Die S7-1200 SPS ist eine kompakte, modulare und kostengünstige Lösung, die eine breite Palette an Funktionen und Flexibilität für kleine bis mittelgroße Automatisierungsanwendungen bietet. Zu diesen Funktionen gehören Kommunikationsoptionen, Speicher, CPU-Leistung und IO-Konfiguration. Wenn Sie einen Prozess steuern müssen, sollten Sie die SPS auswählen und so konfigurieren, dass sie Ihren Prozessanforderungen am besten entspricht.
In diesem Artikel besprechen wir die Hardwarekonfiguration der S7-1200 SPS und geben ein Beispiel für die Konfiguration im Siemens Tia-Portal.
Inhalt:
- Was ist die Hardwarekonfiguration einer SPS?
- Bedeutung der Hardwarekonfiguration.
- Einfaches Projektbeispiel.
- Wie konfigurieren wir unsere SPS mit dem gegebenen Beispiel?
- Hardwarekonfiguration der CPU.
- IO-Hardwarekonfiguration.
- HMI-Konfiguration.
- Fazit.
Was ist die Hardwarekonfiguration einer SPS?
Die Hardwarekonfiguration bezieht sich auf die spezifischen Komponenten der SPS, wie CPU, Speicher, Eingabe-/Ausgabemodule (E/A), Kommunikationsanschlüsse, Stromversorgung und alle zusätzlichen Module oder Zubehörteile, die möglicherweise benötigt und dem System hinzugefügt werden.
Die Hardwarekonfiguration einer SPS umfasst auch das Aktivieren oder Deaktivieren einiger CPU-Funktionen, je nach Gerät, seinen Fähigkeiten und den Anforderungen Ihres Prozesses.
Die Hardwarekonfigurationsschritte für eine SPS umfassen normalerweise Folgendes:
- Wählen Sie das geeignete SPS-Modell basierend auf den Anwendungsanforderungen.
- Identifizieren Sie die Eingabe-/Ausgabeanforderungen für das System, darunter Typ und Anzahl der Sensoren, Aktoren und anderen Geräte, die an die SPS angeschlossen werden.
- Wählen Sie das Kommunikationsprotokoll und die Netzwerktopologie, die zum Verbinden der SPS mit anderen Geräten und Systemen verwendet werden.
- Bestimmen Sie die Stromversorgungsanforderungen für die SPS und ihre Peripheriegeräte.
- Montieren Sie die SPS an einem geeigneten Ort und schließen Sie alle erforderlichen Kabel und Leitungen an.
- Konfigurieren Sie die SPS-Software für die Kommunikation mit den Hardwarekomponenten und richten Sie die entsprechenden Logik- und Steuerfunktionen ein.
Die spezifischen Schritte zur Hardwarekonfiguration können je nach SPS-Modell und Anwendungsanforderungen variieren, aber dies sind die grundlegenden Schritte, die normalerweise in den Prozess einbezogen werden.
In diesem Artikel sprechen wir über die Hardwarekonfiguration, die auf der TIA Portal-Plattform durchgeführt wird. Das heißt, wir gehen davon aus, dass Sie Ihre Anwendung kennen und dass Sie bereits Ihr SPS-Modell und die Stromversorgung ausgewählt haben. Sie können auf frühere Artikel zurückgreifen, in denen wir besprechen, wie Sie die SPS und die Stromversorgung auswählen, die am besten zu Ihrer Anwendung passen.
Bedeutung der Hardwarekonfiguration in der SPS
Eine ordnungsgemäße Hardwarekonfiguration stellt sicher, dass das System zuverlässig und robust ist. Wenn die Hardwarekomponenten nicht richtig konfiguriert sind, funktionieren sie möglicherweise nicht wie vorgesehen, was zu Systemausfällen oder -fehlern führt.
Die Hardwarekonfiguration wirkt sich auf die Leistung des Systems aus. Durch Auswahl der richtigen Hardwarekomponenten und entsprechende Konfiguration kann das System mit maximaler Effizienz und Geschwindigkeit arbeiten und ein hohes Volumen an Ein- und Ausgängen verarbeiten.
Die Hardwarekonfiguration wirkt sich auf die Skalierbarkeit und Flexibilität des Systems aus. Bei der Auswahl der Hardwarekomponenten und ihrer Konfiguration sollten zukünftige Erweiterungen oder Änderungen am System berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das System problemlos Änderungen oder Upgrades verarbeiten kann.
Die Hardwarekonfiguration wirkt sich auf die Kosten des Systems aus. Durch Auswahl der geeigneten Hardwarekomponenten und Konfiguration können unnötige Kosten vermieden und die Gesamtkosten des Systems minimiert werden.
S7-1200-Hardwarekonfiguration
Wir gehen von einem einfachen SPS-Projekt aus und sehen uns an, wie wir die SPS in unser Projekt konfigurieren können, bevor wir mit dem Schreiben unseres Codes beginnen.
Temperaturkontrollsystem für einen Reaktor mit SPS
Das Projekt beinhaltet die Kontrolle der Temperatur eines Reaktors mit einer SPS. Das System sollte die Temperatur des Reaktors messen und die Temperatur durch Kontrolle des Durchflusses einer Kühlflüssigkeit anpassen.
Das Projekt verwendet vier Thermoelemente zur Messung der Temperatur, zwei Magnetventile zur Kontrolle des Durchflusses der Kühlflüssigkeit und einen Motor zum Antrieb des Laufrads des Reaktors.
E/A-Konfiguration
Eingänge:
Thermoelemente 1 – 4: Dies sind 4 analoge Eingänge, die die Temperatur an verschiedenen Stellen im Reaktor messen.
Not-Aus-Taster: Dies ist ein digitaler Eingang, der im Notfall zum Stoppen des Systems verwendet wird.
Potentiometer für Temperatursollwert: Dies ist ein analoger Eingang, mit dem der Bediener den gewünschten Temperatursollwert einstellen kann.
Ausgänge:
Magnetventil 1 und 2: Dies sind 2 digitale Ausgänge, die den Durchfluss der Kühlflüssigkeit durch die Reaktorrohre steuern.
Motorsteuerung: Dies ist ein digitaler Ausgang, der die Geschwindigkeit und Richtung des Motors steuert, der das Laufrad antreibt.
Heizungssteuerung: Dies ist ein digitaler Ausgang, der das Heizsystem des Reaktors steuert.
Systembetrieb:
- Das System wartet darauf, dass der Bediener den Temperatursollwert mit dem Potentiometer einstellt.
- Die SPS liest den Temperatursollwert und vergleicht ihn mit der aktuellen Temperatur des Reaktors, die von den vier Thermoelementen gemessen wird.
- Wenn die Reaktortemperatur unter dem Sollwert liegt, aktiviert die SPS den Heizungssteuerungsausgang, um die Temperatur zu erhöhen.
- Wenn die Reaktortemperatur über dem Sollwert liegt, aktiviert die SPS einen der Magnetventilausgänge, um den Durchfluss der Kühlflüssigkeit zu erhöhen und die Temperatur zu senken.
- Die SPS überwacht kontinuierlich die Temperatur und passt die Heizungs- und Kühlsysteme an, um den gewünschten Sollwert beizubehalten.
- Die SPS steuert auch den Motor, der das Laufrad antreibt, um den Inhalt des Reaktors zu mischen.
- Wenn der Not-Aus-Druckknopf gedrückt wird, deaktiviert die SPS alle Ausgänge und stoppt das System.
Das SPS-Projekt kann je nach den spezifischen Anforderungen des Projekts weiter erweitert und geändert werden, um zusätzliche Funktionen wie Alarme, Datenprotokollierung oder Fernüberwachung einzuschließen. Wir werden uns jedoch nicht mit der Codierung der SPS-Logik dieses Systems befassen, sondern anhand dieses Beispiels erklären, wie die SPS hardwaremäßig so konfiguriert wird, dass sie zu unserem Projekt passt.
Dazu gehört:
- Auswahl der SPS-CPU.
- Auswahl der IO-Module.
- Zuweisung der Eingangs- und Ausgangs-Tags zu den Hardwaremodulen.
- Zuweisung einer IP zur Kommunikation an die SPS.
- Zuweisung eines Schutzkennworts.
- Konfiguration der lokalen Zeit der SPS.
- Konfiguration des HMI und Herstellen der Verbindung mit der SPS.
Wie konfiguriert man die SPS mit dem angegebenen Beispiel?
Im Folgenden besprechen wir die grundlegende Erstellung eines SPS-Projekts mit der erforderlichen Hardware.
Die Hardwarekonfiguration der CPU:
Auswahl der CPU:
Wenn Sie ein neues Projekt im TIA Portal starten, sollten Sie ein neues Gerät konfigurieren und es Ihrem Projekt hinzufügen. Siehe Bild 1.
Bild 1. Konfigurieren Sie ein Gerät für Ihr Projekt
Wie Sie dem vorherigen Bild entnehmen können, zeigt Ihnen das TIA-Portal bereits, dass der erste Schritt die Konfiguration eines neuen Geräts sein sollte.
Im vorherigen Artikel haben wir besprochen, wie Sie die SPS auswählen, die zu Ihrem Prozess passt. Daher werden wir das hier nicht noch einmal erwähnen. Da es sich um ein einfaches Projekt handelt, wählen wir für unser Projekt die CPU 1214C AC/DC/RLY. Siehe Bild 2.
Bild 2. Fügen Sie dem Projekt einen neuen Controller hinzu
CPU-Eigenschaften:
Je nachdem, welche CPU Sie für Ihr Projekt ausgewählt haben, stehen Ihnen unterschiedliche CPU-Funktionen und -Eigenschaften zur Verfügung.
Sie können diese Funktionen je nach Bedarf aktivieren oder deaktivieren. Für einige der Funktionen sind zusätzliche Konfigurationen erforderlich. Siehe Bild 3.
Bild 3 – Eigenschaften der CPU
Wie Sie im vorherigen Bild sehen können, gibt es viele Eigenschaften, die Sie für Ihre CPU im Projekt festlegen können.
Wir werden einige dieser Eigenschaften erwähnen, die Sie in jedem Projekt konfigurieren müssen, das Sie erstellen, andere Eigenschaften werden nur in Sonderfällen verwendet.
Kommunikation:
Dies ist eine sehr wichtige Konfiguration für jedes SPS-Projekt; Ihr Projekt wird höchstwahrscheinlich verschiedene Module und Geräte haben, die miteinander kommunizieren müssen. Das Einrichten der Kommunikation zwischen Ihrer SPS und diesen Geräten ist für Ihr Projekt wichtig.
Durch die Auswahl der CPU haben Sie bereits definiert, wie die Kommunikation erfolgen soll. Einige CPUs funktionieren nur mit Profinet, einige nur mit Profibus und einige können beides verwenden. Die für dieses Beispiel ausgewählte SPS funktioniert nur mit Profinet.
Über die Profinet-Schnittstelle legen Sie die IP-Adresse für Ihre SPS fest. Diese IP sollte im Projekt eindeutig sein; Sie können nicht dieselbe IP für zwei verschiedene Module verwenden. Siehe Bild 4.
Bild 4 – Profinet-Schnittstelle
Zykluszeit:
Wie Sie wissen, ist dies eine weitere wichtige Eigenschaft für Ihre SPS. Die Zykluszeit Ihres Programms hängt davon ab, wie viel Code Sie geschrieben haben und wie lange die SPS braucht, um diesen Code auszuführen.
In den Zykluszeiteigenschaften können Sie die Zyklusüberwachungszeit festlegen. Wenn die SPS länger als diese festgelegte Zeit braucht, um das Programm auszuführen, gibt die SPS einen Fehler aus. Siehe Bild 5.
Mit dieser Eigenschaft können Sie auch die Mindestzykluszeit für Ihre CPU bestimmen. Dies können Sie tun, wenn Sie „Mindestzykluszeit für zyklische OBs aktivieren“ aktiviert haben.
Sie können dann die gewünschte Mindestzykluszeit schreiben und die SPS passt ihre Leistung entsprechend dieser Zeit an. Natürlich ist diese Zeit durch die Leistungsfähigkeit der CPU begrenzt, sodass Sie diese Zeit nicht unter einen bestimmten Grenzwert senken können.
Bild 5 – Zykluszeiteigenschaft
System- und Taktspeicherbits:
Systemspeicherbits und Taktspeicherbits sind in der CPU integrierte Bits, die das Betriebssystem verwendet, um bestimmte Ereignisse in der SPS anzuzeigen.
Beispielsweise gibt es ein Speicherbit, das nur beim ersten Scan auf TRUE wechselt, oder ein Speicherbit, das TRUE wird, wenn sich der Diagnosestatus ändert. Es gibt auch einige dedizierte Taktspeicherbits, wie ein Bit, das einen Takt von 10 Hz darstellt, oder ein Bit, das einen Takt von 2 Hz darstellt.
Diese Bits können in einigen Anwendungen sehr nützlich sein und bei gleicher Funktionalität eine Menge Programmiercode einsparen. Siehe Abbildung 6.
Abbildung 6 – System- und Taktspeicherbits aktivieren
Sie können die Verwendung eines oder beider Speicherbytes aktivieren; Sie können auch die Adresse dieser Bytes bestimmen, wie Sie auf der Abbildung sehen können.
Tageszeit:
Eine weitere sehr wichtige Eigenschaft Ihrer SPS ist das Einstellen der Zeit in Ihrer SPS. In fast jedem Projekt, das Sie erstellen, müssen Sie die Echtzeit kennen, um bestimmten Aktionen unterschiedliche Daten zuweisen zu können.
Im vorherigen Artikel haben wir über lokale und Systemzeiten in der SPS und deren Verwendung gesprochen. Diese Eigenschaft der CPU ermöglicht es Ihnen, die lokale Zeit auf die gewünschte Zeitzone einzustellen. Siehe Abbildung 7.
Abbildung 7 – Eigenschaft „Lokale Zeit“
Schutz und Sicherheit:
Mit dieser Eigenschaft können Sie die Zugriffsebene und den Kennwortschutz für Ihre SPS bestimmen. Siehe Bild 8.
Bild 8 – Schutz- und Sicherheitseigenschaft
Die zuvor erwähnten Eigenschaften sind die am häufigsten konfigurierten Eigenschaften bei fast jedem SPS-Projekt, das Sie durchführen würden. Es gibt einige andere Eigenschaften, die bei einfachen Programmen wie Webservern und OPC UA weniger wahrscheinlich verwendet werden.
Der nächste Schritt bei der Hardwarekonfiguration Ihres Projekts ist die Konfiguration der IOs.
IO-Hardwarekonfiguration:
Ein weiterer wichtiger Schritt Ihres Projekts ist die Konfiguration Ihrer IOs, d. h. Sie müssen entscheiden, wie viele IO-Module Sie benötigen und welche Art von IO-Modulen Sie benötigen.
Bei der Entscheidung über Ihre IOs sollten Sie einige wichtige Punkte berücksichtigen, z. B. einige freie IO-Punkte zu haben und die IO-Module auszuwählen, die zu den Eingangssensoren und Ausgangsaktoren in Ihrem Projekt passen. Siehe Bild 9.
Bild 9 – Analoges Eingangsmodul hinzufügen
Wie wir in unserem Beispielprojekt erwähnt haben, verwenden wir 4 Thermoelemente als analoge Eingänge für meine SPS, also muss ich ein analoges Eingangsmodul mit mindestens 4 Eingangskanälen hinzufügen, da die ausgewählte SPS nur 2 analoge Eingangskanäle hat.
Außerdem ist das Thermoelement ein spezieller Typ von analogem Eingang, der ein dediziertes Eingangsmodul erfordert. Deshalb haben wir uns für das Modul AI 8xTC entschieden, das 8 Eingangskanäle hat, die für die Verwendung mit Thermoelementen vorgesehen sind. Wir haben uns für das 8-Kanal-Modul und das 4-Kanal-Modul entschieden, um Reservekanäle für die zukünftige Verwendung zu haben, falls wir unser Projekt erweitern müssen.
Wenn Sie zu den Eigenschaften des Moduls AI 8xTC gehen, werden Sie sehen, dass Sie jeden Eingangskanal einzeln konfigurieren können. Sie können den Typ des Thermoelements, die Messskala und andere Eigenschaften auswählen. Siehe Abbildung 10.
Abbildung 10 – Eingangsmodul konfigurieren
Als Nächstes müssen Sie Ihre IO-Tags definieren und jedem Eingang oder Ausgang einen entsprechenden IO-Punkt in Ihrer SPS oder in den IO-Modulen zuweisen. Siehe Abbildung 11.
Abbildung 11 – Eingangs-Tags zuweisen
Anschließend weisen Sie die restlichen Eingangs- und Ausgangs-Tags zu, siehe Abbildungen 12 und 13.
Abbildung 12 – Eingangs-Tags für die SPS zuweisen
Abbildung 13 – Ausgangs-Tags Ihrem Projekt zuweisen
HMI-Konfiguration
Ihr SPS-Projekt benötigt wahrscheinlich eine HMI. Nachdem Sie Ihre HMI ausgewählt haben, können Sie verschiedene Konfigurationen vornehmen.
In diesem Artikel zeigen wir nur, wie die Kommunikation zwischen HMI und SPS konfiguriert wird. Wie Sie im vorherigen Bild sehen, wählen Sie ein HMI aus, indem Sie ein neues Gerät hinzufügen und dann ein HMI auswählen. Siehe Bild 14.
Bild 14 – Auswählen eines HMI
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Kommunikation zwischen HMI und SPS einzurichten, aber der einfachste Weg ist über die Netzwerkansichtsseite. Siehe Bild 15.
Bild 15 – Einrichten der HMI-Verbindung
Auf der Netzwerkansichtsseite können Sie die Verbindung zwischen HMI und SPS einrichten, indem Sie einfach auf das kleine grüne Quadrat klicken, das Profinet vom HMI darstellt, und es auf die SPS ziehen.
TIA Portal zeichnet dann eine grüne Linie zwischen den beiden Modulen und weist dem HMI automatisch eine IP-Adresse zu, um die Kommunikation zwischen ihnen einzurichten.
Fazit
- Die Hardwarekonfiguration ist ein sehr wichtiger Schritt in jedem SPS-Projekt.
- Die richtige Hardwarekonfiguration Ihrer SPS stellt sicher, dass die erforderlichen Funktionen des Projekts erfüllt werden.
- Zur Hardwarekonfiguration gehören die Auswahl von E/A-Modulen, das Aktivieren oder Deaktivieren bestimmter CPU-Eigenschaften und das Konfigurieren verschiedener Geräte wie HMI mit Ihrer SPS.