Программирование ПЛК S7-300

Введение

Для решения задач управления оборудованием и процессами во всех отраслях производства, нам необходимы кроме подачи энергии, элементы управления для возможности наблюдения и управления работой любых типов оборудования и процессов. В аппаратных контроллерах прошлого, логика программирования была жестко связана со спецификой конкретной задачи, монтажом реле и контакторов. Сегодня в решениях задач автоматизации используются программируемые логические контроллеры. Логика управления, заложенная в программную память системы автоматизации. Не зависит от конструкции оборудования и монтажа и может быть модифицирована в любое время при помощи программатора.
Totally Integrated Automation. Процессы и производства рассматриваются не как отдельные части процесса, а как взаимосвязанные компоненты целого процесса производства. Комплексная автоматизация реализуется сегодня с помощью:
• Одной общей программной платформы, которая интегрирует все компоненты и задачи в одну простую форму для использования ее в систему.
• Общего управления данными (центральная база данных)
• Общих коммуникаций между отдельными компонентами системы.
Totally Integrated Automation – семейство SIMATIC унифицирует все устройства и системы, такие как аппаратные средства и программное обеспечение, в единообразную, мощную системную платформу.


На этой платформе были преодолены существующие различия между компьютером, программируемым контроллером и управлением процессом. Улучшены возможности управления и мониторинг оператором. Такая полная комплексная автоматизация предлагает нам, преимущества: 1) расширяемую платформу аппаратных средств. Для решения задачи могут быть выбраны оптимальные (цена/производительность) функциональные возможности(PLC или компьютер; 2) открытая среда конфигурации полной комплексной автоматизации, существующая система может быть легко расширена, или будущие решения автоматизации могут быть интегрированы; 3) мощное программное обеспечение увеличивает производительность при создание проекта, сокращая время на разработку и издержки за срок службы. Кроме того, сокращаются затраты на ввод в эксплуатацию, техническое состояние и сервисное обслуживание; 4) SIMATIC базируется на стандартах Windows и может, таким образом, легко использовать его приложения (стандартное программное обеспечение) и механизмы взаимодействия.
Контроллеры SIMATIC S7/С7 семейство программируемых логических контроллеров состоит из нижнего/среднего уровня производительность (S7-300™) и среднего/верхнего уровня производительности (S7-400™)
Цель работы – рассмотреть программирование ПЛК S7-300™, познакомится со структурой и созданием проекта в SIMATIC Manager, функциями и функциональными блоками, блоками данных, организационными блоками, ознакомимся со способами адресации к переменным блоков данных.




1. Структура проекта.

При ближайшем рассмотрении процесса, который необходимо автоматизировать, в большинстве случаев мы можем разбить его на множество более простых задач или взаимосвязанных и зависящих друг от друга процессов и подпроцессов. Структура проекта, где данные хранятся в проекте в виде объектов. Объекты в проекте организованы в виде древовидной структуры (иерархия проекта). Древовидная структура, показываемая в окне проекта, подобна структуре Windows Explorer.
Первой задачей при программировании, которую предстоит решать – это разбиение исходного автоматизируемого процесса на отдельные подзадачи. Для каждой частной задачи описываются требования к аппаратной части и программному обеспечению.
• Аппаратная часть:
- Число и типы входов и выходов
- Число и типы модулей
- Число стоек
- Производительность и тип CPU
- HMI – система
- Структура коммуникаций
• Программное обеспечение:
- Структура программы
- Управление данными процесса
- Конфигурационные данные и назначение параметров
- Коммуникационные данные
- Документация программы и проекта.



В SIMATIC S7 все требования к аппаратной части и программному обеспечению автоматизируемого процесса управляются в пределах единого проекта.


Рис.1 Структурная схема процесса к проекту
Проект содержит необходимую аппаратную часть (ее Конфигурацию), конфигурацию сети, все программное обеспечение и единую систему управления данными для решения задач автоматизации.
Иерархии проекта разделяются на уровни: первый уровень - содержит символ проекта, каждый проект представляет собой базу данных, в которой хранятся все необходимые данные, второй уровень – станции S7-300,™ где хранится информация об аппаратной конфигурации и параметрах модулей, станции – исходный объект для конфигурирования аппаратной части. Папки S7 Program – исходный объект для написания программ, в ней же хранится программное обеспечение для параметрируемых модулей аппаратной части. В эту папку вложены папки исходных файлов и программных блоков. Подсети (MPI, Profibus, Industrial Ethernet), являющиеся частью общей сети.


Третий и последующие уровни зависят от типа объектов вышестоящего уровня. Проект представляет все компоненты автоматизированной системы. Как результат, проект может содержать одну или более аппаратных станций (программируемые логические контроллеры). В каждой станции можно установить несколько интеллектуальных модулей, у каждого из этих модулей есть своя собственная программная папка.

2. Архитектура блоков.
PLC предназначен для работы с различными типами блоков, которые могут быть в составе пользовательской программы и в которых могут сохраняться соответствующие данные

. Состав блоков, входящих в программу, определяется требованием процессов.

Рис 2. Типы программных блоков
Организационные блоки ОВ представляют собой интерфейс между операционной системой и программой пользователя. Вся программа может быть записана в блоке ОВ1 который циклически вызывается операционной системой (линейная программа). Также программа может быть разделена и сохранена в нескольких блоках (структурированная программа).


Функции FC, SFS функция (FC) содержит решения отдельной части программы. При этом функции могут быть запрограммированные как параметрируемые блоки. В результате, такие функции могут использоваться для выполнения сложных вычислений, в том числе, с многократным их вызовом. Системные функции (SFS) – это встроенные в операционную систему CPU параметрируемые функции. Их номера строго связаны с их функциями.
Функциональные блоки FB, SFB в основном функциональные блоки имеют те же возможности, что и функции. Кроме того, функциональные блоки имеют свою собственную область памяти в виде экземплярных блоков данных (instance DB). Поэтому функциональные блоки могут использоваться в часто повторяющихся сложных вычислениях, например в задачах управления с обратной связью. Системные функциональные блоки SFB - это параметрируемые блоки, встроенные в операционную систему CPU. За их номерами жестко закреплено их назначение.
Блоки данных DB блоки данных (DB) – это области данных программы, в которых данные пользователя организованы в определенную структуру. Мы можем использовать весь набор операций во всех указанных выше блоках (FB, FC и ОВ).
Возможности структурирования программы.
Линейная программа - вся программа реализована в одном программном блоке. Этот тип программы подобен жестко заданному управлению на релейных схемах, которые в настоящее время вытеснены программируемыми логическими контроллерами. CPU обрабатывает отдельные инструкции программы последовательно одну за другой.
Составная программа - программа делится на отдельные блоки, каждый из которых содержит подпрограмму для решения части общей задачи. Внутри блока программа может быть также разбита на составные части - сегменты. Мы можем создавать для однотипных сигментов. Организационный блок ОВ1 содержит инструкции для вызова других блоков в определён

ной последовательности.
Структурированная программа - программа которая разбивается на блоки. Программа ОВ1 сводится к минимуму и служит для вызова отдельных блоков, содержащих программы для решения конкретных задач. Это параметрируемые блоки. При вызове им назначаются фактические параметры, которые передаются в блок для обработки, что делает блок универсальным. При вызове параметрируемого блока, в соответствии со списком имен его локальных переменных, он получает для параметров фактические значения из вызывающего блока.
Рассмотрим пример :
Блок «Pump» (насос) содержит команды для управления насосом.
Программные блоки, отвечающие за управление отдельными насосами, вызывают блок «Pump» и передают ему информацию о конкретном насосе и соответствующие параметры управления.
Кода все инструкции в блоке «Pump» выполнены, управление передается вызывающему блоку (например ОВ1), где продолжается выполнение программы.
Области отображения процесса.
В CPU производится обработка состояния входов и выходов в каждом цикле. В памяти СPU определены специальные области, в которых сохраняются двоичные данные модулей: PII и PIQ. В процессе обработки программы может производится доступ к этим областям памяти.
PII – перед началом выполнения цикла, в область отображения входов (Process – Image Input- PII) в памяти CPU копируются состояние сигналов со всех входов.
PIQ – область отображения выходов (Process – Image Output- PIQ) формируемые при выполнении программы. Они передаются на фактические выходы (Q) в конце цикла выполнения программы.


Программа пользователя при опросе входов в пользовательской программе (например c помощью инструкции A I 2.0) оценивается последнее состояние из PII, и это гарантирует, что при многократном опросе входа в одном цикле, всегда используется одно и то же состояние сигнала. Двойное формирование при этом выходы могут как формироваться, так и оцениваться в программе. Выходы могут быть присвоены различные значения в нескольких местах программы, но только состояние сигнала, назначенное выходу последним, будет передано на выходной модуль. Например:
1. Выход Q4.3 управляется состоянием на входе I 2.0
2. В этом же цикле, выход Q4.3 управляется состоянием на входе I6.4. Результат последнего формирования передается в конце цикла на модуль цифрового вывода.
В результате двойного формирования может появится ошибки в функционировании установки.
Циклическое выполнение программы
Рис.3 Структурная схема циклического выполнения программы


Рестарт CPU выполняет теплые рестарт (с ОВ 100) при включении питания или при переходе из режима STOP в режим RUN. При теплом рестарте, операционная система:
• Стирает нереманентные меркеры, таймеры и счетчики;
• Очищает стек прерываний и стек блоков;
• Сбрасывает все имеющиеся аппаратные и диагностические прерывания;
• Запускает контроль времени цикла.
Время цикла циклическая обработка CPU состоит из трех основных шагов (см.рисунок 3). В процесса выполнения цикла СPU:
• Считывает состояние входных сигналов и обновляет таблицу входной области отображения процесса (I - область)
• Выполняет программу пользователя с соответствующими инструкциями.
• Записывает значения из таблицы области отображения выходов (Q – область в выходные модули).
Языки программирования в STEP 7