Documentazione didattica SCE per una soluzione di automazione omogenea Totally Integrated Automation (TIA)

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1 Documentazione didattica SCE per una soluzione di automazione omogenea Totally Integrated Automation (TIA) Modulo TIA Portal Elaborazione del valore analogico nel controllore SIMATIC S Documentazione didattica SCE Pagina 1 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

2 Trainer Package SCE adatti a questa documentazione SIMATIC S AC/DC/RELAIS pacchetti da 6 postazioni PLC "TIA Portal" Nr. di ordinazione: 6ES7214-1BE30-4AB3 SIMATIC S DC/DC/DC pacchetti da 6 postazioni PLC "TIA Portal" Nr. di ordinazione: 6ES7214-1AE30-4AB3 SIMATIC S7-SW for Training STEP 7 BASIC V11 Upgrade per 6 pacchetti STEP 7 Basic (per S7-1200) "TIA Portal" Nr. di ordinazione: 6ES7822-0AA01-4YE0 Tenere presente che questi Trainer Package potrebbero essere sostituiti da successivi pacchetti. Potete consultare i pacchetti SCE attualmente disponibili su: siemens.com/sce/tp Corsi di formazione Per corsi di formazione regionali di Siemens SCE contattare il partner di contatto SCE regionale siemens.com/sce/contact Ulteriori informazioni su SCE siemens.com/sce Avvertenza importante sulla traduzione La presente documentazione didattica è stata tradotta sulla base dei documenti redatti in tedesco. Gli screenshot sono stati riprodotti dalla lingua inglese. Per agevolare la comprensione, anche all'interno del testo sono stati adottati i comandi di programma in inglese con traduzione nella lingua straniera tra parentesi. Avvertenze per l'impiego La documentazione di formazione per una soluzione di automazione omogenea Totally Integrated Automation (T I A) è stata creata per il programma "Siemens Automation Cooperates with Education (SCE)" specialmente per scopi di formazione per enti di formazione, di ricerca e di sviluppo pubblici. La Siemens AG declina qualunque responsabilità riguardo ai contenuti di questa documentazione. Questa documentazione può essere utilizzata solo per la formazione base di prodotti e sistemi Siemens. Ciò significa che può essere copiata in parte, o completamente, e distribuita agli studenti nell'ambito della loro formazione professionale. La riproduzione, distribuzione e divulgazione di questa documentazione è consentita solo all'interno di istituzioni di formazione pubbliche e a scopo di formazione professionale. Qualsiasi eccezione richiede un'autorizzazione scritta dal partner di riferimento di Siemens AG: Sig. Roland Scheuerer roland.scheuerer@siemens.com. Le trasgressioni obbligano al risarcimento dei danni. Tutti i diritti sono riservati, incluso anche quelli relativi alla distribuzione e in particolare quelli relativi ai brevetti e ai marchi GM. L'utilizzo per corsi rivolti a clienti del settore industria è esplicitamente proibito e non è inoltre permesso l utilizzo commerciale della documentazione. Ringraziamo Michael Dziallas Engineering e tutte le persone coinvolte nella creazione di questa documentazione. Documentazione didattica SCE Pagina 2 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

3 Pagina: 1. Prefazione Avvertenze sulla programmazione di SIMATIC S Sistema di automazione SIMATIC S Software di programmazione STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) Segnali analogici Tipi di dati del controllore SIMATIC S Immissione/emissione dei valori analogici Normalizzazione dei valori analogici Esempio di programmazione: controllo del livello di un serbatoio Programmazione del controllo del livello di riempimento per il SIMATIC S Documentazione didattica SCE Pagina 3 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

4 1. Prefazione Il modulo SCE_DE_ appartiene per contenuti all'unità didattica 'Basi della programmazione PLC' e rappresenta un rapido approccio alla programmazione di SIMATIC S con TIA Portal. Basi della programmazione PLC Moduli 010 e moduli 020 Ulteriori funzioni per la programmazione PLC Moduli 030 Ulteriori linguaggi di programmazione AS-Interface Moduli 50 PROFIBUS Moduli 60 PROFINET Moduli 70 Sistemi fail safe Moduli 80 Sensori Moduli 110 Visualizzazione del processo Azionamenti Moduli 100 Obiettivo didattico: L'obiettivo di questo modulo è far conoscere al lettore la programmazione di un controllo dei limiti di un valore analogico. Il controllore (PLC) è un SIMATIC S e il programma viene creato con il tool di programmazione TIA Portal. Il modulo fornisce le nozioni di base e spiega il procedimento basandosi su un esempio dettagliato. Presupposti: Per una corretta elaborazione di questo modulo si presuppongono le conoscenze seguenti: Esperienza nell'uso di Windows Basi della programmazione di PLC con TIA Portal (ad es. Modulo_ _- Avvio alla programmazione con SIMATIC S con TIA Portal V11) Documentazione didattica SCE Pagina 4 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

5 Requisiti hardware e software 1 PC Pentium 4, 1.7 GHz 1 (XP) 2 (Vista) GB RAM, memoria su disco rigido ca. 2 GB Sistema operativo Windows XP Professional SP3 / Windows 7 Professional / Windows 7 Enterprise / Windows 7 Ultimate / Windows 2003 Server R2 / Windows Server 2008 Premium SP1, Business SP1, Ultimate SP1 2 Software STEP7 Professional V11 SP1 (Totally Integrated Automation (TIA) Portal V11) 3 Collegamento Ethernet tra PC e CPU 315F-2 PN/DP 4 PLC SIMATIC S7-1200, ad es. CPU 1214C. Gli ingressi devono essere condotti su un quadro di comando esterno. 1 PC 2 STEP7 Professional V11 (TIA Portal) 3 Collegamento Ethernet 4 S con CPU 1214C Documentazione didattica SCE Pagina 5 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

6 2. Avvertenze sulla programmazione di SIMATIC S Sistema di automazione SIMATIC S Il sistema di automazione SIMATIC S è un mini controllore modulare per la fascia di potenzialità medio-bassa. Un'ampia gamma di unità consente di adeguarlo in modo ottimale al compito di automazione specifico. Il controllore S7 è costituito da un alimentatore, da una CPU e da unità di ingressi e uscite per i segnali digitali e analogici. Eventualmente è possibile aggiungere processori di comunicazione e moduli funzionali per compiti speciali, come ad es. un blocco di comando motore passo-passo. Il controllore programmabile (PLC) controlla e comanda con il programma S7 una macchina o un processo. Nel programma S7 le unità I/O vengono interrogate attraverso gli indirizzi di ingresso (%I) e indirizzate dagli indirizzi di uscita (%Q). Il sistema si programma con il software STEP Software di programmazione STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) Il software STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) è il tool per la programmazione dei sistemi di automazione - SIMATIC S SIMATIC S SIMATIC S SIMATIC WinAC Con STEP 7 Professional V11 è possibile utilizzare le seguenti funzioni per l'automazione di un impianto: - Configurazione e parametrizzazione dell'hardware - Definizione della comunicazione - Programmazione - Test, messa in servizio e Service con le funzioni operative e di diagnostica - Documentazione - Creazione di visualizzazioni per i SIMATIC Basic Panel con WinCC Basic integrato. - Con ulteriori pacchetti WinCC è possibile realizzare soluzioni di visualizzazione anche per PC e altri pannelli operatore Tutte le funzioni sono supportate da una dettagliata Guida in linea. Documentazione didattica SCE Pagina 6 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

7 3. Segnali analogici A differenza di un segnale binario, che può assumere solo i due stati di segnale "tensione presente +24V" e "tensione non presente 0V", i segnali analogici possono assumere un qualsiasi numero di valori all'interno di un determinato campo. Un tipico esempio di sensore analogico è il potenziometro. A seconda della posizione della manopola è possibile impostare qualsiasi resistenza, fino al valore massimo. Esempi di grandezze analogiche nella tecnica di comando: - Temperatura C - Portata l/min - Numero di giri giri/min - ecc. Queste grandezze vengono convertite in tensioni, correnti o resistenze elettriche con l'aiuto di un trasduttore. Per rilevare un numero di giri, ad es., è possibile convertire la gamma di velocità giri/min in un campo di tensione di V con un trasduttore. Se il numero di giri misurato fosse 865 giri/min il trasduttore fornirebbe un valore di tensione pari a + 3,65 V U/min U/min 10V 10V: 1000 U/min = 0,01 V/U/min 365 U/min x 0,01 V/U/min = 3,65 0 V +10V Queste tensioni, correnti o resistenze elettriche vengono poi collegate a un'unità analogica che digitalizza il segnale. Per elaborare le grandezze analogiche con un PLC, il valore letto della tensione, della corrente o della resistenza deve essere convertito in un'informazione digitale. Questa conversione viene definita conversione analogico-digitale (conversione A/D). Ciò significa ad es. che il valore della tensione di 3,65V viene salvato come informazione in una serie di cifre binarie. Più cifre binarie vengono utilizzate per la rappresentazione digitale, maggiore è la risoluzione. Se ad es. per il campo della tensione V fosse disponibile solo 1 bit, si potrebbe affermare solo se la tensione misurata è compresa nel campo V o nel campo +5V V. Con 2 bit è già possibile suddividere il campo in 4 campi singoli, ovvero ,5 / 2, / ,5 / 7, V. Nella tecnica di comando i comuni convertitori A/D funzionano con 8 o 11 bit. Con 8 bit si hanno a disposizione 256 campi singoli e con 11 bit una risoluzione di 2048 campi singoli. 0A/0V 20mA/10V 10V: 2048 = 0, Bit es können Spannungsunterschiede <5mV erkannt werden Documentazione didattica SCE Pagina 7 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

8 4. Tipi di dati del controllore SIMATIC S Il SIMATIC S comprende numerosi tipi di dati diversi con i quali vengono rappresentati formati numerici diversi. Qui di seguito è riportato un elenco dei tipi di dati semplici. Avvertenza: Per l'elaborazione del valore analogico, i tipi di dati 'INT' e 'REAL' sono particolarmente importanti. Infatti i valori analogici immessi sono disponibili come numeri interi in formato 'INT' e per garantire che l'ulteriore elaborazione sia precisa - considerato l'errore di arrotondamento di 'INT' - possono essere utilizzati solo numeri in virgola mobile 'REAL'. Documentazione didattica SCE Pagina 8 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

9 5. Immissione/emissione dei valori analogici I valori analogici vengono immessi ed emessi nel PLC come informazioni a parola. Queste parole sono accessibili ad es. con gli operandi: %IW 64 Parola di ingresso analogico 64 %QW 80 Parola di uscita analogica 80 Ogni valore analogico ("canale") occupa un parola di ingresso o di uscita. Il formato è 'Int', un numero intero. L'indirizzamento delle parole di ingresso e di uscita si basa sull'indirizzamento nella vista generale dispositivi. Ad esempio: Qui l'indirizzo del primo ingresso analogico sarebbe %IW 64, quello del secondo ingresso analogico %IW 66, quello dell'uscita analogica %QW 80. La trasformazione del valore analogico per l'ulteriore elaborazione nel PLC è uguale per ingressi e uscite analogici. I campi dei valori digitalizzati sono rappresentati in questo modo: Spesso questi valori digitalizzati devono ancora essere normalizzati con un'ulteriore elaborazione nel PLC. Documentazione didattica SCE Pagina 9 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

10 5.1 Normalizzazione dei valori analogici Se un valore di ingresso analogico è disponibile come valore digitalizzato, nella maggior parte dei casi deve ancora essere normalizzato per far sì che i valori numerici corrispondano alle grandezze fisiche del processo. Allo stesso modo il valore analogico normalmente viene emesso nella parola di uscita della periferia solo dopo che è stato normalizzato. Nei programmi STEP7 per la normalizzazione si ricorre alle operazioni di calcolo. Per assicurare la massima precisione possibile i valori da normalizzare devono essere convertiti nel tipo di dati REAL così da ridurre al minimo gli errori di arrotondamento. Nei capitoli che seguono è riportato un esempio che si basa sul controllo del livello di un serbatoio. 6. Esempio di programmazione: controllo del livello di un serbatoio Il nostro programma consiste nella programmazione di un controllo del livello di riempimento. Un sensore misura il livello di riempimento in un serbatoio e lo converte in un segnale di tensione di 0-10V. 0V corrispondono a un livello di 100 litri e 10V a un livello di 1000 litri. Questo sensore è collegato al primo ingresso analogico del SIMATIC S Il segnale deve essere immesso in una funzione FC1 ed essere normalizzato. Successivamente si dovranno programmare il controllo e la visualizzazione per il livello di riempimento max. di 990 litri e un controllo per il livello di riempimento minimo di 110 litri. Lista di attribuzione: Indirizzo Simbolo Tipo di dati Commento %IW 64 AI_LEVEL_TANK1 Int Ingresso analogico serbatoio1 %Q 0.0 Tank1_max Bool Visualizzazione del livello > 990 litri %Q 0.1 Tank1_min Bool Visualizzazione del livello < 110 litri Documentazione didattica SCE Pagina 10 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

11 6.1. Programmazione del controllo del livello di riempimento per il SIMATIC S Per la gestione del progetto e la programmazione si utilizza il software 'Totally Integrated Automation Portal'. Qui si creano, si parametrizzano e si programmano con un'interfaccia utente unificata i componenti come controllore, visualizzazione e collegamento in rete della soluzione di automazione. Per la diagnostica degli errori sono disponibili diversi tool online. Con i passi seguenti è possibile creare un progetto per il SIMATIC S e programmare la soluzione del compito che ci siamo proposti: 1. Il tool principale è 'Totally Integrated Automation Portal', che si richiama qui con un doppio clic. ( Totally Integrated Automation Portal V11) Documentazione didattica SCE Pagina 11 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

12 2. I programmi per il SIMATIC S vengono gestiti in progetti. Uno di questi progetti verrà ora creato nella vista portale ( Create new project (Crea nuovo progetto) tank_analog (serbatoio_analogico) Create (Crea)) Documentazione didattica SCE Pagina 12 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

13 3. Ora alla voce 'First steps' vengono proposti i primi passi per la progettazione. Innanzitutto vogliamo creare un dispositivo con 'Configure a device'. ( Primi passi Configura un dispositivo) Documentazione didattica SCE Pagina 13 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

14 4. Successivamente inseriremo con 'Add new device' un nuovo dispositivo denominato 'controller_tank'. Selezionare dal catalogo la 'CPU1214C' con il numero di ordinazione adeguato. ( Aggiungi nuovo dispositivo Controllo_serbatoio CPU1214C 6ES7. Aggiungi) Documentazione didattica SCE Pagina 14 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

15 5. Ora il software passa automaticamente alla vista progetto con la configurazione hardware aperta. Qui è possibile aggiungere ulteriori moduli prelevandoli dal catalogo hardware (a destra!). Inserire qui la signal board per un'uscita analogica trascinandola con il mouse dal catalogo. ( Catalog (Catalogo) Signal board AQ1 x 12 bit 6ES ) Documentazione didattica SCE Pagina 15 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

16 6. Nella vista 'Device view' è possibile ricontrollare gli indirizzi degli ingressi e delle uscite o anche reimpostarli. Qui gli ingressi analogici integrati della CPU hanno gli indirizzi %IW64 - %IW66 e le uscite digitali integrate gli indirizzi %Q0.0 - %Q1.1 L'uscita analogica nella signal board ha l'indirizzo %QW80 Documentazione didattica SCE Pagina 16 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

17 7. Per far sì che in un secondo tempo il software acceda alla CPU corretta è necessario impostare l'indirizzo IP e la maschera di sottorete. ( Properties (Proprietà) General (Generale) PROFINET interface (Interfaccia PROFINET) Ethernet addresses Indirizzi Ethernet IP address (Indirizzo IP): Subnet mask (Maschera di sottorete): ) Documentazione didattica SCE Pagina 17 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

18 8. Poiché nella moderna programmazione non si utilizzano gli indirizzi assoluti ma delle variabili, qui è necessario definire le variabili PLC globali. Queste variabili PLC globali sono nomi descrittivi corredati di commento per gli ingressi e le uscite che vengono utilizzati nel programma. In un secondo momento, durante la programmazione, da questi nomi si potrà accedere alle variabili PLC globali. Queste variabili globali si possono utilizzare in tutto il programma in tutti i blocchi. Nella navigazione del progetto selezionare prima 'controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC]' e poi 'PLC tags'. Aprire la tabella 'PLC tags' con un doppio clic e inserire i nomi degli ingressi e delle uscite come nella figura seguente. ( Controllo_serbatoio [CPU1214C DC/DC/DC] Variabili PLC Tabella delle variabili standard) Documentazione didattica SCE Pagina 18 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

19 9. Per creare la funzione FC1 selezionare nella navigazione del progetto 'controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC]' e quindi 'Program blocks'. Fare doppio clic su 'Add new block'. ( Controllo_serbatoio[CPU1214C DC/DC/DC] Blocchi di programma Inserisci nuovo blocco) Documentazione didattica SCE Pagina 19 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

20 10. Selezionare 'Function (FC)' e assegnare il nome 'supervision filling level tank1'. Come linguaggio di programmazione è preimpostato lo schema funzionale 'FBD'. La numerazione è automatica. Poiché questa FC1 in un secondo tempo verrà richiamata comunque con il nome simbolico, il numero non ha più una grande importanza. Applicare i dati inseriti con 'OK'. ( Funzione (FC1) controllo_livello_serbatoio1 FUP OK) Documentazione didattica SCE Pagina 20 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

21 11. Il blocco 'supervision filling level tank1 [FC1]' si apre automaticamente. Prima di poter scrivere il programma è necessario dichiarare l'interfaccia del blocco. Con la dichiarazione dell'interfaccia si definiscono le variabili locali, conosciute solo in questo blocco. Le variabili si suddividono in due gruppi: Parametri del blocco che costituiscono l'interfaccia del blocco per il richiamo nel programma. Tipo Denominazio ne Funzione Disponibile in Parametri di ingresso Input Parametri i cui valori vengono letti dal blocco. Funzioni, blocchi funzionali e alcuni tipi di blocchi organizzativi Parametri di uscita Output Parametri i cui valori vengono scritti dal blocco. Funzioni e blocchi funzionali Parametri di transito InOut Parametri il cui valore viene letto dal blocco al momento del richiamo e riscritto nello stesso parametro dopo l'elaborazione. Funzioni e blocchi funzionali Dati locali che permettono il salvataggio di risultati intermedi. Tipo Denominazio ne Funzione Disponibile in Dati locali temporanei Temp Variabili che permettono il salvataggio di risultati intermedi temporanei. I dati temporanei vengono mantenuti solo per un ciclo. Funzioni, blocchi funzionali e blocchi organizzativi Dati locali statici Static Variabili che permettono il salvataggio di risultati intermedi statici nel blocco dati di istanza. I dati statici vengono mantenuti Blocchi funzionali anche per più cicli finché non vengono riscritti. Documentazione didattica SCE Pagina 21 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

22 12. Per la dichiarazione delle variabili locali nel nostro esempio sono necessarie le seguenti variabili. Input: tank_level_ai Qui il sensore di livello immette il valore analogico Output: tank_max Qui viene scritto nell'uscita lo stato della visualizzazione del livello max. tank_min Qui viene scritto nell'uscita lo stato della visualizzazione del livello min. Temp: tank_level_real Questa variabile è necessaria per salvare un valore intermedio tank_level_norm Qui viene fornito un valore per il livello di riempimento in formato di virgola mobile normalizzato in un campo di litri. In questo esempio è particolarmente importante utilizzare i tipi di dati corretti, perché in caso contrario non sarebbero compatibili con le funzioni di conversione utilizzate nel programma seguente. Per una migliore comprensione, tutte le variabili locali dovrebbero anche essere corredate di un commento sufficientemente esplicativo. Documentazione didattica SCE Pagina 22 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

23 13. Dopo aver dichiarato le variabili locali è possibile immettere il programma utente utilizzando i nomi delle variabili. (Le variabili sono identificate dal simbolo '#'.) Per l'esempio in FUP il programma potrebbe essere questo. Documentazione didattica SCE Pagina 23 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

24 14. Successivamente occorre selezionare le proprietà 'Properties' del blocco 'Main[OB1]' elaborato ciclicamente. Le proprietà dei blocchi sono modificabili. ( Proprietà Main[OB1]) Documentazione didattica SCE Pagina 24 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

25 15. Selezionare nelle proprietà il linguaggio di programmazione ('Language') schema funzionale 'FBD'. ( FUP OK) Documentazione didattica SCE Pagina 25 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

26 16. Il blocco "supervision filling level tank1 [FC1]" deve essere richiamato dal blocco di programma Main [OB1]. In caso contrario il blocco non verrebbe proprio elaborato. Aprire il blocco facendo un doppio clic su 'Main [OB1]'. ( Main[OB1] ) Documentazione didattica SCE Pagina 26 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

27 17. Il blocco "supervision filling level tank1 [FC1]" può essere semplicemente trascinato con il mouse nel segmento 1 del blocco Main[OB1]. Non dimenticare di documentare i segmenti anche nel blocco Main[OB1]. ( controllo_livello_serbatoio1 [FC1]) Documentazione didattica SCE Pagina 27 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

28 18. Nell'OB1 le variabili di ingresso e di uscita ora vanno interconnesse con le variabili PLC qui visualizzate. Facendo clic con il mouse su (Salva progetto) si salva il progetto. ( "AI_LEVEL_TANK1" "TANK1_MAX" "TANK1_MAX" (Salva progetto)) Documentazione didattica SCE Pagina 28 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

29 19. Per caricare l'intero programma nella CPU selezionare prima la cartella 'controller_tank' quindi fare clic sul simbolo (Carica nel dispositivo). ( Controllo_serbatoio ) Documentazione didattica SCE Pagina 29 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

30 20. Se si è dimenticato di definire prima l'interfaccia PG/PC viene visualizzata una finestra nella quale è possibile procedere all'operazione. ( Type of the PG/PC interface Load) Documentazione didattica SCE Pagina 30 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

31 21. Fare clic nuovamente su 'Load'. Durante il caricamento lo stato viene visualizzato in una finestra. ( Carica) 22. Il caricamento completato senza errori viene visualizzato in una finestra. Fare clic con il mouse su 'Finish'. ( Fine) Documentazione didattica SCE Pagina 31 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

32 23. Avviare la CPU facendo clic con il mouse sul simbolo. ( ) 24. Confermare l'avvio della CPU con 'OK'. ( OK) Documentazione didattica SCE Pagina 32 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S

33 25. Con un clic del mouse sul simbolo Monitoring on/off (Controllo on/off) è possibile controllare lo stato delle variabili durante il test del programma. ( Controllo_livello_serbatoio1[FC1] ) Documentazione didattica SCE Pagina 33 di 33 Utilizzo solo per enti di formazione e di R&S