SIEMENS - Apostila PLC Siemens TIA PORTAL

EN2713 - Automação de Sistemas Industriais

Apostila Controlador Lógico Programável Siemens SIMATIC S7-1200, Ambiente de Programação STEP 7 e Ambiente de Automação Integrado TIA (Totally Integrated Automation) V.11 SP2

Aluna de Estágio de Docência II: Victoria Alejandra Salazar Herrera

Professor Responsável da Disciplina: Prof. Dr. Jesus Franklin Andrade Romero

Santo André - SP 2012

Conteúdo 1 Intr Introd oduçã uçãoo

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2 Caracterist Caracteristicas icas do CLP CLP SIMA SIMATIC TIC S7-1200

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2.1 Capacid Capacidade ade de expansã expansãoo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.2 Modos Modos de de opera operação ção da CPU CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.3 Áreas Áreas de memóri memóriaa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.4 Tipo de dados dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.5 Tipo Tipo de blocos lógicos lógicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.5.1 Blocos de Organização Organização (OB) (OB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.5.2 2.5.2 Blocos Blocos de Função Função (FB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.5.3 2.5.3 Funções Funções (FC) (FC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.5.4 2.5.4 Blocos Blocos de dados dados (DB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.6 Tipo Tipo de linguagens linguagens de programação programação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.6.1 Linguagem Linguagem LADDER ou esquema esquema de contatos contatos KOP . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.6.2 Diagramas Diagramas de Blocos de Funções Funções FBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.6.3 Linguagem Linguagem de controle controle estruturado estruturado SCL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 Instruções Instruções básicas básicas do funcionamento funcionamento do STEP STEP 7

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3.1 Criar Criar um Proje Projeto to . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.2 Escolha Escolha do dispositivo dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.3 Criar variáveis variáveis para as I/O I/O da CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.4 Instruções Instruções básicas básicas para para escrever escrever o programa programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.5 Utilizar as variáveis do CLP da tabela de variáveis para direcionar as instruções . . . .

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3.6 Configu Configuraçã raçãoo do do IP IP do do CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.7 Descarregar Descarregar o program programaa no dispositivo dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.8 Agregar Agregar um dispositivo dispositivo HMI ao ao projeto projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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Lista de Figuras 1

Part Partes es del del CLP CLP S7-12 S7-1200. 00. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Módulos Módulos adicion adicionais ais ao CLP S7-1200 S7-1200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Exem Exemplo plo de ling lingua uagem gem LADDE LADDER R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Exemplo Exemplo de Diagram Diagramas as de Blocos Blocos de Funções Funções FBD FBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Tela do ambiente ambiente de programação programação STEP7: Vista Vista do Portal Portal . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Tela do ambiente ambiente de programação programação STEP7: Vista Vista do Projeto Projeto . . . . . . . . . . . . . . . .

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Barra Barra de ferra ferrame ment ntas as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Cri Criar proj projet etoo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Adici Adicion onar ar disp dispos osit itiv ivoo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Escolher Escolher dispositivo dispositivo no específico específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Escolha Escolha do dispos dispositi itivo vo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Detecçã Detecçãoo do dispos dispositi itivo vo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Escolhe Escolherr dispos dispositi itivo vo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Vista ista do projet projetoo com o CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Adicion Adicionar ar variáv variáveis eis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Definir Definir o tipo tipo de variáv variável el . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Blocos Blocos de progra programaç mação ão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Iniciando Iniciando a programação programação em Ladder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Nomean Nom eando do variáv variáveis eis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Configu Configuraçã raçãoo do IP 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Configu Configuraçã raçãoo do IP 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Descarregar Descarregar o Programam Programam no CLP 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Inicial Inicializar izar o progra programa ma no CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Dispositivo Dispositivo HMI (Human (Human Interface Interface MAchine) MAchine) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Inserir Inserir um dispositivo dispositivo HMI no programa programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Lista de Tabelas 1

Tabel abelaa de espec especifi ificaç cações ões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Tipos ipos de dados dados suppor supportad tados os pelo S7-1200 S7-1200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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EN2713 - Automação de Sistemas Industriais Controlador Lógico Programável Programável Siemens SIMATIC SIMATIC S7-1200, S7-120 0, Ambiente de Programação STEP 7 e Ambiente de Automação Integrado TIA (Totally Integrated Automation) V.11 SP2 Professor Responsável da Disciplina: Prof. Dr. Jesus Franklin Andrade Romero Aluna de Estágio de Docência II: Victoria Alejandra Salazar Herrera

13 de Novembro de 2012

1 Intr Introd oduç ução ão A presente presente apostila apostila tem o objetivo objetivo de introduzir introduzir o controlador controlador lógico lógico programáve programávell SIMATIC SIMATIC S7-1200, e o ambiente de programação STEP 7 BASIC, ao qual pode-se acessar através o Portal de Automação Automação Plenamente Integrada (TIA: Totally Integrated Automation), tendo como base os manuais do SIMATIC S7-1200, S7-1200, [Sie11b] Sie11b] e [Sie11a] [Sie11a].. Um controlador controlador lógico lógico programáv programável el (CLP) é um tipo de controlado controladorr, basado em microprocessador, microprocessador, que utiliza uma memória programável para armazenar instruções e para implementar funções, tais como operações lógicas, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, a fim de controlar máquinas e processos [Bol09 [ Bol09].]. O CLP é um dispositivo otimizado para ser usado em condições condições de altas ou baixas temperaturas, temperaturas, assim como em ambientes ambientes com excessivo excessivo ruído eléctrico. A família de CLPs SIMATIC S7 da Siemens são modulares e podem ser expandidos de forma flexível através do conectores de I/O (Entrada/Saída), módulos funcionais e de comunicação. Os CLPs modulares da família SIMATIC S7 são sistemas altamente disponíveis ou à prova de falhas. O mais recente CLP na linha dos controladores Siemens SIMATIC é o S7-1200. SIMATIC S7-1200 O controlador modular SIMATIC S7-1200 é um modelo compacto, ele

ocupa pouco espaço adequando-se para os pequenos sistemas de automação que exigem funções lógicas simples simples ou avançadas avançadas , HMI (Human (Human Machine Interface), Interface), e redes. O design compacto compacto e baixo custo fazem do S7-1200 uma excelente solução para controlar aplicações variadas ([ ?]). A Siemens fornece o Portal de Automação Plenamente Integrada (TIA) no qual através do ambiente de programação STEP 7 BASIC é possível programar os dispositivos (CLPs) e os paneles HMI. TIA Portal - Totally Integrated Automation Durante 15 anos o conceito Totally Integrated Au-

tomation (TIA), tem sido o impulsionador e o elemento central na investigação, desenvolvimento e concepção de mais de 100.000 novos produtos. Para a Siemens, a nova plataforma de Software - Totally Integrated Automation Portal - representa a realização de uma nova Visão: fornecer uma nova plataforma integrada e sem paralelo no mundo de soluções de automação, e para todos os sectores da indústria 1 . STEP 7 SIMATIC STEP 7 Basic V11 é uma versão de baixo custo do software STEP 7 Pro-

fessional no Portal TIA, é usado para a engenharia dos micro controladores do SIMATIC S7-1200 e 1 https://www.swe.siemens.com/portugal/web_nwa/pt/PortalInternet/QuemSomos/negocios/ Industry/IA_DT/AutomationSystems/Pages/TIAPortal.aspx

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para a configuração de painéis SIMATIC HMI Basic, tendo incluido o WinCC básico. Devido à sua integração no Portal TIA, SIMATIC STEP 7 Basic oferece as mesmas vantagens que o software STEP 7 Professional por exemplo, diagnóstico on-line direto, a simples adição de objetos de tecnologia ou o conceito de biblioteca para reutilizaçã reutilizaçãoo eficiente de dados em menor tempo. STEP 7 Basic V11 oferece duas linguagens de programação LAD (Ladder Logic), bem como FBD (Diagrama de Blocos Funcionais). 3 Dentro de seu ambiente é possível planear e desenvolver todo o projeto de automação, definindo os elementos de hardware e a forma como os mesmos irão comunicar e interagir. A grande maioria dos softwares da linha Simatic podem trabalhar de maneira integrada com o STEP 7, é o caso do software de supervisão WinCC que pode usar de forma simples e clara variáveis do PLC diretamente do STEP 7 para compor ecrãs de supervisão ou alimentar bases de dados, minimizando assim o tempo gasto em desenvolvimento. 2

2 Caracteristica Caracteristicass do CLP SIMATIC SIMATIC S7-1200 S7-1200 A CPU do SIMATIC S7-1200 combina um microprocessador, uma fonte de alimentação integrada, circuitos de entrada e saída, PROFINET integrado, integrado, I/O de controle de movimento movimento de alta velocidade , e entradas entradas analógicas analógicas incorporadas, incorporadas, todo em um corpo compacto. compacto. Depois de baixar o programa, a CPU contém a lógica necessária necessária para monitorar monitorar e controlar controlar os dispositivos dispositivos da aplicação. aplicação. A CPU supervisiona as entradas e realiza mudanças nas saídas de acordo com a lógica do programa do usuário, que pode incluir a lógica booleana, instruções de contagem, tempo, operações matemáticas complexas e comunicação com outros dispositivos inteligentes. A Fig.1 Fig .1 apresenta apresenta um diagrama com as partes do SIMATIC S7-1200.

1 Conector de alimentação. 2 Slot para cartão de memória memória com com porta superior. superior. 3 Os conectores de ligação removível (por trás das portas). 4 LEDs de status para on-board I/O. 5 Conector Conector PROFINET PROFINET (na parte inferior da CPU). Figura 1: Partes del CLP S7-1200. A CPU fornece uma porta PROFINET para comunicação através de uma rede PROFINET. Módulos adicionais estão disponíveis para comunicar através através de PROFIBUS, GPRS, RS485 ou RS232 redes. Vários recursos de segurança ajudam a proteger o acesso à CPU e ao programa de controle: •

Cada CPU fornece proteção por senha (Página 82 [Sie11b] 82 [Sie11b])) que permite configurar o acesso às funções da CPU.

3 https://www.industry.siemens.com/topics/global/en/tia-portal/controller-sw-tia-portal/ simatic-step7-basic-v11/Pages/Default. simatic-step7-basic-v11/Pages/De fault.aspx aspx 2 https://www.swe.siemens.com/portugal/web_nwa/pt/PortalInternet/QuemSomos/negocios/ Industry/IA_DT/AutomationSystems/Pages/SimaticAutomacaoIndustrial.aspx


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Tabela 1: Tabela de especificações espec ificações Função Dimensões físicas (mm) Memória do usuário I/O Integradas Tamanho da imagem de processo Dimesões físicas (mm) Memoria bit(M) Signal Board (SB) ou placa de comunicação (CB) Módulo de comunicação (CM) (ampliação no lado esquerdo) Conetores rápidos

Trabalho Load Remanescente Digital Analógicas Entradas (I) Saídas (Q)

50KB Total Fase simples Fase em quadratura 2 SIMATIC Memory Card (opcional) Típi Típico co:: 10 dias dias / Míni Mínimo mo:: 6 dias dias a 40 C

Geradores de impulsos Memory Card Cons Conser erva vaçã çãoo de temp tempoo do relógio de tempo real PROFINET 1 porto de comunicação Ethernet Velocidade elocidade de execução de funções 18 µ s /instrução matemáticas com números reais Velocida elocidade de de execuçã execuçãoo boolean booleanaa 0,1 µ s/instrução •

•

CPU 1214C 10X100X75 50KB 2MB 2 KB 14 entradas/10 saídas 2 entradas 1024bytes 1024bytes 10X100X75 8192bytes 1

6 3 a 100 kHz / 3 a 30 kHz 3 a 80 kHz / 3 a 20 kHz

◦

Pode-se Pode-se usar a proteção proteção de “know-how ” (Página 83 [Sie11b [ Sie11b]) ]) para esconder o código dentro de um bloco específico. Pode-se Pode-se usar a proteção proteção de cópia (página (página 84 [Sie11b] [Sie11b])) para ligar o seu programa programa para um cartão cartão de memória específica ou CPU.

Cada CPU proporciona proporciona conexões HMI que admitem máximo de 3 dispositivo dispositivoss HMI, o número total depende dol tipo de paneis HMI indicados na configuração, (páginas 19-20 do [ Sie11b]). Sie11b]).

2.1 Capacida Capacidade de de expansão expansão A família S7-1200 oferece diversos módulos y placas de conexão para ampliar a capacidade da CPU com I/O adicionais adicionais e outros outros protocolos de comunicação. comunicação. Para mais informação informação sobre um módulo em particular, particular, consulte os dados técnicos (Página 239 do [Sie11b] [Sie11b]). ). A Fig.2 Fig.2 apresen apresenta ta os módulos módulos que podem ser adicionados adic ionados ao CLP. CLP. Sendo: comunicações (CP) o TS Adapter 1 Módulo de comunicação (CM), processador de comunicações 2 CPU 3 Signal Board (SB) o placa de comunicação(CB) 4 Módulo de sinais (SM) Informação mais detalhada apresenta-se nas páginas 16-18 do [ Sie11b]. Sie11b]. SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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Figura 2: Módulos adicionais ao CLP S7-1200

2.2 Modos Modos de operação operação da CPU A CPU tem três modos de operação, os quais são indicados nos LEDs localizados na parte frontal da mesma. Os modos ou estados de operação são listados a seguir: •

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Modo STOP: A CPU não executa o programa, portanto portanto é possível carregar o projeto nela. Modo STAR STARTUP TUP (Arranq (Arranque) ue):: A CPU executa executa qualqu qualquer er lógica lógica de arranqu arranquee existe existente nte.. Os evento eventoss de alarma não são processados durante esse modo. Modo RUN: O ciclo se executa repetidamente no estado operacional RUN. Os eventos de alarma alarma podem acontecer e processar em qualquer qualquer fase do ciclo do programa. Algumas Algumas partes do projeto podem ser carregadas nesse modo operacional.

A CPU suporta o arranque a quente para passar ao modo RUN, isto é, o processo inicia-se no ponto em que foi parado. A CPU não dispõe de um interruptor interruptor físico físico para cambiar o modo de operação,porém o STEP 7 oferece as seguintes ferramentas para cambiar o modo de operação da CPU: •

•

Ícones de STOP e RUN na barra de ferramentas. ferramentas. (A ser apresentada apresentada nas especificaçõe especificaçõess do funcionamento do STEP7, na seção3.1, seção3.1, Fig Fig.7 .7 ) ) Painel Painel de mando da CPU nas ferramentas ferramentas online.888888 online.8888888888888 8888888888888 88888888888 8888888888 8888888888 8888888888 8888888 88

Também pode-se inserir a instrução STP no programa para cambiar a CPU ao modo de operação STOP. Isto permite deter a execução do programa segundo a lógica de funcionamento dos mesmo

2.3 Áreas Áreas de memór memória ia Para escrever em uma determinada área da memória são criados símbolos ou “variáveis” para direcionar os os dados, sejam sejam variáveis variáveis PLC atribuí atribuídas das às entradas entradas e saídas ou como variávei variáveiss locais usadas usadas em um bloc blocoo lógi lógico co.. A segu seguir ir expli explicaca-se se o dire direcio ciona name ment ntoo abso absolu luto to ai qual qual fazem fazem refer referên ênci ciaa os “tag “tags” s” do programa no CLP para armazenar os dados durante a execução do programa.


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Tabela 2: Tipos de dados supportados pelo S7-1200 Tipo de dados Bits y sequencias de bits

Inteiros

Números Reais

Data e Hora

Caracteres e cadenas Matriz e estrutura Dados de CLP Apontador

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Descrição Bool (bit ou valor booleano) Byte (8 bits) Word (16bits) DWord (32bits) USInt (inteiro sem signo, 8 bits) SInt (inteiro com signo, 8 bits) UInt (inteiro sem signo, 16 bits) Int (inteiro com signo, 16 bits) UDInt (inteiro sem signo, 32 bits) DInt (inteiro com signo, 32 bits) Real (número real, 32 bits) LReal (número real, 64 bits) Date (Corresponde a una data, 16 bits) DTL (Estrutura de 12 bytes que armazena data e hora, desde anos até nanosegundos) Time (Valor (Valor de tempo IEC de 32 bits) TOD (“Time of Day” contem o número de milissegundos desde mia noite, 32 bits ) Char (caractere simples, 8 bits) String (cadeia de 254 caracteres) Array (Contem vários elementos do mesmo tipo de dados) Struct (Contem elementos com vários tipos de dados ) Estrutura de dados definida pelo usuário, pode ser usada várias vezes no programa Pointer (Referencia indireta à direção da variável, 6 bytes ) Any (Referencia indireta ao início de uma área de dados e sua longitude) Variant (Referencia indireta a variáveis de diversos parâmetros ou dados)

Memoria global: A global: A CPU oferece distintas áreas de memoria, incluindo entradas (I), saídas (Q) e bits da memória (M). Todos os blocos lógicos podem acessar sem restrições a esta memória. possív ível el inclu incluir ir DBs DBs no prog progra rama ma para para arma armazen zenar ar os dados dados dos dos bloco blocoss Bloque de datos datos (DB):É (DB): É poss lógicos. Memoria temporal: Toda vez que se chama a um bloco lógico, o sistema operativo da CPU atribui a memória temporal ou local (L) que será usada durante a execução do bloco. Quando finaliza a execução do bloco lógico, a CPU atribui a memória local para a execução de outros blocos lógicos.

O programa usa direção de memória para acessar à informação que cada posição armazena. Assim, Assim, as referências referências para as áreas de memória memória são: entrada entrada (I), saída (Q). Por exemplo a entrada I0.3 e a saída Q1.7, acessam à memória imagem do processo, para acessar imediatamente à entrada ou saída física é preciso adicionar “:P” à direção (“tag”) por exemplo, I0.3:P, Q1.7:P ou “Stop:P”. Consulte as págs. 63 e 226 do [Sie11b [ Sie11b].].

2.4 Tipo de dados dados Os tipos de dados são utilizados para especificar tanto o tamanho de um elemento de dados, quanto como os dados devem ser interpretados. Cada parâmetro de instrução suporta pelo menos um tipo de dados, e alguns parâmetros suportam múltiplos tipos de dados. Para ver que tipos de dados são suportados por um determinado parâmetro mantenha o cursor sobre o campo de parâmetro de uma instrução (a ser apresentado na seção 3.5) seção 3.5) SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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Ainda Ainda que não não esteja estejam m dispon disponíve íveis is como como tipo tipo de dados, dados, as operaçõe operaçõess de conver conversão são suport suportam am os seguintes formatos numéricos BCD (Binary Coded Decimal, decimal codificado binariamente). •

BCD16 es un valor de 16 bits (de -999 a 999).

•

BCD32 es un valor valor de 32 bits bits (de -9999999 a 9999999). 9999999). Mais detalhes quanto os tipos de dados na pág. 60 do [Sie11b [ Sie11b].].

2.5 Tipo de blocos blocos lógicos lógicos Ao criar o programa para as tarefas de automação, as instruções do programa se inserem em blocos lógicos, ([Sie11a ([Sie11a]), ]), brevemente explicados a seguir: 2.5.1 Blocos Blocos de Organização Organização (OB) Um OB responde a um evento evento específico na CPU e pode interromper interromper a execução do programa. programa. O bloco predeterminado para a execução cíclica do programa (OB 1)oferece a estrutura básica e é o único bloco lógico que se requere para o programa. programa. Caso sejam incluídos incluídos outros outros OBs em seu programa, esses OBs interro interrompem mpem a execução execução de OB 1. Os outros outros OBs executam executam funções específicas, específicas, tais como tarefas de inicialização/arranque, processamento de alarmes e manipulação e erros, ou para a execução de um código de programa específico em determinados intervalos de tempo. Detalhes em relação à criação e configuração dos OBs na pág. 138 do [ Sie11a]. Sie11a]. Os OBs podem ser enumerados enumerados a partir de 200, devido a que os números inferiores a 200 estão reservados para os OBs predeterminados. Determinados Determinados eventos eventos da CPU disparam disparam a execução de um OB, como eventos eventos de arranque. arranque. a CPU CPU proc process essaa os OBs OBs segun segundo do a sua sua prior priorida idade,a de,a prior priorida idade de mais mais baix baixaa é 1 (para (para o ciclo ciclo do prog program ramaa principal), principal), e a prioridade mais alta alta é 27 (para interrupções interrupções de erro de tempo). Um OB não pode chamar a outro e também não pode ser chamado desde uma Função (FC) ou Bloco de Função (FB), [Sie11b]. Sie11b]. A seguir são listados listados os tipos de processos que podem ser controlados controlados pelos pelos OBs, pág. 53 do [Sie11b [Sie11b].]. •

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OBs de ciclo (“Program cycle OB”), são OB”), são executados ciclicamente quando a CPU está no modo RUN. OBs de arranque (“Startup OB”), são OB”), são executados qunado a CPU passa do modo STOP para o modo RUN. executados em intervalos intervalos periódicos, periódicos, OBs de ciclo ciclo de interrupção interrupção (“Cyclic (“Cyclic interrupt interrupt OB”), são OB”), são executados interrompendo a execução cíclica do programa. OBs de interrupção de processo (“Hardware interrupt OBs”), são OBs”), são executados quando ocorre um evento de hardware, interrompendo a execução cíclica do programa como reação a um sinal ou evento do processo. OBs de interrupção de erro de tempo (“Time error interrupt OB”), são OB”), são executados quando se excede o máximo ciclo de tempo ou se produz um evento de error de tempo. são executa executados dos quando quando OBs OBs de interru interrupçã pçãoo de diagnós diagnóstic ticoo (“Diagn (“Diagnost ostic ic error error interrup interruptt OBs”), OBs”),são detecta e notifica um erro de diagnóstico.


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2.5.2 Blocos Blocos de Função (FB) Um bloco de função (FB) é uma sub-rotina que é executada quando chamada desde outro bloco de código (OB, FB ou FC). O bloco de chamada passa parâmetros para o FB e também identifica um bloco de dados específico (DB) que armazena os dados para a chamada chamada específica ou instância instância do respetivo FB. Alterando o DB de instancia se permite ao FB genérica controlar a operação de um conjunto conjunto de dispositivos dispositivos.. Por exemplo, um FB pode controlar controlar várias bombas bombas e válvulas, válvulas, com diferentes diferentes instancias instancias de DBs que contém os parâmetros parâmetros operacionais operacionais específicas específicas para cada bomba ou válvula. Mais detalhes quanto aos FB na pág. 140 do [Sie11a] [Sie11a] e na pág. 90 do [Sie11b] do [Sie11b] 2.5.3 2.5.3 Funçõe Funçõess (FC) (FC) Uma função (FC) é uma sub-rotina que é executada quando chamada desde outro bloco de código (OB, FB ou FC). A FC não tem associado um DB de instancia. instancia. O bloco que efetua a chamada passa parâmetros para o FC. Os dados temporários não são salvos, para armazenar os dados permanentes deve-se atribuir o valor de saída em um endereço de memória global, tais como a memória M ou a um DB global. Uma FC também também pode ser chamada chamada várias várias vezes vezes em diferen diferentes tes pontos pontos de um progra programa. ma. Essa Essa reutilização simplifica a programação de tarefas recorrentes. 2.5.4 Blocos Blocos de dados (DB) Os bloco blocoss de dados dados (DB) (DB) se criam criam no prog program ramaa para para arma armazen zenar ar os dados dados dos bloc blocos os lógi lógico cos. s. Todos odos os blocos do programa podem acessar ac essar aos dados DB globais, porém, p orém, os DBs de intancia so armazenam dados de um FB específico. específico. O programa pode armazenar armazenar os dados nas distintas distintas áreas de memoria da CPU, por exemplo, nas áreas de entradas (I), saídas (Q) y segmentos de memória (M). Também é possível utilizar um DB para acessar rapidamente a dados armazenados no programa. Os dados armazenados armazenados em um DB não são apagados quando o bloco de dados se fecha ou quando quando finaliza a execução do bloco lógico associado. Existem dois tipos de DBs: •

•

DB global, o qual armazena os dados dos blocos lógicos no programa. Qualquer OB, FB o FC pede acessar aos dados de um DB global. DB de instancia, instancia, o qual armazena armazena os dados de um FB específico. A estrutura estrutura de los dados de um DB de instancia reflexa parâmetros (Input, Output e InOut) y os dados estáticos do FB. A memoria temporal do FB não é armazenada no DB de instancia. Ainda que o DB de instancia Ainda Ainda que el DB de instan instancia cia reflete reflete os dados dados de um FB específi específico, co, qualqu qualquer er bloque bloque lógico lógico pode acessar a esses dados.

2.6 Tipo Tipo de linguagens de programação programação As linguagens que o STEP7 BASIC permite utilizar são: •

A lógica ladder ou KOP definida como LAD.

•

Os Diagramas de Blocos de Funções definidos como FBD (Function Block Diagram).

•

A linguagem de controle estruturado definido como SCL (Structured Control Language).

No caso do STEP7 BASIC pode se realizar a transformação de linguagens só entre LAD e FBD.


7

2.6.1 Linguagem Linguagem LADDER ou esquema esquema de contatos contatos KOP A lingua linguagem gem LADDER LADDER (LAD) (LAD) con consis siste te numa numa rede rede ou segmen segmento to onde onde são com combin binados ados con contat tatos os (aber(abertos ou fechados) e bobinas. Os contatos podem estar conetados em serie ou paralelo. Na Fig. 3 se apresenta um exemplo simples.

"Start"

"Stop"

"On"

"On" Figura 3: Exemplo de linguagem LADDER LAD LAD ofer oferece ece bloc blocos os de inst instru ruçõe çõess para para uma uma vari varieda edade de de funç funçõe õess comp comple lexas xas,, tais tais com comoo mate mate-máticas, máticas, temporizadore temporizadores, s, contadores, contadores, e de transferência. transferência. O STEP 7 não limita o número de instruções instruções (linhas e colunas) em um segmento ou rede LAD. 2.6.2 Diagramas Diagramas de Blocos Blocos de Funções Funções FBD Da mesma forma que a linguagem linguagem LADDER o FBD é uma linguagem de programação programação gráfica. gráfica. Ela está baseada em símbolos símbolos lógicos lógicos gráficos da Álgebra Álgebra booleana. As funções matemáticas matemáticas e outras operações operações complexas complexas podem ser representada representadass diretament diretamentee combinando combinando os quadros quadros lógicos. lógicos. O STEP STEP 7 não limita o número de instruções (linhas e colunas) em um segmento FBD. A Fig.4 Fig .4 apresenta apresenta um exemplo simples de programação em FBD, o qual representa o mesmo esquema da Fig .3. >=1 "Start" "On"

"Stop"

&

"On" =

Figura 4: Exemplo de Diagramas de Blocos de Funções FBD

2.6.3 Linguagem Linguagem de contro controle le estrutur estruturado ado SCL A SCL é uma linguagem linguagem de programação de alto nível, baseada em PASCAL, PASCAL, para as CPUs de SIMATIC S7. Podem-se incluir blocos de programa escritos em SCL com blocos de programa escritos em LADDER ou FBD As instruções de SCL empregam operadores de programação estândar, por exemplo, asignação (:=), funções matemáticas ( +, , , /), programar operações de controle como IF-THEN-ELSE, CASE, REPEAT-UNTIL, GOTO y RETURN, e outras instruções como temporizadores y contadores, se correspondem com as instruções de LAD e FBD. Dado que SCL, da mesma forma do que PASCAL, oferece estruturas de controle condicionais de processamento, “loops” e outros, é mais simples implementar algoritmos complexos em SCL do que em LAD ou FBD. −

∗

A seguir apresentam-se alguns exemplos de expressões para diversos usos: "C" := #A+ #A+#B$ #B$; ; Atr Atribu ibui i dua duas s var variáv iáveis eis loc locais ais a uma var variáv iável. el. "Data_ "Da ta_blo block_ ck_1". 1".Tag Tag := #A; Atr Atribu ibui i uma var variáv iável el a um blo bloco co de dad dados. os. IF #A > #B THEN THEN "C" "C" := #A; #A; Cond Condiç ição ão da inst instru ruçã ção o IF-T IF-THE HEN. N.


8

"C" "C" := SQRT SQRT (SQR (SQR (#A) (#A) + SQR SQR (#B) (#B)); ); Parâ Parâme metr tros os da inst instru ruçã ção o SQRT SQRT. .

básicas:

Como linguagem de programação de alto nível, SCL utiliza instruções estândar para tarefas

•

Instrução de atribução: :=

•

Funções matemáticas: + , , e/

•

−

∗

Endereçamento de variáveis globais: “” (nome da variável ou do bloco de dados entre aspas)

Os operadores aritméticos podem processar vários tipos de dados numéricos, O tipo de dados resultantes é determinado pelo tipo de dados dos operandos mais significativos. por exemplo, uma operação de multiplicação que tenha como operandos um dado do tipo INT e outro do tipo REAL dará como resultado um valor REAL.

3 Instruções Instruções básicas básicas do do funcioname funcionamento nto do STEP 7 O ambiente de programa que a Siemens desenvolveu para a programação do S7-1200 é o STEP7 em duas versões: Profisional e Básica, sendo esta última a disponível no laboratório. O STEP7 provê um ambiente amigável para o desenvolvimento da lógica do controlador, configurar configurar visualização visualização HMI, e a rede de comunicação. comunicação. O STEP 7 fornece duas vistas vistas diferentes diferentes sobre o projeto:

1

2

3

4

Figura 5: Tela do ambiente de programação STEP7: Vista do Portal •

A Vista do Portal, Fig.5, Fig.5, que que apresenta portais orientados a tarefas que estão organizadas segundo a funcionalidade das ferramentas.


9

1 Portais para diferentes tarefas. 2 Tarefas do portal portal selecionad selecionado. o. 3 Painel Painel de seleção das ações. Vista do Projeto. 4 Mudar para a Vista •

A Vista do Projeto, Projeto, Fig.6, Fig.6, uma uma vista orientada para os elementos projeto. 1 Menu e barra de ferramentas. 2 Árbore do projeto. 3 Área de trabalho. trabalho. 4 Task Cards. 5 Janela de inspeção. inspeção. 6 Mudar para a Vista Vista do Portal. 7 Barra de Edição.

1

2

4 3

5

7

6

Figura 6: Tela do ambiente de programação STEP7: Vista do Projeto O usuário pode escolher qual vista ajuda a trabalhar mais eficientement eficientemente. e. Com um único clique, pode-se alternar entre a Vista Portal e a Vista do Projeto. Na Fig.7 Fig.7 apresenta-se apresenta-se a barra de tarefas, no quadro vermelho ressaltam-se os ícones para escolher a vista do projeto como horizontal ou vertical, sendo que durante a programação serão SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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utilizadas diferentes janelas, em cada caso uma das vistas será mais adequada para visualizar o projeto

Figura 7: Barra de ferramentas

3.1 Criar Criar um Projet Projetoo Para criar um novo projeto, ir para a vista do portal e fazer clique em “Create new project”, como se apresenta na Fig.8 Fig .8,, colocar o nome do projeto e fazer clique no icone “Create”.

Figura 8: Criar projeto

3.2 Escolha Escolha do disposit dispositivo ivo Uma vez criado o projeto projeto deve se escolher escolher o CLP com o qual pretende-se pretende-se trabalhar trabalhar.. É importante importante realizar a escolha do dispositivo antes de começar a desenvolver o programa. Sele Selecio cione ne o Port Portal al de “Dev “Device icess & Netwo Network rks” s” e fazer fazer cliqu cliquee no botã botãoo “Add “Add new new devic device” e” (Fig (Fig.8). .8). Selecione a CPU na qual se realizará o programa seguindo os seguinte passos: 1. No quadro “Add new device” escolher o botão PLC. Abrir a pasta PLC, e fazer clique na pasta pasta SIMATIC SIMATIC S7-1200, (Fig.9) (Fig.9) . . 2. Selecionar Selecionar a CPU da lista lista apresentada, apresentada, Escolher Escolher a opçãp“Unspecified CPU 1200”, como apresenapresentado na Fig.10 Fig.10 3. Para agregar a CPU selecionada ao projeto, fazer clique no botão “Add”. Depois de fazer clique clique no botão “Add” aparecerá aparecerá uma tela, tela, na Vista Vista do Projeto, Projeto, apresentando apresentando o dispositivo dispositivo com uma quadro de texto no qual indica duas opções para reconhecer reconhecer ele, escolher a opção “detect” como apresentado na Fig.11 Fig .11 SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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Figura 9: Adicionar dispositivo

Figura 10: Escolher dispositivo no específico

Figura 11: Escolha do dispositivo Inicialmente aparecerá uma tela aonde mostra que a CPU está sendo procurada Fig .12. Uma .12. Uma vez que o dispositivo foi detectado aprecerá a tela apresentada na Fig .12, fazer .12, fazer clique no botão “Detect”. Aparecerá uma tela que solicita a detecção automática de um endereço IP, Fazer clique em “yes”, indicando depois que o IP foi estabelecido, (Fig.14 (Fig .14).). Caso não se tenha o dispositivo para realizar a detecção deve-se escolher no caso o CPU 1214C AC/DC/Rly (Fig.15 (Fig .15))


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Figura 12: Detecção do dispositivo

Figura 13: Detecção do dispositivo

Figura 14: Detecção do dispositivo O dispositivo aparece na vista do projeto como se ilustra na Fig .16

3.3 Criar variávei variáveiss para para as I/O I/O da da CPU CPU As “variáveis do CLP” são nomes simbólicos das entradas e saídas (I/O) e as direções de memória da CPU. Depois de criá-las o STEP 7 as salva numa tabela de variáveis. Todos os editores do projeto (seja o editor de programação, o de dispositivos, o de visualização ou o da tabela de observação) SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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Figura 15: Escolher dispositivo

Figura 16: Vista do projeto com o CLP podem acessar à tabela de variáveis. As variáveis podem ser criadas antes ou durante a elaboração do programa. Para criá-las ir na árvore do projeto (Project tree), na aba “Devices” procurar o nome do CPL em uso e fazer um clique no mesmo, no caso o CLP foi chamado de PLC1 [CPU 1214C AC/DC/Rly]. Dentro da pasta do CLP procurar a pasta “PLC tags” (etiquetas do PLC) e fazer um clique no ícone “Show all tags”. imediatamente aparecerá uma tabela vazia. Na Fig.17 Fig.17 se se apresenta apresenta a tabela com algumas algumas entradas entradas e saídas já adicionadas. adicionadas. Para adicionar adicionar uma nova entrada fazer clique direito na coluna onde aprece “”, e colocar o nome da variável que se pretende usar. As variáveis a ser utilizadas no programa podem ser de três tipos: •

•

Entradas, definidas na coluna “Address” como %I 0.0 até % I 0.7 e % I 1.0 até %I 1.5. Saídas, definidas na coluna “Address” como % Q0.0 até %Q0.7 e %Q1.0 até %Q1.7 (saídas (saídas digidigitais) e %Q1.0 e %Q1.1 (saídas analógicas).


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Figura 17: Adicionar variáveis •

Variáveis auxiliares, definidas na coluna “Address” como %M Dx ou % M B 0.x.

Na Fig.18 Fig.18 se se apresenta a nova variável adicionada, para definir ela como entrada saída ou variável auxiliar fazer clique na zeta remarcada no círculo vermelho, aparecerá um diálogo onde debe-se debe-se escolhe escolherr I, Q ou M respeti respetivam vament ente. e. O espaço espaço reserv reservado ado para “bit “bit number” number” deve-se deve-se preenc preencher her com o número de variável que será usado.

Figura 18: Definir o tipo de variável Mais detalhes podem se observar na pág. 38 do [Sie11b [ Sie11b].].


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3.4 Instruções básicas para escrever o programa O código do programa programa consiste consiste em instruções que executa a CPU seguindo seguindo uma sequencia. Para abrir o editor de programação, proceda da seguinte maneira: 1 Abri Abrirr a past pastaa “Pro “Progr gram am Block Blocks” s” na árvo árvore re de proj projet etoo para para ver o bloco bloco “Main “Main [OB1]” [OB1]” para para aceder aceder ao programa principal. Caso ele não exista debe ser criado. 2 Fazer um clique clique duplo no ícone “Add new block”. Aparecerá Aparecerá a tela apresentada apresentada na Fig.19 Fig.19.. Observa-se que podem ser criadas quatro diferentes tipos de Blocos de programa e que e possível escolher a linguagem de programação (opções ressaltadas nos quadros vermelhos e detalhados previamente na seção 2.5 seção 2.5))

Figura 19: Blocos de programação Na Fig.19 Fig.19 ressalta-se ressalta-se também no inferior diferentes ícones, eles apresentam diferentes vistas na tela do projeto, deve-se escolher “Main(OB1)” para acessar ao bloco do programa. Como exemplo, se aplicará a linguagem Ladder (LAD)ou Esquema de contatos (KOP) para criar a lógica do programa. Como se apresenta apresenta na Fig.20, Fig.20, inicialmente inicialmente procurar o ícone “Instructions” “I nstructions” no extremo direito e fazer um clique, aparecerá uma tela com o conjunto de instruções em Ladder. Cada contato contato ou bloque bloque deve ser arrastado arrastado até o corpo principal do programa. programa. Ressalta-se Ressalta-se com quadros vermelhos vermelhos o nome do bloco sendo utilizado utilizado e o respetivo segmento segmento (rede), chamado chamado “Network” As instruções apresentadas apresentadas para adicionar adicionar bobinas e contatos contatos servem para adicionar qualquer tipo de bloco de instruções no programa,mas detalhes nas páginas 42 e 43 de [Sie11b] . [Sie11b] .


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Figura 20: Iniciando a programação em Ladder

3.5 Utilizar as variáveis do CLP da tabela de variáveis variáveis para direcionar as instruinstruções A tabela tabela de variávei variáveiss permite permite introduz introduzir ir as variáveis variáveis do PLC para as direções direções dos contato contatoss e bobinas. bobinas. Para nomear cada contato ou bobina realizar os seguintes passos (Fig .21 a .21 a Fig.23 Fig.23):): 1 Fazer clique duplo em < ??.? >, no segmento ou rede inicial do programa como apresentado na Fig.21. Fig.21.

Figura 21: Nomeando variáveis


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2 Fazer clique no botão seletor ressaltado com o círculo vermelho na Fig. 22, para 22, para abrir as variáveis armazenadas na tabela. Também pode escrever manualmente o nome da variável, no entanto, o nome deve ser salvo na tabela.

Figura 22: Nomeando variáveis 3 Na lista lista escolher escolher a variável variável que corresponde corresponde a esse esse contato contato (no caso é “Set”), como apresentad apresentadoo na Fig.23. Fig.23.

Figura 23: Nomeando variáveis Mais detalhes na pág. 41 de [Sie11b] de [Sie11b]

3.6 Configura Configuração ção do IP do CLP Para descarregar o programa realizado no STEP 7, deve-se configurar configurar o IP do CLP. CLP. Caso a escolha do dispositivo não tenha sido feita como indicado na sessão 3.2 sessão 3.2,, se devem seguir os seguintes passos. Inicialmente se deve verificar que a direção IP do computador, utilizado para criar o programa, seja obtida automaticamente. Como a CPU do PLC não tem um endereço IP pré-configurado, deve-se atribuir manualmente um endereço IP. Para determinar o endereço IP e outros parâmetros do dispositivo, inicialmente conetar o cabo de rede e depois acessar ao Portal TIA na “Vista do Projeto”, realizar os seguintes passos: 1 Expandir Expandir a pasta Acesso Acesso “Online” “Online” ( Online Access) na árvore de projeto para exibir os tipos de conexões disponíveis, (Fig.24 (Fig.24.a). .a). 2 Selecione o tipo de conexão usada para o CLP, no caso é “ Broadcom NetLink (TM)Gigabit Ether(Fig.24.a). .a). net” (Fig.24 3 Escolher a opção “Update accesible devicees”, e o programa selecionará automaticamente o dispositivo (Fig.24 (Fig.24.b). .b). 4 Caso o passo anterior não consiga detetar o dispositivo, ou caso no consiga descarregar o programa no dispositivo, fazer clique-direito na rede específica (“ Broadcom NetLink (TM)Gigabit exibirá-se o menu de contexto. Selecione Selecione a opção “Propriedades”. “Propriedades”. No ícone “InEthernet”), exibirá-se dustrial Ethernet” verificar que o endereço de IP e a máscara de sub-rede sejam diferentes de 0.0.0.0, (Fig.25) (Fig. 25).. SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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b)

a)

Figura 24: Configuração do IP 1

Figura 25: Configuração do IP 2

3.7 Descarregar Descarregar o programa no dispositivo Uma vez que o endereço IP foi configurado é possível descarregar o programa, para esse efeito deverão ser realizados os seguintes passos: 1 Nas ferramentas que aprecem na tela superior da Vista do Projeto selecionar o ícone compilar se não aparecerem erros fazer clique no no ícone “Go Online”, (Fig.26 (Fig.26).). 2 Na opção “Type of the PG/PC Interface” fazer clique na zeta ressaltada no círculo vermelho e escolher a opção PN/E. Na opção “PG/PC Interface” selecionar “Broadcom NetLink (TM)Gigabit (Fig.27).). Ethernet”, (Fig.27 3 Esperar o dispositivo dispositivo ser detetado. detetado. Provar Provar a conexão fazendo clique clique no ícone “Flash Led” os três ledes que aprecem no CLP deverão acender-se com cores verde, amarelo e vermelho uns segundos. 4 Fazer clique no ícone “Load”, (Fig.27 (Fig .27).). SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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5 Aparece Aparecerá rá a tela tela aprese apresenta ntada da na Fig.28, Fig.28, fazer fazer cliq clique ue em “Load “Load”” e o prog progra rama ma será será descar descarre rega gado do no CLP.

Figura 26: Descarregar o Programam no CLP 1


Figura 28: Descarregar o Programam no CLP 3 Finalmente para iniciar funcionamento do programa no CLP, CLP, realizar os seguintes passos: pa ssos: 1 Expandir Expandir a pasta Acesso Acesso “Online” “Online” ( Online Access) na árvore de projeto para exibir os tipos de conexões com o dispositivo, (Fig.29) (Fig.29).. SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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2 Selecione o tipo de conexão usada para o CLP, no caso é “Broadcom NetLink (TM)Gigabit EtherCLP. net”. aparecerá uma tela mostrando os dados do CLP. 3 Do lado direito aparece a ferramenta “Online Tools” aonde aparece a opação “RUN” fazer clique nela para iniciar o funcionamento do programa no CLP 4 Para finalizar fazer clique em “STOP” (Fig.29) (Fig .29),, e na barra de ferramentas fazer clique em “Go offline”, (Fig.30 (Fig.30).).

Figura 29: Inicializar o programa no CLP


3.8 Agregar Agregar um disposit dispositivo ivo HMI HMI ao ao proje projeto to No STEP7 é possível possível utilizar dispositiv dispositivos os HMI que permitam visualizar visualizar o processo. a Fig.31 Fig .31 apre apresenta dois exemplos.

Figura 31: Dispositivo HMI (Human Interface MAchine) SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11

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Para adicionar um dispositivo HMI seguir os seguintes passos (Fig. 32). 32). 1 Ir para para a Vista ista do Port Portal al e fazer fazer um cliq clique ue em “Dev “Device icess & Netw Networ orks ks”, ”, logo logo depoi depoiss dar um cliqu cliquee em “Add new device”. 2 Fazer clique clique no botão HMI. Aparecerão Aparecerão na tela todas as opções opções de dispositivos dispositivos HMI. 3 Escolher um dispositivo específico na lista. 4 Finalmente fazer um clique em “Add” para agregar o dispositivo ao projeto.

Figura 32: Inserir um dispositivo HMI no programa

Referências [Bol09] W. Bolton. Bolton. Programmable Logic Controllers. Electronics & Electrical. Newnes, 2009. [Sie11a] Siemens AG. S7-1200 Programmable controller, 2011. [Sie11b] [Sie11b] Siemens Siemens AG. SIMATIC S7-1200 Easy Book , 2011.


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SIEMENS - Apostila PLC Siemens TIA PORTAL

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