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STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal Einführung in die STEP 7 Programmiersprache mit dem TIA Portal und virtuellen Anlagenmodellen. 1. Auflage (Juni 2016) STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 1 Rechtliches: 2016 MHJ Software GmbH & Co. KG Albert Einstein Str. 101 D Bretten Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder einem anderen Verfahren) ohne schriftliche Genehmigung von MHJ Software reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Warenzeichen: STEP, WinCC, SIMATIC, TIA Portal, S7 1200, S7 1500, S7 300 und S7 400 sind eingetragene Warenzeichen der SIEMENS Aktiengesellschaft. 2 STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal Einleitung Vorwort Vielen Dank, dass Sie sich für das Buch STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal entschieden haben. Aufgrund der hohen Verbreitung der SIMATIC Steuerungen und damit auch der Programmiersprache STEP 7 sollte jeder, der im Umfeld Automatisierungstechnik tätig ist, Kenntnisse in dieser Sprache besitzen. Im Jahr 2009 hat STEP 7 ein umfangreiches Update erhalten. Mit den neuen S Steuerungen ist ein neues Programmiersystem mit dem Namen TIA Portal erschienen. Ziel des TIA Portal s ist es, alle Programmierwerkzeuge unter einem Framework zusammenzufassen und so die Bedienung zu vereinfachen und zu vereinheitlichen. Im Jahr 2013 sind die S Steuerungen auf den Markt gekommen, die langfristig (bis zum Jahr 2020) die beliebten S7 300 Steuerungen ablösen sollen. TIA PORTAL Historie Jahr Version 2009 TIA Portal V11 Einführung der S Steuerung 2013 TIA Portal V12 Einführung der S Steuerung. Ab dieser Version wird zwischen Basic (S7 1200) und Professional (S /1500/300/400) unterschieden TIA Portal V / 2017 TIA Portal V14 V14 wird voraussichtlich Ende 2016 bzw. Anfang 2017 verfügbar sein Dieses Buch beschäftigt sich intensiv mit dem TIA Portal und der Sprache STEP 7. Den Begriff Workbook ( Arbeitsbuch ) trägt es zu Recht, wenn man bedenkt, dass auf den Leser über 50 virtuelle Anlagen warten, für die ein S7 Programm geschrieben werden soll. Vermutlich ist der Kenntnisstand der Leserschaft sehr unterschiedlich. Es werden blutige Anfänger und auch Experten darunter sein. Deshalb werden auch viele virtuelle Anlagen mit unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden bereitgestellt. Für jeden sollte etwas dabei sein. Seien Sie fleißig und lösen Sie so viele Programmieraufgaben wie möglich. Der Spruch Übung macht den Meister trifft auch beim Erlernen der S7 Programmiersprache zu. Durch die praktischen Übungen können Sie die Kenntnisse aus der graue Theorie anwenden und festigen. Parallel dazu lernen Sie den Umgang mit dem TIA Portal. Wir wünschen viel Spaß beim Programmieren und Simulieren. Torsten Weiß und Matthias Habermann STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 3 Einleitung PLC Lab Runtime Bitte diesen Abschnitt sorgfältig lesen! Diesem Buch liegt eine Lizenz von PLC Lab Runtime bei. Ihre persönliche Seriennummer und den Downloadlink finden Sie auf den ersten Seiten des Buches auf einem Lizenzblatt. Mit der Software PLC Lab werden die vielfältigen, virtuellen Anlagen und Maschinen bereitgestellt, die in diesem Buch bei den Übungen bzw. bei den Aufgaben verwendet werden. Auf Ihrem PC sollte das TIA Portal V13 (oder neuer) bereits installiert sein. Das kann die Basic Variante für die S oder auch die Professional Variante für die S und S sein. Wie funktionieren die virtuellen Anlagen? PLC Lab Runtime verbindet sich automatisch mit dem S7 PLCSIM des TIA Portals. Damit sich PLC Lab mit S7 PLCSIM verbinden kann, ist es wichtig, dass Sie das PLC Lab Vorlageprojekt verwenden. Beide Programme müssen mit den gleichen Rechten gestartet werden (Falsch wäre z.b. das TIA Portal mit Admin Rechte und PLC Lab Runtime mit normalen Userrechte zu starten). Nach der Installation von PLC Lab befinden sich die Vorlageprojekte im Ordner Automatisierung in den Eigenen Dateien des angemeldeten Benutzers. Es gibt ein Vorlageprojekt für eine S Projektierung und ein Vorlageprojekt für eine S Projektierung. Öffnen Sie das passende Vorlageprojekt und speichern Sie es unter einem neuen Namen ab. Dann können Sie mit der Programmierung der virtuellen Anlage beginnen. Im 1. Kapitel des Anhangs Einführung in PLC Lab Runtime finden Sie eine ausführliche Anleitung zur Verwendung der Vorlageprojekte. Des Weiteren ist ein fünfminütiges Video vorhanden, welches die notwendigen Schritte zeigt. Der Link zum Video wird beim Start von PLC Lab Runtime angezeigt bzw. ist über das Info Icon abrufbar. Bevor Sie mit dem Lesen des Buches beginnen, sollten Sie das erwähnte Video ansehen und anschließend das 1. Kapitel im Anhang Einführung in PLC Lab Runtime lesen. Dann sollten Sie die Schritte im Video selbst nachstellen, damit Sie wissen, wie man eine virtuelle Anlage mit dem TIA Portal programmiert und anschließend mit S7 PLCSIM verbindet. 4 STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 1 Grundlagen der SPS Technik Was ist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)? Was ändert sich bei Verwendung einer SPS? Aufbau einer SPS am Beispiel einer S Aufbau einer SPS am Beispiel einer S Auswahlkriterien für die Hardwarezusammenstellung einer SPS Auswahl der SPS Familie Auswahl der CPU Auswahl der Signalmodule Auswahl der Sondermodule Wie wird eine SPS programmiert und konfiguriert? Schritte bei der Systemfamilie S Schritte bei der Systemfamilie S Wiederholungsfragen Beispiel einer Anlage mit SPS Steuerung Wiederholungsfragen PLC Lab Anlage Wippe Operandenbereiche und Adressierung von Operanden in einer SPS Eingangs und Ausgangsoperanden Merkeroperanden Lokaloperanden, Lokaldaten Daten eines Datenbausteins SIMATIC Timer (S ) IEC Timer Funktionen SIMATIC Counter (nur S ) IEC Counter Funktionen Peripherieeingänge Peripherieausgänge Operandenübersicht Bit, Byte, Wort, Doppelwort und Long Wort Bit Byte Wort Doppelwort Long Wort Adressierung der Operanden Schreibweise von Bitoperanden Schreibweise von Byteoperanden Schreibweise von Wortoperanden Schreibweise von Doppelwortoperanden Schreibweise von Longwortoperanden Wie erhalten Merker ihre Adresse? Wie bekommen Ein und Ausgänge ihre Adresse? Adressierung von SIMATIC Timer und Counter Remanenz Einstellung der Remanenz für Merker, SIMATIC Timer und Counter Einstellung der Remanenz von Datenbausteinen STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 5 Einstellung der Remanenz für IEC Timer und IEC Counter Begrenzung der Operanden je nach Systemfamilie und CPU Typ Rücksetzen der remanenten Daten über die Systemfunktion INIT_RD Wiederholungsfragen Symbolische Programmierung Die PLC Variablentabelle Welche Schritte sind notwendig um symbolisch programmieren zu können? Beispiel einer PLC Variablentabelle Regeln für die Variablen Definition in der Variablentabelle Welche Operanden können in der Variablentabelle angegeben werden? Systemkonstanten Anwenderkonstanten Wiederholungsfragen Binäre Grundverknüpfungen Darstellungsarten Beispiel zu AWL (nur S ), SCL, FUP und KOP Die Darstellungsart S7 GRAPH (nur S ) Grundverknüpfungen in den Darstellungsarten AWL, SCL, FUP und KOP Verknüpfungsergebnis VKE (nur AWL) VKE Begrenzung VKE begrenzende Operationen Gemischte UND/ODER Funktionen ohne Klammerbefehle (nur AWL) Klammerbefehle (nur AWL) Wichtige Hinweise zu den Klammerbefehlen Vorhandene Klammerbefehle Beispiele zu Klammerbefehlen Übungen Hebetisch Automatisierter Bahnübergang Schutztür einer Maschine CPU Funktionen Baustein beobachten (Bausteinstatus) Der Beobachten Modus in den Grunddarstellungsarten Beobachtungstabellen Beobachtungstabelle am Beispiel einer Alarmanlage Force Tabellen Diagnose und Infofunktionen einer CPU Status LEDs der CPU Verwendung des CPU Displays bei einer S Verwendung des integrierten Webservers in der CPU Die Anzeigen Online & Diagnose im TIA Portal Weitere CPU Funktionen Speicherfunktionen [SR und RS Glieder] Erstes Beispiel zu den Speicheroperationen Setz und Rücksetzdominanz STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 7.3 Speicher in den Grunddarstellungsarten Beispiel 2 zu Speicheroperationen Erzeugen der PLC Variablen Schreiben des SPS Programms im OB Test des SPS Programms Der Q Ausgang des Speichers Wie funktioniert eine Speicheroperation? Beispiel 3 zu Speicheroperationen Schreiben des SPS Programms im OB Test des SPS Programms Fazit zu Speichern Wiederholungsfragen Übungen Torsteuerung Werkzeugwechsel Regalbediengerät (RBG) Programmstrukturen und Programmbearbeitung Vorstellung der linearen Programmierung anhand eines Beispiels Erstellen des linearen SPS Programms Analyse des linearen SPS Programms Strukturierte Programmierung Organisationsbausteine (OBs) Die Funktion (FC) Der Funktionsbaustein (FB) Der Datenbaustein (DB) Systemfunktionen (SFC) und Systemfunktionsbausteine (SFB) Maximale Anzahl der Anwenderbausteine und deren Nummernband Aufruf einer FC in den verschiedenen Darstellungsarten Aufruf eines FBs in den verschiedenen Darstellungen Operationen, um einen Baustein zu beenden Erstellen des strukturierten SPS Programms Analyse des strukturierten SPS Programmes Verwendung mehrerer Main OBs Fazit zur linearen und strukturierten Programmierung Bearbeitung eines SPS Programmes in der CPU Prozessabbilder Betriebszustände einer S7 CPU RUN Betrieb Beispiel zur Programmbearbeitung in der CPU Reaktionszeit Vorteile bei der Arbeit mit dem Prozessabbild Alarmgesteuerte Programmbearbeitung Beispiel für die alarmgesteuerte Programmbearbeitung Parametrierung des Alarms Erläuterung zur Funktion Wiederholungsfragen Übungen Abscheider in einer Rohrleitung STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 7 Pumpensteuerung Flankenauswertung Die positive Flanke Die negative Flanke Erstes Beispiel zur Flankenauswertung Wie funktioniert die Flankenauswertung? Flankenauswertung in den verschiedenen Darstellungsarten Wiederholungsfragen Übungen Durchfluss Mengenerfassung Lastenaufzug Bausteinparameter Beispiel zu Bausteinparametern Erzeugen der FC Bedeutung der Deklarationsbereiche Zuordnung der Parameter zu den Deklarationsbereichen Erstellung des SPS Programms in der FC Aufruf der FC1 im OB Test des SPS Programms Erläuterung des Ablaufs Erweiterung des Beispiels Implementierung des neuen Anlagenteils in das SPS Programm Test des SPS Programms Erläuterung des Ablaufs Fazit des Beispiels Übergabe als Wert (Call by value) bei Eingangsparameter Übergabe als Referenz (Call by reference) bei Durchgangsparameter Bibliotheksfähige Bausteine Wiederholungsfragen Übungen Sensorabdeckung Bewässerungsanlage SIMATIC Zeiten [nur S ] Zeitfunktionen mit einem Zeitwert laden Laden einer Zeit über einen konstanten Zeitwert Weitere Möglichkeiten, eine Zeitkonstante zu laden Starten und Rücksetzen einer Zeit Binäre Abfrage einer Zeit Die Zeitart SI (Impuls) Beispiel zur Zeitart SI Die Zeitart SV (verlängerter Impuls) Beispiel zur Zeitart SV Die Zeitart SE (Einschaltverzögerung) Beispiel zur Zeitart SE Die Zeitart SS (Speichernde Einschaltverzögerung) Beispiel zur Zeitart SS STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 11.6 Die Zeitart SA (Ausschaltverzögerung) Beispiel zur Zeitart SA Größeres Beispiel zu SIMATIC Zeiten Test des SPS Programms Wiederholungsfragen Übungen Impuls Ventil Fußgängerampel Hupsignal IEC Zeitfunktionen TP Impuls Beispiel zu TP TON Einschaltverzögerung Beispiel zu TON TOF Ausschaltverzögerung Beispiel zu TOF TONR, akkumulierende Einschaltverzögerung Beispiel zu TONR Größeres Beispiel zu IEC Timer Test des SPS Programms Vorteile der IEC Zeitfunktionen gegenüber den SIMATIC Zeiten Blinktakt Beispiel 1: Blinktakt mit IEC Timer Das Taktmerkerbyte Beispiel 2: Blinktakt mit Taktmerker Wiederholungsfragen Übungen Späne abblasen Motor Schutz Signal Entprellung SIMATIC Zähler (nur S ) Zähler setzen und rücksetzen Abfragen eines Zählers Binäre Abfrage eines Zählers Aktuellen Stand eines Zählers auslesen Zähler mit einem Wert vorbelegen Laden eines konstanten Zähler Wertes Laden eines variablen Zähler Wertes Der Vorwärtszähler Beispiel zu einem Vorwärtszähler Der Rückwärtszähler Beispiel zu einem Rückwärtszähler Größeres Beispiel zum SIMATIC Zähler Test des SPS Programms Wiederholungsfragen Übungen Zählerausgabe STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 9 Zählererfassung am Materialband IEC Zählfunktionen CTU Vorwärtszähler (CTU=CountUp) Beispiel zu CTU CTD Rückwärtszähler (CTD = CountDown) Beispiel zu CTD CTUD Vorwärts Rückwärtszähler (CTUD = CountUpDown) Beispiel zu CTUD Vorteile der IEC Zählerfunktionen gegenüber den SIMATIC Zählern Größeres Beispiel zu IEC Zählerfunktionen Test des SPS Programms Übungen Wegmessung Krananlage Greifersteuerung Mühlrad Die Bausteinart Datenbaustein (DB) Aussehen der DB Editoren Was ist eine Struktur? Beispiel zur Erläuterung von Globaldatenbausteinen Zugriff auf Daten im DB Zugriff auf DB Daten über absolute Adressierung Nachteile des absoluten Zugriffs auf DB Variablen Optimierte Datenbausteine Vorteil von optimierten Datenbausteinen Nachteil von optimierten Datenbausteinen Aufbau von optimierten DBs in einer S Aufbau von optimierten DBs in einer S Unterschied Startwert und Aktualwert Aktualwerte eines DBs als Startwerte übernehmen Übungen Programmanwahl Übertragungsfunktionen Elementare Datentypen Zusammengesetzte Datentypen Der Datentyp Variant Kopieren von Variablen in FUP/KOP Verwendung der MOVE Box bei elementaren Datentypen Erweiterung der Ausgänge der MOVE Box Bedingte Ausführung der MOVE Box Das Baustein Attribut IEC Prüfung Kopieren von Strings mit der S_MOVE Box Kopieren von zusammengesetzten Datentypen Wertzuweisungen in SCL Wertzuweisung von einzelnen elementaren Datentypen Wertzuweisung von String Datentypen Wertzuweisung von zusammengesetzten Datentypen STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 16.6 Lade und Transferoperationen in AWL (nur S ) Emulation der Register in AWL Zugriff auf eine Scheibe (Slice) eines Variablendatentyps Zugriff auf eine Variable über eine Sicht (AT Überlagerung) Konstanten in den verschiedenen Darstellungsarten Wiederholungsfragen Übungen Datenfilter Maschinen Anzeige Die Bausteinart Funktionsbaustein (FB) Beispiel zu Funktionsbausteinen Aufruf eines Funktionsbausteins ohne Angabe von Aktualparametern Gegenüberstellung Instanzdatenbaustein und Globaldatenbaustein Der Parameterbereich statischer Lokaldaten Wiederholungsfragen Übungen Plattenwender Gipswerk Rohsteinanlieferung Schrittkettenprogrammierung Vorstellung des Beispiels zur Schrittkettenprogrammierung Zerlegung des Gesamtablaufs in Einzelschritte Erstellung des Schrittkettenprogramms in einem FB Planung des SPS Programms Warum die Schrittkette in einem FB programmieren? Schritt 1 bis Schritt Verhindern eines erneuten Starts der Schrittkette Programmierung der FC mit den Zuweisungen an die Ausgänge Programmierung des OB Rücksetzen der Schrittkette beim Anlauf der CPU Regeln bei dieser Art der Schrittkettenprogrammierung Erstellung der Schrittkette über CASE OF GRAFCET Erklärung einiger GRAFCET Elemente Erstellen des GRAFCET Plans für die Karton Faltanlage Fazit der Beschreibung des Ablaufs mit GRAFCET Übungen Reinigungsanlage (CIP) Abfüllanlage Zahlensysteme Das Dezimalsystem Das duale Zahlensystem Hexadezimalsystem Umwandlung einer Dualzahl in eine Hexzahl Das BCD Zahlensystem (binary coded decimal) Vergleicher STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 11 20.1 Vergleicher in FUP/KOP Verwendung der Vergleicher Box bei elementaren Datentypen Verwendung der T_COMP Box bei Zeit Datentypen Verwendung der S_COMP Box bei Zeichen/String Datentypen Der Bereichsvergleich über IN_RANGE und OUT_RANGE Vergleicher in SCL Vergleicher in AWL Beispiel zu Vergleichern Test des SPS Programms Fazit Wiederholungsfragen Übungen Kisten Waage Zeitabgleich CPU und HMI Arithmetische Operationen Anwendung von arithmetischen Funktionen in FUP/KOP Elementaren Datentypen Datum, Uhrzeit, Zeitdauer Dekrementieren und inkrementieren Anwendung von arithmetischen Funktionen in SCL Elementaren Datentypen Datum, Uhrzeit, Zeitdauer Dekrementieren und Inkrementieren Anwendung von arithmetischen Funktionen in AWL Elementare Datentypen Datum, Uhrzeit, Zeitdauer Dekrementieren und Inkrementieren Anwendung der CALCULATE Box Wiederholungsfragen Arithmetik Übungen Zulauf Differenz Druckberechnung TMP Nagelpistole Sprungoperationen Sprungoperationen in FUP/KOP Die Sprünge JMP und JMPN Bedingte Sprünge JMP und JMPN Sprungliste JMP_LIST Sprungverteiler SWITCH Rücksprung aus Baustein Sprungoperationen in SCL Absoluter Sprung GOTO Bedingter Sprung IF THEN GOTO Sprungliste CASE Sprungverteiler IF THEN ELSE GOTO Sprungoperationen in AWL Absoluter Sprung SPA STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal Bedingte Sprünge SPB und SPBN Sprungliste SPL LOOP = Schleife Beispiel zu Sprungoperationen Probleme beim Überspringen von Operationen Fazit Wiederholungsfragen Übungen Auswertung von Summen Variables Bohren Praktische Programmiertipps Verwaltungsfunktionen für SPS Programme Der Belegungsplan Querverweise Programm oder Aufrufstruktur Inkonsistentes SPS Programm Lokale Fehlerbehandlung Bausteine vergleichen Kommentare innerhalb der Darstellungsarten Fehlersuche im SPS Programm Die Task Card Online Tools Der Diagnosepuffer Aufrufumgebung mit Beispiel PLC Variablen beobachten Verwendung von Beobachtungstabellen Steuern von Variablen Beobachten und Steuern mit Angabe eines Triggers Fazit Wiederholungsfragen Analogwertverarbeitung Erstes Beispiel zur Analogwertverarbeitung Fazit des ersten Beispiels Zweites Beispiel zur Analogverarbeitung Test des SPS Programms Fazit des zweiten Beispiels Wiederholungsfragen Übungen Füllstandsanzeige Längenmessung Potentiometer Prüfstation Zweipunktregler Beispiel zu Zweipunktregler Test des SPS Programms Fazit Übungen Elektrische Heizung STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 13 Füllstandsregler Bussysteme Kommunikationsebenen Bustopologien PROFINET Gerätedefinitionen Gerätestammdatei (GSD) Netzaufbau Adressierung Beispiel einer PROFINET Konfiguration (S ) Beispiel einer PROFINET Konfiguration (S ) Ansprechen der dezentralen Peripherie innerhalb des SPS Programms Begriffserklärung I Device Begriffserklärung Shared Device PROFIBUS DP Gerätedefinitionen Gerätestammdatei (GSD) Netzaufbau Adressierung Beispiel einer PROFIBUS DP Konfiguration (S ) Beispiel einer PROFIBUS DP Konfiguration (S ) Ansprechen der dezentralen Peripherie innerhalb des SPS Programms Verwendung eines Kommunikationsprozessors als DP Master (S ) AS Interface Gerätedefinition Netzaufbau Adressierung der Busteilnehmer Verwendung von AS Interface Geräten im S7 Umfeld Fazit Wiederholungsfragen Übungen S Konfiguration S mit PROFIBUS HMI Verbindung Erstes Beispiel zur Konfiguration Bilder und Objekte Externe und interne Variablen Basic HMI Beispiel Bild mit statischen Elementen auffüllen Bild mit dynamischen Elementen auffüllen Dynamisieren der Elemente mit Variablen Dynamisieren der Farben EA Felder dynamisieren Grafikelement dynamisieren Schaltfläche (Button) mit Ereignisse belegen Funktionstasten mit Ereignissen belegen Test der HMI STEP 7 Workbook für S /1500 und TIA Portal 27.3 Wiederholungsfragen A. Einführung in PLC Lab Runtime A.1 Schritt 1: Neues Projekt mit Hilfe des Vorlageprojektes erstellen A.2 Schritt 2: Programm erstellen A.3 Schritt 3: Simulation starten A.4 Schritt 4: PLC Lab starten und virtuelle Anlage öffnen A.5 Wichtige Tipps zum TIA Portal und PLC Lab B. Kurzanleitungen und Wissenswertes zum TIA Portal B.1 Unterschied Basic und Professional B.2 Auffinden einer STEP 7 Operation innerhalb der Anweisungen Task Card B.3 Vorgehensweise wenn ein neues Projekt in S7 PLCSIM zu übertragen ist B.3.1 Ausgangssituation B.3.2 Öffnen oder erzeugen des neuen Projektes B.3.3 Projekt übersetzen B.3.4 Übertragen der Station in das bereits gestartete S7 PLCSIM B.4 Mögliches Fehlverhalten von S7 PLCSIM S / C. Index STEP 7 Workboo
