Document de formation Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX siemens.com/sce
Sommaire I. Avant-propos... 4 II. Notes concernant la programmation du SIMATIC S7-1200... 6 1) Automate SIMATIC S7-1200... 6 2) Logiciel de programmation STEP 7 Basic VX.X (TIA Portal VX.X)... 6 III. Signaux analogiques... 7 IV. Types de données sur le SIMATIC S7-1200... 9 V. Entrée et affichage de valeurs analogiques... 10 1) Normalisation des valeurs analogiques... 11 VI. Exemple d application : Contrôle du niveau d une citerne... 12 VII. Programmation du contrôle du niveau sur le SIMATIC S7-1200... 13 Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 2
Les symboles suivants seront utilisés dans ce module : Information Programmation Exemple d application Indication Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 3
I. Avant-propos Le contenu du module M5 est assigné à l unité 'SIMATIC S7-1200 et TIA Portal. Il décrit la programmation du traitement des valeurs analogiques avec le SIMATIC S7-1200. Programmation sur Step7 Notions de base 2-3 jours Modules A SIMATIC S7-1200 et TIA Portal 2-3 jours Modules M Fonctions étendues de la programmation STEP 7 2-3 jours Modules B Simulation de systèmes avec SIMIT SCE 1-2 jours Modules Langages de programmation 2-3 jours Modules C Systèmes de bus industriels 2-3 jours Modules D Visualisation des process 2-3 jours Modules F Variateurs sur SIMATIC S7 2-3 jours Modules H TIC avec SIMATIC S7 2-3 jours Modules E Objectif Dans le module M5, le lecteur va apprendre comment programmer un contrôle de limites avec un signal analogique. L automate est ici le SIMATIC S7-1200, et le programme est créé avec l outil de programmation TIA Portal. Le module M5 fournit les notions de base et illustre les étapes à suivre en utilisant un exemple détaillé. Pré-requis Les connaissances suivantes sont requises pour l étude de ce module : Connaissance pratique des systèmes d exploitation Windows Notions de base sur la programmation d API avec le logiciel TIA Portal (par exemple, Module M1 Démarrage : Programmer le SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX) Blocs pour le SIMATIC S7-1200 (par exemple, Module M2 Types de blocs sur le SIMATIC S7-1200) Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 4
Configurations matérielles et logicielles requises : 1 PC Pentium 4, 1.7 GHz, 1Go RAM (XP) ou 2Go RAM (Vista), 2Go d espace disponible; systèmes d exploitation Windows XP (Home SP3, Professional SP3)/Windows Vista (Home Premium SP1, Business SP1, Ultimate SP1). 2 Logiciel STEP7 Basic VX.X SP2 (Totally Integrated Automation (TIA) Portal VX.X) 3 Connexion Ethernet entre le PC et la CPU 1214C 4 API SIMATIC S7-1200 avec au moins une valeur d entrée analogique, par exemple la CPU 1214C. L entrée doit être connectée à un capteur ou un potentiomètre. PC STEP7 Basic (TIA Portal) Connexion Ethernet S7-1200 avec CPU 1214C Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 5
II. Notes concernant la programmation du SIMATIC S7-1200 1) Automate SIMATIC S7-1200 L automate SIMATIC S7-1200 est un mini-contrôleur modulaire utilisé pour les petites performances. Il existe un éventail complet de modules pour une adaptation optimisée à la tâche d'automatisation. Le contrôleur S7 est composé d une CPU qui est équipée d entrées et de sorties de signaux numériques et analogiques. Des modules additionnels d entrées/sorties (modules IO) peuvent être installés si les entrées et sorties intégrées ne sont pas suffisantes pour l application désirée. Si besoin est, des modules de communication RS232 ou RS485 sont ajoutés. Une interface TCP/IP intégrée est obligatoire pour toutes les CPU. Avec le programme S7, l API surveille et contrôle une machine ou un process. Les modules IO sont interrogés dans le programme S7 au moyen d adresses d entrées (%I) et référencés au moyen d adresses de sorties (%Q). Le système est programmé avec le logiciel STEP 7 Basic VX.X. 2) Logiciel de programmation STEP 7 Basic VX.X (TIA Portal VX.X) Le logiciel STEP 7 Basic VX.X est l outil de programmation pour le système d automatisation : - SIMATIC S7-1200. Avec STEP 7 Basic VX.X, les fonctions suivantes peuvent être utilisées pour automatiser un système: - Configuration et paramétrage du matériel - Paramétrage de la communication - Programmation - Test, mise en service et dépannage avec les fonctions Démarrer et En ligne & Diagnostic. - Documentation - Génération d écrans de visualisation pour les Basic Panels SIMATIC Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 6
Toutes les fonctions sont détaillées dans l aide en ligne. III. Signaux analogiques A la différence des signaux binaires qui ne peuvent prendre que les deux états «Tension disponible +24V» et «Tension indisponible 0V», les signaux analogiques sont capables (dans une certaine plage donnée) de prendre n importe quelle valeur. Le potentiomètre est un exemple type de capteur analogique. Suivant la position de la molette, il est possible de paramétrer n importe quelle résistance jusqu à une valeur maximum. Exemples de variables analogiques dans l automatique : _ Température : -50.. +150 C _ Débit : 0.. 200 L/min _ Vitesse : 500.. 1500 U/min _ etc En utilisant un transmetteur, ces variables sont changées en tensions électriques, en courants ou en résistances. Si, par exemple, on doit enregistrer une vitesse, la plage de vitesse peut être modifiée, passant de 500.. 1500 U/min à une plage de tensions de 0.. +10V. Pour une vitesse mesurée de 865 U/min, le transmetteur afficherait une tension de +3.65V. 500 865 1500 U/min 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 Ces tensions électriques, courants et résistances sont ensuite connectés à un module analogique qui numérise le signal. Indication : Certains modules analogiques sont capables de traiter différents types de signaux. Ceci doit être configuré dans l aperçu de l appareil. Bien vouloir se référer aux indications dans les notices des appareils. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 7
Si les variables analogiques sont traitées avec un API, les valeurs de tension, de courant et de résistance en entrée doivent quant à elle être converties en information numérique. Cette conversion est appelée Conversion Analogique/Numérique (CAN). Cela signifie, par exemple, que la valeur de tension +3.65V est stockée en tant qu information comme série de chiffres binaires. Plus le nombre de chiffres binaires utilisés pour la représentation numérique est grand, plus la résolution est haute. Si, par exemple, seulement 1 bit était disponible pour la plage de tension 0.. +10V, l information pourrait être fournie que si la tension mesurée est dans la fourchette de +5V.. +10V. Avec 2 bits, cependant, la plage peut être divisée en 4 fourchettes individuelles, i.e. 0-2.5V / 2.5V-5V / 5V-7.5V / 7.5V-10V. En automatique, les CAN standards convertissent sur 8 ou 11 bits. Avec un CAN 8 bits, on obtient 256 plages de valeurs, et avec un CAN 11 bits on monte à une résolution de 2048 plages. 0A/0V 20mA/10V 10V: 2048 = 0,0048828 V Des können différences Spannungsunterschiede peuvent être <5mV détectées erkannt de tension inférieures à 11 Bit 5mV 0 2048 werden Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 8
IV. Types de données sur le SIMATIC S7-1200 Le SIMATIC S7-1200 a un grand nombre de types de données différents qui sont utilisés pour représenter les différents formats numériques. Les types de données de base sont listés cidessous. Indication : Les données de type «INT» et «REAL» sont très importantes dans le traitement des valeurs analogiques puisque les valeurs analogiques entrées sont présentes en tant qu entiers de type «INT». Pour un traitement plus précis, seuls les nombres à virgule flottante «REAL» sont utilisés, dû à l erreur d arrondi provoqué par le type «INT». Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 9
V. Entrée et affichage de valeurs analogiques Les valeurs analogiques sont entrées dans l API ou lues à partir de lui comme mots informatiques. On accède aux mots avec les opérandes suivantes, par exemple : %IW 64 Entrée analogique, mot 64 %OW 80 Sortie analogique, mot 80 A chaque valeur analogique («Couche») est assignée un mot d entrée ou un mot de sortie. Le format est «INT» comme intégrer. L adressage des valeurs d entrée et des valeurs de sortie dépend de l adressage sur l aperçu de l appareil. Par exemple : L adresse de la première entrée analogique serait dans ce cas %IW 64, celle de la seconde entrée analogique %IW 66, et celle de la sortie analogique %QW 80. La transformation d une valeur analogique en vue d un traitement dans un API est la même pour les entrées et les sorties analogiques. Les plages de valeurs numérisées ressemblent à ceci : Plage nominale de la valeur analogique Valeurs numérisées pour un traitement approfondi dans l API Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 10
Ces valeurs numérisées doivent souvent être normalisées par un traitement dans l API. 1) Normalisation des valeurs analogiques Si une valeur d entrée analogique est présente en tant que valeur numérisée, elle doit habituellement être normalisée pour que les valeurs numériques correspondent aux variables physiques du process. De même, le lien entre la sortie analogique et le mot de sortie IO s effectue seulement après que la valeur de sortie est normalisée. Dans les programmes Step7, les opérations de calcul sont utilisées pour la normalisation. Pour que cela soit aussi exact que possible, les valeurs à normaliser doivent être converties en format de données «REAL», pour minimiser les erreurs d arrondi. Dans les chapitres ci-après, un exemple est donné sur le contrôle du niveau d une citerne. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 11
VI. Exemple d application : Contrôle du niveau d une citerne Pour ce module, nous allons programmer le contrôle du niveau d une citerne. Un capteur mesure le niveau dans une citerne et le convertit en une tension allant de 0 à +10V. 0V correspond à un niveau de 100L et +10V correspond à un niveau de 1000L. Ce capteur est connecté à la première entrée analogique du SIMATIC S7-1200. Ce signal doit maintenant être entré dans la fonction FC1, et normalisé. Puis, ce qui suit doit être programmé : contrôle et indication du niveau maximum permissible, 990L, et contrôle du niveau minimum permissible, 110L. Tableau d affectations Adresses Variables Type de données Commentaires %IW 64 EA_niveau_citerne1 Int Entrée analogique niveau de la citerne %Q 0.0 Citerne1_max Bool Indication niveau > 990 litres %Q 0.1 Citerne1_min Bool Indication niveau < 110 litres Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 12
VII. Programmation du contrôle du niveau sur le SIMATIC S7-1200 La gestion du projet et sa programmation se font grâce au logiciel «Totally Integrated Automation Portal». Là, sous une même interface, les éléments tels que le contrôleur, la visualisation et la mise en réseau de la solution d automatisation sont créés, paramétrés et programmés. Les outils en ligne sont disponibles pour les diagnostics d erreur. Les étapes ci-dessous montrent comment créer un projet pour SIMATIC S7-1200 et programmer la solution pour cette application. 1. L outil que nous allons utiliser est «Totally Integrated Automation Portal», que l on appelle ici d un double-clique. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 13
2. Les programmes pour SIMATIC S7-1200 sont gérés sous forme de projets. Nous allons maintenant créer un nouveau projet via la vue portail («Créer un projet > Nom : Citerne_Analog > Créer»). Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 14
3. «Mise en route» est recommandée pour le début de la création du projet. Premièrement, nous voulons «Configurer un appareil» («Mise en route > Configurer un appareil»). Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 15
4. Puis «Ajouter un appareil» avec le nom d appareil : Controle_citerne. Choisissez alors dans le catalogue la «CPU 1214C» avec la bonne combinaison de lettres derrière. («Ajouter un appareil > SIMATIC PLC > CPU 1214C > 6ES7 214-1AE30-0XB0 > Ajouter») Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 16
5. Le logiciel bouge automatiquement vers la vue du projet avec la configuration matérielle ouverte. Ici, on peut ajouter des modules supplémentaires depuis le Catalogue du matériel (fenêtre de droite). A l aide d un glisser-déposer on ajoute le Signal Board pour une sortie analogique. («Catalogue > Signal Board > A01x12bits > 6ES7 232-4HA30-0XB0») Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 17
6. Dans la «Vue d ensemble des appareils» (cliquer sur la petite flèche en bas de la vue des appareils ), on peut fixer les adresses pour les entrées/sorties. Ici, les entrées analogiques intégrées à la CPU ont les adresses %I64 à %I67, et les sorties numériques intégrées les adresses %AQ.0 à %Q1.1. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 18
7. Afin que le logiciel puisse accéder dans la suite à la bonne CPU, son adresse IP et le masque de sous-réseau doivent être paramétrés («Propriétés > Général > Interface PROFINET > Adresses Ethernet > Adresse IP : 192.168.0.1 et Masq. s/rés. : 255.255.255.0»). (se référer également au module M1, partie IV, pour le paramétrage de l interface de programmation) Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 19
8. Puisque de nos jours on programme avec des variables plutôt qu avec des adresses absolues, on doit spécifier les variables globales de l API ici. Ces variables API globales sont des noms descriptifs et des commentaires pour ces entrées et sorties utilisées dans le programme. Plus tard, pendant la programmation, on pourra accéder à ces variables API via leurs noms. Ces variables globales peuvent être utilisées partout dans le programme, dans tous les blocs. A cette fin, sélectionnez dans le navigateur du projet «Controle_citerne [CPU 1214C DC/DC/DC]» puis «Variables API». Avec un double-clique, ouvrez la table des variables API et entrez, comme montré ci-dessous, les noms des entrées et des sorties. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 20
9. Pour créer le bloc de fonction FC1, sélectionnez dans le navigateur du projet «Controle_citerne [CPU 1214 C DC/DC/DC]» puis «Blocs de programme». Doublecliquez ensuite sur «Ajouter nouveau bloc». Dans la nouvelle fenêtre, choisissez «Fonction (FC)» et donnez-lui le nom «Remplissage_niveau_citerne1». Comme langage de programmation, choisissez «LOG» (blocs logiques fonctionnels). La numérotation est automatique. Puisque FC1 est appelée de toute façon par son nom symbolique, le numéro n a plus beaucoup d importance. Acceptez les saisies avec «OK». Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 21
10. Le bloc «Remplissage_niveau_citerne1 [FC1]» s ouvre automatiquement. Avant de pouvoir écrire le programme, cependant, on doit déclarer les variables locales, qui ne sont connues que dans le bloc. Les variables sont divisées en 2 groupes : Les paramètres qui forment l interface du bloc pour les appels dans le programme : Type Nom Fonction Reconnu dans Paramètres d entrée Paramètres de sortie Paramètres d entrée/sortie Input Paramètres dont la valeur est lue par le bloc Output Paramètres dont la valeur est écrite par le bloc InOut Paramètres dont la valeur est lue par le bloc quand elle est appelée, et qui après traitement est écrite dans le même paramètre Fonctions, blocs de fonction et quelques types de blocs d organisation Fonctions et blocs de fonction Fonctions et blocs de fonction Les données locales utilisées pour un stockage des résultats intermédiaires : Type Nom Fonction Reconnu dans Données locales temporaires Données locales statiques Temp Static Variables utilisées pour un stockage temporaire des résultats intermédiaires. Les données temporaires sont conservées pour un cycle seulement Variables utilisées pour un stockage statique des résultats intermédiaires dans le bloc de données d instance. Les données statiques sont conservées jusqu à leur réécriture, soit pour plusieurs cycles Fonctions, blocs de fonction et blocs d organisation Fonctions et blocs de fonction Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 22
11. Déclarons maintenant les variables locales nécessaires pour notre exemple : Input : Niveau_citerne_EA Ici, le capteur de niveau entre la valeur analogique Output : Citerne_max Citerne_min Ici, l état de l indication maximum est écrit en sortie Ici, l état de l indication minimum est écrit en sortie Temp : Niveau_reel_citerne Niveau_normal_citerne normalisé Cette variable est nécessaire pour stocker la valeur instantanée Ici, la valeur du niveau en format à virgule flottante est fournie, dans la fourchette 100 1000 litres Dans cet exemple, il est particulièrement important que les types de données corrects soient utilisés, puisque dans la suite du programme, ils ne sont pas compatibles avec les fonctions de conversion utilisées. Pour plus de clarté, toutes les variables locales sont accompagnées de commentaires explicatifs. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 23
12. Après avoir déclaré les variables locales, on peut écrire le programme en utilisant les noms de variables (les variables sont identifiées par le symbole «#»). Avec les blocs logiques, par exemple, ça donnerait : Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 24
13. Ensuite, faites un clic droit sur le bloc «Main [OB1]» (bloc traité de façon cyclique) et cliquez sur «Propriétés..». Là, changez le langage de programmation en «LOG», puis confirmez avec «OK». Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 25
14. Maintenant, on va appeler le bloc «Remplissage_niveau_citerne1 [FC1]» dans le bloc «Main [OB1]», sinon le bloc ne serait pas traité du tout. Double-cliquez sur «Main [OB1]» pour l ouvrir. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 26
15. A l aide d un glisser-déposer, déplacez le bloc «Remplissage_niveau_citerne1 [FC1]» dans le réseau 1 du bloc «Main [OB1]». Rappelez-vous aussi de bien documenter les réseaux du bloc Main, de la même manière que dans Remplissage_niveau_citerne1. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 27
16. Ensuite, les variables d entrée, tout comme les variables de sortie, sont liées dans OB1 avec les variables API montrées ci-dessous. Vous pouvez saisir soit le nom de la variable API, soit l adresse («%IW64» ) N oubliez pas de sauvegarder votre projet en cliquant sur. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 28
17. Pour charger votre programme entier dans la CPU, surlignez d abord «Controle_citerne [CPU 1214C DC/DC/DC]» en cliquant une fois dessus. Cliquez ensuite sur le symbole «Charger dans l appareil». Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 29
18. Dans le cas où vous auriez oublié de paramétrer l interface PG/PC auparavant (confer module M1, chap. 4), une fenêtre où il est encore possible de le faire s ouvre. Sélectionnez l appareil d adresse 192.168.0.1 et cliquez sur «Charger». Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 30
19. Une fois arrivé sur la fenêtre ci-dessous, cliquez encore sur «Charger» (n oubliez pas de laisser «Poursuivre» coché). Pendant le chargement, une fenêtre affiche l état d avancement. 20. Une nouvelle fenêtre vous informe que le chargement s est bien déroulé. Cliquez sur «Terminer». Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 31
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21. Ensuite, démarrez la CPU en cliquant sur le symbole «Démarrer la CPU». 22. Confirmez le fait que vous vouliez vraiment commuter la CPU sur RUN en cliquant sur «OK». Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 33
23. Dirigez-vous finalement vers le bloc «Remplissage_niveau_citerne1 [FC1]» dans les blocs de programme et cliquez sur l icône «Activer/désactiver visualisation du programme». Grâce à ce bouton, il est possible de surveiller l état des variables pendant que vous testez le programme en tournant le potentiomètre de la maquette. Remarquez que la fenêtre «Navigateur du projet» est devenue orange, ce qui signifie que vous travaillez désormais en ligne avec l automate. Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 34
Document de formation Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX CONTACT Alexis Fremin du Sartel Responsable de Branche Education Nationale Enseignement Supérieur et Recherche 06.64.02.39.22 alexis.fremindusartel@siemens.com Solenna Mattei Business Developer & Marketing Education Nationale Enseignement Supérieur et Recherche 06.11.09.58.54 solenna.mattei@siemens.com Ce document a été édité par Siemens A&D SCE (Automatisierungs und Antriebstechnik, Siemens A&D Cooperates with Education) à des fins de formation. Siemens ne se porte pas garant de son contenu. La communication, la distribution et l utilisation de ce document sont autorisées dans le cadre de formation publique. En deh ors de ces conditions, une autorisation écrite par Siemens A&D SCE est exigée (M. Knust: E-Mail: michael.knust@hvr.siemens.de). Tout non-respect de cette règle entraînera des dommages et intérêts. Tous les droits, ceux de la traduction y compris, sont réservés, en particulier dans le cas de brevets ou de modèles déposés. Nous remercions l entreprise Michael Dziallas Engineering et les enseignants d écoles professionnelles ainsi que tous ceux qui ont participé à l élaboration de ce document. La traduction en français a été réalisée par Siemens SCE France. @2016 Module M5 : Traitement de valeurs analogiques sur SIMATIC S7-1200 avec TIA Portal VX Page 35