SCE_DE_010-050_R1201_S7-1200_Analogwerte

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Documentación didáctica SCE
para la solución de automatización homogénea
Totally Integrated Automation (TIA)
Siemens Automation Cooperates with Education
Módulo TIA Portal 010-050
Procesamiento de los valores analógicos en
SIMATIC S7-1200
Documentación de cursos SCE
Módulo TIA Portal 010-050, edición 09/2012
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Paquetes de instructor SCE apropiados para esta documentación



SIMATIC S7-1200 AC/DC/RELÉ 6er "TIA Portal"
Ref.: 6ES7214-1BE30-4AB3
SIMATIC S7-1200 DC/DC/DC 6er "TIA Portal"
Ref.: 6ES7214-1AE30-4AB3
SIMATIC S7-SW for Training STEP 7 BASIC V11 Upgrade (for S7-1200) 6er "TIA Portal"
Ref.: 6ES7822-0AA01-4YE0
Tenga en cuenta que estos paquetes de instructor pueden ser sustituidos por paquetes actualizados.
Encontrará una relación de los paquetes SCE actualmente disponibles en la página: www.siemens.com/sce/tp
Cursos avanzados
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www.siemens.com/sce/contact
Más información en torno a SCE
www.siemens.com/sce
Nota sobre el uso
La documentación de cursos para la solución de automatización homogénea Totally Integrated Automation
(TIA) ha sido elaborada para el programa “Siemens Automation Cooperates with Education (SCE)"
exclusivamente con fines formativos para centros públicos de Investigación y Desarrollo. Siemens AG declina
toda responsabilidad en lo que respecta a su contenido.
No está permitido utilizar este documento más que para la iniciación a los productos o sistemas de Siemens. Es
decir, está permitida su copia total o parcial y posterior entrega a los alumnos para que lo utilicen en el marco de
su formación. La transmisión y reproducción de este documento y la comunicación de su contenido solo están
permitidas dentro de centros de formación básica y avanzada para fines didácticos.
Las excepciones requieren autorización expresa por el siguiente contacto de Siemens AG: Sr. Roland
Scheuerer roland.scheuerer@siemens.com.
Todo incumplimiento quedará sujeto a la indemnización de los daños y perjuicios. Se reservan todos los
derechos, incluidos los de traducción, especialmente para el caso de concesión de patentes o registro como
modelo de utilidad.
No está permitido su uso para cursillos destinados a clientes del sector Industria. No aprobamos el uso
comercial de los documentos.
Queremos expresar nuestro agradecimiento a la empresa Michael Dziallas Engineering y a todas las personas
por el valioso apoyo prestado al elaborar este documento.
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PÁGINA:
1.
2.
2.1
Prólogo ....................................................................................................................................................... 4
Notas sobre la programación de SIMATIC S7-1200 .................................................................................. 6
Sistema de automatización SIMATIC S7-1200 .......................................................................................... 6
2.2
Software de programación STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) ..................................................... 6
5.1
Señales analógicas ..................................................................................................................................... 7
Tipos de datos en SIMATIC S7-1200 ......................................................................................................... 8
Lectura/emisión de valores analógicos ...................................................................................................... 9
Normalizar valores analógicos.................................................................................................................. 10
3.
4.
5.
6.
Tarea de ejemplo: vigilancia del nivel de llenado de un depósito ............................................................. 10
6.1. Programación de la vigilancia del nivel de llenado para SIMATIC S7-1200............................................. 11
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1.
Prólogo
El contenido del módulo SCE_ES_010-050 está asociado a la unidad formativa "Fundamentos de la
programación de PLC" y constituye una guía de inicio rápido a la programación de SIMATIC S7
1200 con el TIA Portal.
Fundamentos de la
programación de PLC
Módulos 10, módulos 20
Simulación de plantas
SIMIT Módulos 150
Funciones adicionales
relacionadas con la programación de PLC Módulos 30
PROFIBUS
Módulos 60
Otros lenguajes de
programación
Módulos 40
Funciones de
seguridad
Módulos 80
PROFINET
Módulos 70
Tecnología de
sensores
Módulos 110
Visualización de
procesos (HMI)
Module 90
AS-Interface
Módulos 50
Accionamientos
Módulos 100
Objetivo didáctico:
En este módulo, el lector aprenderá la programación de vigilancias de límites para un valor analógico. El
PLC es el SIMATIC S7-1200 y el programa se crea con la herramienta de programación TIA Portal. El
módulo proporciona los fundamentos y muestra los procedimientos, acompañados de un ejemplo
detallado.
Requisitos:
Para un procesamiento adecuado de este módulo, se requieren los siguientes conocimientos:


Conocimientos del manejo de Windows
Fundamentos de la programación de PLC con TIA Portal
(p. ej., el módulo_010-010_- Iniciación a la programación de SIMATIC S7-1200 con TIA Portal V11)
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Hardware y software necesarios
1
PC Pentium 4, 1.7 GHz 1 (XP) – 2 (Vista) GB RAM, aprox. 2 GB de memoria de disco libre
Sistema operativo Windows XP Professional SP3 / Windows 7 Professional / Windows 7
Enterprise / Windows 7 Ultimate / Windows 2003 Server R2 / Windows Server 2008 Premium SP1,
Business SP1, Ultimate SP1
2
Software STEP 7 Professional V11 SP1 (Totally Integrated Automation (TIA) Portal V11)
3
Conexión Ethernet entre PC y CPU 315F-2 PN/DP
4
PLC SIMATIC S7-1200, p. ej. CPU 1214C.
Las entradas deben estar conectadas en el cuadro.
2 STEP 7 Professional
V11 (TIA Portal)
1 PC
3 Conexión Ethernet
4 S7-1200 con CPU
1214C
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2.
Notas sobre la programación de SIMATIC S7-1200
2.1
Sistema de automatización SIMATIC S7-1200
El sistema de automatización SIMATIC S7-1200 es un sistema de micro-PLC modular para las gamas
baja y media.
Existe una amplia gama de módulos para una adaptación óptima a la tarea de automatización
El controlador S7 se compone de una fuente de alimentación, una CPU y un módulo de entrada o de
salida para señales digitales y analógicas.
En caso necesario, se pueden utilizar también procesadores de comunicaciones y módulos de función
para tareas especiales, como p. ej. control de motor paso a paso.
El autómata programable (PLC) vigila y controla una máquina o un proceso con el programa S7. A los
módulos de E/S se accede en el programa S7 a través de las direcciones de entrada (%E), y reaccionan
a través de las direcciones de salida (%A).
El sistema se programa con el software STEP 7.
2.2
Software de programación STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11)
El software STEP 7 Professional V11 (TIA Portal V11) es la herramienta de programación para los
sistemas de automatización
-
SIMATIC S7-1200
-
SIMATIC S7-300
-
SIMATIC S7-400
-
SIMATIC WinAC
Con STEP 7 Professional V11 se pueden utilizar las siguientes funciones para la automatización de una
instalación:
-
Configuración y parametrización del hardware
-
Definición de la comunicación
-
Programación
-
Prueba, puesta en marcha y servicio técnico con las funciones de operación/diagnóstico
-
Documentación
-
Creación de visualizaciones para los SIMATIC Basic Panels con WinCC Basic integrado.
-
Con otros paquetes WinCC también se pueden crear soluciones de visualización para PC y otros
Panels
Todas las funciones disponen de una detallada ayuda online.
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3.
Señales analógicas
A diferencia de una señal binaria, que solo puede adoptar los estados de señal "Tensión presente
+24V" y "Tensión no presente 0V", las señales analógicas pueden adoptar cualquier valor dentro de un
rango determinado. Un ejemplo típico de sensor analógico es un potenciómetro. En función de la
posición del botón rotativo, se puede ajustar cualquier resistencia hasta un valor máximo.
Ejemplos de magnitudes analógicas en la tecnología de control:
-
Temperatura -50 ... +150 °C
Caudal 0 ... 200 l/min
Velocidad 500 ... 1500 rpm
etc.
Estas magnitudes se transforman con un transductor de medida en tensiones, intensidades o
resistencias eléctricas. Si se desea, p. ej., registrar una velocidad, el rango de velocidad de 500 ... 1500
rpm se puede convertir en un rango de tensión de 0 ... +10 V con un transductor de medida. A una
velocidad medida de 865 rpm, el transductor de medida emitiría un valor de tensión de +3,65 V.
500
1500
rpm
1500
U/min
865
365
10 V:1000
1000U/min
rpm ==0,01
10V:
0,01V/rpm
V/U/min
1000
rpm
1000
U/min
365 U/min
rpm x x0,01
= 3,65
365
0,01V/rpm
V/U/min
= 3,65
10V
10
V
+10 V
+10V
0V
Estas tensiones, intensidades y resistencias eléctricas se conectan a un módulo analógico que
digitaliza esta señal.
Si se procesan magnitudes analógicas con un PLC, el valor de tensión, intensidad o resistencia leído
debe convertirse en información digital. Esta transformación se denomina conversión analógicadigital (conversión A/D). Esto significa que, p. ej., el valor de tensión de 3,65 V se almacena como
información en una serie de posiciones binarias. Cuantas más posiciones binarias se utilicen para la
representación digital, más fina será la resolución. Si, por ejemplo, únicamente se dispone de 1 bit
para el rango de tensión 0 ... +10 V, solo se podría hacer una afirmación: si la tensión medida se
encuentra en el rango 0... +5 V o en el rango +5 V ... +10 V. Con 2 bits, el rango ya se puede dividir
en 4 áreas individuales, es decir, 0 ... 2,5 / 2,5 ... 5 / 5 ... 7,5 / 7,5 ... 10 V. Los convertidores A/D
habituales en la tecnología de control trabajan con 8 o con 11 bits.
Así, 8 bits suponen una resolución de 256 áreas individuales y 11 bits, 2048 áreas individuales.
20
mA/10 V
20mA/10V
00A/0V
A/0 V
10
V:2048
2048==0,0048828
0,0048828
10V:

puedenSpannungsdetectar diferencias de
 Se
es können
1111
bits
Bit
unterschiede
<5mV erkannt
<5
mV en la tensión
0
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4.
Tipos de datos en SIMATIC S7-1200
En SIMATIC S7-1200 hay varios tipos de datos distintos, con los que se representan distintos
formatos numéricos. A continuación se ofrece un listado de los tipos de datos elementales.
Tipo de datos
Tamaño (bit)
Rango
Ejemplo de entrada constante
Bool
1
de 0 hasta 1
TRUE, FALSE, O, 1
Byte
8
de 16#00 a 16#FF
16#12, 16#AB
Word
16
de 16#0000 a 16#FFFF
16#ABCD, 16#0001
DWord
32
de 16#00000000 a 16#FFFFFFFF
16#02468ACE
Char
8
de 16#00 a 16#FF
"A", "r", "@"
Sint
8
de -128 a 127
123,-123
Int
16
de -32.768 a 32.767
123, -123
Dint
32
de -2.147.483.648 a 2.147.483.647
123, -123
USInt
8
de 0 a 255
123
Ulnt
16
de 0 a 65.535
123
UDInt
32
de 0 a 4.294.967.295
Real
32
123
de +/-1,18 x 10 -38 a +/-3,40 x 10
308
a +/-1,79 x 10
38
123,456, -3,4, -1,2E+12, 3,4E-3
308
12345.123456789
-1.2E+40
LReal
64
de +/-2,23 x 10 -
Time
32
T#5m_30s
de T#-24d_20h_31 m_23s_648ms a
5#-2d
T#24d_20h_31 m_23s_647ms
Guardado como: de -2,147,483,648 ms T#1d_2h_15m_30x_45ms
a +2,147,483,647 ms
String
Variable
de 0 a 254 caracteres en tamaño de
bytes
"ABC"
Nota:
Para el procesamiento de los valores analógicos son muy importantes los tipos de datos "INT" y
"REAL", ya que los valores analógicos leídos tienen formato de números enteros "INT" y para que el
procesamiento posterior sea exacto, teniendo en cuenta los errores de redondeo de "INT", solo se
consideran los números en coma flotante "REAL".
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5.
Lectura/emisión de valores analógicos
Los valores analógicos se leen o se emiten como palabras en el PLC. El acceso a esas palabras se
realiza, por ejemplo, mediante los operandos:
%EW 64
%AW 80
Palabra de entrada analógica 64
Palabra de salida analógica 80
Cualquier valor analógico ("Canal") tiene asignada una palabra de entrada o de salida. El formato es
"int", un número entero.
El direccionamiento de las palabras de entrada o salida se rige por el direccionamiento en la vista
general de dispositivos. Por ejemplo:
La dirección de la primera entrada analógica sería %EW 64, la de la segunda entrada analógica,
%EW 66, la de la salida analógica, %AW 80.
La transformación del valor analógico para su posterior procesamiento en el PLC es el mismo en las
entradas y en las salidas analógicas.
Los rangos de valores digitalizados tienen el siguiente aspecto:
Rango nominal del valor analógico
0 A/0 V
10 mA/5 V
20 mA/10 V
Valor digitalizado para su posterior
procesamiento en el P
A menudo estos valores digitalizados deben normalizarse con el correspondiente procesamiento
posterior en el PLC.
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5.1
Normalizar valores analógicos
Si se dispone de un valor de entrada analógico en forma digitalizada, este debe además
normalizarse por regla general para que los valores numéricos coincidan con las magnitudes físicas
en el proceso.
Del mismo modo, habitualmente la salida analógica en la palabra de salida de periferia tiene lugar
después de haber normalizado el valor de salida.
En los programas STEP 7, para la normalización se recurre a las operaciones aritméticas.
Para que estas se realicen con la mayor exactitud posible, para la normalización deben
transformarse los valores al tipo de datos REAL, para minimizar los errores de redondeo.
En los siguientes capítulos se muestra un ejemplo basado en la vigilancia del nivel de llenado de un
depósito.
6.
Tarea de ejemplo: vigilancia del nivel de llenado de un depósito
Para nuestro programa implementaremos una vigilancia del nivel de llenado.
Un sensor mide el nivel de llenado en un depósito y lo transforma en una señal de tensión de 0-10 V.
0 V corresponden a un nivel de llenado de 100 litros y 10 V, a un nivel de llenado de 1000 litros.
Este sensor está conectado a la primera entrada analógica de SIMATIC S7-1200.
A continuación, esta señal debe leerse en una función FC1 y normalizarse.
A continuación, deben programarse una vigilancia y una indicación para el máximo nivel de llenado
permitido de 990 litros, y una vigilancia para el mínimo nivel de llenado permitido de 110 litros.
Lista de asignación:
Dirección
Símbolo
Tipo de datos
Comentario
%EW 64
%A 0.0
%A 0.1
AI_Level_Tank1
Tank1_max
Tank1_min
Int
Bool
Bool
Entrada analógica nivel de llenado depósito 1
Indicación nivel de llenado > 990 litros
Indicación nivel de llenado < 110 litros
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6.1.
Programación de la vigilancia del nivel de llenado para SIMATIC S7-1200
La administración de proyectos y la programación se realizan con el software "Totally Integrated
Automation Portal".
En una interfaz homogénea, aquí se crean, parametrizan y programan los componentes como el
control, la visualización y la conexión en red de la solución de automatización.
Para realizar el diagnóstico de fallos, están disponibles una serie de herramientas online.
Con los siguientes pasos se puede crear un proyecto para SIMATIC S7-1200 y programar la solución
para las tareas planteadas:
1. La herramienta central es el "Totally Integrated Automation Portal", que se abre aquí haciendo
doble clic. ( Totally Integrated Automation Portal V11)
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2. Los programas para SIMATIC S7-1200 se administran en proyectos. Un proyecto de este tipo se
crea en la vista del portal ( Create new project (Crear nuevo proyecto)  Tank_Analog  Create
(Crear))
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3. Ahora se proponen los "First steps (Primeros pasos)" de configuración.
En primer lugar queremos "Configure a device (Configurar un dispositivo)". ( First steps
(Primeros pasos)  Configure a device (Configurar un dispositivo))
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4. A continuación, vamos a "Add new device (Agregar dispositivo)" con el nombre
"controller_tank (controlador depósito)". Para ello, seleccionamos del catálogo "CPU1214C" con la
referencia correspondiente. ( Add new device (Agregar dispositivo)  Controlador depósito 
CPU1214C  6ES7 …….  Add (Agregar))
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5. El software cambia automáticamente a la vista del proyecto con la configuración de hardware
abierta. Aquí se pueden agregar módulos adicionales del catálogo de hardware (derecha). Aquí se
puede introducir el Signal Board para una salida analógica, mediante "arrastrar y soltar" desde el
catálogo. ( Catalog (Catálogo)  Signal board  AO1 x 12 bits  6ES7 232-… )
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6. En "Device overview (Vista general de dispositivos)" se pueden controlar las direcciones de las
entradas/salidas o también ajustarse de nuevo. Aquí las entradas analógicas integradas de la CPU
tienen las direcciones %EW64 - %EW66 y las salidas digitales integradas, las direcciones %A0.0 %A1.1.
La salida analógica del Signal board tiene la dirección %AW80.
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7. Para que el software acceda posteriormente a la CPU correcta, deben configurarse su dirección IP
y la máscara de subred. ( Properties (Propiedades)  General (General)  PROFINET interface
(Interfaz PROFINET)  Ethernet addresses (Direcciones Ethernet)  IP address (Dirección IP):
192.168.0.1  Subnet mask (Máscara de subred): 255.255.255.0)
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8. Como en la programación moderna no se programa con direcciones absolutas, sino con variables,
aquí deben determinarse las variables PLC globales.
Estas variables PLC globales son nombres descriptivos con comentarios para cada entrada y salida que
se utilice en el programa. Más adelante se puede acceder a las variables PLC globales a través de este
nombre durante la programación.
Estas variables globales se pueden utilizar en todos los bloques del programa.
Para ello, seleccione en la navegación del proyecto "controller_tank (controlador depósito)
[CPU1214C DC/DC/DC]" y, a continuación, "PLC tags (Variables PLC)". Abra la tabla "PLC tags
(Variables PLC)" haciendo doble clic e introduzca los nombres de las entradas y salidas, tal y como se
indica abajo.
( controller_tank (controlador depósito) [CPU1214C DC/DC/DC]  PLC tags (Variables PLC) 
Default tag table (Tabla de variables estándar))
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9. Para crear el bloque de función FC1, seleccione en la navegación del proyecto "controller_tank
(controlador depósito) [CPU1214C DC/DC/DC]" y, a continuación, "Program blocks (Bloques de
programa)". A continuación, haga doble clic en "Add new block (Agregar nuevo bloque)".
( controller_tank (controlador depósito) [CPU1214C DC/DC/DC]  Program blocks (Bloques de
programa)  Add new block (Agregar nuevo bloque))
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10. Seleccione "Function (FC) (Función (FC))" e indique el nombre "Supervision filling level tank1
(Vigilancia del nivel de llenado depósito 1)". Como lenguaje de programación se especifica el
diagrama de funciones "FUP". La numeración es automática. En cualquier caso, el número no es tan
importante, pues este FC1 será llamado posteriormente a través del nombre simbólico. Confirme las
entradas con "OK (Aceptar)". ( Function (FC1) (Función (FC1))  Supervision filling level tank1
(Vigilancia del nivel de llenado depósito 1)  FUP  OK (Aceptar))
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11. El bloque "Supervision filling level tank1 (Vigilancia del nivel de llenado depósito 1)" [FC1] se
abre automáticamente. Para poder escribir el programa, debe declararse la interfaz del bloque.
Al declarar la interfaz, se determinan las variables locales, conocidas solo en este bloque.
Las variables se dividen en dos grupos:
 Parámetros de bloque que forman la interfaz del bloque para la llamada en el programa.
Tipo
Denominación Función
Disponible en
Parámetros de entrada Input
Funciones, bloques de función y
Parámetros cuyos valores lee el
algunos tipos de bloques de
bloque.
organización
Parámetros de salida
Output
Parámetros cuyos valores
escribe el bloque.
InOut
El bloque lee el valor de estos
parámetros al efectuar la
Funciones y bloques de función
llamada y lo vuelve a escribir en
ellos tras la ejecución.
Parámetros de
entrada/salida
Funciones y bloques de función
 Datos locales que sirven para almacenar resultados intermedios.
Tipo
Datos locales
temporales
Denominación Función
Temp
Datos locales estáticos Static
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Disponible en
Variables que sirven para
almacenar resultados
intermedios temporales. Los
datos temporales se conservan
solo durante un ciclo.
Funciones, bloques de función y
bloques de organización
Variables que sirven para
almacenar resultados
intermedios estáticos en el
bloque de datos de instancia.
Bloques de función
Los datos estáticos se
conservan hasta que se vuelven
a escribir, también a lo largo de
varios ciclos.
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12. Para la declaración de las variables locales, en nuestro ejemplo son necesarias las siguientes
variables.
Input:
nivel_dep_AI
Aquí se lee el valor analógico del sensor del nivel de llenado
Output:
dep_max
Aquí se escribe el nivel de la indicación máxima para la salida
dep_min
Aquí se escribe el nivel de la indicación mínima para la salida
Temp:
dep_nivel_real
Esta variable es necesaria para almacenar un valor intermedio
dep_nivel_norm
Aquí se presenta un valor de nivel de llenado en formato de coma flotante,
normalizado en el rango 100 - 1000 litros.
En este ejemplo es especialmente importante utilizar el tipo de datos correcto, ya que de lo contrario no
será compatible con las funciones de conversión utilizadas en el siguiente programa.
Todas las variables locales deben incluir un comentario detallado para facilitar su comprensión.
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13. Una vez que las variables locales han sido declaradas, se puede introducir el programa utilizando
el nombre de la variable. (Las variables se identifican con el símbolo "#".) Para este ejemplo en FUP
podría quedar así:
Programa en diagrama de funciones (FUP):
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Programa en esquema de contactos (KOP):
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14. A continuación se seleccionan las "Properties (Propiedades)" del bloque ejecutado cíclicamente
"Main [OB1]". Las propiedades del bloque se pueden modificar. ( Properties (Propiedades)  Main
[OB1])
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15. Seleccione en las propiedades el "Language (Lenguaje)" de programación Diagrama de funciones
"FUP". ( FUP  OK (Aceptar))
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16. El bloque "Supervision filling level tank1 (Vigilancia del nivel de llenado depósito 1)" [FC1] debe
llamarse ahora desde el bloque de programa Main [OB1]. De lo contrario, el bloque no se ejecutaría.
Abra dicho bloque haciendo doble clic en "Main [OB1]". ( Main [OB1])
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17. El bloque "Supervision filling level tank1 (Vigilancia del nivel de llenado depósito 1)" [FC1]
puede arrastrarse mediante "arrastrar y soltar" al segmento 1 del bloque Main [OB1]. No olvide
documentar los segmentos también en el bloque Main [OB1]. ( Supervision filling level tank1
(Vigilancia del nivel de llenado depósito 1) [FC1])
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18. En el OB1 se interconectan las variables de entrada, así como las de salida, con las variables PLC
aquí mostradas. Haciendo clic con el ratón en
se guarda el proyecto.
( "AI_NIVEL_DEP1"  "DEP1_MAX"  "DEP1_MAX" 
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19. Para cargar todo el programa en la CPU, marque primero la carpeta "controller_tank
(controlador depósito)" y haga clic en el símbolo
( controller_tank (controlador depósito)
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Download to device (Cargar en dispositivo).
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20. Si olvidó determinar la interfaz PG/PC previamente, se mostrará una ventana en la que lo puede
realizar. ( Interfaz PG/PC para operación de carga  Load (Cargar))
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21. Vuelva a hacer clic en "Load" (Cargar). Durante el proceso de carga se muestra el estado en una
ventana. ( Load (Cargar))
22. Se muestra en una ventana que la carga se ha realizado con éxito. Haga clic con el ratón en
"Finish (Finalizar)". ( Finish (Finalizar))
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23. Inicie ahora la CPU haciendo clic en el símbolo
. (
)
24. Confirme la pregunta de si realmente quiere iniciar la CPU con "OK (Aceptar)".
( Yes (Aceptar))
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25. Haciendo clic con el ratón en el símbolo
Monitoring on/off (Activar/desactivar observación),
puede vigilar el estado de las variables durante la comprobación del programa. ( Supervision filling
level tank1 (Vigilancia del nivel de llenado depósito 1) [FC1] 
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