Kurzy programování

Kurzy programování SIMATIC S7-300

Kurzy programování PLC SIEMENS SIMATIC S7-300, díl 6


Nyní si vysvětlíme, co jsou to analogové signály v PLC či HW a SW parametrizace, povíme si něco o rozsahu a úpravě proměnných pro analogové signály a vytvoříme si vlastní funkce pro zpracování analogových hodnot.

Ve spolupráci se společností FOXON s.r.o. vzniká kurz programování PLC SIEMENS SIMATIC S7-300 a práce s tímto PLC. Cílem následujících dílů, jejichž počet bude flexibilně přizpůsoben zájmu a jednotlivým tématům, nebude detailní vysvětlení kompletního programování a vlastností PLC SIMATIC, právě naopak.

Zaměříme se na ryze praktické stránky práce s PLC a nejpoužívanější programové segmenty pro začínající a občasné uživatele, kteří potřebují v základech porozumět Simatikům, dále ty, kteří se s tímto PLC setkávají jen občas, a v neposlední řadě i ty, kteří mají v zaměstnání vícero druhů PLC od různých výrobců a nelze pro všechna PLC absolvovat detailní školení. Proto uvítáme jakékoliv vaše ohlasy, abychom mohli eventuálně další díly korigovat.

Pokud nemáte k dispozici nějaké zkušební PLC pro ukázky tohoto kurzu, bude vám pro většinu příkladů stačit i SIEMENS PLC simulátor, tedy vystačíte si pouze s počítačem a softwarem.

FOXON s.r.o. & Jaroslav Blažek



6.1 ANALOGOVÉ SIGNÁLY V PLC, SW PARAMETRIZACE

Analogové verze výstupů nebo vstupů PLC jsou v praxi velmi používané, umožňují totiž připojení různých snímačů, převodníků teplot, měničů pro regulaci rychlosti a dalších zařízení, které vytvářejí nebo zpracovávají signál analogových hodnot. Ten v drtivé většině případů bývá napěťový nebo proudový a v menších variantách také třeba odporový. Každé druhy signálů se ještě dělí do dalších možností, například napěťové analogy můžou být 0–10V, 0–5V, +/–500mV a podobně, z proudových hodnot jsou nejběžnější 0–20mA a 4–20mA. My si ukážeme, jak vše správně parametrizovat a jakým způsobem pak z PLC programu přistupujeme na jednotlivé kanály. Každý analogový vstup/výstup je v podstatě převodník, který určitým příkazem převede proměnnou v PLC programu na velikost analogového napětí/proudu na výstupu a naopak. Uvidíme v praxi dále.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 1 1

Samozřejmě že nejprve musíme nějaký analogový modul do PLC mít a připojit jej do sestavy. Nebo použít CPU, které zpracování analogových signálů umožní. Možností je celá řada, nejprve se podíváme na naši CPU313C, která má na sobě 5 analogových vstupů a 2 výstupy. Každý vstup/výstup bude pro nás kanál a můžeme jej označovat jako AI nebo AO.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 1 2

Po kliknutí na analogový modul nebo část PLC je nezbytné ve vlastnostech každý kanál zvlášť, v některých případech dohromady, parametrizovat. Záleží na typu a výrobci jednotlivého analogového modulu. Zkusíme si nastavit typ výstupu, tedy napěťový nebo proudový, a výstupní rozsah, což znamená v jakých napěťových úrovních bude analogový výstup fungovat. Stačí nám třeba 0–10 V.

Nepoužité kanály je dobré deaktivovat, předejdeme zbytečným hlášením o přetečení nebo podtečení kanálu, zvláště třeba u AI 4–20 mA.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 1 3

Pro analogové vstupní signály si zkusíme parametrizovat SM331 modul 6ES7331-7KF02-0AB0, který může zpracovat 8 kanálů s rozlišením 12 bitů.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 1 4

Všechny parametry nastavení SM331 máme pohromadě v jedné záložce. Všimněme si, že parametrizujeme vždy jeden pár, respektive dva analogové vstupy dohromady, zkusil jsem nastavit jak napěťové, tak proudové varianty a také přímé připojení odporového snímače Pt100. Tento analogový modul kromě softwarového nastavení vyžaduje ještě i hardwarovou korekci správným propojením vstupních obvodů. V podstatě se jedná o natočení přepínací kostky na modulu do správné polohy A až D, která je označena pod okénkem s typem analogového signálu. Uvidíme dále.

Jak je uvedeno v záhlaví názvu modulu, jedná se o modul s rozlišením 12 bitů, což je hodnota 4095, tedy laicky řečeno 4095 schodečků. Jednoduchým výpočtem zjistíme, že pro 0–10 V bude minimální možná zaznamenaná změna 10/4095, což je 0,0024 V. Jestliže se vám to zdá dostatečné, je to pravda, ale může nastat situace, kdy potřebujete více. Například připojíte do analogového vstupu převodník s tenzometrem s rozlišením 15 bitů a váživostí 0 až 20 kg a zjistíte, že nejste schopni změřit několik gramů, nejmenší změna, kterou v PLC zaznamenáte, bude téměř 5 gramů. Proto použijeme buď modul s větším rozlišením, který je ovšem patřičně dražší, nebo si zkusíme pomoci jinak, a sice nastavením integračního času, který koresponduje s rozlišením vstupu.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 1 5

Přes klávesu Help si k označené integrační době vyvoláme nápovědu a přes ještě několikeré kliknutí najdeme tuhle tabulku, která nám zobrazí v nastavení i odpovídající rozlišení. Zvětšíme-li integrační dobu na 100 ms, tedy nepotřebujeme-li měřit tak rychle v řádu deseti milisekund, zvětší se nám rozlišenína 14 bitů + znaménko, což už bude pro výše uvedený příklad dostatečné, 14 bit již znamená 16383 schodečků. Platí to samozřejmě i směrem dolů, požadujeme-li rychlost měření a stačí nám při tom 9 bitů rozlišení.

V případě, že je to stále nevyhovující, sáhneme pro 16bitovou analogovou kartu, ale tohle mně již několikrát pomohlo, přitom ne každý programátor o tom ví.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 1 6

Pro správné softwarové nastavení modulů zbývá ještě adresa. Ta je důležitá, každý kanál zabere dva adresní bajty, tedy například naše dva analogové výstupy přiřadíme na adresu 252 a 254.

V PLC programu pak přistupujeme na tyto adresy jako na PIW/PQW, konkrétně PQW252 a PQW254.


6.2 HW PARAMETRIZACE, PŘIPOJENÍ ANALOGOVÝCH MODULŮ

Nejen softwarové nastavení v HW konfiguraci Step7 je nezbytné, stejně důležité je správné zapojení signálů na analogový modul.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 2 1

Proto na vstupním modulu ještě překontrolujeme hardwarové nastavení přepínačů analogových vstupů, tedy správné otočení výše zmíněných kostek do polohy podle nastavení v HW konfiguraci.

Poznámka: Tohle se dost často při zprovozňování systému zapomene udělat a pak je modul stále v chybě.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 2 2

Ukázka zapojení dvoukanálového analogového vstupního modulu, pro každý druh signálu pak platí trochu něco jiného, je nutné se podívat do manuálu od konkrétního modulu pro ten správný signál. Například pro připojení jednoho odporového teplotního snímače Pt100 modul využívá dva kanály, takže z 8kanálové karty je rázem 4kanálová, ze 2 pak 1kanálová.

Proto je nutné zvážit třeba použití externího převodníku Pt100/4-20mA a využít všech 8, respektive 2 kanály v modulu.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 2 3

Analogový proudový vstup 4–20mA je možné zapojit a používat jako tzv. dvoudrát nebo čtyřdrát, v nastavení HW konfigurace se pro to používá pojem 2DMU a 4DMU viz obrázek, neboť i různé převodníky a snímače jsou konstruovány podle toho. Nesprávné zapojení a nastavení vede k nefunkčnosti kanálu, proto si připomeneme zásadní rozdíl v tomto zapojení. 2DMU, tedy dvoudrátové zapojení, vyžaduje jako snímač v podstatě jen proměnný odpor, neboť napájení snímače 24 VDC je z jedné svorky a vstup do druhé svorky modulu. Snímač se pak chová jako proměnný odpor v takovém rozsahu, aby protékající proud byl v rozmezí 4 až 20 mA rozsahu snímače.

4DMU, čtyřdrát, vyžaduje externí napájení 24 VDC snímače a z něj teče proud do jedné svorky analogového vstupu, přičemž druhá, nulová svorka, může být spojena i s nulou napájení, záleží na zapojení konkrétního modulu.

Laicky řečeno, pokud na jedné ze svorek analogového vstupu 4–20 mA naměříme +24 VDC, jedná se o 2DMU, tedy dvoudrátovou konfiguraci, jestliže nenaměříme nic, máme co dělat s 4DMU, tedy konfigurovaným čtyřdrátem. To je důležité pro připojený snímač, měřicí přístroj s analogovým výstupem a podobně, neboť opačné varianty nám nebudou fungovat.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 2 2

U zapojení pro výstupní modul vidíme, že na proudový výstup stačí dvě svorky, pro napěťový můžeme ještě využívat kompenzační výstupy S+ a S–.


6.3 ROZSAH PROMĚNÝCH PRO ANALOGOVÉ SIGNÁLY

Jestliže jsme si řekli, že hodnota proměnné v PLC programu odpovídá třeba velikosti napětí na analogovém výstupu, což platí i pro proudy a vstupy, bude nezbytné vědět, jaký je rozsah těchto hodnot. Tedy jaké číslo odpovídá pro 0 V a jaké třeba pro 10 V.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 3 1

Rozsah analogového výstupu 0–10 V nám ukazuje tato tabulka, pro výstup –10 V až +10 V a pro proudové hodnoty platí jiná tabulka, ovšem jmenovitá čísla zůstávají stejná, tedy maximu odpovídá 27648. Tabulka je dosažitelná v manuálu analogových modulů.

Poznámka: Výstup 0 až 10 V označujeme jako unipolární, bipolární pak funguje v rozsahu –10 až +10 V.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 3 2

V PLC programu vezmeme proměnnou hodnotu 13834, tedy polovinu rozsahu a příkazem L ji nahrajeme do akumulátoru 1. V pravém sloupci vidíme její hexa hodnotu 3600.

V dalším řádku ji narveme do analogového výstupu, tedy do PQW254.

Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 3 3Nezbývá než velikost výstupního napětí změřit a porovnat s výše uvedeno tabulkou. Vše samozřejmě souhlasí, dvě stovky je chyba mého přístroje. Není na škodu, pokud si vyzkoušíte i další hodnoty včetně přetečení kanálu při zadání čísla většího než 27648.

Obdobně tohle platí i pro čtení analogových vstupů.


6.4 ÚPRAVA PROMĚNÝCH PRO ANALOGOVÉ KANÁLY PLC PROGRAMU

V praxi se ale výše uvedený zápis a čtení analogových signálů moc nepoužívá.V PLC programu totiž potřebujeme přizpůsobit zápis/čtení AI nebo AO hodnotám rozsahu proměnných v programu a ne pracovat s přímým rozsahem kanálů. Například v PLC počítáme s proměnnou 0 až 1000 a budeme ji využívat jako žádanou hodnotu rychlosti pro nějaký pohon, měnič. S tímto rozsahem se nám v programu dobře pracuje, můžeme si počítat dobře korekce a podobně. Navíc nemusíme brát ohled na překročení 16bitové hodnoty nějakým výpočtem s násobitelem. Obdobně pro čtení si třeba pro 4–20 mA ze snímače tlaku 300 bar přepočteme proměnou z analogu přímo na 0–300 barů.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 4 1

Nemusíme samozřejmě nic vymýšlet, neboť jak praví klasik, vše už bylo vymyšleno a použijeme systémovou funkci FC106 pro zápis do analogu, pro čtení slouží funkce FC105. Tyto systémové funkce najdeme v knihovně Standard Library v patřičné složce TI-S7 Converting Blocks.

V této složce je systémových funkcí podstatně více.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 4 2

Vyzkoušejte si parametrizaci jak pro analogový výstup, tak pro vstup. Popis funkce najdete v Helpu, ta nastaví hodnotu bipolárního analogového výstupu –10 V až +10 V podle proměnné v rozmezí –1000 až +1000. Podle obrázku je nyní hodnota na výstupu +7,5 V.

Pokud si v TEMP části programového bloku uděláte proměnnou RET_V a přiřadíte ji na výstup FC106, bude v této proměnné stav analogového kanálu, tedy bude indikovat například přetečení výstupu, jak uvidíme dále. Pro použití v PLC programu je ovšem lépe využít pro RET_VAL merker nebo datový blok.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 4 3

Nyní jsme se pokusili nastavit analogový výstup na 10,50 V, tedy přes limit. Hodnota proměnné ve stavovém slově RET_V je 8 a ENO je nastaveno na log L. Oba tyto signály nám říkají, že analogový kanál není v pořádku.


6.5 VYTVOŘENÍ VLASTNÍ FUNKCE PRO ZPRACOVÁNÍ ANALOGOVÝCH HODNOT

Jestliže se vám předchozí obvod zdál složitý, nebo komplikovanější, vytvoříme si v rámci cvičení vlastní funkci, což bude typický příklad pro verzi funkce, která se může v PLC programu opakovat pro větší množství analogových kanálů, jen s rozdílnými parametry. Nahlédněte do předchozího dílu kurzu pro inspiraci a s chutí do toho.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 5 1

Ze všeho nejdříve potřebujeme vědět, jaký vztah platí mezi výstupní hodnotou a zadávanými parametry, tedy minimální hodnotou a maximální hodnotou. Stačí na to opět Help, kde je v popisu funkce uvedený patřičný matematický vzorec.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 5 2

Potom by nám stačilo něco takového, kde vstup DATA jsou zadávaná data do analogového výstupu. Dále MAX a MIN jsou hodnoty pro maximální a minimální analogový výstup a OUT je již adresa analogového výstupu. Všechny proměnné jsou pro jednoduchost typu integer.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 5 3

Známým postupem v Simatic Manageru vložíme do programu novou libovolnou funkci, třeba FC4, a v ní budeme nejprve deklarovat v horní části proměnné vstupů a výstupů funkce, včetně TEMP proměnné.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 5 4

Vzorec výpočtu podle Helpu z předchozího obrázku převedený jen na naše názvy I/O, které si můžete samozřejmě libovolně přejmenovat.

V první části prográmku se kontroluje, aby vstupní proměnná byla v odpovídajících mezích, dále pak probíhá samotný výpočet a v závěru přesun proměnné do analogového výstupu.

Projděte si řádek po řádku, dokud vám nebude vše jasné. Pokud narazíte na neznámý příkaz, stačí jej označit a stisknout F1, otevře se detailní popis příkazu v nápovědě.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 5 5

V další části funkce nám zbývá již jen zajistit obligátní napojení konce funkce příkazy SET-SAVE-CLR a nezapomenout na návěští END, neboť v předchozí části programu se na něj odskakuje.


Kurz programovani Siemens PLC S7 STEP7 foxon 6 5 6

A je to. Pokud jste vše dobře udělali, nyní na analogovém výstupu naměříme již uvedených 5,00 V.


U používání analogových signálů je velmi důležité jejich správné parametrizování a fyzické zapojení. Z praxe můžu říci, že pokud analog nefunguje, není chyba v něm, ale vždy v připojení nebo nastavení. Zkuste si podobné funkce vytvořit i pro bipolární variantu a také pro analogové vstupy. Můžete si je používat pořád, neboť matematika je stále stejná. Podobně se dají v souvislosti s analogovými proměnnými používat různé komparátory pro vyhodnocení třeba limitních hodnot.

Autor: Jaroslav Blažek, blaja.cz


Užitečné odkazy k tématu 6. dílu:

Analogové moduly k Simatic S7: Support analog input/output modules

Technická podpora Siemens pro CPU Simatic S7-300

PLC Simatic hlavní stránka v češtině

Související produkty

Novinky
z naší firmy

Stačí 2 e-maily měsíčně a neunikne vám nic podstatného. 
Přihlaste se a každou druhou středu čtěte přímo ve své poště.

Váš e-mail je u nás v bezpečí. Vždy ctíme Zásady zpracován osobních údajů.

Společnost FOXON je držitelem certifikátu ISO 9001:2018

Sledujte nás i na sociálních sítích.

Made by FOXON s.r.o. © 2019

Rychlý dotaz


Typ vašeho dotazu