Processamento de Valores Analógicos No SIMATIC S7-1200

Setor industrial, IA&DT

Documentação de treinamento SCE Página 1 de 34 Uso somente para sistemas de treinamento/P&D Módulo TIA Portal 010-050, edição 03/2013 ilimitado / © Siemens AG 2013. Todos os direitos reservados

SCE_PT_010-050_R1209_Processamento de valores analógicos no SIMATIC S7-1200

Módulo TIA Portal 010-050 Processamento de valores analógicos no SIMATIC S7-1200

Documentação de treinamento SCE

para a solução de automação universal

Totally Integrated Automation (TIA) Siemens Automation Cooperates with Education




Pacotes de instrutor SCE deste documento

SIMATIC S7-1200 AC/DC/RELAIS 6º "TIA Portal"

Nº de pedido: 6ES7214-1BE30-4AB3

SIMATIC S7-1200 DC/DC/DC 6º "TIA Portal"

Nº de pedido: 6ES7214-1AE30-4AB3

SIMATIC S7-SW para treinamento STEP 7 BASIC V11 Upgrade (para S7-1200) 6º "TIA Portal"

Nº de pedido: 6ES7822-0AA01-4YE0

Note que os pacotes de instrutor podem ser substituídos por pacotes atualizados. Um resumo dos pacotes SCE atualmente disponíveis pode ser encontrado em: siemens.com/sce/tp

Treinamentos avançados Para treinamentos avançados SCE Siemens, entre em contato com o parceiro SCE da sua região siemens.com/sce/contact

Outras informações sobre SCE siemens.com/sce

Nota sobre o uso

A documentação de treinamento para a solução de automação universal Totally Integrated Automation (TIA) foi elaborada para o programa "Siemens Automation Cooperates with Education (SCE)" especificamente para fins educacionais. A Siemens AG não assume nenhuma responsabilidade sobre o conteúdo. Este documento só pode ser utilizado para o treinamento inicial em produtos/sistemas da Siemens. Isto é, ele pode ser copiado em sua totalidade ou parcialmente e ser entregue aos alunos para uso durante o treinamento. A transmissão e reprodução deste documento, bem como a divulgação de seu conteúdo, são permitidas apenas para fins educacionais. As exceções demandam a aprovação por escrito do representante da Siemens AG: Sr. Roland Scheuerer [email protected]. As violações estão sujeitas a indenização por danos. Todos os direitos, inclusive da tradução, são reservados, particularmente para o caso de registro de patente ou marca registrada. A utilização em cursos para clientes industriais é expressamente proibida. O uso comercial dos documentos não é autorizado. Agradecemos à empresa Michael Dziallas Engineering e todas as pessoas pelo auxílio na elaboração deste documento.

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PÁGINA:

1. Prefácio ....................................................................................................................................................... 4

2. Notas sobre a programação do SIMATIC S7-1200 .................................................................................... 6

2.1 Sistema de automação SIMATIC S7-1200 ................................................................................................. 6

2.2 Software de programação STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) ...................................................... 6

3. Sinais analógicos ........................................................................................................................................ 7

4. Tipos de dados no SIMATIC S7-1200 ........................................................................................................ 8

5. Leitura/saída de valores analógicos ........................................................................................................... 9

5.1 Normalização dos valores analógicos ...................................................................................................... 10

6. Exemplo de monitoramento do nível de um tanque ................................................................................. 10

6.1 Programação do monitoramento do nível de preenchimento para o SIMATIC S7-1200 ........................ 11




1. Prefácio

O conteúdo do módulo SCE_PT_010-050 constitui a unidade de aprendizado 'Fundamentos da

programação CLP' e representa uma introdução rápida com relação à programação do SIMATIC

S7 1200 com o TIA Portal.

Meta de aprendizado:

Neste módulo, o leitor deverá aprender a programar um monitoramento de valor limite em um valor

analógico. O controlador (CLP) é um SIMATIC S7-1200 e o programa é criado com a ferramenta de

programação TIA Portal. O módulo apresenta os fundamentos e demonstra o procedimento com

base em um exemplo detalhado.

Pré-requisitos:

Para um bom entendimento desse módulo, é

necessário conhecimento sobre Windows

Fundamentos da programação de CLP's com o TIA Portal

(por exemplo, Modul_010-010_- Programação 'startup' do SIMATIC S7-1200 com TIA Portal

V11)

Fatores adicionais para

a programação CLP Módulo 30

Fundamentos da

programação CLP Módulo 10, módulo 20

PROFIBUS PROFINET Módulo 60 Módulo 70

AS-Interface Módulo 50

Tecnologia de

segurança Módulo 80

Tecnologia de

acionamento Módulo 100

Visualização do

processo (IHM) Módulo 90

Tecnologia de

sensores Módulo 110

Simulação do sistema

SIMIT Módulo 150

Outras linguagens de

programação Módulo 40




Hardware e software necessários

1 PC Pentium 4 com 1.7 GHz, 1 GB de RAM (XP) ou 2 GB de RAM (Vista), espaço livre em disco

de aprox. 2 GB

Sistema operacional Windows XP Professional SP3 / Windows 7 Professional / Windows 7

Enterprise / Windows 7 Ultimate / Windows 2003 Server R2 / Windows Server 2008 Premium

SP1, Business SP1, Ultimate SP1

2 Software STEP 7 Professional V11 SP1 (TIA Portal V11)

3 Conexão Ethernet entre o PC e o CLP 315F-2 PN/DP

4 CLP SIMATIC S7-1200, p.ex., CPU 1214C.

As entradas deverão ser executadas em um painel de controle.

3 Conexão Ethernet

1 PC

2 STEP 7 Professional

V11 (TIA Portal)

4 S7-1200 com

CPU 1214C




2. Notas sobre a programação do SIMATIC S7-1200

2.1 Sistema de automação SIMATIC S7-1200

O sistema de automação SIMATIC S7-1200 é um sistema de microcontrolador modular para as

faixas de baixa e média potência.

Existe uma ampla gama de módulos para a adaptação ideal em diferentes tarefas de automação.

O controlador S7 é composto de uma fonte de alimentação, uma CPU e módulos de entrada e de

saída para os sinais digitais e analógicos.

Eventualmente, também são aplicados módulos funcionais e de comunicação para tarefas

específicas, como por exemplo, o controle do motor de passo.

O controlador lógico programável (CLP) monitora e controla uma máquina ou um processo por meio

do software S7. No software S7, os módulos de Input/Output (I/O) são consultados através de

endereços de entrada (%I) e endereçados através de endereços de saída (%Q).

O sistema é programado com o software STEP 7.

2.2 Software de programação STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11)

O software STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) é a ferramenta de programação para os

sistemas de automação

- SIMATIC S7-1200

- SIMATIC S7-300

- SIMATIC S7-400

- SIMATIC WinAC

Com STEP 7 Professional V11, as seguintes funções podem ser usadas para a automação de um

sistema:

- configuração e parametrização do hardware

- estabelecimento da comunicação

- programação

- teste, startup e serviço com as funções de operação/diagnóstico

- documentação

- criação de telas para os SIMATIC Basic Panels com WinCC Basic integrado.

- com os pacotes WinCC avançado também é possível criar soluções de visualização para PCs e

outros painéis

Todas as funções são auxiliadas por uma Ajuda detalhada.




3. Sinais analógicos

Ao contrário de um sinal binário que pode registrar somente os dois estados de sinal "Tensão

presente +24V" e "Tensão ausente 0V", os sinais analógicos podem registrar qualquer quantidade

de valores dentro de uma determinada faixa. Um exemplo típico de um transmissor analógico é um

potenciômetro. Dependendo da posição do botão giratório, é possível ajustar a resistência até um

valor máximo.

Exemplos de variáveis analógicas na tecnologia de controle:

- Temperatura -50 ... +150°C

- Vazão 0 ... 200 l/min

- Rotação 500 ... 1500 rpm

- etc.

Estas variáveis são convertidas em tensões, correntes ou resistências elétricas com a ajuda de um

transdutor. Nos casos em que se deseja registrar, por exemplo, a rotação, a faixa de rotação de 500

a 1500 rpm pode ser convertida em uma faixa de tensão de 0 a +10 V através de um transdutor. Em

uma rotação medida de 865 rpm, o transdutor irá informar um valor de tensão de + 3,65 V.

365

1000 U/min

10V

10V: 1000 U/min = 0,01 V/U/min

365 U/min x 0,01 V/U/min = 3,65

0 V +10V

500 865 1500 U/min

Estas tensões, correntes e resistências elétricas são conectadas a um módulo analógico que

digitaliza este sinal.

Ao processar variáveis analógicas com um CLP, o valor lido de tensão, corrente ou resistência deve

ser convertido em uma informação digital. Esta conversão é denominada como conversão

analógica-digital (Conversão A/D). Isto significa que, por exemplo, o valor de tensão de 3,65 V é

armazenado como informação na forma de uma série de dígitos binários. Quanto mais dígitos

binários forem usados para a representação digital, mais precisa será a resolução. Se existisse

somente 1 bit disponível para a faixa de tensão de 0 a +10 V, só seria possível declarar se a tensão

medida encontra-se na faixa de 0 a +5 V ou na faixa de +5 V a +10 V. Com 2 bits, a faixa já pode ser

subdividida em 4 faixas individuais, ou seja, 0 a 2,5 / 2,5 a 5 / 5 a 7,5 / 7,5 a 10V. Os conversores

A/D convencionais da tecnologia de controle trabalham com 8 ou 11 bits.

Sendo assim, com 8 bits eles possuem 256 faixas individuais e com 11 bits uma resolução

correspondendo a 2048 faixas individuais.

11 Bit

10V: 2048 = 0,0048828

es können Spannungs-

unterschiede <5mV erkannt

werden0 2048

0A/0V 20mA/10V

10 V: 2048 = 0,0048828

é possível detectar diferenças de

tensão < 5 mV

0 A/0 V 20 mA/10 V

2048

11 bits

10 V: 1000 rpm = 0,01 V/rpm

365 rpm x 0,01 V/rpm = 3,65

1500 rpm

+10 V

1000 rpm

10 V




4. Tipos de dados no SIMATIC S7-1200

No SIMATIC S7-1200 existem diversos tipos diferentes de dados por meio dos quais é possível

representar diferentes formatos de números. A seguir é apresentada uma lista dos tipos de dados

elementares.

Tipo de dados

Tamanho (bit)

Faixa Exemplo de entrada constante

Bool 1 0 a 1 TRUE, FALSE, O, 1

Byte 8 16#00 a 16#FF 16#12, 16#AB

Word 16 16#0000 a 16#FFFF 16#ABCD, 16#0001

DWord 32 16#00000000 a 16#FFFFFFFF 16#02468ACE

Char 8 16#00 a 16#FF 'A', ‘r’, ‘@’

Sint 8 -128 a 127 123,-123

Int 16 -32.768 a 32.767 123, -123

Dint 32 -2.147.483.648 a 2.147.483.647 123, -123

USInt 8 0 a 255 123

Ulnt 16 0 a 65.535 123

UDInt 32 0 a 4.294.967.295 123

Real 32 +/-1,18 x 10 -38 a +/-3,40 x 10 38 123,456, -3,4, -1,2E+12, 3,4E-3

LReal 64 +/-2,23 x 10 -308 a +/-1,79 x 10 308 12345.123456789

-1.2E+40

Time 32 T#-24d_20h_31 m_23s_648ms a

T#24d_20h_31 m_23s_647ms

Salvo como: -2,147.483,648 ms a

+2,147,483,647 ms

T#5m_30s

5#-2d

T#1d_2h_15m_30x_45ms

String Variável 0 a 254 caracteres em tamanho de byte 'ABC'

Nota:

No processamento de valores analógicos, os tipos de dados 'INT' e 'REAL' desempenham um papel

importante, pois os valores analógicos lidos estão disponíveis como números inteiros no formato

'INT' e para o processamento posterior exato, devido ao erro de arredondamento no 'INT', só podem

ser usados números de vírgula flutuante 'REAL'.




5. Leitura/saída de valores analógicos

Os valores analógicos são lidos no CLP como informações no formado 'word'. O acesso a estas

palavras realiza-se, por exemplo, com os operandos:

%IW 64 Palavra de entrada analógica 64

%QW 80 Palavra de saída analógica 80

Cada valor analógico ("canal") ocupa uma palavra de entrada ou saída. O formato é 'Int' um número

inteiro integral.

O endereçamento das palavras de entrada ou saída orienta-se conforme o endereçamento na

visualização do dispositivo. Por exemplo:

O endereço da primeira entrada analógica seria aqui %IW 64, da segunda entrada analógica %IW

66 e da saída analógica %QW 80.

A transformação do valor analógico para o processamento posterior no CLP é igual tanto para as

entradas como para as saídas.

As faixas de valor digitalizadas apresentam o seguinte aspecto:

Frequentemente estes valores digitalizados ainda precisam ser normalizados para o correspondente

processamento posterior no CLP.

0 A/0 V 10 mA/5 V 20 mA/10 V Faixa nominal do valor analógico

Valor digitalizado para o

processamento posterior no C




5.1 Normalização dos valores analógicos

Quando um valor de entrada analógica estiver disponível com o valor digitalizado, geralmente ele

ainda precisa ser normalizado para que os valores numéricos correspondam às variáveis físicas do

processo.

Da mesma forma, geralmente a saída analógica realiza-se na palavra de saída periférica somente

após a normalização do valor de saída.

O programa STEP7 faz uso de operações de cálculo para a normalização.

Para que isto possa se realizar com a máxima precisão, os valores para normalização devem ser

convertidos para o tipo de dados REAL para que os erros de arredondamento sejam mínimos.

Nos capítulos a seguir é mostrado um exemplo com base no monitoramento do nível de um tanque.

6. Exemplo de monitoramento do nível de um tanque

Deverá ser programado o monitoramento de nível de um tanque.

Um sensor mede o nível de preenchimento de um tanque e o converte em um sinal de tensão de

0-10 V.

0 V correspondem a um nível de preenchimento de 100 litros e 10 V a um nível de preenchimento de

1000 litros.

Este sensor está conectado na primeira entrada analógica do SIMATIC S7-1200.

Este sinal deve ser lido e normalizado em uma função FC1.

Em seguida deverão ser programados o monitoramento e exibição do nível máximo admissível de

preenchimento de 990 litros e o monitoramento do nível mínimo admissível de preenchimento de

110 litros.

Lista de atribuição:

Endereço Símbolo Tipo de dados Comentário

%IW 64 AI_level_tank1 Int Entrada analógica do nível de preenchimento do

tanque1

%Q 0.0 Tank1_max Bool Exibição do nível de preenchimento > 990 litros

%Q 0.1 Tank1_min Bool Exibição do nível de preenchimento < 110 litros




6.1 Programação do monitoramento do nível de preenchimento para o SIMATIC

S7-1200

O gerenciamento do projeto e a programação realizam-se com o software 'Totally Integrated

Automation Portal'.

Aqui, em uma interface única, são criados, parametrizados e programados os componentes da

solução de automação, tais como controle, visualização e rede.

Ferramentas online estão disponíveis para o diagnóstico de erros.

Conforme os passos abaixo é possível criar um projeto para o SIMATIC S7-1200 e programar a

solução da tarefa:

1. A ferramenta central é o 'Totally Integrated Automation Portal', que é chamada aqui por meio

de um clique duplo. ( Totally Integrated Automation Portal V11)




2. Os programas para o SIMATIC S7-1200 são administrados em projetos. Um projeto é criado na

visualização do portal ( Create a new project tank_analog Create)




3. Então, são sugeridos os 'First steps' para a criação do projeto.

Primeiro, 'Configure a device'. ( First steps Configure a device)




4. Então iremos 'Add new device' com o nome de dispositivo "controller_tank". A partir do

catálogo, selecionamos a 'CPU1214C' com a referência correspondente. ( Add new device

controller_tank CPU1214C 6ES7 ……. Add)




5. O software altera automaticamente para a visualização do projeto com a configuração de

hardware aberta. Aqui é possível adicionar outros módulos a partir do catálogo de hardware (à

direita!). Deve ser adicionada a placa de sinal para a saída analógica a partir do catálogo por

meio e Arrastar&Soltar.

( Catlog Signal board AO1 x 12Bit 6ES7 232-… )




6. Além disto, em 'Device view' é possível controlar ou reconfigurar os endereços das

entradas/saídas. Aqui as entradas analógicas integradas da CPU possuem os endereços

%IW64 - %IW66 e as saídas digitais integradas os endereços %Q0.0 - %Q1.1

A saída analógica na placa de sinal possui o endereço %QW80




7. Para que o software acesse posteriormente a CPU correta, o respectivo endereço IP e máscara

de rede deverão ser configurados. ( Properties General PROFINET interface

Ethernet addresses IP address: 192.168.0.1 Subnet mask: 255.255.255.0)




8. Como na programação moderna não são usados endereços absolutos, mas sim variáveis

simbólicas, aqui é necessário definir as Variáveis globais do CLP.

Estas variáveis globais do CLP são nomes descritivos com comentário para todas as entradas

e saídas usadas no programa. Posteriormente, as variáveis globais do CLP poderão ser

acessadas através dos respectivos nomes durante a programação.

Estas variáveis globais podem ser usadas em todo o programa e em todos os blocos.

Para tal, na árvore do projeto, selecione 'controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC]’ e, em

seguida, 'PLC tags'. Abra a tabela 'PLC tags' com um clique duplo e insira ali os nomes para as

entradas e saídas conforme mostrado abaixo.

( controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC]' PLC tags Default tag table)




9. Para criar o bloco de função FC1, selecione o 'controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC]’ e, em

seguida, os 'Program blocks' na árvore do projeto. Clique duas vezes sobre 'Add new block'.

( controller_tank [CPU1214C DC/DC/DC]’ Program blocks Add new block)




10. Selecione a opção 'Function (FC)' e dê o nome 'supervision filling level tank1'. Como

linguagem de programação é predefinido o diagrama de blocos funcionais 'FBD'. A numeração

realiza-se automaticamente. Como esta FC1 é posteriormente chamada através do nome

simbólico, o número não é de grande importância. Aplique as entradas por meio de 'OK'. (

Function (FC1) supervision filling level tank1 FBD OK)




11. O bloco 'supervision filling level tank1[FC1]' é, então, automaticamente aberto. Antes de

poder gravar o programa, é necessário declarar a interface do bloco.

Na declaração da interface, são definidas as variáveis locais conhecidas somente neste bloco.

As variáveis subdividem-se em dois grupos:

Os parâmetros do bloco, que formam a interface do bloco para a chamada no programa.

Tipo Designação Função Disponível em

Parâmetros de entrada

Input Parâmetros cujos valores são lidos pelo bloco.

Funções, blocos de função e alguns tipos de blocos de organização

Parâmetros de saída Output Parâmetros cujos valores são gravados pelo bloco.

Funções e blocos de função

Parâmetros de transição

InOut

Parâmetros cujo valor é lido pelo bloco na chamada e no qual se realiza a gravação após o processamento.

Funções e blocos de função

Dados locais usados para o armazenamento de resultados intermediários.

Tipo Designação Função Disponível em

Dados locais temporários

Temp

Variáveis usadas para o armazenamento de resultados intermediários temporários. Os dados temporários são mantidos somente durante um ciclo.

Funções, blocos de função e blocos de organização

Dados locais estáticos Static

Variáveis usadas para o armazenamento de resultados intermediários estáticos no bloco de dados de instância. Os dados estáticos são mantidos até nova gravação, inclusive ao longo de diversos ciclos.

Blocos de função




12. Na declaração das variáveis locais, no nosso exemplo são necessárias as seguintes variáveis.

Input:

tank_level_AI Aqui é lido o valor analógico do sensor de nível de preenchimento

Output:

tank_max Aqui é gravado o estado da indicação de máximo para a saída

tank_min Aqui é gravado o estado da indicação de mínimo para a saída

Temp:

tank_level_real Esta variável é necessária para o armazenamento de um valor intermediário

tank_level_norm Aqui é normalizado um valor para o nível de preenchimento disponibilizado

no formato de vírgula flutuante na faixa de 100-1000 litros.

Particularmente importante neste exemplo é o uso dos tipos de dados corretos, caso contrário estes

não serão compatíveis com as funções de conversão usadas no programa a seguir.

Para uma melhor compreensão, todas as variáveis locais devem ser acompanhadas de um

comentário.




13. Após as variáveis locais terem sido declaradas, o programa pode ser inserido usando-se os

nomes das variáveis. (As variáveis são identificadas pelo símbolo '#'.) Para este exemplo, o

aspecto no FBD será o seguinte.

Programa no diagrama de blocos funcionais (FBD):




Programa no diagrama ladder (LD):




14. Em seguida, são selecionadas as 'Properties' do bloco de processamento cíclico 'Main[OB1]'.

As propriedades dos blocos podem ser alteradas. ( Properties Main[OB1])




15. Nas propriedades, selecione a 'Language' de programação diagrama de blocos funcionais

'FBD'.

( FBD OK)




16. O bloco "supervision filling level tank1 [FC1]" deve, então, ser chamado a partir do bloco de

programa Main[OB1]. Caso contrário, o bloco não será processado. Abra este bloco com um

clique duplo sobre 'Main [OB1]'. ( Main [OB1] )




17. O bloco "supervision filling level tank1 [FC1]" poderá, então, ser movido por meio de simples

Arrastar&Soltar para a rede 1 do bloco Main [OB1]. Não se esqueça de comentar na Network

no bloco Main [OB1] também. ( supervision filling level tank1 [FC1])




18. No OB1, as variáveis de entrada e as variáveis de saída são conectadas com as variáveis CLP

aqui mostradas. O projeto é salvo por meio de um clique com o mouse em .

( "AI_LEVEL_TANK1" "TANK1_MAX" "TANK1_MAX" )




19. Para carregar o seu programa completo na CPU, primeiro selecione a pasta 'controller_tank' e

clique, em seguida, no símbolo Download to device. ( controller_tank )




20. Caso a interface PG/PC ainda não tiver sido definida, aparecerá uma janela onde isto poderá

ser realizado. ( PG/PC interface for loading Load)




21. Clique, então, novamente em 'Load'. Durante o carregamento, o status é exibido em uma

janela.

( Load)

22. O carregamento bem-sucedido será exibido em uma janela. Clique, então, com o mouse em

'Finish'. ( Finish)




23. Inicie a CPU com um clique do mouse sobre o símbolo . ( )

24. Confirme a pergunta se você deseja realmente iniciar a CPU com 'OK'. ( OK)




25. Com um clique do mouse sobre o símbolo "Monitoring on/off", é possível observar o estado

das variáveis durante o teste do programa. ( supervision filling level tank1 [FC1] )

Processamento de Valores Analógicos No SIMATIC S7-1200

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