Documentação de treinamento SCE para a solução de automação universal Totally Integrated Automation (TIA)

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1 Documentação de treinamento SCE para a solução de automação universal Totally Integrated Automation (TIA) Siemens Automation Cooperates with Education Módulo TIA Portal Processamento de valores analógicos no SIMATIC S Documentação de treinamento SCE Página 1 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

2 Pacotes de instrutor SCE deste documento SIMATIC S AC/DC/RELAIS 6º "TIA Portal" Nº de pedido: 6ES7214-1BE30-4AB3 SIMATIC S DC/DC/DC 6º "TIA Portal" Nº de pedido: 6ES7214-1AE30-4AB3 SIMATIC S7-SW para treinamento STEP 7 BASIC V11 Upgrade (para S7-1200) 6º "TIA Portal" Nº de pedido: 6ES7822-0AA01-4YE0 Note que os pacotes de instrutor podem ser substituídos por pacotes atualizados. Um resumo dos pacotes SCE atualmente disponíveis pode ser encontrado em: siemens.com/sce/tp Treinamentos avançados Para treinamentos avançados SCE Siemens, entre em contato com o parceiro SCE da sua região siemens.com/sce/contact Outras informações sobre SCE siemens.com/sce Nota sobre o uso A documentação de treinamento para a solução de automação universal Totally Integrated Automation (TIA) foi elaborada para o programa "Siemens Automation Cooperates with Education (SCE)" especificamente para fins educacionais. A Siemens AG não assume nenhuma responsabilidade sobre o conteúdo. Este documento só pode ser utilizado para o treinamento inicial em produtos/sistemas da Siemens. Isto é, ele pode ser copiado em sua totalidade ou parcialmente e ser entregue aos alunos para uso durante o treinamento. A transmissão e reprodução deste documento, bem como a divulgação de seu conteúdo, são permitidas apenas para fins educacionais. As exceções demandam a aprovação por escrito do representante da Siemens AG: Sr. Roland Scheuerer As violações estão sujeitas a indenização por danos. Todos os direitos, inclusive da tradução, são reservados, particularmente para o caso de registro de patente ou marca registrada. A utilização em cursos para clientes industriais é expressamente proibida. O uso comercial dos documentos não é autorizado. Agradecemos à empresa Michael Dziallas Engineering e todas as pessoas pelo auxílio na elaboração deste documento. Documentação de treinamento SCE Página 2 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

3 PÁGINA: 1. Prefácio Notas sobre a programação do SIMATIC S Sistema de automação SIMATIC S Software de programação STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) Sinais analógicos Tipos de dados no SIMATIC S Leitura/saída de valores analógicos Normalização dos valores analógicos Exemplo de monitoramento do nível de um tanque Programação do monitoramento do nível de preenchimento para o SIMATIC S Documentação de treinamento SCE Página 3 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

4 1. Prefácio O conteúdo do módulo SCE_PT_ constitui a unidade de aprendizado 'Fundamentos da programação CLP' e representa uma introdução rápida com relação à programação do SIMATIC S com o TIA Portal. Fundamentos da programação CLP Módulo 10, módulo 20 Fatores adicionais para a programação CLP Módulo 30 Simulação do sistema SIMIT Módulo 150 Outras linguagens de programação Módulo 40 PROFIBUS PROFINET Módulo 60 Módulo 70 AS-Interface Módulo 50 Tecnologia de segurança Módulo 80 Tecnologia de sensores Módulo 110 Visualização do processo (IHM) Módulo 90 Tecnologia de acionamento Módulo 100 Meta de aprendizado: Neste módulo, o leitor deverá aprender a programar um monitoramento de valor limite em um valor analógico. O controlador (CLP) é um SIMATIC S e o programa é criado com a ferramenta de programação TIA Portal. O módulo apresenta os fundamentos e demonstra o procedimento com base em um exemplo detalhado. Pré-requisitos: Para um bom entendimento desse módulo, é necessário conhecimento sobre Windows Fundamentos da programação de CLP's com o TIA Portal (por exemplo, Modul_ _- Programação 'startup' do SIMATIC S com TIA Portal V11) Documentação de treinamento SCE Página 4 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

5 Hardware e software necessários 1 PC Pentium 4 com 1.7 GHz, 1 GB de RAM (XP) ou 2 GB de RAM (Vista), espaço livre em disco de aprox. 2 GB Sistema operacional Windows XP Professional SP3 / Windows 7 Professional / Windows 7 Enterprise / Windows 7 Ultimate / Windows 2003 Server R2 / Windows Server 2008 Premium SP1, Business SP1, Ultimate SP1 2 Software STEP 7 Professional V11 SP1 (TIA Portal V11) 3 Conexão Ethernet entre o PC e o CLP 315F-2 PN/DP 4 CLP SIMATIC S7-1200, p.ex., CPU 1214C. As entradas deverão ser executadas em um painel de controle. 1 PC 2 STEP 7 Professional V11 (TIA Portal) 3 Conexão Ethernet 4 S com CPU 1214C Documentação de treinamento SCE Página 5 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

6 2. Notas sobre a programação do SIMATIC S Sistema de automação SIMATIC S O sistema de automação SIMATIC S é um sistema de microcontrolador modular para as faixas de baixa e média potência. Existe uma ampla gama de módulos para a adaptação ideal em diferentes tarefas de automação. O controlador S7 é composto de uma fonte de alimentação, uma CPU e módulos de entrada e de saída para os sinais digitais e analógicos. Eventualmente, também são aplicados módulos funcionais e de comunicação para tarefas específicas, como por exemplo, o controle do motor de passo. O controlador lógico programável (CLP) monitora e controla uma máquina ou um processo por meio do software S7. No software S7, os módulos de Input/Output (I/O) são consultados através de endereços de entrada (%I) e endereçados através de endereços de saída (%Q). O sistema é programado com o software STEP Software de programação STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) O software STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) é a ferramenta de programação para os sistemas de automação - SIMATIC S SIMATIC S SIMATIC S SIMATIC WinAC Com STEP 7 Professional V11, as seguintes funções podem ser usadas para a automação de um sistema: - configuração e parametrização do hardware - estabelecimento da comunicação - programação - teste, startup e serviço com as funções de operação/diagnóstico - documentação - criação de telas para os SIMATIC Basic Panels com WinCC Basic integrado. - com os pacotes WinCC avançado também é possível criar soluções de visualização para PCs e outros painéis Todas as funções são auxiliadas por uma Ajuda detalhada. Documentação de treinamento SCE Página 6 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

7 3. Sinais analógicos Ao contrário de um sinal binário que pode registrar somente os dois estados de sinal "Tensão presente +24V" e "Tensão ausente 0V", os sinais analógicos podem registrar qualquer quantidade de valores dentro de uma determinada faixa. Um exemplo típico de um transmissor analógico é um potenciômetro. Dependendo da posição do botão giratório, é possível ajustar a resistência até um valor máximo. Exemplos de variáveis analógicas na tecnologia de controle: - Temperatura C - Vazão l/min - Rotação rpm - etc. Estas variáveis são convertidas em tensões, correntes ou resistências elétricas com a ajuda de um transdutor. Nos casos em que se deseja registrar, por exemplo, a rotação, a faixa de rotação de 500 a 1500 rpm pode ser convertida em uma faixa de tensão de 0 a +10 V através de um transdutor. Em uma rotação medida de 865 rpm, o transdutor irá informar um valor de tensão de + 3,65 V rpm U/min U/min rpm 10 10V V 10V: V: 1000 U/min rpm = 0,01 V/rpm V/U/min 365 U/min rpm x x 0,01 0,01 V/rpm V/U/min = 3,65 = 3,65 0 V +10V V Estas tensões, correntes e resistências elétricas são conectadas a um módulo analógico que digitaliza este sinal. Ao processar variáveis analógicas com um CLP, o valor lido de tensão, corrente ou resistência deve ser convertido em uma informação digital. Esta conversão é denominada como conversão analógica-digital (Conversão A/D). Isto significa que, por exemplo, o valor de tensão de 3,65 V é armazenado como informação na forma de uma série de dígitos binários. Quanto mais dígitos binários forem usados para a representação digital, mais precisa será a resolução. Se existisse somente 1 bit disponível para a faixa de tensão de 0 a +10 V, só seria possível declarar se a tensão medida encontra-se na faixa de 0 a +5 V ou na faixa de +5 V a +10 V. Com 2 bits, a faixa já pode ser subdividida em 4 faixas individuais, ou seja, 0 a 2,5 / 2,5 a 5 / 5 a 7,5 / 7,5 a 10V. Os conversores A/D convencionais da tecnologia de controle trabalham com 8 ou 11 bits. Sendo assim, com 8 bits eles possuem 256 faixas individuais e com 11 bits uma resolução correspondendo a 2048 faixas individuais. 00A/0V V 20 20mA/10V V bits Bit V: V: 2048 = = 0, é es possível können Spannungsunterschiede < 5 mv <5mV erkannt detectar diferenças de tensão werden Documentação de treinamento SCE Página 7 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

8 4. Tipos de dados no SIMATIC S No SIMATIC S existem diversos tipos diferentes de dados por meio dos quais é possível representar diferentes formatos de números. A seguir é apresentada uma lista dos tipos de dados elementares. Tipo de Tamanho Faixa Exemplo de entrada constante dados (bit) Bool 1 0 a 1 TRUE, FALSE, O, 1 Byte 8 16#00 a 16#FF 16#12, 16#AB Word 16 16#0000 a 16#FFFF 16#ABCD, 16#0001 DWord 32 16# a 16#FFFFFFFF 16#02468ACE Char 8 16#00 a 16#FF 'A', Sint a ,-123 Int a , -123 Dint a , -123 USInt 8 0 a Ulnt 16 0 a UDInt 32 0 a Real 32 +/-1,18 x a +/-3,40 x ,456, -3,4, -1,2E+12, 3,4E-3 LReal 64 +/-2,23 x a +/-1,79 x E+40 Time 32 T#-24d_20h_31 m_23s_648ms a T#24d_20h_31 m_23s_647ms Salvo como: -2, ,648 ms a +2,147,483,647 ms String Variável 0 a 254 caracteres em tamanho de byte 'ABC' T#5m_30s 5#-2d T#1d_2h_15m_30x_45ms Nota: No processamento de valores analógicos, os tipos de dados 'INT' e 'REAL' desempenham um papel importante, pois os valores analógicos lidos estão disponíveis como números inteiros no formato 'INT' e para o processamento posterior exato, devido ao erro de arredondamento no 'INT', só podem ser usados números de vírgula flutuante 'REAL'. Documentação de treinamento SCE Página 8 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

9 5. Leitura/saída de valores analógicos Os valores analógicos são lidos no CLP como informações no formado 'word'. O acesso a estas palavras realiza-se, por exemplo, com os operandos: %IW 64 Palavra de entrada analógica 64 %QW 80 Palavra de saída analógica 80 Cada valor analógico ("canal") ocupa uma palavra de entrada ou saída. O formato é 'Int' um número inteiro integral. O endereçamento das palavras de entrada ou saída orienta-se conforme o endereçamento na visualização do dispositivo. Por exemplo: O endereço da primeira entrada analógica seria aqui %IW 64, da segunda entrada analógica %IW 66 e da saída analógica %QW 80. A transformação do valor analógico para o processamento posterior no CLP é igual tanto para as entradas como para as saídas. As faixas de valor digitalizadas apresentam o seguinte aspecto: 0 A/0 V 10 ma/5 V 20 ma/10 V Faixa nominal do valor analógico Valor digitalizado para o processamento posterior no C Frequentemente estes valores digitalizados ainda precisam ser normalizados para o correspondente processamento posterior no CLP. Documentação de treinamento SCE Página 9 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

10 5.1 Normalização dos valores analógicos Quando um valor de entrada analógica estiver disponível com o valor digitalizado, geralmente ele ainda precisa ser normalizado para que os valores numéricos correspondam às variáveis físicas do processo. Da mesma forma, geralmente a saída analógica realiza-se na palavra de saída periférica somente após a normalização do valor de saída. O programa STEP7 faz uso de operações de cálculo para a normalização. Para que isto possa se realizar com a máxima precisão, os valores para normalização devem ser convertidos para o tipo de dados REAL para que os erros de arredondamento sejam mínimos. Nos capítulos a seguir é mostrado um exemplo com base no monitoramento do nível de um tanque. 6. Exemplo de monitoramento do nível de um tanque Deverá ser programado o monitoramento de nível de um tanque. Um sensor mede o nível de preenchimento de um tanque e o converte em um sinal de tensão de 0-10 V. 0 V correspondem a um nível de preenchimento de 100 litros e 10 V a um nível de preenchimento de 1000 litros. Este sensor está conectado na primeira entrada analógica do SIMATIC S Este sinal deve ser lido e normalizado em uma função FC1. Em seguida deverão ser programados o monitoramento e exibição do nível máximo admissível de preenchimento de 990 litros e o monitoramento do nível mínimo admissível de preenchimento de 110 litros. Lista de atribuição: Endereço Símbolo Tipo de dados Comentário %IW 64 AI_level_tank1 Int Entrada analógica do nível de preenchimento do tanque1 %Q 0.0 Tank1_max Bool Exibição do nível de preenchimento > 990 litros %Q 0.1 Tank1_min Bool Exibição do nível de preenchimento < 110 litros Documentação de treinamento SCE Página 10 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

11 6.1 Programação do monitoramento do nível de preenchimento para o SIMATIC S O gerenciamento do projeto e a programação realizam-se com o software 'Totally Integrated Automation Portal'. Aqui, em uma interface única, são criados, parametrizados e programados os componentes da solução de automação, tais como controle, visualização e rede. Ferramentas online estão disponíveis para o diagnóstico de erros. Conforme os passos abaixo é possível criar um projeto para o SIMATIC S e programar a solução da tarefa: 1. A ferramenta central é o 'Totally Integrated Automation Portal', que é chamada aqui por meio de um clique duplo. ( Totally Integrated Automation Portal V11) Documentação de treinamento SCE Página 11 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

12 2. Os programas para o SIMATIC S são administrados em projetos. Um projeto é criado na visualização do portal ( Create a new project tank_analog Create) Documentação de treinamento SCE Página 12 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

13 3. Então, são sugeridos os 'First steps' para a criação do projeto. Primeiro, 'Configure a device'. ( First steps Configure a device) Documentação de treinamento SCE Página 13 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

14 4. Então iremos 'Add new device' com o nome de dispositivo "controller_tank". A partir do catálogo, selecionamos a 'CPU1214C' com a referência correspondente. ( Add new device controller_tank CPU1214C 6ES7. Add) Documentação de treinamento SCE Página 14 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

15 5. O software altera automaticamente para a visualização do projeto com a configuração de hardware aberta. Aqui é possível adicionar outros módulos a partir do catálogo de hardware (à direita!). Deve ser adicionada a placa de sinal para a saída analógica a partir do catálogo por meio e Arrastar&Soltar. ( Catlog Signal board AO1 x 12Bit 6ES ) Documentação de treinamento SCE Página 15 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

16 6. Além disto, em 'Device view' é possível controlar ou reconfigurar os endereços das entradas/saídas. Aqui as entradas analógicas integradas da CPU possuem os endereços %IW64 - %IW66 e as saídas digitais integradas os endereços %Q0.0 - %Q1.1 A saída analógica na placa de sinal possui o endereço %QW80 Documentação de treinamento SCE Página 16 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

17 7. Para que o software acesse posteriormente a CPU correta, o respectivo endereço IP e máscara de rede deverão ser configurados. ( Properties General PROFINET interface Ethernet addresses IP address: Subnet mask: ) Documentação de treinamento SCE Página 17 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

18 8. Como na programação moderna não são usados endereços absolutos, mas sim variáveis simbólicas, aqui é necessário definir as Variáveis globais do CLP. Estas variáveis globais do CLP são nomes descritivos com comentário para todas as entradas e saídas usadas no programa. Posteriormente, as variáveis globais do CLP poderão ser acessadas através dos respectivos nomes durante a programação. Estas variáveis globais podem ser usadas em todo o programa e em todos os blocos. Para tal, na árvore do projeto, selecione 'controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC] e, em seguida, 'PLC tags'. Abra a tabela 'PLC tags' com um clique duplo e insira ali os nomes para as entradas e saídas conforme mostrado abaixo. ( controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC]' PLC tags Default tag table) Documentação de treinamento SCE Página 18 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

19 9. Para criar o bloco de função FC1, selecione o 'controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC] e, em seguida, os 'Program blocks' na árvore do projeto. Clique duas vezes sobre 'Add new block'. ( controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC] Program blocks Add new block) Documentação de treinamento SCE Página 19 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

20 10. Selecione a opção 'Function (FC)' e dê o nome 'supervision filling level tank1'. Como linguagem de programação é predefinido o diagrama de blocos funcionais 'FBD'. A numeração realiza-se automaticamente. Como esta FC1 é posteriormente chamada através do nome simbólico, o número não é de grande importância. Aplique as entradas por meio de 'OK'. ( Function (FC1) supervision filling level tank1 FBD OK) Documentação de treinamento SCE Página 20 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

21 11. O bloco 'supervision filling level tank1[fc1]' é, então, automaticamente aberto. Antes de poder gravar o programa, é necessário declarar a interface do bloco. Na declaração da interface, são definidas as variáveis locais conhecidas somente neste bloco. As variáveis subdividem-se em dois grupos: Os parâmetros do bloco, que formam a interface do bloco para a chamada no programa. Tipo Designação Função Disponível em Parâmetros de entrada Input Parâmetros cujos valores são lidos pelo bloco. Funções, blocos de função e alguns tipos de blocos de organização Parâmetros de saída Output Parâmetros cujos valores são gravados pelo bloco. Funções e blocos de função Parâmetros de transição InOut Parâmetros cujo valor é lido pelo bloco na chamada e no Funções e blocos de função qual se realiza a gravação após o processamento. Dados locais usados para o armazenamento de resultados intermediários. Tipo Designação Função Disponível em Dados locais temporários Temp Variáveis usadas para o armazenamento de resultados intermediários temporários. Os dados temporários são mantidos somente durante um ciclo. Funções, blocos de função e blocos de organização Dados locais estáticos Static Variáveis usadas para o armazenamento de resultados intermediários estáticos no bloco de dados de instância. Os Blocos de função dados estáticos são mantidos até nova gravação, inclusive ao longo de diversos ciclos. Documentação de treinamento SCE Página 21 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

22 12. Na declaração das variáveis locais, no nosso exemplo são necessárias as seguintes variáveis. Input: tank_level_ai Output: tank_max tank_min Temp: tank_level_real tank_level_norm Aqui é lido o valor analógico do sensor de nível de preenchimento Aqui é gravado o estado da indicação de máximo para a saída Aqui é gravado o estado da indicação de mínimo para a saída Esta variável é necessária para o armazenamento de um valor intermediário Aqui é normalizado um valor para o nível de preenchimento disponibilizado no formato de vírgula flutuante na faixa de litros. Particularmente importante neste exemplo é o uso dos tipos de dados corretos, caso contrário estes não serão compatíveis com as funções de conversão usadas no programa a seguir. Para uma melhor compreensão, todas as variáveis locais devem ser acompanhadas de um comentário. Documentação de treinamento SCE Página 22 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

23 13. Após as variáveis locais terem sido declaradas, o programa pode ser inserido usando-se os nomes das variáveis. (As variáveis são identificadas pelo símbolo '#'.) Para este exemplo, o aspecto no FBD será o seguinte. Programa no diagrama de blocos funcionais (FBD): Documentação de treinamento SCE Página 23 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

24 Programa no diagrama ladder (LD): Documentação de treinamento SCE Página 24 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

25 14. Em seguida, são selecionadas as 'Properties' do bloco de processamento cíclico 'Main[OB1]'. As propriedades dos blocos podem ser alteradas. ( Properties Main[OB1]) Documentação de treinamento SCE Página 25 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

26 15. Nas propriedades, selecione a 'Language' de programação diagrama de blocos funcionais 'FBD'. ( FBD OK) Documentação de treinamento SCE Página 26 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

27 16. O bloco "supervision filling level tank1 [FC1]" deve, então, ser chamado a partir do bloco de programa Main[OB1]. Caso contrário, o bloco não será processado. Abra este bloco com um clique duplo sobre 'Main [OB1]'. ( Main [OB1] ) Documentação de treinamento SCE Página 27 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

28 17. O bloco "supervision filling level tank1 [FC1]" poderá, então, ser movido por meio de simples Arrastar&Soltar para a rede 1 do bloco Main [OB1]. Não se esqueça de comentar na Network no bloco Main [OB1] também. ( supervision filling level tank1 [FC1]) Documentação de treinamento SCE Página 28 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

29 18. No OB1, as variáveis de entrada e as variáveis de saída são conectadas com as variáveis CLP aqui mostradas. O projeto é salvo por meio de um clique com o mouse em. ( "AI_LEVEL_TANK1" "TANK1_MAX" "TANK1_MAX" ) Documentação de treinamento SCE Página 29 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

30 19. Para carregar o seu programa completo na CPU, primeiro selecione a pasta 'controller_tank' e clique, em seguida, no símbolo Download to device. ( controller_tank ) Documentação de treinamento SCE Página 30 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

31 20. Caso a interface PG/PC ainda não tiver sido definida, aparecerá uma janela onde isto poderá ser realizado. ( PG/PC interface for loading Load) Documentação de treinamento SCE Página 31 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

32 21. Clique, então, novamente em 'Load'. Durante o carregamento, o status é exibido em uma janela. ( Load) 22. O carregamento bem-sucedido será exibido em uma janela. Clique, então, com o mouse em 'Finish'. ( Finish) Documentação de treinamento SCE Página 32 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

33 23. Inicie a CPU com um clique do mouse sobre o símbolo. ( ) 24. Confirme a pergunta se você deseja realmente iniciar a CPU com 'OK'. ( OK) Documentação de treinamento SCE Página 33 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

34 25. Com um clique do mouse sobre o símbolo "Monitoring on/off", é possível observar o estado das variáveis durante o teste do programa. ( supervision filling level tank1 [FC1] ) Documentação de treinamento SCE Página 34 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/p&d

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