NIEZAWODNE STEROWANIE PRODUKCJĄ

 

 

SIMATIC

 

S7 - 300

 

 

SIEMENS

 

 

Wstęp

 

SIMATIC S7-300 jest najbardziej popularnym i najczęściej stosowanym w przemyśle sterownikiem PLC. Stanowi uniwersalną platformę systemu automatyki. Umożliwia budowę zarówno zcentralizowanych jak i rozproszonych układów sterowania, opartych o magistralę PROFIBUS DR.  Dostępne interfejsy komunikacyjne PROFIBUS i Industrial Ethernet umożliwiają łączenie sterowników w jednolity i zintegrowany system sterowania produkcją. Dzięki nowoczesnej i innowacyjnej konstrukcji, możliwościom technicznym oraz łatwej Obsłudze SIMATIC S7-300 stanowi niezawodne i ekonomiczne rozwiązanie Systemu automatyki w każdym zakładzie produkcyjnym.

 

Zastosowania

 

SIMATIC S7-300  jest przeznaczony do sterowania procesami technologicznymi i produkcyjnymi w:

 

ˇ    przemyśle motoryzacyjnym

ˇ    przemyśle maszynowym

ˇ    przemyśle spożywczym

ˇ    przemyśle chemicznym

ˇ    maszynach do produkcji masowej

ˇ    maszynach specjalizowanych

ˇ    maszynach do przetwórstwa tworzyw sztucznych

ˇ    maszynach pakujących

ˇ    inżynierii procesowej (stacje uzdatniania wody, oczyszczalnie ścieków)

ˇ    automatyce budynków.

 

Wykonanie specjalne

 

SIMATIC S7-300 występuje dodatkowo w wykonaniach specjalnych:

 

ˇ    S7-300F - sterowniki w wykonaniu "Fail Safe" (odporny na błędy) do stosowania w aplikacjach wymagających zwiększonej niezawodności systemu sterowania.

ˇ    S7-300 Outdoor - sterownik do stosowania w ujemnym zakresie temperatur otoczenia i trudnych warunkach środowiskowych.

ˇ    C7 - sterowniki oparte o jednostki S7-300, dodatkowo wyposażone w panel operatorski.

ˇ    ET200S CPU - procesory z serii S7-300 do stosowania w stacjach rozproszonych wejść/wyjść.

 

 

 

 

 

Projektowanie i diagnostyka

 

<>Sterowniki SIMATIC S7-300 charakteryzują się prostą konfiguracje i programowaniem, co wpływa na obniżenie kosztów projektowania i eksploatacji systemu automatyki. Oprogramowanie narzędziowe SIMATIC STEP7 jest zgodne z normą IEC61131-3 i pozwala na zaprogramowanie sterownika oraz skonfigurowanie sieci komunikacyjnych. Pakiet STEP7 umożliwia pełne monitorowanie stanu pracy systemu sterowania, ułatwiając tym samym lokalizację i usuwanie błędów. Rozbudowane funkcje diagnostyczne oraz szybkie wyszukiwanie błędów pozwalają na zredukowanie przestojów w produkcji i zwiększenie produktywności sterowanych przez S7-300 urządzeń.

 

Konstrukcja Mechaniczna

 

Sterownik SIMATIC S7-300 składa się z zasilacza (PS), procesora (CPU) oraz z kompaktowych modułów wejścia/wyjęcia (SM). Moduły mogą być dołączane do CPU w dowolnej kolejności.

Poszczególne komponenty sterownika mocowane są na szynie montażowej DIN.Szyna DIN zapewnia dodatkowo kompatybilność elektromagnetyczną sterownika oraz ekranowanie dla magistrali komunikacyjnej.

Magistrala komunikacyjna jest integralną częścią każdego modułu. Łączenie poszczególnych modułów odbywa się za pośrednictwem złącza magistrali. W kasecie centralnej lub rozszerzającej może znajdować się maksymalnie 8 modułów wejścia/wyjścia. Pojedyncze CPU może obsłużyć maksymalnie 32 moduły (4 kasety).

 

Komunikacja

 

Całkowicie Zintegrowana Automatyka

Całkowicie Zintegrowana Automatyka oznacza unifikację świata produkcji i technologii procesów, w myśl, której wszystkie elementy sprzętowe i programowe tworzą jednolity i zwarty system.

<>Migracja inteligencji do poziomu pojedynczych wejść/wyjść (rozproszona inteligencja) umożliwia tworzenie nowych struktur sieciowych dając przy tym dodatkowe korzyści takie jak szybsze uruchamiania, pełna dostępność do zasobów sprzętu.

Podstawę nowoczesnych systemów rozproszonych opartych na koncepcji Całkowicie Zintegrowanej Automatyki stanowią sieci komunikacyjne. Sterowniki rodziny S7-300 umożliwiają komunikacje w sieciach:

Ethernet Przemysłowy: (IEE 802-3 oraz 8023u) powszechnie akceptowany międzynarodowy standard (Ethernet). System komunikacji dla sieci lokalnych i obiektowych.

PROFIBUS (IEC 61158/EN 50170) - sieć przemysłowa do komunikacji pomiędzy sterownikami i urządzeniami I/O.

AS-Interface (EN50295) - sieć przemysłowa do komunikacji z dwustanowymi czujnikami i elementami wykonawczymi.

EIB (EN 50090, ANSI EIA 776) - standard komunikacji w obrębie systemów instalacyjnych i w automatyce budynków.

MPI-Interfejs wielopunktowy - sieć przemysłowa do komunikacji pomiędzy CPU, PG/PC oraz TD/OR

Interfejs Punkt-Punkt - interfejs szeregowy do realizacji prostych zadań komunikacyjnych lub komunikacji poprzez niestandardowy protokół wymiany danych.

Komunikacja procesowa

<>Komunikacja procesowa, czyli komunikacja sterowników z urządzeniami pomiarowymi i wykonawczymi jest realizowana poprzez zi_tegrowane z CPU (moduły wejścia/wyjścia), moduły interfejsowe (IM), moduły funkcyjne (FM) lub moduły komunikacyjne (CP). Wymiana danych z prostymi czujnikami i elementami wykonawczymi może być również realizowana za pośrednictwem sieci ASI.

Wymiana danych

<>Przesyłanie większych ilości danych pomiędzy sterownikami lub pomiędzy sterownikami a inteligentnymi urządzeniami (komputery PC itp.) jest realizowane poprzez

sieć MPI, PROFIBUS lub Ethernet Przemysłowy.

 

Programowanie

 

<>Sterowniki S7-300 programowane są za pomocą pakietu narzędziowego STEP 7 lub STEP 7 Lite. Oprogramowanie narzędziowe pozwala na łatwe i pełne wykorzystanie wszystkich funkcji sterownika. Obydwa pakiety pozwalają na całkowitą realizację projektu sterowania, począwszy od tworzenia konfiguracji sprzętowej poprzez implementację   algorytmu   sterowania i uruchomienia systemu a kończąc na diagnostyce i serwisowaniu sterownika.

 

STEP 7 Lite

STEP 7 Lite jest atrakcyjnym cenowo oprogramowaniem narzędziowym, umożliwiającym tworzenie na bazie sterownika S7-300 aplikacji typu "stand-alone" oraz nie wykorzystujących modułów funkcyjnych (FM). STEP 7 Lite charakteryzuje się prostą obsługę i możliwości szybkiego tworzenia aplikacji.    

<>STEP 7 Lite nie współpracuje z dodatkowymi pakietami programowymi takimi jak Engineering Tool.

Programy pisane w STEP 7 Lite mogą być edytowane również w STEP 7.

 

STEP 7

                    STEP 7 jest stosowany do tworzenia relatywnie dużych i złożonych aplikacji sterujących, wymagających stosowania języków programowania wyższego poziomu (patrz Engineering Tools) lub modułów funkcyjnych i komunikacyjnych. STEP 7 jest kompatybilny z dodatkowymi pakietami programowymi takimi jak Engineering Tool.

 

Engineering Tools

<>Oprogramowanie rodziny Engineering Tools zawiera dodatkowe pakiety narzędziowe służące do programowania sterowników za pomocą języków zorientowanych funkcjonalnie. W ramach Engineering Tools dostępne są:

 

S7-SCL

<>(Structured Control Language) język wyższego poziomu o strukturze języka PASCAL do programowania sterowników S7/C7.

 

S7-GRAPH

Język graficzny, umożliwiający programowanie sterowań sekwencyjnych.

 

S7-HiGraph

<>Język programowania sterowników S7/C7 umożliwiający graficzne przedstawienie procesów sekwencyjnych i asynchronicznych oraz diagramów statusowych.

 

CFC

Język wyższego poziomu do graficznego opisu procesów w postaci planu technologicznego.

<>Pakiety Engineering Tools wykorzystuje się do tworzenia dużych i skomplikowanych układów sterowania. Programy napisane przy pomocy tych narzędzi zajmują więcej miejsca w pamięci sterownika.

 

 

 

 

 

CPU i Pakiety Engineering Tools:

 

ˇ    Wszystkie procesory CPU mogą być programowane w językach STL, LAD, FBD.

ˇ    W przypadku stosowania języka S7-SCL zalecane są procesory CPU 314 lub lepsze.

ˇ    W przypadku stosowania języków graficznych (S7-GRAPH, 37-HiGRAPH lub CFC) zalecane są procesory CPU 315-2DP lub lepsze.

 

 

Jednostki CPU - charakterystyka

 

Jednostki CPU

 

Dostępnych jest kilka wersji jednostek centralnych CPU. Różnią się one wydajności i wielkości pamięci. Do wyboru są jednostki CPU o podstawowej funkcjonalności (wykonywanie programu użytkownika, obsługa 1/0, komunikacja w sieci MPI lub za pośrednictwem modułów CP), procesory realizujące określone funkcje technologiczne i posiadające zintegrowane wejścia/wyjścia oraz procesory wyposażone w interfejsy komunikacyjne do sieci przemysłowych.

 

Pamięć streownika

 

Każda jednostka CPU posiada ściśle określoną i nierozszerzalną pamięć programu i danych typu RAM (pamięć "work"). W pamięci tej musi zmieścić się program użytkownika.

<>Dodatkowo do uruchomienia sterownika (oprócz CPU 318-2DP) wymagana jest tzw. pamięć "ładująca", wkładana do sterownika w postaci karty MMC (Micro Memory Card). W niej przechowywany jest program źródłowy aplikacji, nazwy symboliczne zmiennych i komentarze. Na karcie MMC można również przechowywać cały projekt systemu automatyki, obejmujący kilka sterowników oraz panele operatorskie.

W trakcie wykonywania programu przez CPU (tryb RUN) jest możliwe zapisywanie i odczytywanie danych z karty MMC. Na karcie można zatem archiwizować zmienne, przechowywać receptury i obszerne bloki danych.

Jednostki centralne wyposażone w kartę MMC nie potrzebują baterii do podtrzymania programu i danych. W wyniku przerwy w zasilaniu dane chwilowe takie jak znaczniki, timery, liczniki i bloki danych są automatycznie przenoszone do pamięci nieulotnej - MMC.

Karty MMC występują w różnych rozmiarach - od 64kB do SMbyte.

 

Wbudowane Interfejsy

 

Zintegrowane z CPU interfejsy komunikacyjne MPI, PROFIBUS lub PtP umożliwiają szybką i efektywną wymianę danych pomiędzy sterownikami a dołączonymi do niego urządzeniami zewnętrznymi.

 

Multi-point interface MPI

 

MPI jest optymalnym cenowo i funkcjonalnie interfejsem komunikacyjnym do wymiany danych pomiędzy sterownikami SIMATIC S7/C7/WinAC a panelami operatorskimi HMI, komputerami PC i urządzeniami programującymi,  Prędkości transmisji osiągają 187,5bit/s.

Magistrala MPI przeznaczona jest do:

 

 

ˇ    Programowania sterownika, monitorowania stanu jego pracy i diagnostyki

ˇ    Przesyłania danych procesowych  pomiędzy sterownikami

ˇ    Podłączania do sterowników paneli operatorskich i stacji wizualizacji procesu

 

W sterownikach z CPU 318-2DP interfejs MPI może pracować jako dodatkowy port PROFIBUS DR zarówno w trybie "Master" jak i "Slave".

 

PROFIBUS DP

 

Jednostki centralne wyposażone dodatkowo w port DP mogą być bezpośrednio dołączane   do   sieci   przemysłowej PROFIBUS DP (wg Normy EN 50170).

Sieć PROFIBUS umożliwia w prosty sposób, budowanie na bazie S7-300 rozproszonych

systemów sterowania i dołączanie do CPU Stacji wejść/wyjść typu ET200 oddalonych nawet o 1200m (bez dodatkowych wzmacniaczy sygnału).

Konfiguracja i obsługa programowa rozproszonych modułów wejść/wyjść jest taka

sama jak modułów wejść/wyjść dołączonych bezpośrednio do CPU.

Komunikacja PROFIBUS DP pozwala również na wymianę danych z urządzeniami

z poza rodziny produktów SIMATIC i urządzeniami innych producentów.

Przeznaczenie interfejsu PROFIBUS DP:

 

ˇ    Komunikacja z rozproszonymi układami wejść/wyjść

ˇ    Wymiana danych z inteligentnymi węzłami sieci PROFIBUS

ˇ    Komunikacja z panelami operatorskimi

 

Funkcje "Routingu"

Panele operatorskie, systemy wizualizacji procesu oraz programatory mogą być podłączane zarówno do portu MPI jak i DP sterownika.

Programator podłączony do sieci sterowników ma pełen dostęp do wszystkich urządzeń pracujących w sieci.

 

Interfejs PtP

Niektóre jednostki centralne mają wbudowany dodatkowy, swobodnie programowalny port w standardzie RS 422/485. Umożliwia on komunikację z dowolnymi urządzeniami wyposażonymi w port szeregowy np. czytnikami kodów paskowych, systemami ważącymi. Maksymalna prędkość

transmisji wynosi 38,4kbit/s. Port   może   pracować w trybie ASCII, 3964(R) lub RK512.

 

Moduły wejść/wyjść - charakterystyka

 

Szeroki zakres dostępnych modułów umożliwia optymalne dopasowanie sterownika do wymagań aplikacji.

 

Dostępne są moduły:

 

ˇ    wejść i wyjść dwustanowych oraz analogowych, obsługujące wszystkie standardowe rodzaje sygnałów oraz moduły z funkcjami diagnostycznymi i przerwaniami

ˇ    wejść i wyjść dwustanowych oraz analogowych do stref EX (zagrożonych wybuchem)

ˇ    funkcyjne: licznikowe, pomiarowe, pozycjonujące, typu CAM (do sterowania krzywkowego), regulatorów PID

ˇ    komunikacyjne - umożliwiające wymianę danych poprzez port szeregowy RS232/485, PROFIBUS, ASI oraz Industrial Ethernet

ˇ    zasilacze dostarczające napięcia 24Vdc

ˇ    interfejsowe - umożliwiające łączenie kaset z modułami

 

 

Dodatkowe kasety z modułami

 

W kasecie centralnej (CC) można umieścić 8 modułów. Jeżeli jest potrzeba użycia większej ilości modułów muszą one znaleźć się w kasetach rozszerzających (EU). Maksymalna ilość modułów obsługiwanych przez CPU wynosi 32 (4 kasety po 8 modułów). Komunikację pomiędzy poszczególnymi kasetami zapewniają moduły interfejsowe IM 365 lub IM 360/361. Odległości pomiędzy kasetami sterownika zależą od zastosowanych  modułów interfejsowych i mogą maksymalnie wynosić - 10 m.

Dla konfiguracji z jedną kasetę (CC) maksymalna ilość wejść i wyjść sterownika wynosi 256. W przypadku konfiguracji wielokasetowej maksymalna liczba wejść i wyjść wynosi 1024. W systemie rozproszonym, opartym o sieć PROFIBUS, CPU jest w stanie obsłużyć do 65536 punktów.

W procesorach do CPU 314 oraz CPU314IFM włącznie adresy poszczególnych wejść i wyjść są zależą od umiejscowienia modułu względem CPU. W modelach CPU 315 i wyższych

adresowanie wejść i wyjść jest dowolne.

Adresowanie modułów sygnałowych jest dowolne i nie zależy od umiejscowienia modułów względem CPU (z wyjątkiem CPU 3121 FM,312c, 313, 3141PM).

 

 

Moduty I/O - charakterystyka

 

Interfejsem pomiędzy CPU a procesem są moduły sygnałowe. Szeroka gama dostępnych modułów sygnałowych umożliwia optymalne  dopasowanie  konfiguracji sterownika do wymagań aplikacji.

 

Łatwa instalacja

 

Czujniki oraz elementy wykonawcze podłączane są do modułów sygnałowych za pośrednictwem listew zaciskowych. W przypadku konieczności wymiany modułu wystarczy wyciągnąć listwę zaciskową z jednego modułu i wpiąć do drugiego.    System    mechanicznego

kodowania listwy zaciskowej nie pozwala na wpięcie listwy zaciskowej do nieodpowiedniego modułu. SIMATIC TOPconnect ułatwia okablowanie modułu i umożliwia oddalenie listwy zaciskowej od sterownika.

 

Moduły o dużej liczbie sygnałów

Duża liczba kanałów w przeliczeniu na moduł pozwala na oszczędności miejsca.

Dostępne są moduły dwustanowe o liczbie sygnałów od 8 do 32 oraz moduły analogowe z 2 do 8 sygnałów.

 

Łatwa konfiguracja

 

Moduły są konfigurowane i parametryzowane z poziomu oprogramowania STEP7. Dane konfiguracyjne modułów są zapisywane centralnie, w pamięci CPU. W przypadku wymiany modułu dane konfiguracyjne są automatycznie wysyłane do nowego modułu. Nie ma przy tym

konieczności wykonywania aktualizacji oprogramowania w przypadku użycia nowszych wersji modułów.

Raz wykonana konfiguracja modułów może być wykorzystywana dla innych sterowników np. gdy maszyna wykorzystująca sterownik jest powielana.

 

 

Diagnostyka, przerwania

 

Większość modułów wykazuje diagnostykę torów pomiarowych i sprawdza wiarygodność sygnałów przychodzących z procesu (przerwania procesowe). Oznacza to, że system sterowania może bardzo szybko reagować na wszelkie nieprawidłowości lub zdarzenia procesowe. Sterownik można skonfigurować tak aby reagował lub nie na zdarzenia diagnostyczne.

 

Moduły specjalizowane

 

Do celów sprawdzania poprawności napisanej aplikacji w kasecie sterownika można umieścić moduły symulujące wejścia / wyjścia. Moduły te wyposażone są w przełączniki do wymuszania stanów na wejściach oraz diody sygnalizujące stan wyjść. Moduły symulacyjne mogą być umieszczane  w  dowolnym  miejscu w kasecie. W przypadku, gdy zachodzi potrzeba zarezerwowania miejsca lub przestrzeni adresowej w sterowniku na moduły, które będą zainstalowane w późniejszym czasie można wykorzystać moduły "puste" (ang. Dummy Module).

Kolejne strony zawierają opis dostępnych modułów sygnałowych. Pełna informacja odnośnie modułów znajduje się w katalogu elektronicznym CA01 (Internet:http://www3.ad.siemens.de/ca01).