LISTA DE FIGURAS FIGURAS E TABEL TABELAS AS Figura 1 – Parametrização do OB10 ....................................................................................................................... 8 Figura 2 – Lógica de OB10 para o exemplo ............................................................................................................ 9 Figura 3 – Lógica de OB1 para o exemplo .............................................................................................................. 9 Figura 4 – Atualização de data e hora ....................................................................................................................10 Figura 5 – Visualização de data e hora...................................................................................................................10 Figura 6 – Programação de SFC 28 e 30 no OB1 ...................................................................................................13 Figura 7 – Programação do Bloco OB10 para interrupção com SFC’s ........................................ ....................... ......................................... ............................13 ....13 Time criado em um DB.....................................................................................13 Figura 8 – Dado do tipo t ipo Date And Time Figura 9 – Chamada da interrupção de atraso de tempo com o SFC32 no OB1 .......................................................14 ................................. ......................14 Figura 10 – Lógica da interrupção do OB20 ..........................................................................................................14 Figura 11 – Parametrização Parametrização do OB35 no HW config ..............................................................................................15 Figura 12 – Exemplo para o uso da interrupção com OB35 .................................... .................. ......................................... ............................................ .........................16 ....16 Figura 13 – Lógica para interrupção para OB40 .....................................................................................................16 Figura 14 – Configuração da interrupção para entrada analógica ............................................................................17 Figura 15 - Caminho para uma Warm Restart ........................................................................................................19 Figura 16 – Comando para uma Warm Restart ........................................................................................................19 ......................................................................................................19 Figura 17 – Caminho para a criação de blocos no STEP-7 .....................................................................................21 Figura 18 – Criação do Bloco de Dados .................................................................................................................22 Figura 19 – Criação de memórias memórias auxiliares usando um DB global ........................................................... .................................... ....................................22 .............22 Figura 20 – Uso de bits do bloco de dados dados DB ..................................... .................... ............................................ ............................................... .......................................23 ...................23 Figura 21 – Criação de um DB instance ................................................................................................................24 Figura 22 – Configuração de um FB instance ........................................................................................................25 Figura 23 – Uso do FB instance para partida direta de motores ..............................................................................26 Figura 24 – Declaração de Variáveis para FB multi-instance ..................................................................................27 Figura 25 – Declaração das variáveis STAT para um FB multi-instance .................................................................28 Figura 26 – Chamada de um FB multi-instance em OB1 ........................................................................................28 Figura 27 – Configuração de um bloco FC ............................................................................................................29 Figura 28 – Uso do FC para partida de motores .....................................................................................................29 Figura 29 – Declaração de variáveis em uma UDT ................................................................................................30 Figura 30 – Declaração de uma UDT num DB global ............................................................................................31 Figura 31 – Endereçamento da UDT no DB global ................................................................................................31 Figura 32 – Endereçamento da UDT no DB global ................................................................................................32 Figura 33 – Exemplo de um sensor ........................................................................................................................33 Figura 34 – Função de um transdutor.....................................................................................................................34 Figura 35 – Bloco Scale FC105 .............................................................................................................................35 Figura 36 – Bloco Unscale FC106 .........................................................................................................................36 Figura 37 – Comando Rewire ................................................................................................................................38 Figura 38 – Relatório gerado pelo comando rewire ................................................................................................39 Figura 39 – Hierarquia de equipamentos equipamentos na rede Profibus ............................................ ....................... ......................................... ..........................................40 ......................40 Figura faixa aplicação dasprotocolos redes de campo redes ......................................... .................... ............................................ .......................................42 ................42 Figura 40 41 –– Profibus Camadasede Refede Referência rência para os Profibus ........................................ ................... ............................................ ....................................43 .............43 Figura 42 – Topologia da rede Profibus PA ...........................................................................................................44 Figura 43 – Conectores da rede Profibus PA ..........................................................................................................44 Figura 44 – Topologias para rede Profibus PA .......................................................................................................45 Figura 45 – Níveis de sinal da rede Profibus PA ....................................................................................................46 Figura 46 – Parâmetros de um bloco Profibus PA ..................................................................................................47 Figura 47 – Topologia de rede Profibus DP ...........................................................................................................48 Figura 48 – Conectores e terminadores Profibus DP ..............................................................................................49 Figura 49 – Arquitetura de rede Profibus DP .........................................................................................................49 Figura 50 – Acoplador DP-PA ..............................................................................................................................50 Figura 51 – Link DP/PA ........................................................................................................................................50 Figura 52 – Profibus e Ethernet TCP/IP. ................................................................................................................51 Figura 53 – Criação de Estações para Rede MPI ....................................................................................................53 Figura 54 – Configuração de endereço MPI das CPU’s ..........................................................................................54 Figura 55 – Inserção das CPU’s na rede MPI .........................................................................................................55 da tabela de troca DP de dados da dos ......................................... ....................... ......................................... ............................................... ............................55 ....55 Figura 56 57 – Configuração Estrutura de uma rede Profibus .....................................................................................................57 Figura 58 – Ciclo de tempo de um sistema sistema mono mestre Profibus DP ........................................ ....................... ......................................... ............................58 ....58 Figura 59 – Alguns escravos DP’s disponíveis .......................................................................................................59
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Figura 60 – Resistor de terminação da rede Profibus ..............................................................................................60 Figura 61 – Ativação do resistor pelo conector DP.................................................................................................60 Figura 62 – Configurando uma rede Profibus mono-mestre mono-mestre....................................................................................61 ....................................................................................61 Figura 63 – Inserção de módulos DP escravos .......................................................................................................62 Figura 64 – Análise de erros e falhas nos módulos escravos DP com O OB86 B86 ......................................... ........................ ....................................62 ...................62 Figura 65 – Instalação de novos módulos DP (Arquivos GSD)...............................................................................63 Figura 66 – Habilitação do Memory Card Card no no SIMATIC Manager ..........................................................................64 Figura 67 – Comandos de arquivo e restauração de projetos no cartão de memória memória ................... .................................... ..............................65 .............65 Tabela 21 – Tipos BlocosdedeDados Organização OB ................................................................................................................... Elementares no Step 7 .................................................................................................115 Tabela 3 – Tipos de Dados Complexos no Step 7...................................................................................................12 Tabela 4 – Resolução e Representação do Valor Medido .......................................................................................34 Tabela 5 – Fontes de Alimentação Padrão para Profibus PA ..................................................................................46 Tabela 6 – Comprimento Comprimento Máximo do Cabo para Profibus PA ......................................... .................... ............................................ .......................................46 ................46 Tabela 7 – Velocidade da Rede DP em Função do Comprimento Comprimento .......................................... ........................ ......................................... .................................48 ..........48
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LISTA SIGLAS CPU – Central Process Unit Unit CLP – Controlador Lógico Programável DP – Decentrallised Periphery Periphery PA – Process Automation Automation FMS – Fieldbus Message Specification Specification ASI – Actuator – Actuator Sensor Interface MPI – Multi Point Interface HMI – Human-M Human-Machine achine Interaction Interaction STL – Statement List List FBD – Function Block Diagram Diagram LAD – Diagram Ladder FB – Function Block (Bloco Block (Bloco de Função) FC – Function Function (F (Função) unção) DB – Data Block (Bloco Block (Bloco de Dados) OB – Organization Block Block VAT – Variable Table (Tabela Table (Tabela de Monitoramento de Variáveis Variáveis)) UDT – User Define Table (Tabela de variáveis definida pelo usuário) GD – Global Data ADC – Analog – Analog Digital Digital Converter DAC – Digital Analog Converter RAM – Random Access Memory Memory ROM – Read Only Memory
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SUMÁRIO I – REVISÃO REVISÃO DE BLOCOS DE DADOS DADOS E FUNÇÕES NO STEP-7 STEP-7 ................... .................................... ............................................ ............................... 5 1.1 – – BLOCOS DE ORGANIZAÇÃO OB ................................................................................................................... 5 1.2 – – BLOCOS DE FUNÇÃO FB E FC ....................................................................................................................21 1.3 – – BLOCO DE DADOS DB E PROGRAMAÇÃO ORIENTADA .................................................................................22 1.4 – – BLOCO DE DADOS DEFINIDO PELO USUÁRIO – UDT....................................................................................30
II – MÓDULOS MÓDULOS DE ENTRADA ENTRADA E SAÍDA ANALÓGICOS ANALÓGICOS ....................................................... ................................ ............................................ ......................33 .33 2.1 – – FUNÇÃO ESCALE – FC105 .........................................................................................................................35 2.2 – – FUNÇÃO U NSCALE – FC106 .......................................................................................................................36 III – COMANDO REWIRE ...............................................................................................................................38 IV – REDES MPI E PROFIBUS PROFIBUS ........................................ ................... ............................................ ......................................... ...................................... .......................................40 ...................40 4.1 – – CARACTERÍSTICAS DAS R EDES EDES PROFIBUS ...................................................................................................42 4.2 – – CARACTERÍSTICAS DA R EDE EDE MPI ...............................................................................................................51 4.3 – – CONFIGURANDO A R EDE EDE PROFIBUS DP .......................................................................................................57
V – USO DA MEMORY CARD .........................................................................................................................64 VI – REFERÊNCIAS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁ BIBLIOGRÁFICAS FICAS ..................................... .................... ............................................ ............................................... .......................................66 ...................66 VII – ANEXO 1: MONITORA MONITORANDO NDO ESTAÇÕES ESTAÇÕES EM REDE MPI .................................... .................. ......................................... ..............................67 .......67
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I – Revisão de Blocos de Dados e Funções no Step-7 No Step-7 é possível organizar o programa por blocos que podem ser chamados no programa principal. O próprio programa principal é um bloco que é executado ciclicamente (OB1). Esta forma de estrutura de programa possibilita que o usuário crie sua próprias estruturas de dados (DB’s) e funções (FC’s e FB’s).
1.1 – Blocos de Organização OB
Os blocos de organização OB’s fazem a interface do sistema operacional com o programa de usuário. Os diversos blocos de organização possuem funções específicas. Um programa de usuário é composto pelo menos pelo bloco de organização OB1, este é responsável pela varredura cíclica de memória de imagem de entradas, saídas e do processamento p rocessamento do programa do usuário. A seguir apresentam-se alguns blocos de organização mais utilizados. OB1: Execução cíclica do programa; p rograma; OB100: Acionado quando a CPU é ligada ou quando passa de STOP para RUN , zera todas as memórias (temporizadores, contadores, retentivas, plihas). OB101: Acionado quando a CPU de STOP para RUN , zerando todas parcialmente as memórias (temporizadores, contadores, retentivas, pilhas). Esta opção é possível nas CPU’s do S7-400. OB10: de data e hora.a partir de OB20: Interrupção Interrupção programada após um tempo decorrido d e um evento com uso do SFC32. OB35. Interrupção cíclica programada quando CPU passa de Stop-Run. S top-Run. Um bloco de organização só pode ser acessado pelo próprio sistema operacional, não podendo portanto, ser chamado por outro OB, ou seja, é o proprio sistema operacional ddaa CP CPU U que define a prioridade para execução dos blocos. Por exemplo o OB1 tem o menor nível de prioridade de execução. Na TAB.1 abaixo, tem-se a lista de prioridades para execução dos blocos de organização. organização. Tabela 1 – Blocos de Organização OB Tipo de Bloco de Classe de Para maiores detalhes Interrupção Organização Prioridade Fixa consulte o Help do S7 Varredura do OB1 1 C yclic Organization Block for Cyclic programa principal Interrupções de OB10 to OB17 datas programadas
2
Interrupções de OB20 tempo condicional a OB21 partir do SFC32. OB22 OB23 Interrupções OB30 cíclicas OB31 programadas. OB32 OB33 OB34 OB35 OB36 OB37
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
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Program Processing (OB1) (OB1) Time-of-Day Interrupt Organization Blocks (OB10 to OB17) OB17) Time-Delay Interrupt Organization Blocks (OB20 to OB23) OB23) Organization on Cyclic Interrupt Organizati Blocks (OB30 to OB38) OB38)
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Interrupções de Hardware
Interrupção de módulos escravos na rede DP Interrupções de erros de processamento (síncrono) Interrupções de ciclo nos módulos DP
OB38 OB40 OB41 OB42 OB43 OB44 OB45
15 16 17 18 19 20 21
OB46 OB47 OB 55 OB 56 OB 57 OB60
22 23 2 2 2 25
OB 61 25 OB 62 OB 63 OB 64 Erros de redudância OB70 I/O 25 em redes H System Redundancy Error 28 OB72 CPU Redundancy Error Erros Assíncronos OB80 Time Error 25 (ou 28 se o erro OB81 Power assíncrono é na Supply Error OB82 Diagnostic inicialização do bloco OB do Interrupt Interrupt programa) OB83 Insert/Remove Module Interrupt Interrupt OB84 CPU Hardware Fault Fault OB 85 Program Cycle Error Failure OB86 Rack Failure OB87 Communication Error Tempo de Scan OB90 29 Interrupções de Restart
Erros Síncronos
OB100 Restart (Warm start) OB101 Hot Restart OB102 Cold Restart OB121 Programming Error
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27 27 27 Prioridade para o OB que causou o
Hardware Interrupt Organization Blocks (OB40 to OB47) OB47)
Devices Programming DPV1 Devices Multicomputing - S Synch ynchronous ronous Operation of Several CPUs CPUs Configuring Short and EqualLength Process Reaction Times on PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP "Error Handling Organization Blocks (OB70 to OB87 / OB121 to OB122)" OB122)" Error Handling Organization Blocks (OB70 to OB87 / OB121 to OB122) OB122)
Background Organization Block (OB90) (OB90) Startup Organization Blocks (OB100/OB101/OB102) (OB100/OB101/OB102) Error Handling Organization Blocks (OB70 to OB87 / OB121 Página 6
OB122 Access Error
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erro
OB122) to OB122)
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Serão apresentados a seguir alguns blocos e aplicações. A – Bloco OB10 á OB17 São blocos de organização executados quando a data e tempo programados são atingidos e, podem a partir ddaquele aquele instante ser repetido repetidoss ddee forma f orma cíclica. Os usos destes blocos são feitos de duas formas: A.1 - Usando o comando de propriedades da CPU na configuração de hardware. HW Config (duplo click) CPU Time of Day Interrupts
A FIG.1 ilustra a janela aberta e seus respectivos campos de para parametrização. É importante salientar que as CPU´s do S7-300 só apresentam um bloco de interrupção de data e tempo, no caso o OB10, já as CPU’s S7-400 podem ter até oito blocos deste tipo, do OB10 á OB17.
Figura 1 – Parametrização do OB10 No campo Execution, pode-se parametrizar se o bloco será cíclico e qual sua periodicidade. per iodicidade. É importante ressaltar que as CPU´s S7-300 só apresentam um destes blocos, o OB10, enquanto que as CPU’s S7-400 podem apresentar até 8 destes blocos, do OB10 ao OB17. A seguir tem-se uma lista com os períodos de repetição possíveis. None: Nenhuma vez; Once:Apenas uma vez;
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Every week : Todas as semanas; Every minute: Todos os minutos; Every hour : Todas as horas; Every day: Todos os dias; Every month: Todos os meses; End of month: No fim do mês; Every year : Todos os anos.
Uma vez parametrizado o bloco, pode-se escrever o programa no bloco OB10 para que o mesmo seja executado. No exemplo da FIG.2 e FIG.3, uma saída será ligada e desligada por cinco segundos, de minuto em minuto a partir da data e hora programada. O primeiro passo é inserir o bloco OB10, como mostrado a seguir. Insert New Blocks OB10 Blocks Insert
Figura 2 – Lógica de OB10 para o exemplo
Figura 3 – Lógica de OB1 para o exemplo
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Agora, abra o bloco OB10 e insira a lógica desejada. Após carregar o programa, certifiquese que a data e hora da CPU do do CLP estão corretas. Para sincroniza-lás com a de seu PC/PG, siga os passos da FIG.4 e FIG.5.
Figura 4 – Atualização Atu alização de data e hora
Figura 5 – Visualização de data e hora
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O comando Apply, visto na FIG.5, atualiza a data e hora da CPU do do CLP conforme a do PC/PG. A interrupção só será executada após um Restart completo na CPU. Este tópico será abordado em um capítulo a parte deste d este trabalho. A.2 - Usando os Blocos de Função do Sistema SFC 28 a 31. A interrupção de data e hora programada é implementada através dos seguintes SFC’s:
SFC 28: Parametriza a data, hora e periodicidade da interrupção; SFC29: Cancela a interrupção; SFC30: Inicia a interrupção; SFC31: Visualiza parâmetros da d a interrupção.
Será utilizado o exemplo do item A.1 para ilustrar o uso dos SFC’s neste tipo de interrupção. Antes, porém, será revisado o formato de alguns tipos de dados usados no Step 7 na TAB.2 e TAB.3. Tabela 2 – Tipos de Dados Elementares no Step 7
Tipo do Dado Bool Byte Word Dword Char S5Time Int Dint Real Time Date Time of day
Descrição Binário Binário Binário Binário Código ASCII Tempo até 999s Nº inteiro Nº duplo inteiro Nº real Tempo no formato IEC Data Hora do dia
1 8 16 32 8 16 16 32 32 32 16 32
Dimensão (em bits)
Exemplo
1 ou 0 B#16#0A W#16#001A D#16#0000001A ‘a’ S5T#10s_200ms 123 65539 ou L# -1 1.2 ou 3.45E-12 T#2D_1H_45S_12MS D#2007_04_02 TOD#13:18:45.12
As estruturas de dados do tipo complexo auxiliam no desenvolvimento de programas estruturados com orientação a objeto, onde o usuário pode criar seus próprios blocos e receitas, aumentando a flexibilidade na programação, onde os blocos devem ser apenas parametrizados e instanciados. O assunto será visto com mais detalhes no estudo dos DB’s, DB’ s, FB’s, FC’s e UDT’s.
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Tabela 3 – Tipos de Dados Complexos no Step 7
Tipo do Dado
Descrição
Date_And_Time Data e Horário String Conjunto de no máximo 254 caracteres. Array Grupo de elementos mesmo tipo Struct Grupo de elementos de tipos diferentes
UDT
Dimensão (em bits) 64 8x (número de caracteres + 2) Definido pelo usuário Definido pelo usuário
Estrutura de dados Definido pelo complexos e usuário elementares definido pelo usuário.
Exemplo DT#2007-04-02-13: DT#2007-04-02-13:18:45.12 18:45.12 ‘SIEMENS’ Bits: ARRAY[0..9] BOOL Motor: STRUCT Velocidade: INT Corrente: REAL END_STRUCT Como Bloco Como Array STRUCT Drive: Vel: INT ARRAY[1..4] Cor: REAL UDT1 END_ STRUCT
Agora, pode serblocos. feito o exemplo A.1 com o uso dos SFC’s 28 e 30. A FIG.6 ilustra a parametrização destes
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Figura 6 – Programação de SFC 28 e 30 no OB1 Observam-se na FIG.6 os seguintes campos a serem parametrizados no SFC28 e SFC30: OB_NR: Número do OB para interrupção. SDT: Set Date Time , onde deverá ser criado num DB uma variável complexa do tipo Date And Time. PERIOD: Periodicidade em que a interrupção será executada, sendo: W#16#0000: Apenas uma vez;
W#16#0201: os horas; minutos; W#16#0401: Todos Todas as W#16#1202: Todas as semanas; W#16#1401: Todos os meses; W#16#1801: Todos os anos; W#16#2001: Todos os fins de mês.
RET_VAL: Retorna códigos de erro, sendo: 0000: Nenhum erro ocorrido; 8090: Bloco OB parametrizado errado; 8091: Erro no formato ou valor de SDT; 8092: Parâmetro incorreto em PERIOD; 80A1: O tempo para início do bloco b loco se passou.
A FIG.7 ilustra a programação do bloco OB10 para o exemplo de programação de interrupção de data e hora usando os SFC’s.
Figura 7 – Programação do Bloco OB10 para interrupção com SFC’s A FIG.8 ilustra o dado do tipo Date And Time criado no DB2.
Figura 8 – Dado do tipo Date And Time Time criado em um DB
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B – Bloco OB20 á OB23 São blocos de organização que são executados após uma determinada condição ser habilitada com certo atraso de tempo. Estes OB’s são executados após a chamada dos seguintes SFC’s: SFC32: Parametriza o OB20; SFC33: Cancela a interrupção; SFC33: Visualiza os estados da interrupção.
As CPU´s S7-300 só apresentam um destes blocos, o OB20, enquanto que as CPU’s S7400 podem apresentar até 4 destes blocos, do OB20 ao OB23. Os atrasos de tempo programados são de 1ms a 60000ms. A FIG.9 ilustra a parametrização do SFC32 em uma aplicação onde se deseja que a saída Q4.0 ligue após 10s da ocorrência de um pulso na entrada I0.0, a entrada I0.1 desliga a saída.
Figura 9 – Chamada da interrupção de atraso de tempo com o SFC32 no OB1
Figura 10 – Lógica da interrupção do OB20 É importante observar os seguintes parâmetros no bloco SF32: OB_NR: Número do bloco de d e interrupção; D_TIME: Atraso de tempo a ser programado conforme formato IEC;
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SING: Número do bit da d a palavra de entrada onde ocorre a transição de estado. e stado.
C – Bloco OB30 à OB38 São blocos de organização que são executados após uma determinada condição ser habilitada com certo atraso de tempo, sendo executado de forma cíclica. Estes OB’s são parametrizados nas propriedades da CPU no HW Config Config. HW Config (duplo click) CPU Cyclic Interrupts In terrupts
Nas CPU´s S7-300 estão disponíveis apenas o OB35 para programação deste tipo de interrupção, sendo que que no S7-400 ex existem istem disponível do OB30 ao OB38. A FIG.11 ilustra a parametrização do OB35 de acordo acordo com os passos acima. acima.
Figura 11 – Parametrizaçã P arametrizaçãoo do OB35 no HW config config Utilizando como exemplo ligar-se uma saída por dois segundos, em intervalos de cíclicos de cinco em cinco segundos, a lógica de programação dos blocos OB35 e OB1 são representados respectivamente na FIG.12.
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Figura 12 – Exempl E xemploo para o uuso so da interrupção com OB35 D – Bloco OB40 à OB47 Os blocos OB40 à OB47 são ativos quando ocorre algum erro no hardware do CLP, como cartões de entrada e saída, sejam eles analógicos ou digitais, módulos CP’s ou FMS’s. O tipo t ipo da interrupção é programada nos respectivos módulos no HW Config.
Figura 13 – Lógica para interrupção para OB40
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Na FIG.13 é mostrada uma lógica lógica de interrupção de hardware em OB40 e OB1. Na FIG.14 é mostrada a configuração para para erro num módulo de entrada analógico. Num capítulo apropriado apropriado será abordada a configuração em detalhes destes módulos. Nesta figura, um limite máximo de tensão de 9V na entrada foi estabelecido, na ocorrência deste limite ser ultrapassado, o bloco OB40 é chamado e uma saída é acionada para interromper o sinal na respectiva entrada.
Figura 14 – Configuração da interrupção para entrada analógica Nas CPU´s S7-300 estão disponíveis apenas o OB40 para programação deste tipo de interrupção, sendo que no no S7-400 existem disponív disponível el do OB40 ao OB47. E – Bloco OB55 à OB57 São blocos de interrupção executados a partir p artir de eventos ocorridos nos módulos escravos DP, sendo eles: - OB55: É executado quando o módulo escravo DP passa do estado STOP para RUN ; - OB56: É executado quando um módulo DP é atualizado. Por exemplo, se um resultado lógico estiver ocorrendo enquanto o cartão é reconfigura reconfigurado, do, é gerada uuma ma interrupção; - OB57: Interrupções específicas do fabricante de um módulo DP.
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F – Bloco OB80 à OB87 Erros assíncronos estão relacionados a exceder tempos de processamento pré-estabelecidos no programa de usuário. Na ocorrência destes erros os blocos de interrupção OB80 à OB87 podem ser executados. Os erros assíncronos que podem ocasionar a chamada de um destes blocos são: - Tempo máximo de ciclo foi excedido; - As interrupções de Hora e Data foram saltadas; - Tempo muito longo ao executar um bloco de interrupção. No S7-300 está disponível em sua CPU apenas o OB80, sendo que nas CP CPU’s U’s S7-400 são possíveis o uso dos OB’s 80 a 87. G – Bloco OB100 à OB102 Estes OB’s são executados na ocorrência de um Restart na CPU. Existem três destes blocos, sendo que as CPU’s do S7-300 só possu possuem em o OB 100, os OB101 e 102 são encontrados somente no S7-400. Os CLP’s da família S7 têm capacidade de executar 3 três tipos de reinicialização, sendo elas: - Cold Restart : Neste modo de reinicialização as áreas de memória de imagem de entradas, saídas, temporizadores, contadores, memórias M, DB’s, retentivos ou não, são apagadas. O programa inicializa a partir da primeira linha após após a atualização dos estados das entradas e saídas (PII e PIQ). - Warm Restart : Neste modo de reinicialização as áreas de memória de imagem de entradas e saídas, temporizadores, contadores, memórias M, DB’s, não retentivos, são apagadas. O programa inicializa a partir da primeira linha após após a atualização dos estados das entradas e saídas (PII e PIQ). - Hot Restart : Neste modo de reinicialização as áreas de memória de imagem de entradas e saídas, temporizadores, contadores, memórias M, DB’s, são mantidas. O programa inicializa a partir da linha onde ocasionou a parada da CPU, após a atualização a tualização do doss estados das entradas e saídas (PII e PIQ). Nas CPU’s S7-300 o Warm Restart pode pode ser executado de forma fo rma manual mudando a chave na mesma das posições MRES para RUN. Uma forma automática de executá-lo e através do comando visto nas FIG.15 e 16.
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Figura 15 - Caminho para uma Warm Restart
Figura 16 – Comando para uma Warm Restart
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Um Cold Restart pode pode ser conseguido manualmente no S7-400 pela colocação da chave da CPU na posição CRST. Para Warm Restart é é necessário passar a chave de CRST para RUN ou RUN-P. Um Hot Restart nestas nestas CPU’s é realizada parametrizando um bit na mesma, que a partir de uma falta de energia ou passagem da chave de WRST para RUN ou RUN-P realizará a reinicialização a quente. - Na ocorrência de um Warm-Restart , a interrupção OB100 será executada. - Caso ocorra um Hot Restart, o OB101 será executado. - E na ocorrência de um Cold Restart , é o OB102 que será executado. H – Bloco OB121 e OB122 O bloco OB121 é executado na ocorrência de erros de programação, como: - Endereços de temporizadores e contadores não existem; - Chamadas de blocos FC’s e FB’s não existem. Já o OB122 é executado quando a CPU não encontra ou não consegue acessar o endereço de módulo de entrada e saída.
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1.2 – Blocos de Função FB e FC O particionamento e a estrutura do programa podem ser realizados a partir do Bloco de Função - FB e Função - FC. Um bloco de função FB é um bloco de programa acompanhado de uma memória. Esta memória esta atribuída a um bloco de dados do tipo instance. Neste bloco são armazenadas as variáveis e seus valores. Existem dois tipos de FB’s, o modelo instance e o multi-instance, nas seções seguintes será visto suas diferenças e modos de programação. Uma função FC é um bloco de programa sem memória própria, ou seja, os valores das variáveis criadas são apagados após o seu uso, isto porque o bloco utiliza como auxílio à pilha local de memória. A FIG.17 ilustra o caminho para criação dos blocos e funções no STEP-7 . Blocks (botão direito) Insert Insert new object Data Block , ou Function, ou Function Block , ou object Data Organization Block
Figura 17 – Caminho para a criação de blocos no STEP-7 Abrirá uma janela, onde se deve clicar em OK para criar o bloco, no caso da FIG.18 um DB.
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Figura 18 – Criação do Bloco de d e Dados
1.3 – Bloco de Dados DB e Programação Orientada São blocos destinados a guardar dados do programa p rograma do usuário e aumentar a capacidade de recursos de programação. Os blocos de dados são disponíveis em dois tipos: Bloco de Dados Global (Shared ): É um DB que pode ser acessado em qualquer parte do programa (FB’s, FC’s, OB’s). Como o número de memórias Maker’s é limitado, uma maneira de se contar com um número maior deste recurso é a criação de uma matriz de memórias auxiliares. Veja FIG.19, nela é ilustrada a criação de 2 bytes b ytes de memória através através de um DB global.
Figura 19 – Criação de memórias auxiliares usando um DB global A FIG.20 ilustra o uso de um bit criado a partir do bloco de dados da FIG.19.
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Figura 20 – Uso de bits do bloco de dados DB Para utilização de bytes, words ou double words do DB é utilizado o seguinte formato: Byte: DB2.DBB 0
Word: DB2.DBW 0 Double Word: DB2.DBD 0
Bloco de Dados Local ( Instance Instance): Está atribuído ao uso de um FB. É neste tipo de bloco DB que serão armazenados os dados de uma função FB. O DB criado também pode ser multiinstance, sendo neste caso utilizado para vários FB’s. A criação deste DB segue os mesmos passos do anterior. Deve-se, porém configurá-lo como Instance DB, veja FIG.21.
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Figura 21 – Criação de um DB instance Com a utilização dos FC’s e FB’s, têm-se a possibilidade em criar-se blocos de programa orientados, não sendo necessário mais a repetição de lógicas. Uma vez que o usuário pode elaborar um bloco que executa sempre uma mesma função, esta poderá ser usada quantas vezes ele precisar. Esta programação orientada é possível utilizando FB’s instance e multi-instace e FC’s. A seguir serão mostrados alguns exemplos deste tipo de programação para cada bloco citado acima. A FIG.21 ilustra o uso de um FB e a configuração de seu respectivo DB. Neste exemplo deseja-se criar um bloco para partida direta de motores trifásicos que estão montados em um CCM (Centro de Controle de Motores). Na FIG.23 ilustra-se a chamada do bloco FB criado na FIG.22. Na F FIG.23 IG.23 a função FB1 é utilizada para partida do motor 1 associado ao DB1 e o motor 2 associado ao DB2. Os FB’s criado na FIG.22 é do tipo instance, ou seja, o DB associado a ele só pode ser usado por ele. Em outras palavras, a cada FB que for criado é necessário criar-se um novo DB, desta forma a alocação de memória nem sempre é eficiente. Uma forma de se otimizar a alocação de memória é utilizar o formato de FB’s multiinstances, onde um FB faz a chamada de outro usando o mesmo Bloco de Dados.
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Figura 22 – Configuração de um FB instance
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Figura 23 – Uso do FB instance para partida direta de motores
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Para criar um FB multi-instance, é necessário a criação de d e pelo menos 2 FB’s, onde em um um deles é criado as variáveis do tipo STAT (estáticas), que armazenam seus dados em um local apropriado do DB instance e, no outro é criado a estrutura de programação orientada a objeto ou a outra parte do programa. A FIG.24 ilustra a declaração das variáveis locais dentro do FB2, onde será criada a lógica para o exemplo da partida de motores.
Figura 24 – Declaração de Variáveis para FB multi-instance Após a declaração destas variáveis, no outro FB criado, FB1 no caso, declara-se o Bloco de Função anterior como uma variável do tipo STAT e faz-se a chamada de todos os motores que se deseja fazer a partida direta. A FIG.25 ilustra este passo. É importante observar, a que ao criar-se o bloco FB2 como STAT, imediatamente tem-se uma estrutura multi-instance criada. A chamada destes blocos em FB1 é feita no catalogo nos arquivos Multi-Instance, onde o bloco Partida já se encontra. A FIG.25 ilustra esta e sta observação.
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Figura 25 – Declaração das variáveis STAT para um FB multi-instance Para finalizar a chamada de um bloco multi-instance, faz-se necessário fazer a chamada de FB1 no bloco principal do programa OB1com seu DB associado. A FIG.26 ilustra esta declaração.
Figura 26 – Chamada de um FB multi-instance em OB1
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Na FIG.27 está ilustrada a co config nfiguração uração de uma u ma FC que executa a mesma função dos FB’s instance e multi-instance para o exemplo de uma partida direta de motor.
Figura 27 – Config Configuração uração de um bloco FC Na FIG.65 está ilustrado o uso de FC1 no bloco de organização organização principal OB1.
Figura 28 – Uso do FC para partida de motores
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1.4 – Bloco de Dados Definido pelo Usuário – UDT Os UDT’s são blocos b locos de dados em que o uusuário suário define um formato fixo de como os dados serão apresentados. O primeiro passo para o uso de um UDT é a sua criação, para isso utiliza-se o comando abaixo: Blocks (botão direito) Insert Insert new object Data Data Type Type Com a UDT criada, o passo seguinte é abri-la e inserir a estrutura de dados conforme a necessidade do usuário. A FIG.29 ilustra a inserção de uma estrutura de dados definida para o armazenamento de dados de placa de um motor.
Figura 29 – Declaração de variáveis em uma UDT Com a UDT declarada, agora pode-se utilizá-la associada a tipo de dado complexo de um DB shared , podendo ser usada repetida vezes ou, como um DB of type, que é um DB local para a UDT. É importante lembrar que uma UDT é um formato de uma variável complexa, por isso a alocação de memória para sua utilização u tilização num programa é feito por Bloco de Dados. A FIG.30 ilustra a declaração da UDT criada anteriormente num DB shared . Nesta figura foi criado uma matriz de 10 UDT’s para guardar os dados de placa de 10 motores. Na FIG.31 tem-se o endereço de cada uma das variáveis criadas.
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Figura 30 – Declaração de uma UDT num DB global
Figura 31 – Endereçamento da UDT no DB global
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Se uma UDT for utilizada apenas uma vez no programa ou, é uma grupo de variáveis local, pode-se utilizar um DB of type para para seu uso. A FIG.32 ilustra o endereçamento da UDT no DB of type.
Figura 32 – Endereçamento da UDT no DB global
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II – Módulos de Entrada e Saída Analógicos A faixa de endereçamentos analógicos no S7-300 vai de 256 a 766, sendo que o mesmo depende da posição do cartão no rack . No S7-400 este endereço é flexivel, dependendo somente da escolha do programador, porém numa estrutura de endereçamento fixa para este CLP, o endereço inicial seria 512 e o último 1532. de entrada ou saída analógico 2 bytes memória, sendo possíveis catõesCada com ponto no máximo 8 pontos de entrada ou 4 ocupa de saída. Assimdecomo no endereçamento de pontos digitais, os endereços de analógicos se referem aos bytes utilizados. Por exemplo, se estiver instalado no slot 0 0 do rack 0 0 um cartão de 8 entradas analógicas e, no slot 1 1 da mesmo rack uma uma cartão de saída analógico, o endereçamento dos mesmos ficam: Slot 0 – Cartão de Entrada Analógico: PIW256 à PIW270. Slot 1 – Cartão de Saída Analógico: PQW272 à PQW278. Um cartão de entrada analógico é necessário quando os sinais de controle da processo não são do tipo ON/OFF . Neste caso, valores intermediários da variável é de fundamental importância para o ccorreto orreto ffuncionamento uncionamento do processo. Os dispositivos que recebem estes sinais são chamados sensores, que convertem os sinais de outras grandezas físicas (temperatura, pressão, vazão, nível, etc), em sinais elétricos de tensão, corrente ou resistência, veja FIG.33. Geralmente estes sinais elétricos não possuem potência para excitar a entrada de uma cartão analógico, portanto são necessários circuito acondicionadores de sinal que amplificam e filtram possíveis ruídos. Quando os acondicionadores de sinal possuem uma saída padronizada (1 - 5Vcc, 4 – 20mA, -10Vcc - +10Vcc, 0 – 1mA, ete), estes recebem o nome de transmissores, caso contrário são conhecidos com trandutores. A FIG.34 ilustra a função destes elementos.. Como o CLP é uma equipamento de processamento digital, digital, é necessário que ocorra uma conversão analógica-digital deste sinal para que a CPU possa trabalhar com estes valares. Os conversores A/D (Analógicos-Digitais) dos cartões na família S7, entregam como resultado um valor de -27648 a +27648 do fundo de escala do transmissor.
Figura 33 – Exemplo de um u m sensor
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Figura 34 – Função de um u m transdutor Os conversores A/D nos CLP’s S7 utilizam 16 bits para seu funcionamento, porém nem todos os bit’s são usados para conversão. O bit mais siginificativo, por exemplo, é utilizado para sinal. Os cartões analógicos são especificados segundo sua resolução, que é a quantidade de bits usado na conversão. Encontra-se comercialmente cartões de 8 a 15 bit’s. A TAB.4 mostra como estão distribuídos os bits de convesão e sinal segundo a resolução do cartão. Tabela 4 – Resolução e Representação do Valor Medido
Em alguns casos é necessário que o sinal de controle para o atuador seja também analógico. Por exemplo no controle de vazão de um fluido a abertura da válvula é proporcional a um valor de comando em tensão ou corrente nela aplicada. Portanto um sinal ON/OFF , , não permitirá que a válvula fique em posições de abertura intermediárias, para que isso ocorra é necessário que o CLP envie ao comando co mando da válvula um sinal analógico.
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O CLP envia sinais analógicos de comando através de cartões com conversores DigitaisAnalógicos (D/A). Como nos cartões de d e entrada analógica, os cartões de saída analógica também são especificados conforme a resolução (8 a 15 bit’s), natureza da grandeza elétrica (tensão ou corrente) e nível da mesma (0 – 10Vcc, 4 – 20 mA, -10Vcc - +10Vcc, etc). O valor a ser convertido pelo cartão para a gran grandeza deza analógica é de -27648 a +27648. Os valores da conversão analógica, tanto de entrada como de saída, podem ser usados e representados nos formatos inteiro ou hexadecimal.
2.1 – Função Escale – FC105 Visando facilitar o trabalho com grandezas analógicas de entrada a SIEMENS elaborou uma função, FC105, que permite trabalhar com a medida de uma grandeza diretamente. Por exemplo, supondo que deseja-se trabalhar com a medição de nível de um tanque de 10m de altura e, para isso utiliza-se um transmissor de 0 a 10Vcc, ou seja, quando o valor da tensão for de 10Vcc, o nível do reservatório está em 10m. Porém o valor mostrado no CLP será de +27648 e não 10 m. Para que se possa interpretar diretamente a medida do nível em metros no CLP faz se o uso da função citada acima. Na FIG.35 função é:está ilustrada o uso do FC105 para o exemplo acima. O caminho para encontrar essa OB1 (Catalog ) Libraries Libraries Standard Library TI-S7 Converting Blocks
Figura 35 – Bloco Scale FC105
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No bloco da FIG.35 são mostrados mostrados os seguintes campos a serem endereçados: endereçados: IN: Endereço da entrada anal analógica ógica que se deseja a esca escala; la; HI-LIM: Fundo de escala para a entrada em questão; LO-LIM: Início da escala para a entrada em questão; BIPOLAR: Endereço de troca de d e polaridade, no caso de se config configurar urar um cartão bipolar; RET-VAL: Enderço onde será informado códigos de erro durante a conversão; OUT: Endereço onde seanalógica. deseja visualizar ou utilizar a variável de acordo com os valores da grandeza física na entrada
2.2 – Função Unscale – FC106 Para que o CLP envie um sinal de controle analógico para dispositivos externos é necessário enviar para o cartão de saída um valor compreendido entre -27648 a +27648. Por exemplo, se a abertura de 100% de uma válvula ocorrer quando em seu comando for aplicado 10vcc, significa que o CLP deverá enviar um valor de +27648 para o endereço do cartão de saída. Para evitar que se realize diversas operações aritméticas, a SIEMENS criou uma função, FC106, para estabelecer o valor da saída analógica conforme o range de saída da variável. Para o exemplo da Oabertura válvula, citado é mostrado na FIG.36 a configuração deste bloco. caminhodapara inserção destaanteriormente, funçao é: OB1 (Catalog) Libraries Libraries Standard Library TI-S7 Converting Blocks
Figura 36 – Bloco Unscale FC106
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No bloco da FIG.36 são mostrados mostrados os seguintes campos a serem endereçados: endereçados: IN: Endereço da variável calculada no CLP no formato padronizado, por exemplo de 0 a 100%; HI-LIM: Fundo de escala para a saída em questão; LO-LIM: Início da escala para a saída em questão; BIPOLAR: Endereço de troca dinformado e polaridade, no caso de sedurante config configurar urar um cartão bipolar; RET-VAL: Enderço onde será de códigos de erro a conversão; OUT: Endereço de saída onde o nde se deseja enviar o valor de d e comando no formato de -27648 a +27648.
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III – Comando Rewire Este comando é de grande utilidade na manutenção, pois permite substituir pontos de entrada e saída defeituosos num cartão por pontos não utilizados no cartão que estejam em perfeito estado. A troca de endereços é feita em todos os blocos de programa (OB’s, FC’s, FB’s). Por exemplo, imagine quee afuncionando. entrada I0.5,Uma onde está conectado um sensor, está com édefeito e, ao entrada I1.7 está livre maneira rápida de realizar a manutenção conectar sensor na entrada I1.7 e substituir com o comando rewire os endereços I0.5 por I1.7. A FIG.37 ilustra a substituição deste en endereços. dereços. Para acessar o coman comando, do, execute: Blocks (botão direito) Rewiring Rewiring
Figura 37 – Comando Rewire Outra forma de executar esta substituição é através do endereçamento simbólico. Para verificar as trocas de endereço nos blocos, abra o arquivo report ao fim da substituição. A FIG.38 ilustra o relatório gerado após o uso do comando.
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Figura 38 – Relatório gerado pelo comando rewire
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IV – Redes MPI e PROFIBUS Os dispositivos da família SIMATIC S7 e S5 podem ser interligados numa rede de comunicação conforme uma hierarquia hierarquia de comunicação. A FIG.39 ilustra as conex conexões ões possíveis conforme o nível e os tipos de dispositivos interligados. Profibus, PROcess FIeld BUs, é hoje uma das Standards de rede mais empregados no mundo. rede foi concebida a partir de 1987 ematravés uma iniciativa de incorporada fabricantes, usuários Esta e do govern governo o alemão. A rede está padronizada da normaconjunta DIN 19245 na norma Europea Cenelec EN 50170. A rede MPI, Multi Point Interface, é uma rede proprietária e só interliga equipamentos da SIEMENS. Está rede funciona a nível de célula interligando CPU’s, PC’s e PG’s.
Figura 39 – Hierarquia de equipamentos na rede Profibus A rede Profibus é na verdade uma família de três redes ou commu communication nication profiles. A - Profibus DP (Distributed Peripherals) Esta rede é especializada na comunicação entre sistemas de automação e periféricos distribuídos. B - Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) É uma rede de grande capacidade para comunicação de dispositivos inteligente tais como computadores, CLPS ou outros sistemas inteligentes que impõem alta demanda de transmissão de dados. FMS vem perdendo espaço para a rede Ethernet TCP/IP. C – Profibus PA (Process Automation) É uma rede para a interligação de instrumentos analógicos de campo tais como transmissores de pressão, vazão, temperatura, etc. Esta rede possui uma grande fatia do mercado de barramentos de campo geralmen geralmente te chamados de filedbus.
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A FIG.40 ilustra a faixa de aplicação de cada rede conforme sua aplicação no campo.
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Figura 40 – Profibus e faixa de aplicação das redes de campo
4.1 – Características das Redes Profibus Profibus é uma rede multimestres. A especificação fieldbus distingue dois tipos de dispositivos:
Dispositivos Mestre: Um mestre é capaz de enviar mensagem independente de solicitações externas quando tiver a posse do token. São também chamados de estações ativas. Dispositivos Escravos: Não possuem direito de acesso ao barramento e podem apenas confirmar o recebimento de mensagens ou responder a uma mensagem enviada por um mestre. São também chamadas de estações passivas. Sua implementação é mais simples e barata b arata do que a dos mestres. Existem atualmente três physical profiles que definem os métodos de transmissão disponíveis para o Profibus: RS-485 para aplicações gerais da automação da manufatura. IEC 1158-2 para uso na automação de processos Fibra ótica para maior imunidade a ruído e maiores distâncias. Existem pesquisas para se usar o Profibus sobre uma rede Ethernet 10Mbps ou 100 Mbps. Na FIG. 41 estão ilustradas as camadas de aplicação que cada tipo de rede Profibus implementa em protocolo de comunicação.
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Figura 41 – Camadas de Referência para os protocolos Profibus O protocolo DP utiliza as camadas 1 e 2 e a camada de usuário. Esta arquitetura otimizada assegura uma transmissão de dados eficiente e rápida. A Switch FMS possui apenas as camadas 1, 2 e 7. A camada 7 corresponde ao Fieldbus Message Specification (FMS). A – Rede Profibus PA A rede Filedbus PA é uma rede para interligar válvulas, transmissores de pressão diferencial, etc, portanto geralmente dispositivos escravos. A alimentação dos dispositivos pode se dar pela própria rede. Caso se deseje interligar esta rede de baixa velocidade a uma rede de alta velocidade (DP) ou a um CLP, deve-se uutilizar tilizar um acoplador. O protocolo muito simples o queOfacilita interoperabilidade. A distribuição executar do controle depende sempre deé um mestre externo. mestreadeve ler as PVs dos transmissores, os algoritmos de controle e definir a abertura da válvula de controle. A Profibus PA permite ligar 32 dispositivos por segmento sem segurança intrínseca (IS) ou até 9 dispositivos com segurança intrínseca. Os dispositivos podem ser conectados e desconectados para manutenção com a rede em operação, mesmo quando operando em áreas classificadas. A rede Profibus PA obedece ao padrão IEC 1158-2 que utiliza utiliza como meio de transmissão um par trançado blindado, e apresenta a velocidade de 31.25 kbit/s. Este padrão de nível físico é o mesmo da rede H1 da Fieldbus Foundation. Ele permite alimentar os dispositivos diretamente usando o barramento de dois fios e apresenta segurança intrínseca. Esta rede pode ser usada em áreas classificadas e atende ao modelo FISCO ( Fieldbus Intrinsically Safe Concept ) definido pelo Federal Physical Technical Institute da Alemanha. Os princípios fundamentais são: ú nica fonte de potência: a fonte de alimentação. Cada segmento deve ter uma única potência é alimentada no barramen barramento to quando a estação está enviando enviando dados. Nenhuma potência
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Cada dispositivo de campo consume uma potência fixa conhecida em regime. Os dispositivos de campo funcionam como consumidores passivos de corrente. A terminação passiva de linha é realizada nos dois extremos da linha. Topologia linear, árvore e estrela são permitidas. p ermitidas. As FIG.42, 43 e 43 ilustram a interligação e alguns tipos de conectores para esta rede.
Figura 42 – Topologia da rede red e Profibus PA
Figura 43 – Conectores da rede Profibus PA
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Figuraa 44 – Topologias para rede Profibus PA Figur Para as estruturas ilustradas na FIG.44, têm-se as seguintes dimensões para os seguimentos: Daisy Chain a
