2012 - Apostila CLP Siemens

EN2713 - Automação de Sistemas Industriais

Apostila

Controlador Lógico Programável Siemens SIMATIC S7-1200,

Ambiente de Programação STEP 7 e Ambiente de Automação

Integrado TIA (Totally Integrated Automation) V.11 SP2

Aluna de Estágio de Docência II:Victoria Alejandra Salazar Herrera

Professor Responsável da Disciplina:Prof. Dr. Jesus Franklin Andrade Romero

Santo André - SP2012

Conteúdo

1 Introdução 1

2 Caracteristicas do CLP SIMATIC S7-1200 2

2.1 Capacidade de expansão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2 Modos de operação da CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.3 Áreas de memória . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.4 Tipo de dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.5 Tipo de blocos lógicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.5.1 Blocos de Organização (OB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.5.2 Blocos de Função (FB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.5.3 Funções (FC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.5.4 Blocos de dados (DB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.6 Tipo de linguagens de programação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.6.1 Linguagem LADDER ou esquema de contatos KOP . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.6.2 Diagramas de Blocos de Funções FBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.6.3 Linguagem de controle estruturado SCL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 Instruções básicas do funcionamento do STEP 7 9

3.1 Criar um Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.2 Escolha do dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.3 Criar variáveis para as I/O da CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.4 Instruções básicas para escrever o programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.5 Utilizar as variáveis do CLP da tabela de variáveis para direcionar as instruções . . . . 17

3.6 Configuração do IP do CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.7 Descarregar o programa no dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.8 Agregar um dispositivo HMI ao projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11 i

Lista de Figuras

1 Partes del CLP S7-1200. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Módulos adicionais ao CLP S7-1200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3 Exemplo de linguagem LADDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4 Exemplo de Diagramas de Blocos de Funções FBD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5 Tela do ambiente de programação STEP7: Vista do Portal . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

6 Tela do ambiente de programação STEP7: Vista do Projeto . . . . . . . . . . . . . . . . 10

7 Barra de ferramentas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

8 Criar projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

9 Adicionar dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

10 Escolher dispositivo no específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

11 Escolha do dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

12 Detecção do dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13



15 Escolher dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

16 Vista do projeto com o CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

17 Adicionar variáveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

18 Definir o tipo de variável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

19 Blocos de programação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

20 Iniciando a programação em Ladder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

21 Nomeando variáveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17



24 Configuração do IP 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

25 Configuração do IP 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

26 Descarregar o Programam no CLP 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20



29 Inicializar o programa no CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21


SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11 ii

31 Dispositivo HMI (Human Interface MAchine) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

32 Inserir um dispositivo HMI no programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Lista de Tabelas

1 Tabela de especificações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Tipos de dados supportados pelo S7-1200 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11 iii

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Controlador Lógico Programável Siemens SIMATIC S7-1200,

Ambiente de Programação STEP 7 e Ambiente de Automação

Integrado TIA (Totally Integrated Automation) V.11 SP2

Professor Responsável da Disciplina: Prof. Dr. Jesus Franklin Andrade Romero

Aluna de Estágio de Docência II: Victoria Alejandra Salazar Herrera

13 de Novembro de 2012

1 Introdução

A presente apostila tem o objetivo de introduzir o controlador lógico programável SIMATIC S7-1200,e o ambiente de programação STEP 7 BASIC, ao qual pode-se acessar através o Portal de AutomaçãoPlenamente Integrada (TIA: Totally Integrated Automation), tendo como base os manuais do SIMA-TIC S7-1200, [Sie11b] e [Sie11a]. Um controlador lógico programável (CLP) é um tipo de controlador,basado em microprocessador, que utiliza uma memória programável para armazenar instruções epara implementar funções, tais como operações lógicas, sequenciamento, temporização, contagem earitmética, a fim de controlar máquinas e processos [Bol09]. O CLP é um dispositivo otimizado paraser usado em condições de altas ou baixas temperaturas, assim como em ambientes com excessivoruído eléctrico. A família de CLPs SIMATIC S7 da Siemens são modulares e podem ser expandidosde forma flexível através do conectores de I/O (Entrada/Saída), módulos funcionais e de comunica-ção. Os CLPs modulares da família SIMATIC S7 são sistemas altamente disponíveis ou à prova defalhas. O mais recente CLP na linha dos controladores Siemens SIMATIC é o S7-1200.

SIMATIC S7-1200 O controlador modular SIMATIC S7-1200 é um modelo compacto, eleocupa pouco espaço adequando-se para os pequenos sistemas de automação que exigem funçõeslógicas simples ou avançadas , HMI (Human Machine Interface), e redes. O design compacto e baixocusto fazem do S7-1200 uma excelente solução para controlar aplicações variadas ([?]).

A Siemens fornece o Portal de Automação Plenamente Integrada (TIA) no qual através doambiente de programação STEP 7 BASIC é possível programar os dispositivos (CLPs) e os panelesHMI.

TIA Portal - Totally Integrated Automation Durante 15 anos o conceito Totally Integrated Au-tomation (TIA), tem sido o impulsionador e o elemento central na investigação, desenvolvimento econcepção de mais de 100.000 novos produtos. Para a Siemens, a nova plataforma de Software - To-tally Integrated Automation Portal - representa a realização de uma nova Visão: fornecer uma novaplataforma integrada e sem paralelo no mundo de soluções de automação, e para todos os sectoresda indústria 1.

STEP 7 SIMATIC STEP 7 Basic V11 é uma versão de baixo custo do software STEP 7 Pro-fessional no Portal TIA, é usado para a engenharia dos micro controladores do SIMATIC S7-1200 e

1https://www.swe.siemens.com/portugal/web_nwa/pt/Por talInternet/QuemSomos/negocios/Industry/IA_DT/AutomationSystems/Pages/TIAPortal.as px

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https://www.swe.siemens.com/portugal/web_nwa/pt/PortalInternet/QuemSomos/negocios/Industry/ IA_DT/AutomationSystems/Pages/TIAPortal.aspx

https://www.swe.siemens.com/portugal/web_nwa/pt/PortalInternet/QuemSomos/negocios/Industry/ IA_DT/AutomationSystems/Pages/TIAPortal.aspx

para a configuração de painéis SIMATIC HMI Basic, tendo incluido o WinCC básico. Devido à suaintegração no Portal TIA, SIMATIC STEP 7 Basic oferece as mesmas vantagens que o software STEP7 Professional por exemplo, diagnóstico on-line direto, a simples adição de objetos de tecnologia ouo conceito de biblioteca para reutilização eficiente de dados em menor tempo. STEP 7 Basic V11oferece duas linguagens de programação LAD (Ladder Logic), bem como FBD (Diagrama de BlocosFuncionais). 3 Dentro de seu ambiente é possível planear e desenvolver todo o projeto de automa-ção, definindo os elementos de hardware e a forma como os mesmos irão comunicar e interagir. Agrande maioria dos softwares da linha Simatic podem trabalhar de maneira integrada com o STEP 7,é o caso do software de supervisão WinCC que pode usar de forma simples e clara variáveis do PLCdiretamente do STEP 7 para compor ecrãs de supervisão ou alimentar bases de dados, minimizandoassim o tempo gasto em desenvolvimento. 2

2 Caracteristicas do CLP SIMATIC S7-1200

A CPU do SIMATIC S7-1200 combina um microprocessador, uma fonte de alimentação integrada,circuitos de entrada e saída, PROFINET integrado, I/O de controle de movimento de alta velocidade, e entradas analógicas incorporadas, todo em um corpo compacto. Depois de baixar o programa,a CPU contém a lógica necessária para monitorar e controlar os dispositivos da aplicação. A CPUsupervisiona as entradas e realiza mudanças nas saídas de acordo com a lógica do programa dousuário, que pode incluir a lógica booleana, instruções de contagem, tempo, operações matemáticascomplexas e comunicação com outros dispositivos inteligentes. A Fig.1 apresenta um diagrama comas partes do SIMATIC S7-1200.

Figura 1: Partes del CLP S7-1200.

1 Conector de alimentação.

2 Slot para cartão de memória comporta superior.

3 Os conectores de ligação removível(por trás das portas).

4 LEDs de status para on-board I/O.

5 Conector PROFINET (na parteinferior da CPU).

A CPU fornece uma porta PROFINET para comunicação através de uma rede PROFINET.Módulos adicionais estão disponíveis para comunicar através de PROFIBUS, GPRS, RS485 ou RS232redes.

Vários recursos de segurança ajudam a proteger o acesso à CPU e ao programa de controle:

• Cada CPU fornece proteção por senha (Página 82 [Sie11b]) que permite configurar o acesso àsfunções da CPU.

3https://www.industry.siemens.com/topics/global/en/t ia-portal/controller-sw-tia-portal/simatic-step7-basic-v11/Pages/Default.aspx

2https://www.swe.siemens.com/portugal/web_nwa/pt/Por talInternet/QuemSomos/negocios/Industry/IA_DT/AutomationSystems/Pages/SimaticAutom acaoIndustrial.aspx

SIMATIC S7-1200, STEP 7 BASIC e TIA V.11 2

https://www.industry.siemens.com/topics/global/en/tia-portal/controller-sw-tia-portal/simatic-step7-basic-v11/Pages/Default.aspx

https://www.industry.siemens.com/topics/global/en/tia-portal/controller-sw-tia-portal/simatic-step7-basic-v11/Pages/Default.aspx

https://www.swe.siemens.com/portugal/web_nwa/pt/PortalInternet/QuemSomos/negocios/Industry/IA_DT/AutomationSystems/Pages/SimaticAutomacaoIndustrial.aspx

https://www.swe.siemens.com/portugal/web_nwa/pt/PortalInternet/QuemSomos/negocios/Industry/IA_DT/AutomationSystems/Pages/SimaticAutomacaoIndustrial.aspx

Tabela 1: Tabela de especificações

Função CPU 1214CDimensões físicas (mm) 10X100X75Memória do usuário Trabalho 50KB

Load 2MBRemanescente 2KB

I/O Integradas Digital 14 entradas/10 saídasAnalógicas 2 entradas

Tamanho da Entradas (I) 1024bytesimagem de processo Saídas (Q) 1024bytesDimesões físicas (mm) 10X100X75Memoria bit(M) 8192bytesSignal Board (SB) ou 1placa de comunicação (CB)Módulo de comunicação (CM) 50KB(ampliação no lado esquerdo)Conetores rápidos Total 6

Fase simples 3 a 100 kHz / 3 a 30 kHzFase em quadratura 3 a 80 kHz / 3 a 20 kHz

Geradores de impulsos 2Memory Card SIMATIC Memory Card (opcional)Conservação de tempo do Típico: 10 dias / Mínimo: 6 dias a 40 ◦ Crelógio de tempo realPROFINET 1 porto de comunicação EthernetVelocidade de execução de funções 18 µ s /instruçãomatemáticas com números reaisVelocidade de execução booleana 0,1 µ s/instrução

• Pode-se usar a proteção de “know-how ” (Página 83 [Sie11b]) para esconder o código dentrode um bloco específico.

• Pode-se usar a proteção de cópia (página 84 [Sie11b]) para ligar o seu programa para um cartãode memória específica ou CPU.

Cada CPU proporciona conexões HMI que admitem máximo de 3 dispositivos HMI, o nú-mero total depende dol tipo de paneis HMI indicados na configuração, (páginas 19-20 do [Sie11b]).

2.1 Capacidade de expansão

A família S7-1200 oferece diversos módulos y placas de conexão para ampliar a capacidade da CPUcom I/O adicionais e outros protocolos de comunicação. Para mais informação sobre um móduloem particular, consulte os dados técnicos (Página 239 do [Sie11b]). A Fig.2 apresenta os módulos quepodem ser adicionados ao CLP. Sendo:

1 Módulo de comunicação (CM), processador de comunicações (CP) o TS Adapter

2 CPU

3 Signal Board (SB) o placa de comunicação(CB)

4 Módulo de sinais (SM)

Informação mais detalhada apresenta-se nas páginas 16-18 do [Sie11b].


Figura 2: Módulos adicionais ao CLP S7-1200

2.2 Modos de operação da CPU

A CPU tem três modos de operação, os quais são indicados nos LEDs localizados na parte frontal damesma. Os modos ou estados de operação são listados a seguir:

• Modo STOP: A CPU não executa o programa, portanto é possível carregar o projeto nela.

• Modo STARTUP (Arranque): A CPU executa qualquer lógica de arranque existente. Os eventosde alarma não são processados durante esse modo.

• Modo RUN: O ciclo se executa repetidamente no estado operacional RUN. Os eventos dealarma podem acontecer e processar em qualquer fase do ciclo do programa. Algumas par-tes do projeto podem ser carregadas nesse modo operacional.

A CPU suporta o arranque a quente para passar ao modo RUN, isto é, o processo inicia-seno ponto em que foi parado. A CPU não dispõe de um interruptor físico para cambiar o modo deoperação,porém o STEP 7 oferece as seguintes ferramentas para cambiar o modo de operação daCPU:

• Ícones de STOP e RUN na barra de ferramentas. (A ser apresentada nas especificações dofuncionamento do STEP7, na seção3.1, Fig.7 )

• Painel de mando da CPU nas ferramentas online.88888888888888888888888888888888888888888

Também pode-se inserir a instrução STP no programa para cambiar a CPU ao modo de ope-ração STOP. Isto permite deter a execução do programa segundo a lógica de funcionamento dosmesmo

2.3 Áreas de memória

Para escrever em uma determinada área da memória são criados símbolos ou “variáveis” para dire-cionar os dados, sejam variáveis PLC atribuídas às entradas e saídas ou como variáveis locais usadasem um bloco lógico. A seguir explica-se o direcionamento absoluto ai qual fazem referência os “tags”do programa no CLP para armazenar os dados durante a execução do programa.


Tabela 2: Tipos de dados supportados pelo S7-1200

Tipo de dados Descrição

Bits y sequenciasde bits

Bool (bit ou valor booleano)Byte (8 bits)Word (16bits)DWord (32bits)

Inteiros

USInt (inteiro sem signo, 8 bits)SInt (inteiro com signo, 8 bits)UInt (inteiro sem signo, 16 bits)Int (inteiro com signo, 16 bits)UDInt (inteiro sem signo, 32 bits)DInt (inteiro com signo, 32 bits)

Números ReaisReal (número real, 32 bits)LReal (número real, 64 bits)

Data e Hora

Date (Corresponde a una data, 16 bits)DTL (Estrutura de 12 bytes que armazena data e hora,

desde anos até nanosegundos)Time (Valor de tempo IEC de 32 bits)TOD (“Time of Day” contem o número de milissegundos

desde mia noite, 32 bits )

Caracteres e cadenasChar (caractere simples, 8 bits)String (cadeia de 254 caracteres)

Matriz e estruturaArray (Contem vários elementos do mesmo tipo de dados)Struct (Contem elementos com vários tipos de dados )

Dados de CLPEstrutura de dados definida pelo usuário,pode ser usada várias vezes no programa

ApontadorPointer (Referencia indireta à direção da variável, 6 bytes )Any (Referencia indireta ao início de uma área de dados e sua longitude)Variant (Referencia indireta a variáveis de diversos parâmetros ou dados)

• Memoria global: A CPU oferece distintas áreas de memoria, incluindo entradas (I), saídas (Q)e bits da memória (M). Todos os blocos lógicos podem acessar sem restrições a esta memória.

• Bloque de datos (DB): É possível incluir DBs no programa para armazenar os dados dos blocoslógicos.

• Memoria temporal: Toda vez que se chama a um bloco lógico, o sistema operativo da CPUatribui a memória temporal ou local (L) que será usada durante a execução do bloco. Quandofinaliza a execução do bloco lógico, a CPU atribui a memória local para a execução de outrosblocos lógicos.

O programa usa direção de memória para acessar à informação que cada posição armazena.Assim, as referências para as áreas de memória são: entrada (I), saída (Q). Por exemplo a entradaI0.3 e a saída Q1.7, acessam à memória imagem do processo, para acessar imediatamente à entradaou saída física é preciso adicionar “:P” à direção (“tag”) por exemplo, I0.3:P, Q1.7:P ou “Stop:P”.Consulte as págs. 63 e 226 do [Sie11b].

2.4 Tipo de dados

Os tipos de dados são utilizados para especificar tanto o tamanho de um elemento de dados, quantocomo os dados devem ser interpretados. Cada parâmetro de instrução suporta pelo menos um tipode dados, e alguns parâmetros suportam múltiplos tipos de dados. Para ver que tipos de dados sãosuportados por um determinado parâmetro mantenha o cursor sobre o campo de parâmetro de umainstrução (a ser apresentado na seção 3.5)


Ainda que não estejam disponíveis como tipo de dados, as operações de conversão suportamos seguintes formatos numéricos BCD (Binary Coded Decimal, decimal codificado binariamente).

• BCD16 es un valor de 16 bits (de -999 a 999).

• BCD32 es un valor de 32 bits (de -9999999 a 9999999).

Mais detalhes quanto os tipos de dados na pág. 60 do [Sie11b].

2.5 Tipo de blocos lógicos

Ao criar o programa para as tarefas de automação, as instruções do programa se inserem em blocoslógicos, ([Sie11a]), brevemente explicados a seguir:

2.5.1 Blocos de Organização (OB)

Um OB responde a um evento específico na CPU e pode interromper a execução do programa. Obloco predeterminado para a execução cíclica do programa (OB 1)oferece a estrutura básica e é oúnico bloco lógico que se requere para o programa. Caso sejam incluídos outros OBs em seu pro-grama, esses OBs interrompem a execução de OB 1. Os outros OBs executam funções específicas, taiscomo tarefas de inicialização/arranque, processamento de alarmes e manipulação e erros, ou para aexecução de um código de programa específico em determinados intervalos de tempo. Detalhes emrelação à criação e configuração dos OBs na pág. 138 do [Sie11a]. Os OBs podem ser enumerados apartir de 200, devido a que os números inferiores a 200 estão reservados para os OBs predetermina-dos.

Determinados eventos da CPU disparam a execução de um OB, como eventos de arranque. aCPU processa os OBs segundo a sua prioridade, a prioridade mais baixa é 1 (para o ciclo do programaprincipal), e a prioridade mais alta é 27 (para interrupções de erro de tempo). Um OB não podechamar a outro e também não pode ser chamado desde uma Função (FC) ou Bloco de Função (FB),[Sie11b]. A seguir são listados os tipos de processos que podem ser controlados pelos OBs, pág. 53do [Sie11b].

• OBs de ciclo (“Program cycle OB”), são executados ciclicamente quando a CPU está no modoRUN.

• OBs de arranque (“Startup OB”), são executados qunado a CPU passa do modo STOP para omodo RUN.

• OBs de ciclo de interrupção (“Cyclic interrupt OB”), são executados em intervalos periódicos,interrompendo a execução cíclica do programa.

• OBs de interrupção de processo (“Hardware interrupt OBs”), são executados quando ocorreum evento de hardware, interrompendo a execução cíclica do programa como reação a umsinal ou evento do processo.

• OBs de interrupção de erro de tempo (“Time error interrupt OB”), são executados quando seexcede o máximo ciclo de tempo ou se produz um evento de error de tempo.

• OBs de interrupção de diagnóstico (“Diagnostic error interrupt OBs”), são executados quandodetecta e notifica um erro de diagnóstico.


2.5.2 Blocos de Função (FB)

Um bloco de função (FB) é uma sub-rotina que é executada quando chamada desde outro blocode código (OB, FB ou FC). O bloco de chamada passa parâmetros para o FB e também identificaum bloco de dados específico (DB) que armazena os dados para a chamada específica ou instânciado respetivo FB. Alterando o DB de instancia se permite ao FB genérica controlar a operação deum conjunto de dispositivos. Por exemplo, um FB pode controlar várias bombas e válvulas, comdiferentes instancias de DBs que contém os parâmetros operacionais específicas para cada bomba ouválvula. Mais detalhes quanto aos FB na pág. 140 do [Sie11a] e na pág. 90 do [Sie11b]

2.5.3 Funções (FC)

Uma função (FC) é uma sub-rotina que é executada quando chamada desde outro bloco de código(OB, FB ou FC). A FC não tem associado um DB de instancia. O bloco que efetua a chamada passaparâmetros para o FC. Os dados temporários não são salvos, para armazenar os dados permanentesdeve-se atribuir o valor de saída em um endereço de memória global, tais como a memória M ou aum DB global.

Uma FC também pode ser chamada várias vezes em diferentes pontos de um programa. Essareutilização simplifica a programação de tarefas recorrentes.

2.5.4 Blocos de dados (DB)

Os blocos de dados (DB) se criam no programa para armazenar os dados dos blocos lógicos. Todos osblocos do programa podem acessar aos dados DB globais, porém, os DBs de intancia so armazenamdados de um FB específico. O programa pode armazenar os dados nas distintas áreas de memoriada CPU, por exemplo, nas áreas de entradas (I), saídas (Q) y segmentos de memória (M). Tambémé possível utilizar um DB para acessar rapidamente a dados armazenados no programa. Os dadosarmazenados em um DB não são apagados quando o bloco de dados se fecha ou quando finaliza aexecução do bloco lógico associado. Existem dois tipos de DBs:

• DB global, o qual armazena os dados dos blocos lógicos no programa. Qualquer OB, FB o FCpede acessar aos dados de um DB global.

• DB de instancia, o qual armazena os dados de um FB específico. A estrutura de los dados deum DB de instancia reflexa parâmetros (Input, Output e InOut) y os dados estáticos do FB. Amemoria temporal do FB não é armazenada no DB de instancia. Ainda que o DB de instanciaAinda que el DB de instancia reflete os dados de um FB específico, qualquer bloque lógico podeacessar a esses dados.

2.6 Tipo de linguagens de programação

As linguagens que o STEP7 BASIC permite utilizar são:

• A lógica ladder ou KOP definida como LAD.

• Os Diagramas de Blocos de Funções definidos como FBD (Function Block Diagram).

• A linguagem de controle estruturado definido como SCL (Structured Control Language).

No caso do STEP7 BASIC pode se realizar a transformação de linguagens só entre LAD e FBD.


2.6.1 Linguagem LADDER ou esquema de contatos KOP

A linguagem LADDER (LAD) consiste numa rede ou segmento onde são combinados contatos (aber-tos ou fechados) e bobinas. Os contatos podem estar conetados em serie ou paralelo. Na Fig.3 seapresenta um exemplo simples.

"Start" "Stop"

"On"

"On"

Figura 3: Exemplo de linguagem LADDER

LAD oferece blocos de instruções para uma variedade de funções complexas, tais como mate-máticas, temporizadores, contadores, e de transferência. O STEP 7 não limita o número de instruções(linhas e colunas) em um segmento ou rede LAD.

2.6.2 Diagramas de Blocos de Funções FBD

Da mesma forma que a linguagem LADDER o FBD é uma linguagem de programação gráfica. Elaestá baseada em símbolos lógicos gráficos da Álgebra booleana. As funções matemáticas e outrasoperações complexas podem ser representadas diretamente combinando os quadros lógicos. O STEP7 não limita o número de instruções (linhas e colunas) em um segmento FBD. A Fig.4 apresenta umexemplo simples de programação em FBD, o qual representa o mesmo esquema da Fig.3.

"Start"

"Stop"

"On" "On"

>=1

=

&

Figura 4: Exemplo de Diagramas de Blocos de Funções FBD

2.6.3 Linguagem de controle estruturado SCL

A SCL é uma linguagem de programação de alto nível, baseada em PASCAL, para as CPUs de SI-MATIC S7. Podem-se incluir blocos de programa escritos em SCL com blocos de programa escritosem LADDER ou FBD

As instruções de SCL empregam operadores de programação estândar, por exemplo, asig-nação (:=), funções matemáticas (+,−, ∗, /), programar operações de controle como IF-THEN-ELSE,CASE, REPEAT-UNTIL, GOTO y RETURN, e outras instruções como temporizadores y contadores,se correspondem com as instruções de LAD e FBD. Dado que SCL, da mesma forma do que PAS-CAL, oferece estruturas de controle condicionais de processamento, “loops” e outros, é mais simplesimplementar algoritmos complexos em SCL do que em LAD ou FBD.

A seguir apresentam-se alguns exemplos de expressões para diversos usos:

"C" := #A+#B$; Atribui duas variáveis locais a uma variável."Data_block_1".Tag := #A; Atribui uma variável a um bloco de dados.IF #A > #B THEN "C" := #A; Condição da instrução IF-THEN.


"C" := SQRT (SQR (#A) + SQR (#B)); Parâmetros da instrução SQR T.

Como linguagem de programação de alto nível, SCL utiliza instruções estândar para tarefasbásicas:

• Instrução de atribução: :=

• Funções matemáticas: +,−, ∗e/

• Endereçamento de variáveis globais: “<nome da variável>” (nome da variável ou do bloco dedados entre aspas)

Os operadores aritméticos podem processar vários tipos de dados numéricos, O tipo de da-dos resultantes é determinado pelo tipo de dados dos operandos mais significativos. por exemplo,uma operação de multiplicação que tenha como operandos um dado do tipo INT e outro do tipoREAL dará como resultado um valor REAL.

3 Instruções básicas do funcionamento do STEP 7

O ambiente de programa que a Siemens desenvolveu para a programação do S7-1200 é o STEP7 emduas versões: Profisional e Básica, sendo esta última a disponível no laboratório.

O STEP7 provê um ambiente amigável para o desenvolvimento da lógica do controlador,configurar visualização HMI, e a rede de comunicação. O STEP 7 fornece duas vistas diferentessobre o projeto:

1 2 3

4

Figura 5: Tela do ambiente de programação STEP7: Vista do Portal

• A Vista do Portal, Fig.5, que apresenta portais orientados a tarefas que estão organizadas se-gundo a funcionalidade das ferramentas.


1 Portais para diferentes tarefas.

2 Tarefas do portal selecionado.

3 Painel de seleção das ações.

4 Mudar para a Vista do Projeto.

• A Vista do Projeto, Fig.6, uma vista orientada para os elementos projeto.

1 Menu e barra de ferramentas.

2 Árbore do projeto.

3 Área de trabalho.

4 Task Cards.

5 Janela de inspeção.

6 Mudar para a Vista do Portal.

7 Barra de Edição.

1

2

3

4

5

6 7

Figura 6: Tela do ambiente de programação STEP7: Vista do Projeto

O usuário pode escolher qual vista ajuda a trabalhar mais eficientemente. Com um únicoclique, pode-se alternar entre a Vista Portal e a Vista do Projeto.

Na Fig.7 apresenta-se a barra de tarefas, no quadro vermelho ressaltam-se os ícones paraescolher a vista do projeto como horizontal ou vertical, sendo que durante a programação serão


utilizadas diferentes janelas, em cada caso uma das vistas será mais adequada para visualizar oprojeto

Figura 7: Barra de ferramentas

3.1 Criar um Projeto

Para criar um novo projeto, ir para a vista do portal e fazer clique em “Create new project”, como seapresenta na Fig.8, colocar o nome do projeto e fazer clique no icone “Create”.

Figura 8: Criar projeto

3.2 Escolha do dispositivo

Uma vez criado o projeto deve se escolher o CLP com o qual pretende-se trabalhar. É importanterealizar a escolha do dispositivo antes de começar a desenvolver o programa.

Selecione o Portal de “Devices & Networks” e fazer clique no botão “Add new device” (Fig.8).Selecione a CPU na qual se realizará o programa seguindo os seguinte passos:

1. No quadro “Add new device” escolher o botão PLC. Abrir a pasta PLC, e fazer clique na pastapasta SIMATIC S7-1200, (Fig.9) .

2. Selecionar a CPU da lista apresentada, Escolher a opçãp“Unspecified CPU 1200”, como apresen-tado na Fig.10

3. Para agregar a CPU selecionada ao projeto, fazer clique no botão “Add”.

Depois de fazer clique no botão “Add” aparecerá uma tela, na Vista do Projeto, apresentandoo dispositivo com uma quadro de texto no qual indica duas opções para reconhecer ele, escolher aopção “detect” como apresentado na Fig.11


Figura 9: Adicionar dispositivo

Figura 10: Escolher dispositivo no específico

Figura 11: Escolha do dispositivo

Inicialmente aparecerá uma tela aonde mostra que a CPU está sendo procurada Fig.12. Umavez que o dispositivo foi detectado aprecerá a tela apresentada na Fig.12, fazer clique no botão “De-tect”.

Aparecerá uma tela que solicita a detecção automática de um endereço IP, Fazer clique em“yes”, indicando depois que o IP foi estabelecido, (Fig.14).

Caso não se tenha o dispositivo para realizar a detecção deve-se escolher no caso o CPU1214C AC/DC/Rly (Fig.15)


Figura 12: Detecção do dispositivo



O dispositivo aparece na vista do projeto como se ilustra na Fig.16

3.3 Criar variáveis para as I/O da CPU

As “variáveis do CLP” são nomes simbólicos das entradas e saídas (I/O) e as direções de memóriada CPU. Depois de criá-las o STEP 7 as salva numa tabela de variáveis. Todos os editores do projeto(seja o editor de programação, o de dispositivos, o de visualização ou o da tabela de observação)


Figura 15: Escolher dispositivo

Figura 16: Vista do projeto com o CLP

podem acessar à tabela de variáveis.

As variáveis podem ser criadas antes ou durante a elaboração do programa. Para criá-las irna árvore do projeto (Project tree), na aba “Devices” procurar o nome do CPL em uso e fazer umclique no mesmo, no caso o CLP foi chamado de PLC1 [CPU 1214C AC/DC/Rly]. Dentro da pastado CLP procurar a pasta “PLC tags” (etiquetas do PLC) e fazer um clique no ícone “Show all tags”.imediatamente aparecerá uma tabela vazia.

Na Fig.17 se apresenta a tabela com algumas entradas e saídas já adicionadas. Para adicionaruma nova entrada fazer clique direito na coluna onde aprece “<Add new>”, e colocar o nome davariável que se pretende usar.

As variáveis a ser utilizadas no programa podem ser de três tipos:

• Entradas, definidas na coluna “Address” como %I0.0 até %I0.7 e %I1.0 até %I1.5.

• Saídas, definidas na coluna “Address” como %Q0.0 até %Q0.7 e %Q1.0 até %Q1.7 (saídas digi-tais) e %Q1.0 e %Q1.1 (saídas analógicas).


Figura 17: Adicionar variáveis

• Variáveis auxiliares, definidas na coluna “Address” como %MDx ou %MB0.x.

Na Fig.18 se apresenta a nova variável adicionada, para definir ela como entrada saída ouvariável auxiliar fazer clique na zeta remarcada no círculo vermelho, aparecerá um diálogo ondedebe-se escolher I, Q ou M respetivamente. O espaço reservado para “bit number” deve-se preenchercom o número de variável que será usado.

Figura 18: Definir o tipo de variável

Mais detalhes podem se observar na pág. 38 do [Sie11b].


3.4 Instruções básicas para escrever o programa

O código do programa consiste em instruções que executa a CPU seguindo uma sequencia. Paraabrir o editor de programação, proceda da seguinte maneira:

1 Abrir a pasta “Program Blocks” na árvore de projeto para ver o bloco “Main [OB1]” para acederao programa principal. Caso ele não exista debe ser criado.

2 Fazer um clique duplo no ícone “Add new block”. Aparecerá a tela apresentada na Fig.19.Observa-se que podem ser criadas quatro diferentes tipos de Blocos de programa e que e pos-sível escolher a linguagem de programação (opções ressaltadas nos quadros vermelhos e deta-lhados previamente na seção 2.5)

Figura 19: Blocos de programação

Na Fig.19 ressalta-se também no inferior diferentes ícones, eles apresentam diferentes vistasna tela do projeto, deve-se escolher “Main(OB1)” para acessar ao bloco do programa.

Como exemplo, se aplicará a linguagem Ladder (LAD)ou Esquema de contatos (KOP) paracriar a lógica do programa.

Como se apresenta na Fig.20, inicialmente procurar o ícone “Instructions” no extremo direitoe fazer um clique, aparecerá uma tela com o conjunto de instruções em Ladder.

Cada contato ou bloque deve ser arrastado até o corpo principal do programa. Ressalta-secom quadros vermelhos o nome do bloco sendo utilizado e o respetivo segmento (rede), chamado“Network”

As instruções apresentadas para adicionar bobinas e contatos servem para adicionar qual-quer tipo de bloco de instruções no programa,mas detalhes nas páginas 42 e 43 de [Sie11b] .


Figura 20: Iniciando a programação em Ladder

3.5 Utilizar as variáveis do CLP da tabela de variáveis para direcionar as instru-ções

A tabela de variáveis permite introduzir as variáveis do PLC para as direções dos contatos e bobinas.Para nomear cada contato ou bobina realizar os seguintes passos (Fig.21 a Fig.23):

1 Fazer clique duplo em <??.? >, no segmento ou rede inicial do programa como apresentadona Fig.21.

Figura 21: Nomeando variáveis


2 Fazer clique no botão seletor ressaltado com o círculo vermelho na Fig.22, para abrir as va-riáveis armazenadas na tabela. Também pode escrever manualmente o nome da variável, noentanto, o nome deve ser salvo na tabela.


3 Na lista escolher a variável que corresponde a esse contato (no caso é “Set”), como apresentadona Fig.23.


Mais detalhes na pág. 41 de [Sie11b]

3.6 Configuração do IP do CLP

Para descarregar o programa realizado no STEP 7, deve-se configurar o IP do CLP. Caso a escolha dodispositivo não tenha sido feita como indicado na sessão 3.2, se devem seguir os seguintes passos.

Inicialmente se deve verificar que a direção IP do computador, utilizado para criar o pro-grama, seja obtida automaticamente.

Como a CPU do PLC não tem um endereço IP pré-configurado, deve-se atribuir manual-mente um endereço IP. Para determinar o endereço IP e outros parâmetros do dispositivo, inici-almente conetar o cabo de rede e depois acessar ao Portal TIA na “Vista do Projeto”, realizar osseguintes passos:

1 Expandir a pasta Acesso “Online” (Online Access) na árvore de projeto para exibir os tipos deconexões disponíveis, (Fig.24.a).

2 Selecione o tipo de conexão usada para o CLP, no caso é “Broadcom NetLink (TM)Gigabit Ether-net” (Fig.24.a).

3 Escolher a opção “Update accesible devicees”, e o programa selecionará automaticamente o dis-positivo (Fig.24.b).

4 Caso o passo anterior não consiga detetar o dispositivo, ou caso no consiga descarregar o pro-grama no dispositivo, fazer clique-direito na rede específica (“Broadcom NetLink (TM)GigabitEthernet”), exibirá-se o menu de contexto. Selecione a opção “Propriedades”. No ícone “In-dustrial Ethernet” verificar que o endereço de IP e a máscara de sub-rede sejam diferentes de0.0.0.0, (Fig.25).


a) b)

Figura 24: Configuração do IP 1

Figura 25: Configuração do IP 2

3.7 Descarregar o programa no dispositivo

Uma vez que o endereço IP foi configurado é possível descarregar o programa, para esse efeito de-verão ser realizados os seguintes passos:

1 Nas ferramentas que aprecem na tela superior da Vista do Projeto selecionar o ícone compilarse não aparecerem erros fazer clique no ícone “Go Online”, (Fig.26).

2 Na opção “Type of the PG/PC Interface” fazer clique na zeta ressaltada no círculo vermelho eescolher a opção PN/E. Na opção “PG/PC Interface” selecionar “Broadcom NetLink (TM)GigabitEthernet”, (Fig.27).

3 Esperar o dispositivo ser detetado. Provar a conexão fazendo clique no ícone “Flash Led” ostrês ledes que aprecem no CLP deverão acender-se com cores verde, amarelo e vermelho unssegundos.

4 Fazer clique no ícone “Load”, (Fig.27).


5 Aparecerá a tela apresentada na Fig.28, fazer clique em “Load” e o programa será descarregadono CLP.

Figura 26: Descarregar o Programam no CLP 1



Finalmente para iniciar funcionamento do programa no CLP, realizar os seguintes passos:

1 Expandir a pasta Acesso “Online” (Online Access) na árvore de projeto para exibir os tipos deconexões com o dispositivo, (Fig.29).


2 Selecione o tipo de conexão usada para o CLP, no caso é “Broadcom NetLink (TM)Gigabit Ether-net”. aparecerá uma tela mostrando os dados do CLP.

3 Do lado direito aparece a ferramenta “Online Tools” aonde aparece a opação “RUN” fazerclique nela para iniciar o funcionamento do programa no CLP

4 Para finalizar fazer clique em “STOP” (Fig.29), e na barra de ferramentas fazer clique em “Gooffline”, (Fig.30).

Figura 29: Inicializar o programa no CLP


3.8 Agregar um dispositivo HMI ao projeto

No STEP7 é possível utilizar dispositivos HMI que permitam visualizar o processo. a Fig.31 apre-senta dois exemplos.

Figura 31: Dispositivo HMI (Human Interface MAchine)


Para adicionar um dispositivo HMI seguir os seguintes passos (Fig.32).

1 Ir para a Vista do Portal e fazer um clique em “Devices & Networks”, logo depois dar um cliqueem “Add new device”.

2 Fazer clique no botão HMI. Aparecerão na tela todas as opções de dispositivos HMI.

3 Escolher um dispositivo específico na lista.

4 Finalmente fazer um clique em “Add” para agregar o dispositivo ao projeto.

Figura 32: Inserir um dispositivo HMI no programa

Referências

[Bol09] W. Bolton. Programmable Logic Controllers. Electronics & Electrical. Newnes, 2009.

[Sie11a] Siemens AG. S7-1200 Programmable controller, 2011.

[Sie11b] Siemens AG. SIMATIC S7-1200 Easy Book, 2011.


2012 - Apostila CLP Siemens

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