Immaginiamo di voler trasferire un programma realizzato su TIA Portal relativo al movimento di due nastri trasportatori, avviati da un pulsante START.

In particolare immaginiamo di avere un progetto che simuli due nastri trasportatori, ognuno comandato da un motore (MOT1 e MOT2). In fondo ad ogni nastro è presente una fotocellula (FC1 e FC2, collegate tramite contatti NC).
Immaginiamo il seguente funzionamento: Alla pressione di un pulsante (di START) il primo nastro comincia a trasportare un pacco. Il nastro si ferma appena il pacco passa davanti alla prima fotocellula FC1. Appena il pacco si trova di fronte alla FC1, parte il secondo nastro trasportatore che trascina il pacco fino alla FC2. Quando il pacco si trova di fronte alla FC2, anche il secondo nastro trasportatore si ferma e, per riavviare il ciclo, è necessario ripremere sul tasto START.
E’ previsto anche un pulsante di Emergenza che ferma tutti i motori in qualsiasi momento.
Ogni motore ha due lampade, ad indicare il funzionamento o lo stop. Inoltre una lampada indica il funzionamento dell’impianto e uno che l’impianto è in emergenza.

Partiamo dalla configurazione HW descritta nell’articolo Come aggiungere un modulo aggiuntivo al PLC

Si individuino gli ingressi:

e le uscite:

Aggiungiamo anche i merker necessari al programma (K1 %M0.0 e il K2 %M0.1) per gestire gli avvii dei motori 1 e 2

La prima parte del programma (su Main) riguarda l’avvio del motore 1:

Analogamente seguono i network che gestiscono l’avvio del secondo nastro trasportatore, in cui al posto dello START, ci sarà la fotocellula 1 a  dare l’avvio

Infine, i rami per la gestione delle lampade di emergenza e di avvio:

Successivamente si procede alla compilazione hardware e software come visto nell’articolo Simulare un progetto per il PLC su TIA Portal

NB: nel simulatore è necessario attivare i bits dell’emergenza e delle fotocellule collegate con collegamento fisico NC.

Una volta verificato che il programma è corretto tramite la simulazione, si può procedere al trasferimento al PLC vero.

Configurazione del dispositivo in rete con il TIA Portal

Va configurato il percorso di rete per raggiungere il PLC vero. Per farlo si deve selezionare la rete su Devices & networks:

Per prima cosa si clicca sul quadratino verde e, con il tasto destro, si aggiunge la sottorete (subnet)

inoltre, conviene attivare la visualizzazione della rete tramite il pulsante:

successivamente si clicca su “proprieties” in basso e poi su ethernet addresses per impostare l’indirizzo di rete LAN del PLC (insieme alla subnet mask e al gateway – o router address)

A questo punto conviene fare un test di connessione. Per farlo, si clicchi sul comando “Go online”:

Si aprirà una ricerca dei dispositivi che corrispondono con i parametri di rete inseriti. Per fare in modo che il PC trovi il dispositivo, si deve impostare come interfaccia di rete la scheda di rete del PC e come subnet la PN/IE. Poi si clicca su “start search”:

Il TIA Portal troverà il PLC e a questo punto si può cliccare su “Go online”

Caricamento del programma sul PLC

Il test è andato a buon fine. quindi si può cliccare su “Go offline” e si procede al caricamento del programma sul PLC. Per farlo si clicca sull’icona in alto: 

E appare una finestra che elenca le differenze tra il programma che si vuole inviare e quello presente nel PLC. Si clicchi su “continue without sycochronization”:

poi si stoppano tutti i moduli avviati nel PLC reale:

Infine si clicca su “Finish” per completare il trasferimento

Supponiamo di voler aggiungere dei moduli al PLC.

I moduli aggiuntivi servono per avere delle funzionalità in più rispetto ad un PLC singolo. Ad esempio, potrebbe essere necessario avere più ingressi o uscite. In questo caso, si aggiungeranno dei moduli fisici di ingressi e uscite.

Si avvii un progetto con TIA PORTAL V17 come descritto nell’articolo Prima configurazione del Siemens TIA Portal: Creare un progetto con un PLC.

Manteniamo lo stesso PLC dell’articolo linkato: S7-1200 1215C AC/DC/Rly. 

dalla schermata del PLC, si clicca nelle linguetta Hardware Catalog (sulla destra) per aprire il catalogo dei componenti aggiuntivi

Per prima cosa aggiungiamo una signal board e in particolare prendiamo la DQ 4x24VDC. Per aggiungerla al PLC, si trascini il modulo aggiuntivo dentro il quadrato azzurro presente nel PLC (che è la posizione reale della signal board)

Successivamente aggiugiamo un modulo di uscite (8 x 24VDC) come in figura:

Una volta aggiunti i moduli, cambia l’immagine del PLC, che presenterà i nuovi componenti

Per modificare l’impostazioni del modulo aggiuntivo si clicca sul modulo e in basso su “proprieties” e poi I/O adresses. Ad esempio, in questo caso, per le uscite, indichiamo che il byte di partenza sia il 2 (quindi le uscite saranno contrassegnate da 2.0, 2.1, 2.2… 2.7

Una volta compilato il progetto e controllato la correttezza formale, bisogna controllare che anche la logica è corretta.

Proviamo a simulare un progetto. Ad esempio quello realizzato nell’articolo Hello World: Accendere una lampada con un PLC

Avviare la simulazione

Per avviare la simulazione, dalla vista progetto, si deve selezionare il PLC dalla ramificazione e poi, in alto l’icona a forma di monitor:

Questa operazione avvierà il simulatore (PLCSIM) installato nel PC. Il simulatore infatti è un programma a parte che si collega con il TIA Portal.

Il TIA Portal si collegherà con il simulatore e trasferirà il programma, proprio come accade con un PLC vero.

Per questo motivo, appena avviato il simulatore, potrebbe comparire un messaggio di alert come il seguente, che chiede conferma sull’affidabilità della connessione.

Cliccare su OK nella finestra “Enable Simulation Support”

E confermare anche il messaggio che l’apertura del simulatore disabilita ogni altra interfaccia online collegata al TIA Portal:

Infine cliccare su “consider as trasted and…” per confermare l’affidabilità del collegamento con il simulatore:

Durante il caricamento del programma, il TIA Portal chiede conferma che si voglia caricare tutto oppure solo una parte di programma:

Infine, l’ultima schermata, chiede cosa deve fare il simulatore dopo aver terminato il caricamento. In questo caso selezionare “Start module” e cliccare sul tasto “Finish”. Questo imposterà il simulatore in stato di RUN:

Il quadratino in corrispondenza della voce RUN/STOP del simulatore si colorerà di verde:

Per controllare il flusso del programma in tempo reale, è necessario posizionarsi sulla pagina del programma (Main) e cliccare in alto l’icona della freccia con gli occhiali:

ANche in questo caso è richiesta la conferma della comunicazione, quindi, nel messaggio successivo, si clicchi su “consider as trusted and m…” per accettare di nuovo la comunicazione

Il ladder si colora di verde ad indicare il “flusso” del programma (un po’ come se fosse il flusso di corrente). Come è possibile vedere il flusso si interrompe in corrispondenza del contatto aperto START.

E’ necessario trovare il modo per commutare i contatti, ovvero indicare, per ogni contatto che il bit corrispondente vale 1 o 0.

Per farlo  è necessario cliccare sull’icona a forma di quadratino bianco in alto a destra del PLCSIM. Appena cliccato, il simulatore cambia forma e si apre a tutto schermo: sarà il nostro ambiente per modificare i valori del simulatore

DI seguito la schermata ingrandita del simulatore. Per tornare alla forma iniziale del PLCSIM si può cliccare di nuovo sull’icona a forma di quadratino bianco in alto al centro della schermata del simulatore:

Se invece si vuole provare a modificare i valori dei contatti del progetto che si vuole simulare si clicchi sull’icona in alto a sinistra “New Project”. Si apre una schermata in cui è possibile dare il nome al progetto di simulazione. Spesso non è necessario salvare il progetto di simulazione quindi possiamo lasciare il nome proposto e cliccare su “create”:

Successivamente si espande il pannello di sinistra (Project tree) e si clicca sulla voce SIM Tables e poi SIM tables_1

Qui possiamo inserire le nostre variabili di progetto ovvero i contatti relativi agli ingressi e alle uscite.

Per importare le variabili dal progetto del TIA portal, si deve cliccare sull’icona a forma di etichetta viola presente nella barra in alto

In questo modo tutte le variabili sono state importate. Cliccando sulle singole variabili, in basso comparirà un pulsante con il nome della variabile stessa.

Prima di simulare il comportamento dei pulsanti, però, è necessario impostare il bit dell’ingresso dello STOP a 1, in quanto lo STOP è collegato con un contatto Normalmente Chiuso, quindi all’ingresso arriva la corrente quando il pulsante è a riposo.

Per settare il bit ad uno si clicca sulla checkbox della colonna Bits in corrispondenza dell’ingresso STOP in modo da inserire la spunta blu

Se torniamo sul TIA Portal e osserviamo i network, vedremo che il contatto NA dello STOP si è colorato di verde e quindi farebbe passare un ipotetico flussso:

Tornando sul progetto di simulazione e selezionando la voce START e cliccando in basso nel pulsante, si potrà osservare che nel programma il flusso passa attraverso il contatto dello START, poi in quello dello STOP e attiva di conseguenza il merker K1

il merker K1 attivato, a sua volta attiva nel network 2 l’uscita della lampadina HL_1, come è possibile vedere nel TIA Portal (linee tutte verdi)

spostandoci, nel simulatore, sulla linea dello stop e cliccando sul pulsante in basso, possiamo controllare che la l’uscita della lampadina si disattiva:

La simulazione è terminata con esito positivo.

Non è necessario salvare il progetto di simulazione, quindi si può chiudere il PLCSIM (o rimpicciolirlo) senza salvare il progetto

Se si è chiuso il simulatore, il TIA Portal potrebbe segnalare la mancanza di collegamento. In questo caso si clicca sull’icona Go offline (in alto nella barra degli strumenti) per scollegare il programma con il simulatore (oramai chiuso):

La simulazione ha avuto esito positivo. A questo punto è possibile trasferire il programma sul PLC vero.

Un HMI (Human-Machine Interface) è un’interfaccia grafica che permette agli operatori di interagire con macchine, impianti e processi industriali in modo intuitivo.

In questo paragrafo aggiungeremo un HMI ad un progetto realizzato con l’ambiente di sviluppo TIA Portal della Siemens

Come prerequisito, è necessario aver seguito le istruzioni descritte nell’articolo Prima configurazione del Siemens TIA Portal: Creare un progetto con un PLC

Partiamo dalla vista progetto (fine dell’articolo Prima configurazione del Siemens TIA Portal: Creare un progetto con un PLC).

Dalla vista del progetto, per aggiungere un HMI, bisogna cliccare su “Add New device” (prima voce della ramificazione a sinistra):

Si dovrà cliccare sul pulsante HMI e poi scegliere il modello del HMI che si desidera inserire nel progetto

In questo articolo aggiungiamo un DIsplay da 7”, il KPT700 Basic (articolo 6AV2 123-2GB03-0AX0)

l SIMATIC HMI KTP700 Basic è un pannello operatore della serie Basic Panel di Siemens, progettato per applicazioni industriali che richiedono un’interfaccia uomo-macchina efficiente ed economica. Le sue principali caratteristiche includono:

• Display: Schermo TFT da 7 pollici con 65.536 colori, che offre una chiara visualizzazione delle informazioni. ​

• Modalità di operazione: Supporta sia l’input tramite touch screen che tramite tasti fisici, offrendo flessibilità nell’interazione. 

• Interfaccia di comunicazione: Dotato di interfaccia PROFINET, che consente una facile integrazione in reti industriali standard. ​

• Configurabilità: Può essere programmato utilizzando WinCC Basic V13 o STEP 7 Basic V13, strumenti software di Siemens per la progettazione e la configurazione di sistemi HMI. 

Questo pannello è ideale per la realizzazione economica di compiti di visualizzazione semplici su macchine, grazie alla sua dotazione e funzionalità di base che lo rendono una soluzione entry-level efficace. 

Una volta scelto il modello e il firmware (che, in questo caso, lasciamo nella versione 17) è necessario cliccare su OK.

SI apre il wizard di configurazione del display. Serve per impostare il funzionamento dei pulsanti standard o la configurazione delle varie schermate.

Se ancora non si è esperti di questa sezione, il nostro consiglio è quello di cliccare su Cancel.

Anche cliccando su “Cancel” nella schermata del wizard, l’HMI sarà comunque aggiunto, come recita anche un popup di avviso, nel quale va cliccato il pulsante OK

Così come avviene quando si aggiunge un PLC, anche aggiungendo un HMI, si aggiungono le relative voci nella ramificazione a sinistra. Queste servono per configurare le schermate e aggiungere i controlli al display.

L’HMI è stato aggiunto. Il collegamento con il PCL viene eseguito in automatico dal software, quando si utilizzeranno, nell’HMI, elementi del programma relativi alla sezione del PLC.

Se però si vuole forzare il collegamento dei due elementi (PLC ed HMI), si deve cliccare sulla voce “devices and network”, presente in cima alla ramificazione del progetto

Si aprirà una schermata che visualizza il PLC e l’HMI affiancati ma non collegati

Cliccando sul quadratino verde presente sul PLC e trascinando con il mouse nel quadratino verde dell’HMI, si forza il collegamento dei due elementi

comparirà un collegamento denominato PN/IE tra i due elementi. Significa che entrambi i dispositivi comunicano tramite PROFINET su Ethernet industriale.

La sigla PN/IE sta per PROFINET / Industrial Ethernet.

• PN (PROFINET) → È il protocollo di comunicazione industriale in tempo reale usato nei PLC Siemens per lo scambio di dati con dispositivi come HMI, inverter e altri PLC.
• IE (Industrial Ethernet) → Indica che la comunicazione avviene su una rete Ethernet standard ma ottimizzata per applicazioni industriali.

A questo punto l’HMI è stato aggiunto ed è pronto ad essere programmato

Realizziamo un primo programma con il PLC: accendere e spegnere una lampada tramite due pulsanti, uno che accende e l’altra che la spegne.

In questo articolo realizziamo il programma tramite l’ambiente di sviluppo Siemens TIA Portal V17, collegato con un PLC S7-1200 1215C AC/DC/Rly con la versione del firmware 4.4.

Prerequisito di questo articolo è Prima configurazione del Siemens TIA Portal: Creare un progetto con un PLC

 

Chiamiamo il nostro programma “hello world”

Per prima cosa bisogna identificare gli ingressi e le uscite del PLC

Gli ingressi e le uscite vengono identificati tramite “indirizzamento”, indicando con la lettera I gli ingressi e con la lettera Q le uscite. 

L’indirizzo degli ingressi segue la logica dei byte e dei bit: I0.0 identifica il primo ingresso a sinistra; I0.1 il secondo e così via, fino all’ottavo ingresso (I0.7). L’ingresso successivo avrà indirizzo I1.0 e poi I1.1 e così via.

Per prima cosa vanno identificati gli ingressi e le uscite. Immaginiamo di avere un collegamento fisico al PLC come quello della figura seguente:

Il pulsante Normalmente Aperto (NA) dello START è collegato nell’ingresso I0.5 mentre il pulsante Normalmente Chiuso (NC) dello STOP nell’ingresso I0.6.

L’uscita Q0.6 è collegata alla lampada HL_1.

Gli ingressi e le uscite vengono scritte nella tabella delle etichette (“Tags”). Per aprire la tabella (o le tabelle, quando il programma è particolarmente complesso), si deve selezionare la voce “PLC Tags” e poi “Default tag table” (che è la tabella di default del programma). Si apre la schermata come quella seguente:

Inseriamo i vari ingressi e le varie uscite indicando il nome (a scelta) e il suo indirizzo. Ad esempio al pulsante START viene associato l’ingresso I0.0 come da figura seguente:

La stessa cosa si fa con le uscite. In questo caso l’unica uscita è l’HL_1 che ha indirizzo Q0.6:

E’ possibile anche aggiungere dei commenti che aiutano a capire come organizzare il programma:

Il programma

Per realizzare il programma si deve andare nella sezione “Program blocks” e si seleziona Main (doppio click)

Per realizzare il programma, partiamo dallo schema elettrico.

Non sarà sempre necessario usare lo schema elettrico per realizzare il Ladder, ma per cominciare, il passaggio dallo schema elettrico è un ottimo sistema per capire il funzionamento del Ladder.

Lo schema è semplice: il pulsante START eccita un RELE’ K1 che viene mantenuto attivo dal suo contatto in modalità di autoritenuta.

Un altro contatto del relè K1 sarà dedicato all’accensione della lampada HL_1.

Ma tra gli ingressi e le uscite non abbiamo contemplato il relè.

Il programma Ladder prevede un altro oggetto che permette la sostituzione fisica del relè: il MERKER.

Un Merker (M) è una variabile di memoria utilizzata per immagazzinare dati temporanei e condivisi tra diverse parti del programma.

Va dichiarata nella tabella delle Tags e il suo indirizzamento segue le stesse logiche viste in precedenza per gli ingressi e le uscite. Quello che cambia è la lettera con cui sono identificati, che, nel caso dei merker è la M.

Il merker che utilizzeremo per il nostro programma lo chiamiamo K1 e gli diamo indirizzo (virtuale) M0.0:

Un buon approccio per cominciare a scrivere il programma Ladder è quello di partire dal circuito elettrico, ruotarlo di 90 gradi e poi specchiarlo.

I contatti del Ladder sono di due tipi:

-| |- Contatto Normalemente Aperto;

-|/|- Contatto Normalmente Chiuso;

Sostituendo i contatti con i quelli del circuito elettrico lo schema risultante del primo ramo del circuito è il seguente:

Al posto dei punti interrogativi vanno messi i contatti, così come sono stati definiti nella tabella delle Tags:

Cliccando sui punti di domanda, è possibile scegliere ingressi, uscite e merker. Scrivendo direttamente nel campo, il valore viene ricercato in maniera da agevolare la selezione:

Il programma ladder del primo “network” (ovvero del primo ramo del circuito) assumerà la seguente forma:

E completando anche il secondo network si ha il programma completo:

Attenzione però. C’è un errore!

Riguarda il contatto dello STOP. Nel ladder è stato inserito come contatto NC (–|/|–). Nel PLC il contatto dello STOP è stato collegato con un pulsante NC. Significa che nell’ingresso I0.6, su cui è collegato lo STOP, arriva un segnale elettrico.

Questo significa che il contatto I0.6 viene subito commutato nel ladder e da CHIUSO passa subito ad APERTO, non permettendo il passaggio del segnale, che, nel ladder, viene percorso da sinistra verso destra, dove sono presenti le uscite.

Correggiamo l’errore portando (nel ladder) il contatto dello stop a NA (–| |–). Basta cliccare sull’icona del contatto e scegliere quella giusta:

Il programma corretto diventa il seguente:

Il programma è completato.

Per controllare la correttezza è necessario compilarlo e, per controllarne anche la logica, è necessario procedere sia con la simulazione che con il trasferimento ad un PLC vero.

Per compilare, cliccare con il tasto destro sul PLC nella diramazione del progetto e selezionare la voce “Compile” e poi “Hardware (rebuild all) 

 

Il TIA Portal, nella finestra in basso, evidenza gli errori o gli alert.

In questo caso, ad esempio, viene segnalato che manca la protezione del PLC. Il PLC scelto, infatti, si può proteggere con la password per aumetare il livello di sicurezza. Il TIA Portal segnala che la password non è stata impostata:

Successivamente si passa alla compilazione del software. Per farla, analogamente a come fatta per l’hardware, si clicca con il tasto destro sulla ramificazione del plc e si seleziona la voce “compile” e poi “Software (rebuild all)”

Nella finestra in basso vengono indicati eventuali errori e le frecce aiutano all’identificazione dell’errore:

La compilazione è andata a buon fine. Significa che il programma è formalmente corretto.

Ora, per controllare la logica, è necessario simularlo.

E’ possibile vedere come farlo nell’articolo Simulare un progetto per il PLC su TIA Portal

Un Programmable Logic Controller (PLC) è un dispositivo elettronico programmabile utilizzato per l’automazione industriale. Funziona come un piccolo computer progettato per controllare macchinari e processi in ambienti industriali, sostituendo i tradizionali sistemi a relè elettromeccanici.

I PLC offrono numerosi vantaggi rispetto ai sistemi tradizionali di automazione, tra cui:

• Affidabilità: resistono a condizioni ambientali difficili (vibrazioni, polvere, temperature estreme).
• Flessibilità: il software può essere modificato senza dover intervenire sull’hardware.
• Facilità di manutenzione: la diagnostica integrata aiuta a individuare e risolvere i guasti rapidamente.
• Scalabilità: possono essere espansi con moduli di ingresso/uscita (I/O) aggiuntivi.

In questo articolo vedremo come programmare un PLC con il linguaggio LADDER.

Utilizzeremo l’ambiente di sviluppo dei PLC Siemens: il TIA PORTAL.

In particolare vedremo come configurare il TIA Portal in maniera da prepararlo ad una ipotetica programmazione di un PLC Siemens.

Avvio del programma

L’interfaccia del TIA Portal (in questo caso la versione 17) mostra, all’avvio, la possibilità di aprire un progetto recente o un nuovo progetto.

Immaginiamo di iniziare un nuovo progetto. In questo caso cliccare su “Create new project”

 

E’ necessario dare un titolo al progetto e poi cliccare su “Create”

Nella schermata seguente, viene richiesto di configurare un dispositivo, o di cominciare a scrivere un programma.

Scegliamo di aggiungere un dispositivo. In particolare aggiungeremo un PLC della famiglia S7-1200 della Siemens. Per farlo è necessario cliccare su “Configure a device” e poi “add new device”

Come dicevamo, supponiamo di aggiungere un PLC S7-1200 1215C AC/DC/Rly

Il Siemens S7-1200 è una famiglia di PLC compatti progettati per l’automazione industriale di piccole e medie dimensioni. Appartiene alla serie SIMATIC S7 di Siemens e offre elevate prestazioni con un’architettura moderna e scalabile.

L’S7-1200 è composto da una CPU centrale e può essere espanso con moduli di ingresso/uscita (I/O), moduli di comunicazione e moduli tecnologici. Questo permette di adattarlo a diversi tipi di applicazioni.

Le CPU disponibili variano per capacità di memoria, numero di I/O integrati e prestazioni, con modelli che vanno dalla CPU 1211C alla CPU 1217C.

 

Il modello scelto per la CPU, 1215C AC/DC/Rly, prevede due varianti. In questo esempio prendiamo il codice 6ES7 215-1BG40-0XB0.

Una volta scelto nel dettaglio il modello, va scelto il firmware. A seconda delle opzioni, si modificano le caratteristiche HW e SW del PLC.

In questa esercitazione, selezioniamo la versione 4.2 del firmware.

La sigla AC/DC/Rly indica il tipo di alimentazione e uscite del dispositivo:

• AC (Alternating Current – Corrente Alternata): indica che il PLC può essere alimentato a 230V AC o 110V AC, a seconda del modello.
• DC (Direct Current – Corrente Continua): significa che gli ingressi del PLC accettano segnali in DC, tipicamente 24V DC.
• Rly (Relay – Relè): indica che le uscite del PLC sono di tipo relè, quindi possono commutare carichi sia in corrente alternata (AC) che in corrente continua (DC).

Una volta selezionato il PLC, si deve cliccare su “Add” in fondo alla pagina

Si aprirà la vista del progetto. Si noti, sulla sinistra, la ramificazione del PLC.

In pratica, avendo aggiunto il PLC nel progetto, si aggiungerà una ramificazione con tutte le opzioni per permettere la configurazione e la programmazione del PLC.

Da questo punto è possibile configurare la rete del PLC e aggiungere il programma o altri elementi al PLC.