Operanden Anwenderprogramm erstellen Bearbeitung des Anwenderprogramms Strukturierung des Anwenderprogramms Bausteinarten Bausteineigenschaften Bausteinschnittstelle, Bausteinparameter Einen Codebaustein aufrufen Programmierempfehlungen Anlaufprogramm Hauptprogramm Organisationsbausteine für das Hauptprogramm Prozessabbilder Zykluszeit Reaktionszeit Programmbearbeitung stoppen Uhrzeit Betriebsstundenzähler Alarmbearbeitung Einführung zur Alarmbearbeitung Uhrzeitalarme Verzögerungsalarme Weckalarme Prozessalarme Alarme zur Laufzeit zuordnen Alarme verzögern und freigeben

13 Inhaltsverzeichnis 5.6 Fehlerbehandlung, Diagnose Fehlerursachen und Fehlerreaktionen Lokale Fehlerbehandlung Zeitfehler OB Diagnosealarm OB Ziehen/Stecken-Alarm OB Baugruppenträgerfehler OB Diagnosefunktionen im Anwenderprogramm Programmeditor Einführung PLC-Variablentabelle PLC-Variablentabelle anlegen und bearbeiten PLC-Variablen definieren und bearbeiten PLC-Variablentabellen vergleichen PLC-Variablentabelle exportieren und importieren Konstantentabellen Einen Codebaustein programmieren Einen neuen Codebaustein anlegen Arbeitsbereich des Programmeditors für Codebausteine Bausteineigenschaften für Codebausteine festlegen Einen Baustein schützen Bausteinschnittstelle programmieren Allgemeines Vorgehen beim Programmieren der Steuerungsfunktion Steuerungsfunktion mit KOP und FUP programmieren Steuerungsfunktion mit SCL programmieren Einen 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 Sprachen-Einstellung

14 Inhaltsverzeichnis 7 Kontaktplan KOP Einführung Programmieren mit KOP allgemein Programmelemente des Kontaktplans Binäre Verknüpfungen mit KOP programmieren Schließerkontakt und Öffnerkontakt Berücksichtigung der Geberart im Kontaktplan Reihenschaltung von Kontakten Parallelschaltung von Kontakten Gemischte Reihen- und Parallelschaltung T-Abzweig, offener Parallelzweig im Kontaktplan Verknüpfungsergebnis negieren im Kontaktplan Flankenauswertung einer Binärvariablen im Kontaktplan Gültigkeitsprüfung einer Gleitpunktvariablen im Kontaktplan Vergleich-Kontakte Speicherfunktionen mit KOP programmieren Einfache und negierende Spule Setzen- und Rücksetzen-Spule Speicherndes Verhalten durch Selbsthaltung Flankenauswertung mit Impulsausgabe im Kontaktplan Mehrfaches Setzen und Rücksetzen (Bitfeld füllen) im Kontaktplan Spulen mit Zeitverhalten Q-Boxen mit KOP programmieren Anordnung von Q-Boxen im Kontaktplan Speicher-Boxen im Kontaktplan Flankenauswertung des Stromflusses Beispiel Binäruntersetzer im Kontaktplan Zeitfunktionen im Kontaktplan Zählfunktionen im Kontaktplan EN/ENO-Boxen mit KOP programmieren Anordnung von EN/ENO-Boxen im Kontaktplan Flankenauswertung mit einer EN/ENO-Box Übertragungsfunktionen im Kontaktplan Arithmetische Funktionen für Zahlenwerte im Kontaktplan Arithmetische Funktionen für Zeitwerte im Kontaktplan Mathematische Funktionen im Kontaktplan Konvertierungsfunktionen im Kontaktplan Schiebefunktionen im Kontaktplan Logikfunktionen im Kontaktplan Funktionen für Zeichenketten im Kontaktplan VARIANT-Funktionen mit KOP programmieren Programmsteuerung mit KOP Sprungfunktionen im Kontaktplan Sprungliste im Kontaktplan Sprungverteiler im Kontaktplan

15 Inhaltsverzeichnis Bausteinende-Funktion im Kontaktplan Bausteinaufruf-Funktionen im Kontaktplan EN/ENO-Mechanismus im Kontaktplan Funktionsplan FUP Einführung Programmieren mit Funktionsplan allgemein Programmelemente des Funktionsplans Binäre Verknüpfungen mit FUP programmieren Abfrage auf Signalzustand 1 und auf Signalzustand Berücksichtigung der Geberart im Funktionsplan UND-Funktion ODER-Funktion Exklusiv-ODER-Funktion Gemischte binäre Verknüpfungen T-Abzweig im Funktionsplan Verknüpfungsergebnis negieren im Funktionsplan Flankenauswertung von Binärvariablen im Funktionsplan Gültigkeitsprüfung einer Gleitpunktvariablen im Funktionsplan Vergleichsfunktionen im Funktionsplan Standard-Boxen mit FUP programmieren Zuweisung und negierende Zuweisung Setzen- und Rücksetzen-Box Flankenauswertung mit Impulsausgabe im Funktionsplan Mehrfaches Setzen und Rücksetzen (Bitfeld füllen) im Funktionsplan Standardboxen mit Zeitverhalten Q-Boxen mit FUP programmieren Anordnung von Q-Boxen im Funktionsplan Speicher-Boxen im Funktionsplan Flankenauswertung des Verknüpfungsergebnisses Beispiel Binäruntersetzer im Funktionsplan Zeitfunktionen im Funktionsplan Zählfunktionen im Funktionsplan EN/ENO-Boxen mit FUP programmieren Anordnung von EN/ENO-Boxen im Funktionsplan Flankenauswertung mit einer EN/ENO-Box Übertragungsfunktionen im Funktionsplan Arithmetische Funktionen für Zahlenwerte im Funktionsplan Arithmetische Funktionen für Zeitwerte im Funktionsplan Mathematische Funktionen im Funktionsplan Konvertierungsfunktionen im Funktionsplan Schiebefunktionen im Funktionsplan Logikfunktionen im Funktionsplan Funktionen für Zeichenketten im Funktionsplan