Siemens Simatic S7-1200 #1 – O co vlastně jde?

Před dávnou dobou bylo řízení strojů plně mechanické, ovládané různými táhly, vačkami a podobně. Postupným zvyšováním složitosti a vývojem se začala používat ve strojích různá relé, elektromechanické součásti a nakonec i elektronika. Dříve bylo běžné, že se řídicí součásti strojů vyráběly tzv. od nuly – elektrické součásti se často vyráběly na míru konkrétnímu stroji a nebylo je možné použít jinak. Maximálně se jednalo o nějakou změnu konfigurace, nebo přenastavení.
Je samozřejmě pravda, že i mechanické stroje se daly do jisté míry konfigurovat např. výměnou vaček, zasazením kuliček do bubnové paměti a podobně. Ta pravá automatizace však přišla s programovatelnými logickými automaty – PLC.

Nyní přeskočíme do dnešní doby. Hobby trhu vládne Arduino, nebo podobné destičky s procesorem, který lze poměrně jednoduše naprogramovat, ale i poměrně jednoduše zničit. Vstupy a výstupy je potřeba ochránit před elektrostatickým nábojem. Vše přizpůsobit nějakým rozumným napěťovým úrovním (v průmyslu se v drtivé většině používá 24 V dc), kontrolovat, jestli se něco mezi sebou „nehádá“, hlídat, jestli nedošlo k zaseknutí nějakých periferií, ohlídat rušení… V neposlední řadě vše schovat do nějakého rozumného krytu, aby se to dalo namontovat do rozvaděče nejlépe na standardní DIN lištu.

Toto samozřejmě nelze v průmyslu stále dokola řešit a tak vznikly různé programovatelné automaty. Samozřejmě že existuje spousta výrobců, různých podob a různých úrovní PLC. V tomto článku a následném miniseriálu se budu zabývat programovatelnými logickými automaty Siemens Simatic S7-1200. Na rozdíl od programovatelného automatu Siemens Logo! jde už o plnohodnotné PLC s obrovskými možnostmi uživatelské konfigurace, vlastními speciálními funkcemi a podobně. Rozhodně se jedná o zcela standardní řešení, které máte možnost najít ve strojích po celém světě. I když konstrukce programu je vždy závislá na konkrétním programátorovi, nebo standardu, který se snaží dodržet, je určitě dobré vědět o co se jedná, jak se k tomu připojit a jak to případně opravit.

Pokud si netroufáte na plnohodnotné PLC, nebo nepotřebujete takový stupeň automatizace, doporučuji pročíst si články o programovatelném modulu Siemens Logo! To samotné je možné konfigurovat pomocí spousty bloků a jednodušší stroje, nebo menší domovní automatizaci je možné provést i pomocí něho.
Tento článek, stejně jako celý seriál určitě nebude vyčerpávající zdroj informací. Pokud máte o PLC Siemens zájem, doporučuji nějaké výukové kurzy, nejlépe přímo od Siemensu.

Hardware

PLC Siemens Simatic S7-1200 je tzv. kompaktní řídicí systém pro malé až střední automatizační úlohy (výkonnější verze je Simatic S7-1500). Jedná se o řadu modulů, které se vždy skládají z řídícího modulu (CPU), které je osazeno několika vstupy a výstupy. Počet I/O, výkon, paměť a možnost rozšíření se liší podle typu. PLC lze zakoupit ve verzi Failsafe, které umožňuje přejmout funkce různých bezpečnostních modulů – PLC je velice bezpečné pro provoz strojů (dle IEC 61508, viz dokumentace).
K CPU lze připojit různý počet dalších modulů. Od nejzákladnějších digitálních vstupních/výstupních modulů, přes analogové vstupy/výstupy, bezpečnostní (failsafe) vstupy/výstupy až po vážící systémy, komunikační moduly (ProfiBus, RS232, RS485, AS-Interface, IO-Link a další).

Samotné CPU má vždy komunikační port RJ45, který umožňuje snadné propojení s počítačem, dalšími CPU, pohony, nebo externími periferiemi (ET 200) pomocí protokolu ProfiNet. Vše je pro uživatele velice snadné na konfiguraci, po propojení a správném nakonfigurování funguje na první pokus.

CPU

• Každá vyšší verze má větší paměť, větší počet I/O, větší počet funkcí, … Viz stránky Simensu.
• CPU 1211C
• CPU 1212C (i ve verzi Failsafe)
• CPU 1214C (i ve verzi Failsafe)
• CPU 1215C (i ve verzi Failsafe)
• CPU 1217C

Rozšiřující moduly

• Modulů existuje velké množství, viz stránky Siemensu. Zde bude obecný výčet modulů.
• Digitální vstupy
• Digitální výstupy (tranzistorové, reléové)
• Kombinace digitálních vstupů a výstupů
• Analogové vstupy (napětí, proud, odpor, termočlánky)
• Analogové výstupy (napětí, proud)
• Měřič elektrické energie
• Bezpečnostní (failsafe) vstupy a výstupy

Komunikační moduly

• Modulů existuje velké množství, viz stránky Siemensu. Zde bude obecný výčet modulů.
• Kominukace RS232, RS485, RS222
• Profibus
• AS-Interface
• IO-Link master
• GPRS, LTE

Ostatní moduly

• Vážící modul
• Bateriový modul

K řídícímu systému je možné připojit tzv. vzdálené periferie pomocí komunikační sběrnice (ET200). Je tak možné mít v rozvaděči řízení a na vzdálené části stroje kartu např. se vstupy. Není tedy nutné všechny signály vést do rozvaděče. Šetří to čas, místo a zjednodušuje design a montáž stroje.

Software

Pro konfiguraci PLC je samozřejmě potřeba i nějaký software. V případě PLC Siemens je to TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal), který zastřešuje různé nástroje pro konfiguraci jak PLC, displejů HMI, tak i dalšího hardware od Siemensu jako jsou měniče, a další. Pro konfiguraci S7-1200 stačí verze TIA Portal ve verzi Basic. Program je stále ve vývoji, nyní (IV. 2020) je nejnovější verze TIA 16. Cena STEP 7 Basic (6ES7822-0AA06-0YA5) je cca nějakých 9000 Kč s DPH.

Co je nepochopitelné na TIA portalu jsou jeho obrovské hardwarové nároky a pomalé odezvy programu. I na velice výkonných strojích program neběží vyloženě svižně. Na programování je ideální mít dva monitory, nebo rozlišení 4k. Aktualizace programu jsou těžkopádné a pro každou novější verzi je potřeba mít novou licenci. Program sem-tam prostě spadne. Když nemáte uloženo, máte holt smůlu… Zde by se Siemens mohl inspirovat např. „konkurenčním“ programem Mosaic (slouží ke konfiguraci PLC Tecomat – je velmi svižný a není potřeba se prohrabávat desítkami verzí, ale také má nějaké rezervy ve funkcionalitě), nebo Visual Studiem od Microsoftu (přehledný a obsáhlý software s jednoduchými aktualizacemi).

PLC lze tímto software nakonfigurovat, vytvořit uživatelský program v několika jazycích a v neposlední řadě online sledovat běh programu.

Já budu používat TIA Portal 15 Professional. Pro zkoušení je možné stáhnou si trial verzi TIA Portalu, nebo si zakoupit např. S7-1200 starter kit, který kromě samotného hardware obsahuje i příslušný software. V něm se nejprve vytvoří hardwarová konfigurace (přidají se příslušné moduly, které se nakonfigurují) a poté se vytvoří program. Do programu lze kromě základních bloků jako AND, OR, sčítání, porovnávání a podobně vložit i tzv. technologické objekty, které přímo umožňují nějaké složitější operace jako je regulace teploty, polohování motory atd.

V dalším díle se zaměříme na propojení hardware a tvorbu jednoduchého programu.