Limbajul de programare STEP7

Limbajul de programare STEP7

Principala cerința pentru limbajul de programare a unui automat programabil este aceea de a fi ușor de ințeles și utilizat in aplicații de conducere a proceselor. Acest lucru implica nevoia unui limbaj inalt pentru a furniza comenzi foarte apropiate de funcțiile cerute de catre un inginer automatist, dar fara a fi complex și a necesita un timp de invațare mare.

Exista mai multe limbaje și metode de programare care pot fi utilizate in cazul programarii automatelor din familia SIMATIC, dupa cum satisfac una dintre cerințele programatorilor. Trei dinte acestea ( LAD, FBD și STL) sunt incluse in pachetul STEP7, iar altele pot fi achiziționate ca pachete adiționale.

1 Programarea in LAD ( diagramele LADDER)

In LAD programarea se face prin aranjarea elementelor grafice ale programului. Programarea este organizata pe rețele in cadrul carora sunt poziționate contacte, bobine ( analogie cu diagramele electrice) sau cutii. Majoritatea elementelor au nevoie de o indentificare prin adresa (I0.3) sau eticheta (buton avans), nefiind permisa o realizare de tip paralel legata de alta rețea.

Contactele sunt folosite ca simboluri pentru intrari, iar prin aranjarea acestora in serie sau paralele pot fi realizate operații logice asupra starii semnalelor. In fig. 1 sunt prezentate tipurile de contacte. Cele normal deschise sunt testate pentru valoarea 1 a semnalului reprezentat de contactul respectiv, in timp ce cele normal inchise sunt testate pentru valoarea 0 a semnalului de intrare.

In al treilea caz sunt prezentate contacte care nu sunt doar citite ci reprezinta biții de stare care, dupa ce le-a fost citita valoarea, sunt readuși la valoarea inițiala.

Fig 1 Tipuri de Contacte

Bobinele sunt in general atribuite ieșirilor. In cazul celor simple bitul de la adresa bobinei este setat daca rezultatul este 1, in timp ce in cazul bobinelor cu litere sau simboluri apare o funcționare adiționala ( salt intr-un alt loc in program, conrolul timerului, funcții de numarare etc.)

2 Programarea bazata pe blocuri functionale (FBD- Function Block Diagram)

Este tot un mod grafic de programare prin conectarea mai multor cutii cu simboluri. Metoda de programare este apropiata de LAD fiind chiar identica in cazul cutiilor (functii numerice). Functiile binare sunt reprezentate ca in fig. 1 a), in timp ce bobinele sunt inlocuite de cutii simple ca si cele din fig. 1 b). Totodata si folosirea parametrilor de tipul validare (EN/ENO) au aceeasi utilitate ca in cazul diagramelor LAD.

Fig. 1 Elemente de programare in FBD

3 Programarea in STL (Statement List)

Presupune o lista de instructiuni (Statement List). Instructiunile la nivel de bit sunt cele cunoscute: A - Si, O - SAU. in momentul in care se foloseste un N dupa una din operatiile enumerate inseamna ca variabila respectiva este negata. In cazul functiilor numerice se lucreaza cu acumulatorul. Atribuirea se face folosind '='. Structurile de control sunt urmatoarele:

IF: IF conditie THEN instructie; [ELSEIF conditie THEN instructie;] [ELSE instructie;] END_IF;

CASE: CASE selectie OF lista de constante : instructii; [ELSE instructii;]

END_CASE;

FOR: FOR variabila:=valoare_start TO valoare_final [BY increment] DO instructii; ENDFOR;

WHILE: WHILE conditie executata DO instructii; ENDWHILE;

REPEAT: REPEAT instructii; UNTIL conditiiterminare; ENDREPEAT;

CONTINUE, EXIT, GOTO si RETURN sunt cele cunoscute.

Functiile care pot fi folosite au apelare cunoscuta si sunt aritmetice sau cele oferite de STEP7 caracteristice familiei.

Alte posibilitati de programare in STEP7 sunt reprezentate de programarea in CFC sau cu ajutorul diagramelor de stare, pachete care pot fi achizitionate separat.

In Fig.4 am ales o schema electrica ce reprezinta o reversare de sens cu temporizare, pe care am implementat-o prin cele trei mijloace de programare LAD, FBD, STL.

Fig.4 Reversare de sens folosind o temporizare

Programare LAD

Programare FBD

Programare STL

3. Magistrala PROFIBUS

PROFIBUS - PROCESS FIELD BUS este o norma industriala germana (DIN 19245) pentru elaborarea intr-o conceptie unitara a comunicatiei in intreg spectrul de aplicatii de la nivelul proces, independent de un proces de fabricatie (aplicație) anume.

Inițial PROFIBUS s-a dorit a fi un standard national, dar datorita tehnicii de transmisie simple (transmisie semiduplex, asincrona) și a alinierii lui la standardele internaționale, PROFIBUS a depașit nivelul unui standard național, fiind acceptat și de firme din afara Germaniei. Printre firmele care realizeaza echipamente aliniate normei PROFIBUS se numara: ABB, AEG, BOSCH, KLOECKNER-MOELLER, PHOENIX-CONTACT, SCHLEICHER, SIEMENS, TESCH, SAMSON, PEP, OMRON.

Norma PROFIBUS a fost realizata și testata in cadrul proiectului 'Feldbus' finanțat de Ministerul German al Cercetarii si Tehnologiei (Bundesministerium fur Forschung und Tehnologie - BMFT).

La baza conceptelor PROFIBUS au stat urmatoarele cerințe:    

a. Funcțiile esențiale ale comunicației cu echipamentele simple de camp trebuie sa permita:

- raspuns imediat la o telegrama intrebare (protocol de tip interogare - raspuns);

- acces Master / Slave cu polling central (cu interogare de la centru);

- parametrii referitori la comunicație sa fie implementați in nivelul 2 al modelului de referința ISO/OSI al unei rețele locale;

b. Tehnica de transmisie folosita trebuie sa fie simpla si ieftina , de preferat conform standardelor industriale deja existente;

c. Interfața aplicației trebuie sa functioneze in acord cu norma ISO9506 - MMS - Manufacturing Message Specification;

d. Interfața intre nivelele 2 si 7 ale modelului de referința ISO/OSI al unei rețele locale trebuie sa fie superioara funcțiilor magistralei de camp pentru a putea fi transferata in funcții MMS;

e. In intenția unui hardware și software cat mai redus, libertatea de definire a contextului comunicatiei și manevrarea datelor trebuie sa fie restricționate de funcțiile fixe specificate in faza de descriere a standardului.

Una dintre cele mai importante cerințe ale PROFIBUS este alinierea la standardele internaționale existente. Astfel ca arhitectura magistralei are la baza modelul de referința ISO/OSI al unei rețele locale ISO7498.

Participanții conectați in magistrala standard PROFIBUS pot fi participanți activi (cu controlul accesului la magistrala) sau participanți pasivi (fara controlul accesului la magistrala). Pe o magistrala standard PROFIBUS pot fi conectati maximum 32 de participanti activi.

Accesul la magistrala este hibrid și anume Master / Slave intre participanții activi și cei pasivi, Token - Passing intre participanții activi.

Domeniul adreselor participanților este cuprins intre 0 si 127, adresa 127 fiind adresa globala (de Broadcast).

Lungimea magistralei este de maximum 1200m fara a utiliza repetoare și 4,8Km utilizand repetoare.

Pentru o magistrala formata dintr-un singur segment se pot conecta maximum 32 de participanți activi si pasivi, pentru 2 segmente maximum 62, pentru 3 segmente maximum 92, iar pentru 4 segmente maximum 122.

In magistrala PROFIBUS participanții la comunicația in retea care au, din punctul de vedere al sistemului de automatizare, o complexitate mare sau medie pot avea controlul accesului la magistrala și se numesc stații active.

In funcție de complexitatea rețelei putem avea:

- o singura stație activa;

- mai multe stații active.

In primul caz, in care avem o singura statie activa in retea, accesul la magistrala este de tipul master - slave cu polling central.

Accesul la magistrala prin metoda master - slave este prezentat in figura 3

Figura .1 Metoda Master/Slave a accesului la magistrala

In al doilea caz, in care avem mai multe stații active in retea, metoda accesului la magistrala este hibrida:

- token ring intre statiile active;

- master - slave intre statiile active si cele pasive.

Metoda hibrida a accesului la magistrala este prezentata in figura 3.2.

Figura 3. Metoda hibrida a accesului la magistrala

Deoarece stațiile pasive sunt neutre relativ la accesul la magistrala, inițiativa comunicației vine intotdeauna de la stațiile active care pastreaza token-ul, jetonul, (autorizația de acces la magistrala).

Jetonul va circula intr-un inel logic, numit inelul logic al jetonului (figura 3.2) de la un participant activ la alt participant activ in ordinea crescatoare a adreselor stațiilor. Fiecare participant activ cunoaște pe langa adresa propriei stații (This Station, TS) și adresa predecesorului (Previons Station , PS) de la care preia jetonul, precum si succesorul (Next Station, NS) caruia ii va fi remis jetonul.

Adresele NS si PS vor fi stabilite de fiecare participant activ mai intai independent, dupa inițializarea parametrilor de funcționare și mai tarziu vor fi actualizate dinamic.

Schimbul de informații are loc in cicluri. Un ciclu de informații (Message-Cycle) consta dintr-o telegrama interogare (Send/Request-Frame) transmisa de participantul activ (master) care deține jetonul și dintr-o telegrama de confirmare sau raspuns (Response/Acknowledgement-Frame) a unui participant activ sau pasiv. In plus se pot transmite date utile atat in telegrama interogare (send) cat și in telegrama raspuns (response).

Ciclul de informatii complet va fi intrerupt numai la translatia jetonului sau la emisia datelor fara confirmarea receptiei (informatii Broadcast = informatii de la un participant activ catre toti ceilalti participanti).

La informația broadcast, un participant activ (inițiator) va informa simultan toți ceilalti participanți cu ajutorul adresei globale (adresa sistemului cea mai mare, toți biții de adresa sunt in "1" logic - 127).

Toți participanți, cu excepția posesorului de jeton (inițiator) trebuie sa intercepteze toate apelurile. Participantul confirma sau raspunde numai cand este adresat. Confirmarea sau raspunsul trebuie sa soseasca intr-un timp stabilit, Slot-Time, altfel inițiatorul repeta apelul.

Repetarea apelului sau un nou apel va fi dat de inițiator mai intai dupa trecerea unui timp de asteptare, Idle-Time. Neconfirmarea sau lipsa raspunsului unui receptor de informație (responder) dupa o repetare (retry), va face ca respectivul 'responder' sa fie catalogat ca 'incapabil de funcționare'.

Se deosebesc patru regimuri de exploatare ale retelei:

1) Administrarea jetonului;

2) Regim aciclic emisie si/sau recepție;

3) Regim ciclic emisie si/sau recepție (Polling);

4) Incarcarea participanților.