EP.Kurs.PLC3.pdf

A U T O M A T Y K A

Sterowniki programowalne PLC

Podstawy, część 3

Sterownik PLC

Simatic S7-200

Sterowniki progra-

mowalne serii S7-200

s¹ najmniejszymi z†ca-

³ej rodziny sterowni-

kÛw programowalnych

SIMATIC S7. Jednost-

ka centralna CPU oraz wejúcia i†wyjúcia

s¹ zintegrowanymi elementami PLC.

Wejúcia monitoruj¹ dwustanowe urz¹-

dzenia obiektowe, takie jak prze³¹czniki

i†czujniki. Wyjúcia natomiast steruj¹

urz¹dzeniami takimi jak silniki i†pom-

py ( rys. 26 ). Z³¹cze 9-stykowe przezna-

czone jest do pod³¹czenia programatora.

Rys. 26.

nak dysponuje on kilkoma dodatkami:

Dwa analogowe wejúcia sterowane po-

tencjometrami - rys. 27 . CPU 212 po-

siada jedno wejúcie tego typu.

Gniazdo dla wymiennych kart pamiÍ-

ci uøywanych dla szybkiego zgrywa-

nia i†wgrywania programu.

Zegar/kalendarz czasu rzeczywistego.

Trzy szybkie liczniki.

Modele S7-200

OmÛwione zostan¹ dwa typy ste-

rownikÛw S7-200: S7-212 i†S7-214. S7-

212 posiada 8†wejúÊ i†6†wyjúÊ, a†S7-214

ma 14 wejúÊ i†10 wyjúÊ zintegrowanych

z†CPU. DostÍpne s¹ trzy rodzaje zasi-

lania dla kaødego sterownika.

Dwa wyjúcia impulsowe.

W†trzeciej czÍúci artyku³u

przedstawimy podstawowe

informacje o sterownikach

serii S7-200, sposÛb

do³¹czania zewnÍtrznych

urz¹dzeÒ

wspÛ³pracuj¹cych

oraz podstawy

programowania

sterownikÛw.

MoøliwoúÊ obliczeÒ zmiennoprzecin-

kowych (rÛwnieø pierwiastek kwadra-

towy).

Opcjonalnie podtrzymanie bateryjne

na 200 dni.

Prze³¹cznik trybu pracy

We wszystkich sterownikach S7-200

wystÍpuje prze³¹cznik wyboru trybu

pracy ( rys. 28 ). Kiedy prze³¹cznik trybu

znajduje siÍ w†prawym po³oøeniu

(RUN), to CPU znajduje siÍ w†trybie

pracy i†wykonuje program. Natomiast

kiedy prze³¹cznik trybu znajduje siÍ

w†lewym po³oøeniu (STOP), to dzia³anie

CPU jest wstrzymane. Kiedy prze³¹cz-

nik trybu znajduje siÍ w†úrodkowym po-

³oøeniu (TERM), to tryb pracy moøna

wybraÊ z†przy³¹czonego programatora.

Modu³y rozszerzaj¹ce

Sterowniki S7-200 s¹ rozbudowy-

walne. Modu³y rozszerzaj¹ce zawieraj¹

dodatkowe wejúcia i†wyjúcia. S¹ one

pod³¹czane do jednostki bazowej po-

Rys. 27

S7-214

Sterownik S7-214 ma

wiÍksze gabaryty i†dodatko-

we wyposaøenie rozszerza-

j¹ce jego moøliwoúci fun-

kcjonalne w†porÛwnaniu do

S7-212. WiÍkszoúÊ z†podsta-

wowych parametrÛw S7-214

jest taka jak dla S7-212, jed-

Rys. 28.

Opis modelu

Zasilanie

Typ wejść

Typ wyjść

przez z³¹cza magistrali. Dla zainstalo-

wania modu³u rozszerzaj¹cego os³ona

portu magistrali musi byÊ usuniÍta ( rys.

29 ).

Aby pod³¹czyÊ modu³ rozszerzaj¹cy

do PLC S7-200, naleøy po³¹czyÊ z³¹cze

magistrali rozszerzaj¹cej jednostki bazo-

CPU 212 DC/DC/DC

24 VDC

8 wejść DC

8 wyjść DC

CPU 212 C/DC/STYK

120/230 VAC

8 wejść DC

8 wyjść STYK

CPU 212 AC/AC/AC

120/230 VAC

8 wejść AC

8 wyjść AC

CPU 214 DC/DC/DC

24 VDC

14 wejść DC

10 wyjść DC

CPU 214 C/DC/STYK

120/230 VAC

14 wejść DC

10 wyjść STYK

CPU 214 AC/AC/AC

120/230 VAC

14 wejść AC

10 wyjść AC

Elektronika Praktyczna 3/2000

A U T O M A T Y K A

A U T O M A T Y K A

Rys. 29

Rys. 33.

Rys. 30.

Pod³¹czenie zasilania

S7-200 moøe byÊ pod³¹czony zarÛ-

wno do napiÍcia zasilania 24 VDC jak

i 120/230 VAC, zaleønie od typu CPU.

Jednostki CPU typu 212 lub 214 DC/

DC/DC naleøy pod³¹czaÊ do zewnÍtrzne-

go zasilacza 24 VDC ( rys. 33 ). Zaciski

do pod³¹czenia zasilania umieszczone

s¹ po prawej stronie gÛrnej listwy za-

ciskowej. CPU 212 oraz 214 AC/DC/

Relay lub AC/AC/AC zasilane s¹ z†sieci

120 lub 230 VAC.

Wygodn¹ metod¹ sprawdzenia pro-

gramu jest wykorzystanie zatrzaskowych

prze³¹cznikÛw testowych. Prze³¹czniki

te s¹ w³¹czone pomiÍdzy dodatnim bie-

gunem zasilania 24 VDC a†odpowiedni-

mi wejúciami ( rys. 34 ). Skrajny lewy

prze³¹cznik jest po³¹czony z†pierwszym

wejúciem (0.0). Kiedy prze³¹cznik ten

jest zamkniÍty, to napiÍcie 24 VDC do-

³¹czone jest do wejúcia. Odpowiada to

stanowi logicznemu jeden. Kiedy prze-

³¹cznik jest otwarty, do³¹czone jest do

wejúcia napiÍcie 0†VDC. Odpowiada to

logicznemu zeru.

wej i†modu³u rozszerzaj¹cego. Sterow-

nik S7-212 moøe byÊ rozbudowany do

78 wejúÊ/wyjúÊ dwustanowych (14 we/

wy jest zintegrowanych z†CPU). Wyma-

ga to dwÛch modu³Ûw rozszerzaj¹cych

( rys. 30 ). Sterownik S7-214 moøe byÊ

rozszerzony do 120 wejúÊ/wyjúÊ dwu-

stanowych (maksymalnie po 32 we/wy

kaødy). Wymaga to szeúciu modu³Ûw

rozszerzaj¹cych ( rys. 31 ).

Adresowanie wejúÊ/wyjúÊ

Wejúcia i†wyjúcia S7-200 opisane s¹

na listwie zaciskowej oraz przy wskaü-

nikach ich stanu. Te alfanumeryczne

symbole identyfikuj¹ adresy wejúÊ/

wyjúÊ, do ktÛrych pod³¹czone s¹ urz¹-

dzenia. ZewnÍtrzne adresy uøywane s¹

przez CPU do okreúlenia, ktÛre wejúcia

s¹ w†stanie wysokim i†ktÛre wyjúcia po-

winny byÊ za³¹czone lub wy³¹czone.

Symbolem I s¹ oznaczone wejúcia

cyfrowe, a† Q wyjúcia cyfrowe. Pierwszy

numer wskazuje

bajt, drugi numer

wskazuje bit

w†tym bajcie. Na

przyk³ad adres

I0.0 to wejúcie

przypisane do bi-

tu 0†w†bajcie

0†w†przestrzeni

wejúÊ sterownika.

I0.0 = bajt 0, bit 0

I0.1 = bajt 0, bit 1

I1.0 = bajt 1, bit 0

I1.1 = bajt 1, bit 1

W† tab. 2 opisano przeznaczenie

wejúÊ i†wyjúÊ.

Symulator wejúciowy

Dla modeli S7-212 i†S7-214 jest do-

stÍpny symulator wejúciowy. Dla S7-

212 osiem prze³¹cznikÛw pod³¹czonych

jest do zaciskÛw zasilania 24†VDC. Dla

S7-214 jest dostÍpnych czternaúcie prze-

³¹cznikÛw pod³¹czonych takøe do zacis-

kÛw zasilania 24 VDC.

Wskaüniki stanu

Wskaüniki stanu CPU odzwiercied-

laj¹ bieø¹cy tryb pracy CPU ( rys. 32 ).

Jeúli na przyk³ad prze³¹cznik trybu znaj-

duje siÍ w†prawym po³oøeniu (RUN), to

Wyjúcia

Urz¹dzenia wyjúciowe, takie jak

przekaüniki, s¹ pod³¹czane do listwy

zaciskowej znajduj¹cej siÍ pod gÛrn¹

os³on¹ PLC ( rys. 35 ). Podczas testowa-

nia programu nie jest konieczne pod-

³¹czanie urz¹dzeÒ wyjúciowych. Wskaü-

niki stanu (diody LED) sygnalizuj¹ ak-

tywny stan wyjúÊ cyfrowych.

Rys. 31.

zapalony jest zielony wskaünik RUN.

Kiedy zaú prze³¹cznik trybu znajduje

siÍ w†po³oøeniu STOP, úwieci siÍ øÛ³ty

wskaünik STOP.

Wskaüniki stanÛw wejúÊ/wyjúÊ zo-

brazowuj¹ stan za³¹czenia lub wy³¹cze-

nia odpowiednich wejúÊ i†wyjúÊ. Kiedy

wejúcie znajduje siÍ w†stanie wysokim

(1) lub wyjúcie jest za³¹czone (1), to

zapalony zostaje odpowiedni wskaünik

LED.

Pod³¹czanie urz¹dzeÒ

zewnÍtrznych

Terminal tekstowy TD200

Port programatora w†S7-200 moøe

byÊ wykorzystany do komunikacji z†rÛø-

norodnymi urz¹dzeniami zewnÍtrznymi.

Jednym z†takich urz¹dzeÒ jest terminal

tekstowy TD200 ( rys. 36 ). Modu³ TD200

wyúwietla komunikaty odczytywane ze

sterownika S7-200, umoøliwiaj¹c obser-

wacjÍ zmiennych programowych. Za-

pewnia ponadto moøliwoúÊ wymusze-

nia stanÛw wewnÍtrznych oraz pozwala

Wejúcia

Urz¹dzenia wejúciowe, takie jak prze-

³¹czniki, przyciski oraz inne czujniki dwu-

stanowe, pod³¹czane s¹ do listwy zacisko-

wej znajduj¹cej siÍ pod doln¹ os³on¹ PLC.

Rys. 32.

Rys. 34.

Elektronika Praktyczna 3/2000

A U T O M A T Y K A

Programowanie PLC

Do tworzenia programÛw roboczych

sterownikÛw PLC S7-200 jest stosowane

oprogramowanie STEP 7-Micro/DOS lub

STEP 7-Micro/WIN. Program uøytkowy

sk³ada siÍ z†pewnej liczby instrukcji

u³oøonych w†odpowiednim porz¹dku

logicznym odzwierciedlaj¹cym opis pra-

cy sterowanego urz¹dzenia. Instrukcje

podzielone s¹ na trzy grupy: instrukcje

standardowe, specjalne i†instrukcje

szybkie.

Rys. 38.

Rys. 35.

Instrukcje standardowe

Instrukcje standardowe znajduj¹ siÍ

w†wiÍkszoúci programÛw. Instrukcje

standardowe opisuj¹: liczniki

czasu, liczniki zdarzeÒ, po³¹-

czenia logiczne, pÍtle progra-

mowe, inkrementacje, negacje,

przesuniÍcia oraz instrukcje

blokowe.

sterownika. W†tym trybie zmiany pro-

gramu ³adowane s¹ do PLC. Dodatkowo,

stany elementÛw wejúciowych/wyjúcio-

wych mog¹ byÊ monitorowane. Procesor

(CPU) moøe byÊ uruchamiany, zatrzy-

mywany lub kasowany.

Micro/WIN

STEP 7†jest dostÍpny w†wersji dla

Microsoft Windows. Ekran edycji sche-

matu drabinkowego w†STEP 7-Micro/

WIN wygl¹da jak na rys. 39 . Ø¹dana

funkcja zostaje podúwietlona, a†podwÛj-

ne klikniÍcie na schemacie drabinko-

wym powoduje jej umieszczenie w†wy-

branym miejscu

Rys. 36.

Instrukcje specjalne

Instrukcje specjalne uøywa-

ne s¹ do obs³ugi danych. In-

strukcje specjalne zawieraj¹ roz-

kazy przesuniÍcia, grupowania

w†tablicach, szukania, konwer-

sji, iteracji oraz instrukcje czasu rzeczy-

wistego.

na ustawienia czasu i†daty. Terminal

TD200 moøe byÊ pod³¹czony do ze-

wnÍtrznego zasilacza, moøe takøe byÊ

zasilany z†S7-200.

Symbole

Aby zrozumieÊ wykonywanie in-

strukcji PLC, konieczne jest poznanie

specyficznego jÍzyka - drabinkowego.

JÍzyk logiki drabinkowej PLC sk³ada siÍ

z†powszechnie uøywanego zestawu sym-

boli, ktÛre reprezentuj¹ elementy kon-

troli oraz instrukcje.

Instrukcje szybkie

Instrukcje szybkie umoøliwiaj¹ ob-

s³ugÍ zdarzeÒ w†trybie przerwaÒ, nie-

zaleønie od skanowania PLC. S¹ to in-

strukcje obs³ugi szybkich licznikÛw zda-

rzeÒ, przerwaÒ obiektowych, aktualiza-

cji stanu wyjúÊ i†instrukcje transmisji.

JÍzyk STEP 7-Micro zawiera wiÍcej

niø 130 instrukcji. OmÛwimy kilka

z†najczÍúciej uøywanych, niezbÍdnych

do podstawowego zrozumienia pracy

PLC.

Tryb wolnego portu

Port programatora S7-200 posiada

moøliwoúÊ transmisji w†trybie nazywa-

nym trybem swobodnego portu. Tryb

swobodnego portu umoøliwia pod³¹cze-

nie siÍ do rozmaitych inteligentnych

urz¹dzeÒ, takich jak np. czytniki kodu

paskowego.

Drukarka

Tryb swobodnego portu moøe byÊ

takøe wykorzystany do pod³¹czenia dru-

karki dowolnego producenta.

Tryby pracy

Program narzÍdziowy STEP 7-Micro

moøe dzia³aÊ w†trybie Off-line (bez po-

³¹czenia ze sterownikiem) lub On-line

(z bezpoúredni¹ komunikacj¹ ze sterow-

nikiem). Programowanie w†trybie Off-

line umoøliwia edycjÍ schematu drabin-

kowego i†przedstawienie zadaÒ sterow-

niczych ( rys. 38 ). W†tym trybie pracy

sterownik PLC nie jest pod³¹czony do

programatora. Praca w†trybie On-line

wymaga pod³¹czenia programatora do

Komunikacja

Moøliwe jest uøycie jednego progra-

matora do programowania wielu ste-

rownikÛw S7-200 przy³¹czonych do te-

go samego kabla komunikacyjnego ( rys.

37 ). Ca³kowita liczba jednostek, ktÛre

mog¹ byÊ po³¹czone bez uøycia dodat-

kowego uk³adu przekaünika (repeater)

wynosi 31.

Rys. 39.

Styki

Jednym z†najtrudniejszych aspek-

tÛw programowania PLC dla po-

cz¹tkuj¹cych uøytkownikÛw jest

zwi¹zek pomiÍdzy wynikiem

operacji logicznej (bitem stanu),

odwzorowuj¹cym rezultat dzia-

³ania rozkazu, a†funkcjami pro-

gramowymi, ktÛre wykorzystuj¹

ten bit. Dwie z†najczÍúciej uøy-

Rys. 40.

Rys. 37.

Rys. 41.

Rys. 42.

Elektronika Praktyczna 3/2000

A U T O M A T Y K A

powymi funkcjami oznaczanymi

jako bloki s¹ liczniki czasu, licz-

niki zdarzeÒ i†operacje matema-

tyczne.

Zestawy instrukcji

Poniøszy listing przedstawia

kilka instrukcji z†najczÍúciej wy-

korzystywanych w†schemacie dra-

binkowym. Lista instrukcji jest innym

sposobem przedstawienia programu ste-

rownika. NiektÛrzy programiúci preferu-

j¹ schemat drabinkowy, inni listÍ in-

strukcji.

Znaczenie przedstawionych niøej in-

strukcji bÍdzie omÛwione w†dalszej

czÍúci artyku³u.

Rys. 46

Rys. 43.

(wejúcie 3) lub (O w†liúcie instrukcji)

wejúcie I0.3 (wejúcie 4) lub oba s¹ w

stanie 1, to wyjúcie Q0.1 (wyjúcie 2)

bÍdzie rÛwnieø w stanie 1.

Innym sposobem przedstawienia

funkcji OR jest schemat logiczny Boo-

le'a ( rys. 46 ). Symbol graficzny bramki

OR rÛøni siÍ nieznacznie od symbolu

AND. Symbol bramki OR ma wejúcia po

lewej stronie. W†naszym przyk³adzie

mamy dwa wejúcia. Wyjúcie jest ryso-

wane po prawej stronie. Dzia³anie bram-

ki moøna zrozumieÊ po przeúledzeniu

tabeli stanÛw. Aby stan wyjúcia by³ rÛw-

ny logicznej 1, na dowolnym wejúciu

musi byÊ logiczna 1.

wanych funkcji programowych to styk

normalnie otwarty (NO) oraz styk nor-

malnie zamkniÍty (NC). MÛwi¹c obra-

zowo, pr¹d przep³ywa przez styki, gdy

s¹ one zamkniÍte. Stykowi normalnie

otwartemu (NO) jest przyporz¹dkowana

wartoúÊ prawda (bit stanu = 1), gdy

kontrolowane wejúcie lub wyjúcie jest

w stanie 1. Stykowi normalnie za-

mkniÍtemu (NC) jest przypo-

rz¹dkowana wartoúÊ logiczna prawda

(bit stanu = 1), gdy stan kontrolowa-

nego wejúcia lub wyjúcia rÛwna siÍ

0†( rys. 40 ).

LD ³aduj wartoúÊ bitu;

A, O AND (i), OR (lub);

= przypisanie wartoúci bitu;

S, R ustaw, kasuj wartoúÊ bitu;

MEND koniec g³Ûwnego programu;

NOP instrukcja nie powoduj¹ca

dzia³ania (no operation).

Rys. 44.

Operacja AND

Kaødy obwÛd w†schemacie drabin-

kowym reprezentuje operacjÍ logiczn¹.

W przyk³adzie programu z† rys. 43 po-

kazano operacjÍ iloczynu logicznego

AND. Klawisze funkcyjne uøyte zosta³y

do wybrania symboli dwÛch stykÛw

i†jednej cewki wyjúciowej. Stan wyj-

úcia Q0.0 obwodu 1†odpowiada iloczy-

nowi logicznemu stanÛw wejúÊ I0.0

i†I0.1. Lista instrukcji nowej operacji

logicznej zawsze rozpoczyna siÍ in-

strukcj¹ ³adowania (LD). W†przyk³adzie

wejúcie I0.0 (pierwsze wejúcie) i†I0.1

(wejúcie drugie) - A w†liúcie instrukcji

- musz¹ mieÊ wartoúÊ prawda, aby wyj-

úcie Q0.0 (pierwsze wyjúcie) mia³o

wartoúÊ prawda.

Koniec programu

Instrukcja koÒca g³Ûwnego progra-

mu (MEND) musi byÊ umieszczona jako

ostatnia w†programie ( rys. 47 ). CPU wy-

korzystuje tÍ instrukcjÍ aby rozpoznaÊ,

øe program siÍ koÒczy. Instrukcja MEND

wprowadzana jest do oddzielnego ob-

wodu. CPU sprawdza program po kolei,

rozpoczynaj¹c od obwodu 1. Kiedy

osi¹gnie on instrukcjÍ MEND, CPU wy-

kona diagnostykÍ i†uaktywni odpowied-

nie wyjúcia, a nastÍpnie powtÛrzy ska-

nowanie programu.

Cewki

Symbol cewki przekaünika ( rys. 41 )

odwzorowuje na schemacie wyjúcie

dwustanowe. Adres tego wyjúcia odpo-

wiada oznaczeniu fizycznego zacisku.

Warunkiem za³¹czenia cewki (ustawie-

nia wyjúcia w†stan 1) jest stan 1 bitu

odzwierciedlaj¹cego rezultat zadania lo-

gicznego realizowanego przez obwÛd

steruj¹cy cewkÍ. Stan tego bitu (jako

stan wyjúcia) moøe byÊ takøe wykorzys-

tany w†innych obwodach sterowni-

czych.

Artyku³ opracowany na podstawie

podrÍcznika ìPodstawy sterownikÛw

programowalnych PLCî firmy Siemens.

Tab. 2.

I 0.0 1. wej.

I 1.0 9. wej.

Q 0.0 1. wyj.

Q 1.0 9. wyj.

I 0.1 2. wej.

I 1.1 10. wej.

Q 0.1 2. wyj.

Q 1.1 10. wyj.

I 0.2 3. wej.

I 1.2 11. wej.

Q 0.2 3. wyj.

I 0.3 4. wej.

I 1.3 12. wej.

Q 0.3 4. wyj.

Bloki

Bloki reprezentuj¹ rÛøne instruk-

cje lub funkcje, ktÛre s¹ wykonywa-

ne, gdy s¹ spe³nione warunki logicz-

ne ich realizacji (bit stanu = 1). Ty-

I 0.4 5. wej.

I 1.4 13. wej.

Q 0.4 5. wyj.

I 0.5 6. wej.

I 1.5 14. wej.

Q 0.5 6. wyj.

I 0.6 7. wej.

Q 0.6 7. wyj.

I 0.78. wej.

Q 0.78. wyj.

Innym sposobem przedstawienia

funkcji AND jest schemat logiczny Boo-

le'a ( rys. 44 ). W†logice Boole'a symbol

bramki AND ma wejúcia po lewej stro-

nie. W†naszym przyk³adzie mamy dwa

wejúcia. Wyjúcie jest zaznaczone po pra-

wej stronie. Dzia³anie bramki moøna

zrozumieÊ po przeúledzeniu jej tabeli

stanÛw. Aby stan wyjúcia by³ rÛwny

logicznej 1, oba wejúcia musz¹ byÊ w

stanie logicznym 1.

Rys. 45.

Operacja OR

W†przyk³adzie z† rys. 45 program zo-

sta³ rozszerzony o†drugi obwÛd, aby

przedstawiÊ zastosowanie operacji OR.

£atwo zauwaøyÊ, øe jeúli wejúcie I0.2

Rys. 47.

Elektronika Praktyczna 3/2000

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: