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TU Bergakademie Freiberg Institut für AUT Dipl.-Phys. R.Göhler 22.04.2010 1 Prozessleitsystem PCS7 Entwicklungswerkzeug SIMATIC-Manager

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Prozessleitsystem PCS7

Entwicklungswerkzeug SIMATIC-Manager

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SIMATIC PCS 7 beinhaltet:Integrierte Systemleistungen (Diagnose, Alarme,...)Zusatzpakete (Bibliotheken, BATCH flexible, Warehouse,...)Vorkonfektionierte Bestelleinheiten (AS, OS, ES)

SIMATIC S7 400

HMI aufSIMATIC WinCC

basierendSTEP 7

SCLCFCSFC

SIMATIC PCET 200M

SIMATICNet

Die Komponenten der Industrieautomatisierungformen ein homogenes Leitsystem: SIMATIC PCS 7

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PROFIBUS oder Industrial EthernetStandard Ethernet

Kommunikationmit anderenSystemen SAP R/3 etc.

zentrales Bedienenund Beobachten

lokales Bedienenund Beobachten

dezentrale PeripherieET 200M

PROFIBUS DPintelligenteSub-SystemeS7-300

prozeßnaheInformationsverarbeitungS7-400

PROFIBUS-DP

DP / PA -LINK

PROFIBUS PA

SIMATIC NET

SIMATIC PCS 7 –Systemstruktur des verteilten Leitsystems

OS OS

OS ES

S7-400

ET 200M

ET 200M

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Aufbau des Automatisierungssystems S7SIMATIC S7- Steuerungen

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Beispiele für SIMATIC S7-300 Steuerungen

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Beispiele für SIMATIC S7-400 Steuerungen

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Baugruppenträger (Rack)nehmen die Baugruppen auf und verbinden sie untereinander

Stromversorgung (PS)liefert die internen Versorgungsspannungen

Zentralbaugruppe (CPU)speichert und bearbeitet das Anwenderprogramm

Anschaltungsbaugruppen (IM)verbinden die Baugruppenträger untereinander

Signalbaugruppen (SM)passen die Signale der Anlage an den internen Signalpegel anoder steuern Stellgeräte über digitale und analoge Signale

Funktionsbaugruppen (FM)bearbeiten komplexe oder zeitkritische Prozesse unabhängig von der Zentralbaugruppe

Kommunikationsbaugruppestellen den Anschluß zu Subnetzen her

Subnetzeverbinden die Automatisierungssysteme untereinander oder mit anderen Geräten

- Peripheriebus (P-Bus)ist für den schnellen Signalaustausch von Ein- und Ausgabesignalen ausgelegt

- Kommunikationsbus (K-Bus)verbindet die CPU und die Programmierschnittstelle (MPI) mit den Funktions- und Kommunikationsbaugruppen

Aufbau des Automatisierungssystems S7Komponenten

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Erweiterung einer S7-300 Station

IM 360

IM 361

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Nahbereich bis 1.5 m mit 5V-Übertragung

IM 460-1

IM 461-1

IM 460-0

IM 461-0

Nahbereich bis 3 m ohne 5V-Übertragung

IM 461-3

IM 460-3

Fernbereich bis 100 m ohne 5V-Übertragung

IM 463-2

IM 314

Fernbereich bis 600 mS5-Erweiterungsgeräte

Aufbau des Automatisierungssystems S7 Erweiterung einer S7-400 Station

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Memory-Card

RAM Memory Card- Erweiterung des Ladespeichers- Anwenderprogramm kann online geändert werden- RAM verliert Informationen, wenn er gezogen wird

Flash EPROM Memory Card- hält das Anwenderprogramm und die Konfigurationsdaten ohne

Pufferbatterie spannungsausfallsicher- das gesamte Programm wird im Programmiergerät in die Flash

EPROM Memory Card geladen

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Aufbau des Automatisierungssystems S7 Speicherbereiche (Ladespeicher)

Das Anwenderprogramm steht im Lade- und im Arbeitsspeicher

das Programmiergerät überträgt das komplette Anwenderprogramm einschließlich der Konfigurationsda-ten in den Ladespeicher

Ladespeicher- ist in der CPU integriert oder als steckbare Memory Card ausgeführt- er enthält das gesamte Anwenderprogramm einschließlich Konfigurationsdaten

Arbeitsspeicher- in vollem Umfang in der CPU integriert, schneller RAM-Speicher

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Systemspeicherer enthält die Operanden (Variab-len), die zu Operandenereichen zu-sammengefasst werden

Operandenbereiche:

• Eingänge (E)sie sind ein Abbild (Prozessabbild ) derDigitaleingabebaugruppen

• Ausgänge (A)sie sind ein Abbild (Prozessabbild) derDigitalausgabebaugruppen

• Merker (M)Informationsspeicher, die im gesamtenProgramm ansprechbar sind

• Zeitfunktionen (T)Zeitglieder, mit denen Warte- und Überwachungszeitenrealisiert werden

• Zählfunktionen (Z)Softwarezähler, die vorwärts und rückwärts zählen können

• temporäre Lokaldaten (L)dynamische Zwischenspeicher während derBausteinbearbeitung;temporäre Lokaldaten stehen im L-Stack, den die CPUwährend der Programmbearbeitung dynamisch belegt

Aufbau des Automatisierungssystems S7 Speicherbereiche (Systemspeicher)

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Aufbau des Automatisierungssystems S7 Speicherbereiche (Gesamtkonzept)

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Dezentrale Peripherie (Profibus-DP[Master])

DP-MasterEr ist der aktive Teilnehmer am PROFIBUS und tauscht zyklisch Daten mit „seinen“ Slaves aus.

- CPU mit integriertem Master-Schnittstellenmodul (z.B. CPU 414-2DP)- eine Anschaltbaugruppe in Verbindung mit einer CPU (z.B. IM 467)- eine CP-Baugruppe in Verbindung mit einer CPU (z.B. CP 443-5)• Klasse 1-Master

Datenaustausch im Prozessbetrieb• Klasse 2-Master

für Service und Diagnose

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DP-SlaveSie sind passive Teilnehmer am PROFIBUSBei Simatic S7 wird unterschieden zwischen:

• kompakte DP-Slavessie verhalten sich wie eine einzige Baugruppe gegenüber dem Master

• modulare Slavessie setzen sich aus mehreren Baugruppen zusammen

• intelligente DP-Slavessie enthalten ein Steuerprogramm, das die untergelagerten /eigenen) Baugruppen steuert

Aufbau des Automatisierungssystems S7Dezentrale Peripherie (Profibus-DP[Slave])

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Kommunikation

Verbindung

Verbindungsressourcen Busschnittstelle der Baugruppe

Subnetz

- Datenaustausch zwischen programmierbaren Baugruppen- ist integrierter Bestandteil bei SIMATIC S7

- bereits ohne zusätzliche Baugruppen (also nur mit einem Verbindungskabel zwischen den CPU’s) könnenDaten ausgetauscht werden

- CP-Baugruppen erhöhen die Leistungsfähigkeit eines Netzes (höherer Datendurchsatz, andere Proto-kolle

- der Datenaustausch wird über eine „Verbindung“ nach einem bestimmten Ablaufschema („Kommunika-tionsdienst“) ausgeführt, dem u.a. ein bestimmtes Koordinierungsverfahren („Protokoll“) zugrunde liegt.

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Kommunikation (Grundbegriffe I)

Netz- Verbund von mehreren Geräten zum Zwecke der Kommunikation- es besteht aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Subnetzen gleicher oder unterschiedlicher

Art

SubnetzZusammenfassung aller Kommunikationsteilnehmer, die durch eine Hardware-Verbindung mit einheitli-chen physikalischen Eigenschaften und Übertragungsparametern (Übertragungsrate) miteinander verbun-den sind und über ein gemeinsames Übertragungsverfahren Daten austauschen• MPI (Multi Point Interface)

- kostengünstige Vernetzungsmöglichkeit von wenigen SIMATIC-Geräten mit kleinen Datenmengen- jede CPU besitzt eine MPI-Schnittstelle- sie ermöglicht den Aufbau eines Subnetzes, in dem Zentralbaugruppen, Bedien- und Beobachtungsge-

räte und Programmiergeräte untereinander Daten über ein Siemens-eigenes Protokoll austauschen- Bussegmentlänge ca. 50 m- Übertragungsrate 187,5 kBit/s- max. Teilnehmerzahl beträgt 32- Zugriffsverfahren „Token Passing“, d.h. ein Teilnehmer erhält nur eine bestimmte Zeit Zugriff

auf den Bus

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• PROFIBUS- Leitungslänge ist abhängig von der Übertragungsrate

sie beträgt 100 m bei 12 Mbit/s und 1000 m bei 9,6 kBit/sRepeater und OLM (Optical Link Modul) vergrößern die Netzausdehnung

- in einem Segment können sich max. 32 Stationen befindendie Gesamtzahl der Slaves im gesamten Netz beträgt 127

- Zugriffsverfahren „Token Passing“, d.h. ein Master erhält nur eine bestimmte Zeit Zugriff aufden Bus

Aufbau des Automatisierungssystems S7Kommunikation (Grundbegriffe II)

• Industrial Ethernet- wird für den Verbund von Rechnern und Automatisierungsgeräten mit dem Einsatzschwerpunkt

im industriellen Bereich eingesetzt- Übertragungsrate: 10 Mbit/s- Zugriffsverfahren: CSMA/CD- alle der mehr als 1000 Teilnehmer sind gleichberechtigt

• AS-Interface (Aktor/Sensor-Interface)- vernetzt entsprechend ausgelegte Sensoren und Aktoren nach der AS-Interface-Spezifikation

IEC TG 178- Übertragungsmedium ist eine spezielle ungeschirmte Zweidrahtleitung, die die Ak-

toren und Sensoren sowohl mit Daten als auch mit Spannung versorgt.- Netzausdehnung bis 300 m- die Übertragungsrate beträgt 167 kBit/s

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Kommunikation (Grundbegriffe III Kommunikationsdienste)

Kommunikationsdienst- legt fest, wie die Daten zwischen den Kommunikationsteilnehmern ausgetauscht werden- basiert auf einem Protokoll, das u.a. das Koordinierungsverhalten zwischen den Kommunikationsteil-

nehmern beschreibt

• S7-Funktionen- zentraler Kommunikationsdienst bei SIMATIC- sind weitgehend im Betriebssystem der CPU integriert- steuern die Kommunikation zwischen Zentralbaugruppen, Bedien- und Beobachtungsgeräten und

Programmiergeräten

- Ermöglicht den Austausch von kleinen Datenmengen zwischen mehreren CPU’s ohne zusätzlichenProgrammieraufwand

• Globaldaten-Kommunikation

- zyklische oder ereignisgesteuerte Übertragung- Broadcast-Verfahren, der Empfang der Daten wird nicht quitiert

• PROFIBUS-DP (Dezentrale Peripherie)- Datenaustausch erfolgt zwischen einem Master und einem Slave- über ein PROFIBUS-Subnetz können SIMATIC S7-Slaves und DP-Norm-Slaves angesprochen werden

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Kommunikation (Grundbegriffe IV Verbindung)

Verbindung- definiert die Kommunikationsbeziehung zwischen zwei Kommunikationsteilnehmern- sie ist die logische Zuordnung zweier Teilnehmer zur Ausführung eines bestimmten Kommunikations-

dienstes und beinhaltet auch spezielle Eigenschaften wie z.B. Art der Verbindung (dynamisch oder sta-tisch) und wie sie zustande kommt

dynamische Verbindungen- werden nicht projektiert- Auf- und Abbau geschieht ereignisgesteuert („Kommunikation über nichtprojektierte Verbindungen“)- es kann nur eine nichtprojektierte Verbindung zu einem Kommunikationspartner bestehen

statische Verbindung- werden in der Verbindungstabelle projektiert- bleiben während der gesamten Programmbearbeitung bestehen („Kommunikation über projek-

tierte Verbindungen“)- es können zu einem Partner mehrere Verbindungen parallel aufgebaut werden

• Verbindungsressource- jeder Verbindung benötigt auf den beteiligten Kommunikationspartnern Verbindungsressourcen

für den Endpunkt der Verbindung bzw. für den Übergangspunkt in einer CP-Baugruppe- jede CPU hat eine spezifizierte Anzahl von Verbindungen- auch für „nichtprojektierte Verbindungen“ bei der SFC-Kommunikation werden temporäre Verbin-

dungsressource benötigt

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Kommunikation (Grundbegriffe V Kommunikationsfunktionen)

Kommunikationsfunktionen

- für SIMATIC S7-interne Kommunikation sind die Kommunikationsfunktionen im Be-triebssystem der CPU integriert und werden über Systembausteine aufgerufen

- sind die Schnittstelle im Anwenderprogramm zum Kommunikationsdienst

- für die Kommunikation zu Fremdgeräten über Kommunikationsprozessoren stehen ladbare Bausteinezur Verfügung

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Signalweg

Signalweg

- Mit der Verdrahtung wird ein Eingangssignal auf eine Eingabebaugruppe an eine be-stimmte Klemme geführt und erhält somit eine Peripherieadresse (z.B. Byte 5 Bit 2)

+HP01-S10

- vor der Programmabarbeitung kopiert die CPU das Signal von der Eingabebaugruppe in das Ein-gangs-Prozess-Abbild und kann als Operand „Eingang“ unter der absoluten Adresse (hier E5.2) ange-sprochen werden

- dieser Adresse kann in der Symboltabelle eine symbolische Adresse (z.B. „Motor ein“) zu-geordnet werden

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Steckplatzadresse

Steckplatzadresse- jeder Steckplatz in einer S7-Station hat eine feste Adresse, welche sich aus Nummer des Baugruppen-

trägers und der Nummer des Einbauplatzes des Baugruppe zusammensetzt (geographische Adresse)- bei der Dezentralen Peripherie ersetzen die Nummer des DP-Mastersystems und die Stations-

nummer die Nummer des Baugruppenträgers- der Hardware-Aufbau einer S7-Station wird mit den Werkzeug „Hardware-Konfiguration“ ent-

sprechend der physikalischen Anordnung der Baugruppen geplant

+HP01-S10

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Baugruppenanfangsadresse

Baugruppenanfangsadresse- jede Baugruppe besitzt eine Anfangsadresse- bei Digitalbaugruppen werden jeweils 8 E/A-Bits zu einem Byte zusammengefaßt und

pro Baugruppe gibt es meist mehrere solcher E/A-Bytes- diese besitzen die Relativadresse 0, 1, 2,...- erhält die Baugruppe nun die Anfangsadresse 16 , so erhalten die E/A-Bytes die Adressen 16, 17, 18, ...- bei Analogbaugruppen werden die Analogsignale (Spannungen, Ströme) Kanäle genannt, die jeweils 2

Byte beanspruchen.- somit belegen Baugruppen mit 2, 4, 8 oder 16 Kanälen 4, 8, 16 oder 32 Bytes Adressbereich- Digitalbaugruppen werden adressmäßig im Prozessabbild angeordnet und somit automatisch durch die

CPU aktualisiert

+HP01-S10

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Diagnoseadresse

Diagnoseadresse- entsprechend ausgelegte Baugruppen können Diagnosedaten liefern- bei Baugruppen mit einer Nutzdatenadresse können die Diagnosedaten über diese gelesen werden- ansonsten erhält die Baugruppe eine Adresse im Peripherie-Eingangsbereich, die ein Byte lang ist

- Diagnosedaten können mit speziellen Systemfunktionen gelesen werden

+HP01-S10

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Aufbau des Automatisierungssystems S7Operandenbereiche (Nutzdatenbereich)

Nutzdatenbereich- bei Signalbaugruppen: digitale oder analoge Ein- bzw. Ausgangssignale

- bei Funktions- und Kommunikationsbaugruppen: Steuer- bzw. Statusinformationen

• Peripherie-Eingänge (PE)- Operandenbereich PE wird benutzt, wenn von den Eingabebaugruppen Werte aus dem Nutzdatenbe-

reich gelesen werden.- ein Teil des Operandenbereiches PE führt auf das Prozessabbild, dieser Teil fängt immer mit der

Adresse 0 an, die Länge ist CPU-spezifisch- alle Baugruppen können direkt gelesen werden

• Peripherie-Ausgänge (PA)- Operandenbereich PA wird benutzt, wenn Werte zum Nutzdatenbereich einer Ausgabebaugruppe ge-

schrieben werden- ein Teil des Operandenbereiches PA führt auf das Prozessabbild, dieser Teil fängt immer mit der

Adresse 0 an, die Länge ist CPU-spezifisch- alle Baugruppen können direkt geschrieben werden

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Prozessabbild- enthält das Abbild der Digitaleingabe- und Digitalausgabe-Baugruppen- das Eingangsprozessabbild wird über den Operandenbereich E angesprochen- das Ausgangsprozessabbild wird über den Operandenbereich A angesprochen- das Prozessabbild kann in Teilprozessabbilder aufgeteilt werden

• Eingänge- ein Eingang ist das Abbild des entsprechenden Bits auf der Digitaleingabe-Baugruppe- Eingänge können bitweise abgefragt werden, Peripheriebits können nicht direkt adressiert werden- das Abfragen eines Einganges geht wesentlich schneller vor sich als das Ansprechen einer Eingabe-

baugruppe- der Signalzustand eines Eingangs ist während des gesamten Programmzyklusses konstant- Eingänge können auch gesetzt und rückgesetzt werden, da sie in einem Schreib-/Lesespeicher abge-

legt sind• Ausgänge

- ein Ausgang stellt das Abbild des entsprechenden Bits auf der Digitalausgabe-Baugruppe dar- Ausgänge können bitweise gesetzt und rückgesetzt werden, Peripheriebits können nicht direkt

adressiert werden- das Setzen eines Ausganges geht wesentlich schneller als das Ansprechen einer Ausgabebaugruppe- ein mehrfacher Wechsel des Signalzustandes während eines Programmzyklusses wirkt sich nicht

auf das Bit auf der Baugruppe aus- Ausgänge können auch abgefragt werden, da sie sich in einem Schreib-/Lesespeicher befinden

Aufbau des Automatisierungssystems S7Operandenbereiche (Prozessabbild)

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Merker- Merker sind spezielle Speicherzellen im Systemspeicher der CPU

- die Anzahl der Merker ist CPU-spezifisch- Merker werden verwendet, um Zwischenergebnisse über Bausteingrenzen hinweg verfügbar zu haben

• remanente Merker

• Taktmerker

- ein Teil der Merker kann „remanent“ eingestellt werden- diese behalten ihre Informationen auch im spannungslosen Zustand- die Remanenz beginnt immer mit dem Merkerbyte 0 und endet an der eingestellten Obergrenze

- periodische Signale können mit Zeitfunktionen (Taktgeber), Weckalarmen (zeitgesteuerteProgrammbearbeitung oder mit Taktmerkern realisiert werden

- Taktmerker sind Merker, deren Signalzustand sich periodisch in einem - Puls-Pausen-Verhältnis 1:1 ändert

Aufbau des Automatisierungssystems S7Operandenbereiche (Merker)

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Programmiersoftware STEP7Komponenten

Komponenten

- Basispaket enthält die Programmiersprachen

Anweisungsliste (AWL) Kontaktplan (KOP) Funktionsplan (FUP)

- als Option gibt es außerdem

Structured Control Language (SCL) Ablaufkettenprojektierung (GRAPH) Zustandsgraph (HiGraph)

- das Softwarepaket PCS7 verfügt noch über die Projektierungswerkzeuge

Sequential Function Chart (SFC) Continuous Function Chart (CFC)

Autorisierung

- ist zum Betreiben von STEP7 notwendig- wird auf einer Diskette geliefert und lässt sich auch wieder deinstallieren

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SIMATIC-Manager- ist das zentrale Werkzeug in STEP7

- ein Projekt-Assistent hilft beim Anlegen eines neuen Projektes

- ein Projekt enthält die gesamte Anlage

- eine Station entspricht einem Automatisierungssystem (eine CPU)

Programmiersoftware STEP7SIMATIC_Manager

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Programmiersoftware STEP7Beispiel für den SIMATIC_Manager

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SIMATIC-Manager- ist das zentrale Werkzeug in STEP7

- ein Projekt-Assistent hilft beim Anlegen eines neuen Projektes

- ein Projekt enthält die gesamte Anlage

- eine Station entspricht einem Automatisierungssystem (eine CPU)

- die CPU enthält das S7-Programm

- in dem Behälter „Bausteine“ befinden sich u.a. die übersetzten Quellen

- ein Projekt kann mehrere Stationen enthalten, die durch ein Subnetz miteinander verbunden sind

- die STEP 7-Objekte sind durch eine Baumstruktur miteinander verbunden

Programmiersoftware STEP7SIMATIC_Manager II

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Programmiersoftware STEP7Objekthierarchie in einem STEP-7-Projekt

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SIMATIC-Manager- ist das zentrale Werkzeug in STEP7

- ein Projekt-Assistent hilft beim Anlegen eines neuen Projektes

- ein Projekt enthält die gesamte Anlage

- eine Station entspricht einem Automatisierungssystem (eine CPU)

- die CPU enthält das S7-Programm

- in dem Behälter „Bausteine“ befinden sich u.a. die übersetzten Quellen

- ein Projekt kann mehrere Stationen enthalten, die durch ein Subnetz miteinander verbunden sind

- die STEP 7-Objekte sind durch eine Baumstruktur miteinander verbunden

- der SIMATIC-Manager unterscheidet die

offline-Ansichthier stehen alle Objekte zur Verfügung, die sich im Programmiergerät auf der Festplatte befinden

online-Ansicht befindet sich des Projekt in der online-Ansicht, werden die Objekte angezeigt, die sich auf dem Zielgerät befinden; d.h. die in Abb. kursiv gedruckten Objekte werden nicht angezeigt

Programmiersoftware STEP7SIMATIC_Manager III

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Projekte

sie dienen der geordneten Ablage aller Daten und Programme- Konfigurationsdaten über den Hardwareaufbau- Parametrierdaten für die Baugruppen- Projektierungsdaten für die Kommunikation über Netze

- die Programme (Code und Daten, Symbolik, Quellen)

Bibliotheken- dienen zur Ablage von wiederverwendbaren Programmkomponenten- Bibliotheken können hierarchisch gegliedert sein

• System Function Blocksenthält die Aufrufschnittstellen der in der CPU integrierten Systembausteine

• Communication Blocksenthält ladbare Funktionen für die Ansteuerung von CP-Baugruppen

• PID Control Blocksenthält ladbare Funktionsbausteine für Regelungsaufgaben

• Organization Blocksenthält die Vorlagen für die Organisationsbausteine (im wesentlichen die Variabelendeklarationfür die Startinformation)

Programmiersoftware STEP7SIMATIC_Manager IV

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Programmiersoftware STEP7SIMATIC_Manager Gesamtübersicht

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Projekt anlegenin der Regel wird ein Projekt mit Hilfe des STEP 7 Assistenten angelegt

Station konfigurieren

- mit der Hardware-Konfiguration wird der Hardware-Aufbau des Automatisierungssystems geplant

- die Baugruppen werden hier angeordnet, adressiert und parametriert- mit Station → Konsistenz prüfen wird die Fehlerfreiheit geprüft- mit dem Übersetzen der Konfigurationstabelle werden die Konfigurationsdaten im Objekt Systemdaten

des Offline-Behälters Bausteine abgelegt und können mit Zielsystem → Laden in Baugruppe zur ange-schlossenen CPU übertragen werden

- das Objekt Systemdaten im Online-Behälters Bausteine repräsentiert die aktuellen Konfigurationsda-ten auf der CPU

• Hardwarekataloger enthält alle verfügbaren Baugruppenträger, Baugruppen und Schnittstellenmodule

• Konfigurationstabellezeigt die Steckplätze mit den darin angeordneten Baugruppen deren Bestellnummer und die Adressen

Programmiersoftware STEP7Hardware konfigurieren

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Netz projektieren

- Grundlage der Kommunikation ist die Vernetzung der S7-Stationen- den Kommunikationsschnittstellen der entsprechenden CPU- oder CP-Baugruppen werden Subnetze

zugeordnet- die Verbindungen -Kommunikationsbeziehungen zwischen diesen Baugruppen- werden in der Ver-

bindungstabelle mit der Netzprojektierung festgelegt- die Netzparameter anpassen

- die Widerspruchsfreiheit der Netzkonfiguration wird mit Netz → Konsistenz prüfen getestet- die übersetzten Verbindungsdaten sind ebenfalls Bestandteil der Systemdaten im Behälter Bausteine

Programmiersoftware STEP7Netzprojektierung

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S7-Programm erstellen• quellorientierte Programmerstellung

- es werden ein oder mehrere Programmquellen erstellt und im Behälter Quellen abgelegt- diese ASCII-Textdateien enthalten die Programmanweisungen für einen oder mehrere Bausteine- diese Quellen müssen übersetzt werden- die übersetzten Bausteine stehen dann im Behälter Bausteine

• inkrementale Programmerstellung- das Programm wird direkt bausteinweise eingegeben- die Syntax wird sofort überprüft- beim Speichern werden die Programme sofort übersetzt und im Behälter Bausteine abgelegt, d.h.

nur fehlerfreie Programme können abgespeichert werden

- Bausteine können direkt online in der CPU editiert werden

Programmiersoftware STEP7Programmerstellung I

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• Symboltabelle- in der Symboltabelle kann z.B. einem Operanden (absolute Adresse z.B. A 4.3) ein Name (symbo-

lische Adresse z.B. Zulaufventil) zugeordnet werden- symbolische Adressierung ist möglich für

Eingänge E, Ausgänge A, Peripherie-Eingänge PE und Peripherie-Ausgänge PA

Merker M, Zeitfunktionen T und Zählfunktionen Z

Codebausteine OB, FB, FC, SFC, SFB und Datenbausteine DB anwenderdefinierten Datentypen UDT

Variablentabellen VAT

- Symboltabellen können importiert und exportiert werden- weiterhin können Attribute eingestellt werden, die Verwendung finden bei

Bedienen und Beobachten für die Überwachung mit WinCC

Meldeprojektierung

Kommunikationsprojektierung

Programmiersoftware STEP7Programmerstellung II

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- quellorientierte Programmierung mit symbolischer Adressierung wird empfohlen, da z.B.bei jeder Übersetzung neue absolute Adressen vergeben werden können

• AWL-Programmeditor- dient zur Erstellung von Anwenderprogrammen in den Programmiersprachen AWL, KOP und FUP

- der Bausteinschutz „KNOW_HOW_PROTECT“ ist nur bei der quellorientierten Programmer-stellung möglich

Programmiersoftware STEP7AWL-Programmeditor

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• SCL-Programmeditor- ist Optionssoftware, gehört also nicht zur Grundausstattung des SIMATIC-Managers- in einer SCL-Quelle können bereits übersetzte Bausteine aufgerufen werden- aus einem übersetzten Baustein kann keine SCL-Quelle generiert werden

Programmiersoftware STEP7SCL-Programmeditor

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Online-Betrieb- um die mit einem „Engineering-System (ES)“ im Offline-Betrieb erstellten Programme in die

CPU zu übertragen, sind beide über die MPI-Schnittstelle miteinander zu verbinden- befinden sich mehrere CPU’s im MPI-Subnetz, müssen sie eindeutige Teilnehmer-

nummern (MPI-Adressen) bekommen; diese wird bei der Parametrierung vergeben- die MPI-Adresse einer CPU lässt sich ändern- MPI-Parameter bleiben beim Urlöschen erhalten

• Schutz des Anwenderprogramms- Anwenderprogramme lassen sich durch Passwort schützen (CPU abhängig)

- Kenntnis des Passwortes ermöglicht uneingeschränkten Zugriff

♦ Schutzstufe 1: Schlüsselschalterstellung- Schlüsselschalter befindet sich an der CPU- in den Stellungen RUN-P und STOP besteht uneingeschränkter Zugang zum Anwenderprogramm- in der Stellung RUN besteht nur lesender Zugriff

- die Schutzstufe RUN lässt sich durch die Option „Durch Passwort aufhebbar“ umgehen

♦ Schutzstufe 2: Schreibschutzunabhängig von der Schlüsselschalterstellung kann das Anwenderprogramm nur gelesen werden

♦ Schutzstufe 3: Schreib-/Leseschutzunabhängig von der Schlüsselschalterstellung besteht kein Zugriff auf des Anwenderprogramm

Programmiersoftware STEP7Online-Betrieb

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• CPU-Informationen♦ Hardware diagnostizieren

- Übersicht über die gestörten Baugruppen- ausführliche Diagnoseinformationen liefert die Hardware-Konfiguration in der Online-Ansicht

♦ Baugruppenzustand- Diagnosepuffer- Speicher (aktuelle Belegung von Arbeits- und Ladespeicher)- Zyklusdauer (Zykluszeit letzter, längster und kürzester Zyklus)- Zeitsystem (Eigenschaften der CPU-Uhr, Uhrensynchronisation, Betriebsstundenzähler)- Leistungsdaten (Speicherausbau, Größe der Operandenbereiche,

Anzahl der verfügbaren Bausteine, vorhandene SFC’s und SFB’s)- Kommunikation (Baudrate und Kommunikationsverbindungen)

♦ Betriebszustand

- es wird der aktuelle Betriebszustand der CPU angezeigt- dieser kann geändert werden

♦ UrlöschenUrlöschen der CPU im STOP-Zustand

Programmiersoftware STEP7CPU-Informationen I

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♦ Forcewerte anzeigen; Variablen beobachten

- in Abhängigkeit von eingestellten Triggerbedingungen werden die in einer Variablentabelle ste-henden Variablen beobachtet

- Variable können über die VAT aktualisiert (gesteuert) werden

- bei speziellen CPU’s können bestimmten Variablen feste Werte vorgegeben werden, dievom Anwenderprogramm nicht geändert werden können (forcen)

- mit Forcewerten können versehen werden

Eingänge E (Prozessabbild) Ausgänge A (Prozessabbild) Peripherieeingänge PE Peripherieausgänge PA

Merker M

Programmiersoftware STEP7CPU-Informationen II

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♦ Bausteine übertragen

• Bausteinhantierung

- bei einem RAM-Ladespeicher kann das gesamte Programm online geladen werden aberauch einzelne Bausteine können unter Berücksichtigung der Ladereihenfolge online geän-dert, gelöscht oder nachgeladen werden

- eine Zurückübertragung von SCL-Programmen von der CPU auf die Festplatte macht we-nig Sinn, da übersetzte Programme vom SCL-Editor nicht bearbeitet werden können

♦ Bausteine online ändernum einer Dateninkonsistenz vorzubeugen, sollten online geänderte Bausteine immer offline auf derFestplatte gespeichert werden

♦ Bausteine löschen

♦ Komprimieren

♦ Datenbausteine offline/online- die Datenoperanden in den Datenbausteinen besitzen einen Anfangswert und einen Aktualwert

- der Anfangswert wird in den Ladespeicher, der Aktualwert in den Arbeitsspeicher transferiert

- Programme ändern den Aktualwert

Programmiersoftware STEP7Bausteinhantierung

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Programm testen• Hardware diagnostizieren

• STOP-Ursache ermitteln

• Variablen beobachten

• Variablen forcen• Peripherieausgänge freischalten

• AWL-Programmstatus

• SCL-Programme testen

- einholen von Diagnoseinformationen der gestörten Baugruppe- ausführliche Informationen liefert die Online-Sicht der Hardware-Konfiguration

in den Diagnosepuffer trägt die CPU alle Meldungen ein, die als Stop-Ursache gelten bzw.Fehler, die dazu geführt haben

- Ausgabebaugruppen sind normalerweise im Stop-Zustand gesperrt- mit der Funktion PA freischalten und einer VAT können diese aber gesteuert werden

- ein in der CPU befindlicher Baustein wird im Online-Fenster des SIMATIC-Managers beobachtet- es werden die Operandenstati, das Verknüpfungsergebnis und die Registerbelegung angezeigt- durch Haltepunkte kann das Programm an jeder gewünschten Stelle angehalten und anschließend

schrittweise getestet werden

Programmiersoftware STEP7Programm testen

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SIMATIC S7-ProgrammProgrammbearbeitung

Das Gesamtprogramm einer Zentralbaugruppe (CPU) besteht aus dem Betriebssystem und dem Anwender-programm.

Betriebssystem- ist die Gesamtheit aller Anweisungen und Vereinbarungen geräteinterner Betriebsfunktionen- ist fester Bestandteil der CPU- kann vom Anwender nicht geändert werden

AnwenderprogrammGesamtheit aller vom Anwender programmierten Anweisungen und Vereinbarungen für die Signalver-arbeitung, durch die eine zu steuernde Anlage (Prozess) gemäß der Steuerungsaufgabe beeinflusst wird.

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SIMATIC S7-ProgrammProgrammbearbeitungsarten I

das Anwenderprogramm kann sich aus mehreren Programmteilen (Organisationsbausteinen) zusammenset-zen, die bestimmten Ereignissen (Anlauf des Automatisierungssystems, Alarm, Erkennen eines Programm-fehlers) zugeordnet sind

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- die Ereignisse sind in Prioritätsklassen eingeteilt- das Hauptprogramm, das von der CPU zyklisch bearbeitet wird, besitzt die niedrigste Priorität

und kann nach jeder Anweisung unterbrochen werden- jedem Ereignis ist ein Organisationsbaustein (OB) zugeordnet- tritt ein Ereignis ein, ruft des Betriebssystem den entsprechenden OB auf- ein OB ist ein Bestandteil des Anwenderprogramms und wird vom Anwender programmiert- vor Bearbeitung des Hauptprogramms durchläuft die S7 ein Anlaufprogramm- ein Anlauf wird durch Einschalten der Betriebsspannung, den Betriebsartenschalter oder durch Bedienung am

Programmiergerät ausgelöst- das Hauptprogramm steht im OB 1

- nach Abarbeitung des OB 1 verzweigt die CPU ins Betriebssystem und bearbeitet verschiede-ne Betriebssystemfunktionen (z.B. Prozessabbildaktualisierung)

- anschließend wird der OB 1 erneut gestartet- tritt ein Alarm oder Fehler auf, wird die Bearbeitung des aktuellen OB’s unterbrochen und

entsprechend der Prioritätsklassen die Bearbeitung fortgesetzt

SIMATIC S7-ProgrammProgrammbearbeitungsarten II

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Organisationsbaustein wird aufgerufen bei Prioritätvoreingestellt veränderbar

freier ZyklusOB 1

zyklischer Aufruf durch das Betriebs-system 1 nein

UhrzeitalarmeOB 10 bis OB 17

bei einer bestimmten Zeit oder in pe-riodischen Abständen (z.B. monat-lich)

2 2 bis 24

VerzögerungsalarmeOB 20 bis OB 23

nach einer einstellbaren Zeit, gesteu-ert durch das Anwenderprogramm 3 bis 4 2 bis 24

WeckalarmeOB 30 bis OB 38

periodisch in einstellbaren Zeitinter-vallen (z.B. alle 100 ms) 7 bis 15 2 bis 24

ProzessalarmeOB 40 bis OB 47

Alarmsignale von Peripheriebaugrup-pen 16 bis 23 2 bis 24

MehrprozessoralarmOB 60

ereignisgesteuert durch das Anwen-derprogramm im Mehrprozessorbe-trieb

25 nein

RedundanzfehlerOB 70,

OB 72

Redundanzverlust durch Peripherie-fehlerCPU-Redundanz-Fehler

25

28

2 bis 26

2 bis 28AsynchronfehlerOB 80OB81 bis OB84, 86, 87OB 85

Fehler, die nicht im Zusammenhangmit der Programmbearbeitung stehen(z.B. Zeitfehler, SV-Fehler, Diagno-sealarm, Ziehen/Stecken-Alarm,Baugruppenträger-/Stationsausfall

262626

262 bis 26

24 bis 26

HintergrundbearbeitungOB 90

wenn die Mindestzykluszeit nochnicht erreicht ist 29 nein

AnlaufOB 100, OB 101,OB 102

Anlauf des Automatisierungssystems27 nein

SynchronfehlerOB 121, OB 122

Fehler, die im Zusammenhang mit derProgrammbearbeitung stehen (z.B.Peripheriezugriffsfehler

Priorität des verursachendenOB‘s

SIMATIC S7-ProgrammOrganisationsbausteine

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- die Zeit zwischen zwei Starts des OB1 wird Zykluszeit genannt

SIMATIC S7-ProgrammZykluszeit

- ist eine Mindestzykluszeit projektiert, wird in der Zeit zwischen der tatsächlichen Zyk-luszeit und der Mindestzykluszeit der OB 90 (Hintergrundbearbeitung) aufgerufen

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Jede CPU hat eine für sie spezifische Anzahl an Einstellungen. Bei STEP7 sind folgende Parametrierungen möglich

SIMATIC S7-ProgrammCPU-Einstellungen I

AnlaufFestlegung der Anlaufart (Kaltstart, Neustart, Wiederanlauf); zeitliche Überwachung der Fertigmel-dungen bzw. des Parametrierens der Baugruppen; maximale Unterbrechungszeit, nach der noch einWiederanlauf möglich ist

Zyklus/Taktmerker

Zyklische Aktualisierung des Prozessabbildes ein-/ausschalten; Einstellung der Zyklusüberwa-chungszeit und der Mindestzykluszeit; prozentuale Zyklusbelastung durch Kommunikation; Num-mer des Taktmerkerbytes; Größe der Prozessabbilder

RemanenzAnzahl der remanenten Merkerbytes, Zeit- und Zählfunktionen; Festlegung der Remanenzbereichebei Datenbausteinen

Speicher

max. Anzahl an temporären Lokaldaten in den Prioritätsklassen (Organisationsbausteinen);max. Größe des L-Stacks und der Anzahl der Kommunikationsaufträge

Alarme

Einstellung der Priorität der Prozessalarme, Verzögerungsalarme, Asynchronfehler und Kommu-nikationsalarme

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UhrzeitalarmeEinstellung der Priorität; Festlegung des Startzeitpunktes und der Periodizität

WeckalarmeEinstellung der Priorität, des Zeittaktes und der Phasenverschiebung

Diagnose/Uhr

STOP-Ursache anzeigen; Art und Zeitintervall der Synchronisation der Uhr, Korrekturfaktor

Schutz

Einstellung der Schutzstufe; Festlegung eines Passwortes

Multicomputing

Festlegung der CPU-Nummer

Integrierte Peripherie

Aktivierung und Parametrierung der integrierten Peripherie

SIMATIC S7-ProgrammCPU-Einstellungen II

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SIMATIC S7-ProgrammBausteine (Bausteinarten) I

Ein Programm kann nach Belieben in einzelne Abschnitte aufgeteilt werden, wobei jeder Abschnittein abgeschlossener Programmteil sein soll

Ein solcher Programmteil, der auch Baustein genannt wird, ist ein durch Funktion,Struktur oder Verwendungszweck abgegrenzter Teil des Anwenderprogramms

AnwenderbausteineBausteine mit Anwenderprogramm und Anwenderdaten

• Organisationsbausteine OB

stellen die Schnittstelle zwischen Betriebssystem und Anwenderprogramm dar. Das Betriebssystemruft die OB’s bei bestimmten Ereignissen auf; das Hauptprogramm steht im OB 1; die anderen OB’shaben entsprechend ihres Aufrufereignisses andere Nummern

• Funktionsbausteine FB- sind Baustein „mit Gedächtnis“

- sie sind beim Aufruf über Bausteinparameter parametrierbar

- ein FB verfügt über einen ihm zugeordneten Datenbaustein (Instanz-Datenbaustein)

• Funktionen FC

- sind Bausteine „ohne Gedächtnis“- sie sind parametrierbar und liefern einen Rückgabewert (Funktionswert) an das aufrufende

Programm zurück- FC’s können neben dem Funktionswert noch andere Ausgangsparameter haben

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SIMATIC S7-ProgrammBausteine (Bausteinarten) II

• Datenbausteine DBenthalten die Daten des Programms

♦ Global-Datenbaustein„freier“ Datenbaustein, d.h. er ist keinem Codebaustein zugeordnet

♦ Instanz-Datenbaustein- ist fest einen Funktionsbaustein zugeordnet; in ihm sind die Aktualparameter und die stati-

schen Daten des FB’s gespeichert- die im FB deklarierten Variablen bestimmen die Struktur des Instanz-Datenbausteins

Systembausteinesind Bestandteil des Betriebssystems• Systemfunktionen SFC• Systemfunktionsbausteine SFB• Systemdatenbausteine SDB

machen wichtige Systemfunktionen (Handhabung der CPU-internen Uhr; Kommunikationsfunktionen)zugänglich

sie können vom Anwender nicht geändert werden

Standardbausteinesind fertige Bausteine, die mit STEP 7 geliefert werden (z.B. IEC-Funktionen)

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Codebausteine bestehen im wesentlichen aus

SIMATIC S7-ProgrammBausteine (Bausteinstruktur Codebaustein)

Bausteinkopf

Deklarationsteil Programmteil

Inkrementelle Programmierung Quellenorientierte Programmierung

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Datenbausteine gliedern sich in Bausteinkopf

Deklarationsteil Initialisierungsteil

SIMATIC S7-ProgrammBausteine (Bausteinstruktur Datenbaustein)

Inkrementelle Programmierung Quellenorientierte Programmierung

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absolute Adressierung- alle Variablen mit elementaren Datentyp lassen sich absolut adressieren- die Absolutadresse ergibt sich aus der Baugruppenadresse (Konfigurationstabelle) und dem

Anschluss des Signals an der Baugruppe

• Binärsignale- enthalten als Information 1 Bit- sind Eingangssignale der Digitaleingabebaugruppen bzw. Ausgangssignale von Digitalausgabe-

baugruppen

• Analogsignale- enthalten als Information 16 Bit- Analogsignale werden auf Analogeingabebaugruppen geführt, digitalisiert und der Steuerung

als 16 Bit breite Information angeboten bzw. werden 16 Bit Informationen ausgegeben und ineiner Analogausgabebaugruppe in einen Analogwert umgewandelt

SIMATIC S7-ProgrammVariablen-Adressierung (absolut) I

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- in STEP 7 gibt es 4 Informationsbreiten, die absolut adressiert werden können

• 1 Bit Datentyp BOOLder Datentyp BOOL wird durch ein Operandenkennzeichen, einer Bytenummer und – ge-trennt durch einen Punkt – einer Bitnummer adressiert, z.B. E3.6, A23.3, DB10.DBX2.0

• 8 Bit Datentyp BYTE oder ein anderer Datentyp mit 8 Bitsadressiert wird dieser Datentyp durch ein um ein B erweitertes Operandenkennzeichen und die Nummer des Bytes, z.B. EB4, AB5, DB11.DBB14

• 16 Bit Datentyp WORD oder ein anderer Datentyp mit 16 Bitsdie Adresse eines Wortes ergibt sich aus einem um ein W erweitertes Operandenkennzei-chen und die Nummer des niedrigeren Bytes, z.B. MW6, AW14, DB 20.DBW20

• 32 Bit Datentyp DWORD oder ein anderer Datentyp mit 32 Bitsdie Absolutadresse ergibt sich aus dem um ein D erweitertem Operandenkennzeichen und der Nummer des niedrigsten Bytes, z.B. ED4, MD32, DB24.DBD10

SIMATIC S7-ProgrammVariablen-Adressierung (absolut) II

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indirekte Adressierung

- die Adresse wird erst zur Laufzeit berechnet- die Adresse wird erst zur Laufzeit berechnet

SIMATIC S7-ProgrammVariablen-Adressierung (indirekt)

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Variablen symbolisch adressieren- wird anstelle der absoluten Adressierung verwendet- Name beginnt mit einem Buchstaben und kann bis zu 24 Zeichen lang sein

- dem symbolischen Namen muss eine absolute Adresse zugeordnet werden

• globale Symbole- sind in der Symboltabelle vereinbart- sind programmweit eindeutig

Datenbausteine und Codebausteine

Eingänge, Ausgänge, Peripherie-Eingänge und Peripherie-Ausgänge

Merker, Zeitfunktionen und Zählfunktionen

anwenderdefinierte Datentypen

Variablentabellen

- symbolische Namen können für

vergeben werden

• bausteinlokale Symbole- sind im Deklarationsteil des Bausteins festgelegt

- ihre Gültigkeit beschränkt sich auf den entsprechenden Baustein

SIMATIC S7-ProgrammVariablen-Adressierung (symbolisch)

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Realisierung zeitlicher Abläufe- Warte- und Überwachungszeiten- Messung einer Zeitspanne

- Bildung von Impulsen

folgende Zeitoperationen sind möglich:

• Starten einer Zeit- SI: Impulsbildung- SV: verlängerter Impuls- SE: Einschaltverzögerung

- SS: speichernde Einschaltverzögerung

- SA: speichernde Ausschaltverzögerung

• R: Rücksetzen einer Zeit• FR: Freigabe einer Zeit• Laden einer Zeit• U, UN, O, ON, X, XN: Signalzustandsabfrage einer Zeit, Verknüpfen des Ergebnisses

SIMATIC S7-ProgrammZeitfunktionen

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Starten einer Zeitfunktioneine Zeitfunktion startet (die Zeit läuft an), wenn das Verknüpfungsergebnis (VKE) vor der Start-operation wechselt

VKE 0 → 1: AusschaltverzögerungVKE 1 → 0: alle anderen Zeitfunktionen

SIMATIC S7-ProgrammZeitfunktionen (Start)

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22.04.2010

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Vorgabe der Zeitdauer

- die Zeitfunktion übernimmt beim Start den im AKKU1 stehenden Wert als Zeitdauer

- die Zeitdauer kann vorgegeben werden als• Konstante

• Variable

definierte Zahlenbereich geht von S5TIME#10ms bis S5TIME#2h46m30s

• Aufbau der Zeitdauer

SIMATIC S7-ProgrammZeitfunktionen (Zeitdauer)

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22.04.2010

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Zähler setzen

ein Zähler wird gesetzt, wenn das VKE vor der Setzoperation von „0“ nach „1“ wechselt

- Vorgabe des Zählwertes• Konstante• Variable

- Zählwert rücksetzen

- Vorwärtszählen

- Rückwärtszählen

- Freigeben einer Zählfunktion

mit dem Freigeben einer Zähloperation wird das Setzen und das Zählen auch ohne positi-ve Flanke vor einer entsprechenden Operation ausgeführt

SIMATIC S7-ProgrammZählfunktionen