Nowa generacja narzędzi inżynierskich SIMATIC do projektowania systemów automatyki przemysłowej

Jedno narzędzie inżynierskie do wszystkiego, czy to możliwe?

Nowe podejście do projektowania systemów automatyki przemysłowej charakteryzuje się pełną integracją na poziomie sterowników SIMATIC PLC z panelami operatorskimi SIMATIC HMI Basic Panel przy zastosowaniu nowego narzędzia inżynierskiego Step7 Basic. Oprogramowanie to pozwala nie tylko programować sterowniki SIMATIC S7-1200 i panele SIMATIC Basic Panel, lecz również dba o spójność danych na każdym etapie projektowania aplikacji. W jednym projekcie można umieścić kilkanaście urządzeń i stworzyć między nimi połączenia komunikacyjne. Tak tworzona aplikacja ma jedną wspólną bazę danych dla wszystkich występujących w projekcie urządzeń.

Dzięki temu wszystkie zmienne zadeklarowane dla poszczególnych urządzeń, mogą być zmieniane w dowolnym czasie i miejscu programu, bez konieczności analizy ich umiejscowienia w programie. Program może powstawać szybciej i jest pozbawiony błędów na etapie wprowadzania lub modyfikacji danych. Oprogramowanie Step7 Basic dysponuje biblioteką sprzętową dostępnych modułów rozszerzeń i jednostek centralnych CPU. W sposób graficzny projektant ma możliwość wybrania lub zmiany komponentów projektu oraz tworzenia sieci komunikacyjnych. Bardziej złożone komponenty, takie jak regulatory PID lub funkcje sterowania ruchem Motion Control dla serwonapędów zrealizowane są również w sposób graficzny.

Biblioteki Motion Control PLC Open w aplikacjach serwonapędowych

Step7 Basic ma zintegrowane biblioteki sterowania ruchem dla serwonapędów oraz napędów standardowych. Umożliwiają one w niezwykle prosty sposób tworzenie aplikacji napędowych, które przez automatyków uznawane są za trudne. Wsparciem w zakresie tworzenia tych aplikacji są gotowe przykłady zrealizowane na bazie sterowników SIMATIC S7-1200, paneli operatorskich SIMATIC HMI Basic Panel oraz napędów SINAMICS S-110.

Oprócz gotowych programów dostępne są szczegółowe opisy możliwych do zrealizowania funkcji sterowania ruchem. W ramach techniki serwo dostępne są dwa przykłady aplikacyjne:

• pozycjonowanie napędów SINAMICS S110 we współpracy ze sterownikiem SIMATIC S7- 1200 przy zastosowaniu protokołu USS
• pozycjonowanie napędów SINAMICS S110 we współpracy ze sterownikiem SIMATIC S7- 1200 z wykorzystaniem wyjść PTO (modulacja częstotliwości impulsów).

W przypadku stosowania protokołu USS do komunikacji między sterownikiem SIMATIC S7-1200 a napędem SINAMICS S-110 można zrealizować funkcje sterowania ruchem (rys.1), takie jak:

• ruchy dojazdowe jog
• szukanie punktu referencyjnego
• pozycjonowanie bezwzględne i względne w trybie MDI
• tworzenie profili prędkości ruchu
• zadawanie pozycji oraz prędkości poprzez USS.

Pozwala to na wykonanie zadań pozycjonowania napędu oraz wykonania przejazdów względnych na zadaną ze sterownika odległość lub też przejazdów bezwzględnych, gdzie punkt docelowy jest jednoznacznie ustalony. Możliwy jest też przejazd z punktu do punktu z ustalonymi różnymi prędkościami zapisanymi w tabeli przejazdu. Napęd pozwala na przerwanie i wznowienie przejazdu od dowolnego punktu, na przykład po zatrzymaniu awaryjnym. Komunikacja napędu ze sterownikiem odbywa się poprzez procesor komunikacyjny podłączony do sterownika. Jeden sterownik może obsługiwać do 48 serwonapędów.

Drugim przykładem zastosowania serwonapędów jest wykorzystanie w sterowniku SIMATIC S7-1200 szybkich wyjść PTO (rys. 2). Poprzez modulację częstotliwości na  wyjściach sterownika można sterować pracą serwonapędu zbudowanego na bazie SINAMICS S7-110. Można wykorzystać i zrealizować następujące funkcje napędowe:

• wykorzystanie obiektów technologicznych ”osie” oraz „motion control”
• załączanie i wyłączanie osi – funkcja „MC Power"
• potwierdzanie błędów – funkcja „MC Reset”
• ruchy dojazdowe „MC_Move_JOG”
• ręczne zadawanie prędkości „MC_Velocity”
• dojazd do bazy „MC_Home”
• przerwanie ruchu „MC_Halt”
• pozycjonowanie bezwzględne „MC_MoveAbsolute”
• pozycjonowanie względne „MC_MoveRelative”
• kasowanie pozycji „Clear Position”.

Podobnie jak we wcześniejszym przykładzie dostępne są gotowe programy dla sterownika SIMATIC S7-1200, napęd SINAMICS S-110 oraz panel SIMATIC Basic KTP600 wraz z dokumentacją projektową. Wygładzenie charakterystyk prędkości zapewniają łagodne przejścia pomiędzy częstotliwościami, co daje płynność ruchu serwonapędów. Jeden sterownik pozwala na podłączenie dwóch serwonapędów.

Sterowanie prędkością w napędach standardowych przy wykorzystaniu sterownika SIMATIC S7-1200

Wszędzie tam, gdzie nie ma potrzeby precyzyjnego pozycjonowania lub wytworzenia przejazdów o określonej długości lub zadany kąt, można zastosować do sterowania prędkością napędy standardowe. W szczególności są to aplikacje sterowania pompami, wentylatorami lub przenośnikami taśmowymi, lecz również aplikacje wymagające łagodnego rozruchu urządzeń. W oprogramowaniu Step7 Basic dostępna jest biblioteka USS, która pozwala na realizację powyższych aplikacji (rys. 3).

Dostępne są funkcje:

• USS Drive do sterowania prędkością napędu
• zmiana kierunku obrotów DIR
• dwa tryby hamowania (wybiegiem i na rezystorze hamującym) OFF2, OFF3
• potwierdzanie błędów F_ACK
• zadawanie parametrów do napędu USS_WPM
• odczyt parametrów z napędu USS_RPM.

Komunikacja pomiędzy napędem SINAMICS lub Micromaster a sterownikiem SIMATIC S7-1200 odbywa się poprzez procesor komunikacyjny CP1241 RS-485.

Step7 Basic ma ponadto zintegrowane biblioteki komunikacyjne Modus RTU master/slave, jak również funkcje realizujące komunikację w sieci Ethernet SEND/RCV. Na bazie funkcji komunikacji ethernetowej dostępna jest już biblioteka Modbus TCP dla sieci Ethernet do komunikacji z miernikiem parametrów sieci elektrycznej SENTRON.

Dla systemów rozległych, gdzie odległości pomiędzy obiektami są znaczne lub obiekty są umieszczone w miejscach trudno dostępnych, można zainstalować w oprogramowaniu Step7 Basic dodatkową bibliotekę telemetryczną pozwalającą na wytworzenie komunikacji w sieci GPRS między sterownikami a komputerem PC pracującym jako serwer w ramach systemu SINAUT Micro SC. Step7 Basic jako nowoczesne narzędzie projektowe pozwala na tworzenie własnych bibliotek projektowych oraz bibliotek najczęściej wykorzystywanych w projektach komponentów, co niezwykle skraca czas na tworzenie nowych aplikacji użytkownika.

Uzupełnieniem możliwości oprogramowania Step7 Basic są funkcje sprzętowe samego sterownika. Obecnie stworzone opisy szczebli programowych tzw. „network” oraz komentarze są zapamiętywane trwale w sterowniku podczas wgrywania do niego programu. Dzięki temu podczas aktualizowania oprogramowania lub zmian w oprogramowaniu sterownika programista ma pełen opis programu, pozwalający na szybkie poznanie algorytmu i zrozumienie jego działania.

Podsumowując, nowa rodzina sterowników SIMATIC S7-1200 to innowacyjna technologia w dobrej cenie, łącząca dużą wydajność sprzętową z łatwością programowania. Nowa koncepcja integracji paneli operatorskich HMI Basic Panel i SIMATIC S7-1200 w Step7 Basic, tworzy nowe wydajne środowisko pracy programisty, ułatwiając tworzenie nowych projektów i udostępniając narzędzia do zmian w projektach już stworzonych, wspierając jego pracę na każdym etapie projektowania systemu automatyki.

Michał Bereza
Siemens Sp. zo.o.