Урок №7. Подключаем Контроллер Siemens S7-1200 к TIA Portal, проверяем работу PLC и готовим аналоговый вход для сигнала 4–20 мА

В предыдущем уроке мы рассмотрели один из вариантов создания программы мигания светодиодом в TIA Portal. Теперь переходим от программирования к работе с реальным контроллером Siemens S7-1200.

В этом уроке мы подключим физический PLC к компьютеру, загрузим в него программу, проверим выполнение программы на реальном цифровом выходе, а затем подготовим встроенный аналоговый вход контроллера для дальнейшей работы с промышленным токовым сигналом 4–20 мА.

1. Подключаем реальный CPU 1211C к TIA Portal

Контроллер Siemens S7-1200 подключаем к компьютеру через Ethernet.

Компьютер и PLC должны находиться в одной IP-подсети. После физического подключения открываем созданный проект в TIA Portal и переходим в раздел:

PLC_1
   ↓
Device configuration

В проекте должен быть выбран именно тот CPU, который физически установлен на нашем стенде.

В данном случае используется:

Siemens S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC.

Конфигурация CPU 1211C в TIA Portal.

После того как TIA Portal обнаружил контроллер, выполняем компиляцию проекта и загружаем программу в CPU.

2. Проверяем работу PLC при помощи физического выхода

Перед тем как начинать работу с аналоговыми сигналами, необходимо убедиться, что связь с PLC работает, программа загружается и контроллер действительно выполняет написанный нами код.

Для этого используем уже знакомый алгоритм мигания светодиодом.

Сам алгоритм подробно рассмотрен в предыдущем уроке:

Урок №3. Программа мигания светодиодом в TIA Portal

В текущем проекте используются:

Программа проверки физического выхода PLC.

После компиляции загружаем программу в CPU и переводим контроллер в режим RUN.

Если индикатор физического выхода Q0.0 начинает мигать с заданным нами периодом, значит:

— соединение компьютера с PLC работает;
— программа успешно загружена;
— CPU находится в режиме RUN;
— основной цикл программы выполняется;
— физический цифровой выход работает.

Первый этап закончен. Реальный PLC работает и выполняет нашу программу.

3. Встроенные аналоговые входы CPU 1211C

Теперь переходим к основной задаче данного урока — подготовке PLC для получения аналогового сигнала.

На используемом CPU 1211C имеются два встроенных аналоговых входа:

AI0
AI1

Общим проводом аналоговой части является клемма:

2M

Встроенные аналоговые входы CPU 1211C: 2M, AI0 и AI1.

Встроенные аналоговые входы используемого CPU работают с напряжением в диапазоне:

0…10 В

При этом в нашем проекте в дальнейшем будет использоваться промышленный токовый интерфейс:

4…20 мА

Следовательно, непосредственно измерять ток встроенным аналоговым входом CPU мы не можем.

Необходимо преобразовать ток в напряжение.

4. Преобразуем сигнал 4–20 мА в напряжение

Для преобразования тока в напряжение используем обычный измерительный резистор.

В нашем стенде будет установлен резистор:

R = 330 Ом

Напряжение на резисторе определяется законом Ома:

U = I × R

Посчитаем напряжение для трех характерных значений токовой петли.

Минимальный ток — 4 мА

U = 0,004 × 330

U = 1,32 В

Среднее значение — 12 мА

U = 0,012 × 330

U = 3,96 В

Максимальный ток — 20 мА

U = 0,020 × 330

U = 6,60 В

Таким образом, промышленный токовый диапазон:

4…20 мА

после прохождения через резистор 330 Ом преобразуется в диапазон напряжения:

1,32…6,60 В

Полученное напряжение полностью укладывается в рабочий диапазон встроенного аналогового входа PLC:

AI0 = 0…10 В

Подключение к PLC

Резистор 330 Ом подключается между аналоговым входом AI0 и общим проводом аналоговой части 2M.

             ток 4…20 мА
                  │
                  │
                  ▼
                 AI0
                  │
                  │
               [ 330 Ом ]
                  │
                  │
                  ▼
                  2M

PLC измеряет не непосредственно ток, а падение напряжения на резисторе.

Таким образом:

4 мА  → 1,32 В

12 мА → 3,96 В

20 мА → 6,60 В

P = I² × R

P = 0,02² × 330

P = 0,132 Вт

5. Настраиваем Channel 0 в TIA Portal

Открываем:

Device configuration

↓

CPU 1211C

↓

Properties

↓

Analog inputs

↓

Channel 0

Для используемого контроллера получаем следующие параметры:

Настройка Channel 0. Физическому входу AI0 соответствует адрес IW64.

Для первого эксперимента остальные настройки можно оставить без изменений.

6. Создаем PLC Tags

Чтобы в программе не использовать непосредственно физические адреса, создадим имена переменных.

Таблица PLC Tags нашего проекта.

7. Смотрим значение аналогового входа

После загрузки программы в контроллер переходим в режим Online.

Включаем режим мониторинга программы — кнопку с изображением очков.

В этом режиме TIA Portal показывает текущие значения переменных непосредственно во время выполнения программы.

Тег:

current

связан с физическим адресом:

%IW64

Следовательно, при изменении напряжения на физическом входе AI0 значение переменной current также будет изменяться.

Получение значения аналогового входа IW64 в программе PLC.

Какие значения мы должны получить

Для диапазона аналогового входа 0…10 В номинальному диапазону соответствует цифровое значение приблизительно:

0 В  → 0

10 В → 27648

Следовательно:

RAW = U / 10 × 27648

Для нашего резистора 330 Ом получаем:

8. Что мы получили

На этом подготовка PLC к работе с нашей системой измерения температуры закончена.

На данном этапе мы уже умеем:

— подключать реальный Siemens S7-1200 к TIA Portal;
— загружать программу в физический PLC;
— проверять выполнение программы через цифровой выход;
— работать со встроенным аналоговым входом AI0;
— преобразовывать ток 4–20 мА в напряжение при помощи резистора 330 Ом;
— получать RAW-значение аналогового входа через %IW64;
— наблюдать полученные данные непосредственно в TIA Portal.

9. Следующий этап — подключаем датчик температуры

До этого момента мы занимались подготовкой PLC.

В следующей части начинаем создавать непосредственно измерительное устройство.

В качестве первого датчика температуры будем использовать DS18B20.

STM32 будет получать с него значение температуры и преобразовывать полученное значение в промышленный токовый сигнал 4–20 мА.

PLC будет принимать этот сигнал через уже подготовленный нами аналоговый вход AI0.

После этого выполним обратное масштабирование полученного аналогового значения и получим внутри PLC уже не условное RAW-значение, а реальную температуру в градусах Цельсия.