Как настроить панель оператора

Програмирование и настройка панели оператора

Важной частью автоматизированной системы управления является панель оператора. Она служит основным инструментом, обеспечивающим связь между человеком и промышленным контроллером, а тот, в свою очередь, управляет работой всего оборудования. Современные панели оператора способны работать с двумя и более контроллерами одновременно, а в силу того, что обмен информацией производится по единым стандартам, контроллеры от разных производителей могут успешно работать друг с другом. Но для того, чтобы реализовать максимум возможностей автоматики, рекомендуется использовать в системе комплектующие от одного производителя.

При отлаженных производственных процессах все оборудование работает преимущественно в автоматическом режиме. Участие человека в этом случае не требуется, хотя оставлять производство совсем без контроля тоже нельзя.

Вся информация о текущих режимах работы оборудования выводится на панель оператора, чтобы он всегда имел представление о стадии того или иного процесса. Программирование позволяет значительно расширить ее возможности, реализовав не только функции контроля, но и возможность управления оборудованием.

С помощью запрограммированной панели можно включать и выключать машины, изменять режимы их работы или приводить в действие аварийные системы при необходимости. Также панель позволяет управлять в ручном режиме освещением, вентиляцией и другими инженерными системами объекта.

Программирование может выполняться с различной степенью сложности

В зависимости от уровня автоматизации и типа оборудования на рабочем месте оператора выделяют следующие виды панелей:

• Текстовые: информация представлена только в текстовом виде одной или несколькими строками.
• Графические: представляет собой дисплей, на котором отображается полная информация о состоянии системы. На нем могут размещаться цветовые индикаторы, числовые и тестовые данные, графики, таблицы и другая информация о текущем состоянии оборудования. Можно запрограммировать таким образом, чтобы на экране была выведена блок-схема процесса или контуры машин и механизмов. Однако графическая панель является только лишь средством наблюдения, а управлять оборудованием с ее помощью нельзя.
• Сенсорные: их главное отличие от графических экранов — возможность управления через сенсорную систему. Программирование панели оператора очень удобно, так как она лишена механических переключателей, и органы управления можно «нарисовать» в любом месте экрана.

Кроме того, существуют многофункциональные панели операторов, которые внешне напоминают персональный компьютер. Они используются, в основном, для работы на верхних уровнях автоматизированных систем управления.

Handy Automation — Санкт-Петербург, 2021 год. Все права защищены.

Источник

Подключение панели оператора ELHART ECP к ПЛК Siemens S7-1200

На промышленных предприятиях различных отраслей большое распространение получили программируемые логические контроллеры (ПЛК) торговой марки Siemens (практика последних 30 лет). В некоторых случаях требуется экономичное, но не менее технологичное решение. Возможным вариантом модернизации существующих систем автоматизации (или новым самостоятельным устройством визуализации) может стать применение компонентов ELHART в качестве человеко-машинного интерфейса (HMI). В данной статье будут рассмотрены примеры подключения панелей оператора ELHART к ПЛК Сименс по различным интерфейсам и протоколам.

1. Связь панели оператора ELHART ECP-10 с ПЛК Siemens по стандарту Profinet

Далее будут описаны необходимые настройки для связи панели оператора ELHART ECP-10 с ПЛК Siemens (модель 6ES7 212-1BE40-0XB0 из семейства S7-1200) по интерфейсу и протоколу Profinet (стандарт Profinet). Все модели семейства S7-1200 поддерживают стандарт Profinet, поэтому настройка актуальна для всех контроллеров Сименс данного семейства. Проект для ПЛК Siemens выполнен в пакете программирования TIA Portal v. 17. Панель оператора выступает в качестве ведущего устройства.

1.1 Настройка ПЛК Siemens

Устройство (ПЛК) необходимо выбрать из списка каталога. Выбранный ПЛК появится в конфигурации проекта (в текущем примере модель ПЛК CPU 1212C AC/DC/Rly):

Рисунок 3 — Настройка параметров доступа к устройству

На рисунке 3 также указаны необходимые для доступа к ПЛК по протоколу Profinet настройки. Во вкладке Protection & Security в пункте Access level необходимо установить флажок Full access, в пункте меню Connection mechanisms установить флажок Permit access with PUT/GET communication from remote partner.

Во вкладке PROFINET interface [X1] в пункте Interface networked with нажать кнопку Add new subnet (появится новый интерфейс PN/IE_1), в пункте IP protocol поставить флажок Set IP address in project и установить IP-адрес ПЛК и маску сети (в примере — 192.168.0.203 и 255.255.255.0):

Рисунок 4 — Настройка параметров интерфейса Profinet

Для наглядности процесса обмена данными можно создать программный организационный блок с изменяемыми переменными разного типа (язык программного блока — SCL):

Рисунок 5 — Создание программного блока

В проекте необходимо объявить ряд переменных (тэгов). Это можно сделать во вкладке PLC tags, пункт Show all tags:

Рисунок 6 — Объявление переменных

В результате в проекте будут объявлены 2 переменных типа Bool: Tag_1 связана с первым дискретным входом ПЛК (I0.0), Tag_2 — с первым дискретным выходом (Q0.0). Пример программного кода, реализующего повторение состояния первого входа первым выходом, приведён ниже. Также, программа реализует инкрементирование переменной i (тип Int по адресу %MW0) 1 раз в секунду:

Рисунок 7 — Программный код

Листинг кода для копирования:

Настройка ПЛК завершена.

1.2 Настройка панели оператора ECP-10

Настройка параметров связи панели оператора с ПЛК может производится как в новом проекте, так и в существующем. В меню Настройки, пункте Настройки HMI программного обеспечения (ПО) ELHART HMI Soft необходимо задать IP-адрес панели оператора, маску и адрес основного шлюза сети:

Рисунок 8 — Сетевые параметры панели оператора

Важным условием является несовпадение адресов панели и ПЛК друг с другом и с другими устройствами сети.

В меню Настройки – Настройки связи – Удалённое подключение необходимо выбрать вкладку Ethernet ПЛК и нажать кнопку Добавить, в появившемся окне необходимо выбрать производителя Siemens и тип устройства (в примере используется ПЛК Siemens S7-1200_Network), задать IP-адрес ПЛК и номер порта (102 или 502), номер станции по умолчанию можно оставить любым:

Рисунок 9 — Настройки Ethernet ПЛК

В рабочую область окна проекта необходимо добавить два элемента: Bit-индикатор и Цифровой дисплей. Настройки элементов для опроса регистров ПЛК приведены на рисунках ниже:

Рисунок 10 — Настройки элемента «Bit-индикатор» Рисунок 11 — Настройки элемента «Цифровой индикатор»

Настройка панели оператора завершена.

2. Связь панели оператора ELHART ECP-10* с ПЛК Siemens по интерфейсу RS-485 и протоколу Modbus RTU (ПЛК ведущий)

2.1 Настройка ПЛК Siemens

Создание проекта и добавление ПЛК описаны в предыдущем примере. В данном примере интерфейс RS-485 реализован на коммуникационном модуле 6ES7 241-1CH30-1XB0 (CB 1241). Модуль добавляется в проект методом drag-and-drop (перетягиванием объекта мышкой):

Рисунок 12 — Добавление коммуникационного модуля 6ES7 241-1CH30-1XB0 (CB 1241)

Параметры порта для модуля будут задаваться программно. Для организации обмена данными в проект необходимо добавить новые типы данных и блоки данных. Новый тип данных добавляется в меню PLC data types – Add new data type, новый блок данных из меню Program blocks – Add new blocks:

Рисунок 13 — Добавление нового типа данных Рисунок 14 — Добавление нового блока данных

В проект будут добавлены следующие типы данных: mb_comm(done: bool, error: bool, error_status: word) – для индикации работы функционального блока (ФБ) Modbus_Comm_Load_DB; mbPtrmaster(datamaster: array[0..3] of word) – указатель на область данных для хранения полученных от ведомого значений регистров; mb_master(done: bool, busy: bool, error: bool, status: word, startstop: bool, mode: word, slave_addr: word, reg_addr: word, length: word) – для инициализации ФБ Modbus_Master.

В проект будут добавлены следующие блоки данных: Data_block_1, modbus. Data_block_1 содержит переменные times: time (ввод циклического времени опроса), paneltags: array[0..3] of word и paneltagsprev: array[0..3] of word (массивы переменных для ввода и индикации на панели Simatic). Блок данных modbus содержит структуры mbmaster: mbPtrmaster, mbcomm: mb_comm, mb_master: mb_master, mbslave: mb_slave. Назначение структур соответствует назначению их типов данных (описаны выше).

В тэги ПЛК необходимо добавить переменную step: int.

Переменным slave_addr, reg_addr, length структуры mb_master и переменной times блока данных Data_block_1 необходимо задать начальные значения для запуска опроса при старте ПЛК как показано на рис. 15 — 16:

Рисунок 15 — Начальные значения переменных структуры «mb_master» Рисунок 16 — Начальное значение переменной «times»

Для отражения возможности одновременного изменения параметров ПЛК с нескольких человеко-машинных интерфейсов добавим в проект панель оператора Siemens KTP400 Basic PN по интерфейсу Profinet (вкладка Add new device в корневом каталоге проекта):

Рисунок 17 — Добавление панели оператора Simatic HMI

На появившемся экране на вкладке PLC connections необходимо выбрать существующий в проекте ПЛК:

Рисунок 18 — Выбор ПЛК для связи с панелью Simatic

Панель оператора Simatic появится в дереве проекта (HMI_1). В панель необходимо добавить новый экран (пункт Add new screen) и на экран элемент I/O field:

Рисунок 19 — Добавление нового экрана и элемента экрана

В свойствах элемента необходимо выбрать привязку к тэгу paneltags[0]. В формате данных (Format pattern) можно выбрать четыре разряда (9999):

Рисунок 20 — Свойства экранного элемента

Программная реализация обмена по интерфейсу.

В проекте необходимо создать новый организационный блок с использованием языка программирования SCL:

Рисунок 21 — Добавление нового организационного блока в проект

Условия работы программы: создать циклический опрос переменной ведомого устройства с возможностью одновременного изменения времени опроса при помощи панелей оператора ELHART ECP-10 (ведомое устройство по интерфейсу RS-485) и KTP400 Basic PN (связь по интерфейсу Profinet). Значение переменной ведомого является временем опроса.

Общий вид кода программы приведён на рисунке 8:

Рисунок 22 — Общий вид кода программы

Подробный листинг кода:

Строки 1..2 — вызов ФБ «IEC_Timer_0_DB» таймера для формирования периода циклического опроса. Входом запуска таймера служит «передний фронт» — выход ФБ «R_TRIG_DB». Задание времени ФБ — значением переменной «times». Входом триггера является инверсный выход таймера «IEC_Timer_0_DB».

Строка 3 — вызов ФБ «R_TRIG_DB».

Строки 4..15 — вызов ФБ «Modbus_Comm_Load_DB». ФБ конфигурирует коммуникационный модуль (в данном примере — CB 1241). Необходимые для определения входы ФБ: REQ – старт инструкции ФБ, в данном примере используется переменная Initial call, формирующая передний фронт при запуске ПЛК; PORT — выбор физического порта, в данном примере — Local

CB_1241_(RS485); BAUD и PARITY – настройка скорости передачи данных и проверки бита чётности; MB_DB — ссылка на экземпляр ФБ «Modbus_Master_DB», существующий в проекте.

Строки 16..18 — проверка изменения переменной paneltags[0] (циклическое время опроса) с панели оператора KTP400 Basic PN. В случае, если эта переменная была изменена, то переменной step присваивается значение 1.

Строки 19..24 — перевод инструкции «Modbus_Master_DB» в режим записи из режима чтения. Область данных для записи в ведомое устройство — «modbus».mbmaster.datamaster[0].

Строки 25..27 — проверка изменения переменной из области памяти панели оператора ЕСР-10. Если переменная была изменена, то циклическому времени опроса присваивается значение этой переменной.

Строка 28 — преобразование типа данных для переменной paneltags[0] из WORD в TIME.

Строки 29..31 — при срабатывании выхода ФБ «R_TRIG_DB» происходит инкрементирование переменной i — подсчёт количества запросов по интерфейсу RS-485.

Стркоки 32..41 — вызов ФБ «Modbus_Master_DB» для опроса ведомого устройства. Необходимые для определения входы ФБ: REQ — старт инструкции ФБ, используется выход ФБ «R_TRIG_DB»; MB_ADDR — адрес ведомого устройства; MODE — режим работы ФБ «Modbus_Master_DB», значение данного входа задаёт номер команды модбас (более подробное описание дано в документации на ФБ); DATA_ADDR — адрес регистра/регистров ведомого для опроса; DATA_LEN — количество опрашиваемых регистров; DATA_PTR — указатель на область данных (1 переменная или массив), используемую для обмена с ведомым устройством.

Строка 42 — вызов ФБ «F_TRIG_DB» для формирования импульса по заднему фронту флага BUSY ФБ «Modbus_Master_DB».

Строки 43..46 — завершение процесса записи нового значения в регистр ведомого и перевод ФБ «Modbus_Master_DB» в режим чтения.

Важное примечание. Для обеспечения правильной работы коммуникационного модуля CB 1241 по двухпроводному интерфейсу RS-485 (полудуплексный режим) необходимо перейти в свойства экземпляра ФБ «Modbus_Comm_Load_DB» и присвоить начальное значение 4 входу MODE:

Рисунок 23 — Включение полудуплексного режима для интерфейса RS-485

Настройка ПЛК и панели оператора Siemens завершена.

2.2 Настройка панели оператора ELHART ECP-10*

В качестве примера для панели оператора будет настроен порт COM2, интерфейс RS-485. В меню Настройки — Настройки связи — Местные подключения необходимо выбрать вкладку СОМ2, установить флажок Slave, выбрать тип устройства Modbus RTU Server, номер станции 7 и настройки связи как показано на рисунке 10:

Рисунок 24 — Настройки интерфейса панели оператора

В рабочую область окна проекта необходимо добавить элемент Цифровой ввод. Настройки элемента приведены на рисунке 11:

Рисунок 25 — Настройка элемента «Цифровой ввод»

Панель оператора ECP-10 настроена для работы в качестве ведомого устройства по интерфейсу RS-485 порта COM2.

2.3 Описание подключения интерфейсов панели оператора ELHART ECP-10 и ПЛК CPU 1212C

Со стороны панели оператора используются клеммы «A+» и «B-» порта СОМ2. Со стороны ПЛК (модуля CB 1241) – «T/RA» и «T/RB». Клемма «A+» панели ЕСР-10 подключается к клемме «T/RB» модуля СВ 1241.

3. Связь панели оператора ELHART ECP-10* с ПЛК Siemens по интерфейсу RS-485 и протоколу Modbus RTU (ПЛК ведомый)

3.1 Настройка ПЛК Siemens

Для реализации данного функционала можно использовать предыдущий пример.

В существующий проект необходимо добавить 2 новых типа данных: mb_data (data: array[0..3] of word) — для создания в памяти ПЛК массива данных, опрашиваемых ведущим устройством; mb_slave (ndr: bool, dr: bool, error: bool, status: word) — для создания в памяти ПЛК флагов и регистра состояния ФБ «Modbus_Slave_DB».

В существующий блок данных «modbus» добавить структуру mb_slave с заданным типом mb_slave. Создать новый блок данных process с вложенной структурой mbholding с заданным типом «mb_data».

Рисунок 26 — Задание типа данных «mb_slave» Рисунок 27 — Задание типа данных «mb_data» Рисунок 28 — Задание структуры «mbslave» Рисунок 29 — Задание структуры «mbholding»

Важное примечание. Для обеспечения доступа ведущего устройства по протоколу Modbus RTU к массиву mbholding необходимо в свойствах блока данных process снять флажок Оптимизированный доступ к блоку:

Рисунок 30 — Свойства блока данных «process»

Важное примечание. После добавления новых структур и переменных в существующие блоки данных или добавления новых блоков данных необходимо провести перекомпиляцию программной части ПЛК:

Рисунок 31 — Перекомпиляция проекта

В существующий программный блок Main_1 необходимо добавить вызов ФБ «Modbus_Slave_DB». На вход MB_DB ФБ «Modbus_Comm_Load_DB» добавить ссылку на экземпляр ФБ «Modbus_Slave_DB», существующий в проекте:

Рисунок 32 — Добавление ФБ «Modbus_Slave_DB»

Листинг кода инструкции «Modbus_Slave_DB»:

Строка 1 — вызов экземпляра ФБ «Modbus_Slave_DB»; вход MB_ADDR – адрес ПЛК как ведомого сети Modbus.

Строка 2 — выход NDR отображает приём нового значения регистра/регистров от ведущего сети.

Строка 3 — выход DR активен на протяжении 1 цикла после последнего удачного приёма от ведущего.

Строка 4 — выход ERROR активен на протяжении 1 цикла после последнего неудачного приёма от ведущего.

Строка 5 — выход STATUS содержит код ошибки связи.

Строка 6 — вход MB_HOLD_REG является указателем на область памяти ПЛК, содержащую регистры для обмена данными с ведущим устройством.

Конфигурация модуля связи СВ 1241 остаётся такой же, как в предыдущем примере.

Настройка ПЛК CPU 1212C в качестве ведомого сети завершена.

3.2 Настройка панели оператора ELHART ECP-10*

В качестве примера для панели оператора будет настроен порт COM2, интерфейс RS-485. В меню Настройки — Настройки связи — Местные подключения необходимо выбрать вкладку СОМ2, установить флажок Master, выбрать производитель Modbus compatible, тип устройства Modbus RTU, номер станции 7 и настройки связи как показано на рисунке 33:

Рисунок 33 — Настройки интерфейса панели оператора

В рабочую область окна проекта необходимо добавить 4 элемента Цифровой ввод. Настройки элементов на примере первого приведены на рисунке 9, адреса элементов начинаются с 1:

Рисунок 34 — Настройка элемента «Цифровой ввод»

3.3 Описание подключения интерфейсов панели оператора ELHART ECP-10* и ПЛК CPU 1212C

Со стороны панели оператора используются клеммы «A+» и «B-» порта СОМ2 (СОМ1 в случае использования панелей оператора серии ELP). Со стороны ПЛК (модуля CB 1241) — «T/RA» и «T/RB». Клемма «A+» панели ЕСР-10 подключается к клемме «T/RB» модуля СВ 1241.

4. Вывод

Таким образом, приведенное выше описание показывает, что настройка панелей оператора ELHART для связи с ПЛК Siemens по различным стандартам (Profinet и протокол Modbus RTU по интерфейсу RS-485) является достаточно несложной.

Связь по стандарту Profinet проще для реализации, чем по интерфейсу RS-485, однако цена панелей оператора без интерфейса Ethernet ниже. Большая часть настроек в обоих случаях касается стороны ПЛК Siemens.

Панели оператора ELHART серии ECP могут выступать только в качестве ведущего устройства по протоколу Profinet, а по протоколу Modbus RTU – в качестве ведущего или ведомого.

Стоит также отметить, что одна панель и один ПЛК могут быть подключены по двум интерфейсам (Profinet и RS-485) одновременно.

*Примечание. Пример настроек связи для обмена данными по интерфейсу RS-485 актуален для панелей оператора серии ELP (номер порта в этом случае — СОМ1).

Инженер ООО «КИП-Сервис»
Петров Н.П.

Источник