Artykuł opisuje zestaw symulacyjny KA-S71200-IO-Simulator do sterowników Siemens SIMATIC S7-1200.

Produkty Siemens z serii SIMATIC S7-1200 to programowalne sterowniki logiczne (PLC) przeznaczone do małych i średnich aplikacji. Wraz z urządzeniami towarzyszącymi stanowią kompletny system sterowania dla systemów automatyki. Seria, oprócz jednostek centralnych, obejmuje również moduły wejść oraz wyjść cyfrowych i analogowych, moduły komunikacyjne oraz panele HMI. Dzięki implementacji standardowych protokołów komunikacyjnych możliwa jest łatwa integracja sterowników z istniejącymi systemami.

Sterownik SIMATIC S7-1200 dysponuje cyfrowymi wejściami w liczbie od 6 do 14 oraz wyjściami w liczbie od 4 do 10. Zarówno wejścia jak i wyjścia pracują ze standardowym napięciem 24 V. Można też skorzystać z dwóch wejść analogowych, które pracują z napięciem 0 – 10 V i rozdzielczością 10 bitów. Służą one do podłączenia przemysłowych czujników analogowych. Posiadają także zintegrowany protokół komunikacyjny Ethernet – Profinet.

Rys. 1. Sterownik Siemens SIMATIC S7-1200

Siemens przygotował także specjalne środowisko do programowania sterowników – TIA Portal. Bazuje ono na oprogramowaniu STEP 7, za pomocą którego wcześniej programowano sterowniki. W ten sposób powstało w pełni funkcjonalne środowisko programistyczne, umożliwiające programowanie sterowników w językach LAD, FBD oraz SCL.

Rys. 2. Oprogramowanie TIA Portal

Platforma testowa KA-S71200-IO-Simulator

Podczas projektowania aplikacji na sterownik bardzo przydatne jest środowisko testowe. Oczywiście oprogramowanie TIA Portal dysponuje symulatorem PLCSIM, ale warto też dysponować sprzętowym narzędziem do testów, aby ostatecznie zweryfikować działanie aplikacji w praktyce. Naprzeciw tym potrzebom wychodzi KA-S71200-IO-Simulator z oferty sklepu Kamami.pl. Jest to kompletny zestaw symulujący typowe otoczenie sterownika PLC. Umożliwia on podanie na wejścia cyfrowe i analogowe odpowiednich sygnałów – zarówno z przełączników, jak i wbudowanych czujników, a także zewnętrznych sensorów. Z kolei stan wyjść można odczytać za pomocą diod LED.

Jak już wspomniałem, zestaw pozwala na praktyczne testy aplikacji w trakcie projektowania. Ma też duży potencjał edukacyjny – umożliwia sprawdzenie możliwości sterownika i naukę bez konieczności posiadania całego zestawu modułów do automatyki.

Rys. 3. Zestaw KA-S71200-IO-Simulator

Zestaw jest przeznaczony do współpracy ze sterownikami z rodziny Siemens S7-1200 o maksymalnej liczbie wejść cyfrowych/analogowych 8/2 oraz maksymalnie 6 wyjściach cyfrowych (w wersjach DC/DC/REL i DC/DC/DC). Działanie zestawu zweryfikowano ze sterownikami: CPU1211C DC/DC/DC 6ES7211-1AE40-0XB0 (dostępnej w ofercie dla edukacji: 6ES7211-1AE40-0XB0) oraz CPU1212C (6ES7212-1AE40-0XB0).

Budowa modułu wejściowego

Zestaw KA-S71200-IO-Simulator składa się z dwóch części – modułu wejściowego oraz wyjściowego. Moduł wejściowy wyposażono w cyfrowe i analogowe elementy wejściowe oraz zasilacz DC/DC zapewniający odpowiednie napięcia zasilające obwodom elektronicznym.

Rys. 4. Moduł wejściowy KA-S71200-IO-Simulator

Do sterowania wejściami cyfrowymi służą duże przełączniki dźwigienkowe. Płytka zawiera ich osiem, co oznacza, że można wysterować stan logiczny ośmiu wejść cyfrowych. Przełącznik w pozycji dolnej oznacza stan niski, natomiast pozycja górna oznacza stan wysoki.

Do wejść DI.0 oraz DI.1, zamiast stanów ustalanych za pomocą przełączników, można dołączyć enkoder dwufazowy A/B. Umożliwia on dostarczenie do sterownika informacji o kierunku i prędkości obrotu. Kanał A można podłączyć do wejścia DI.0, natomiast kanał B – do wejścia DI.1. Wybór pomiędzy przełącznikami dźwigienkowymi a enkoderem umożliwiają przełączniki suwakowe umieszczone nad kanałami DI.0 i DI.1. Sygnały poszczególnych kanałów można też monitorować za pomocą zielonych diod LED znajdujących się po obu stronach enkodera.

Rys. 5. Przełączniki wejść cyfrowych DI.0 oraz DI.1

Sterowanie wejść analogowych

Jak już wspomniano, moduł KA-S71200-IO-Simulator umożliwia też sterowanie wejść analogowych. Sygnał analogowy, który można dostarczyć do sterownika powinien zawierać się z zakresu od 0 V do 10 V. Moduł dostarcza kilku możliwości wyboru źródła sygnału. Można doprowadzić sygnał z zewnątrz, za pomocą połączeń śrubowych znajdujących się po prawej stronie płytki. Można skorzystać z wbudowanych czujników – temperatury (doprowadzony do wejścia AI.0) oraz światła (do wejścia AI.1). Dodatkowo na płytce znajduje się potencjometr, który również można wykorzystać jako proste źródło sygnału analogowego (AI.1). Ostatnią możliwością jest dołączenie do złącza śrubowego mostka Wheatstone’a. W ten sposób można wykorzystać czujniki o wyjściu różnicowym, takie jak tensometr czy czujniki ciśnienia MEMS. Sygnał z takiego czujnika przechodzi przez tor kondycjonera, który zapewnia wzmocnienie 1000V/V. W stanie równowagi mostka napięcie na wyjściu kondycjonera wynosi +5V, co umożliwia dwukierunkowy pomiar sił (w przypadku tensometra) lub innych wielkości.

Wyboru źródła dla każdego wejścia analogowego można dokonać za pomocą przełączników suwakowych.

Rys. 6. Sekcja wejść analogowych

Ostatnim elementem są znajdujące się po prawej stronie płytki złącza śrubowe służące do podłączenia zasilania. Złącze jest podwójne, a odpowiednie wyprowadzenia są ze sobą zwarte. Oznacza to, że po podłączeniu zasilania do jednej pary zacisków, to samo napięcie można też wyprowadzić z modułu, np. do modułu wyjściowego zestawu. Jest to bardzo wygodne rozwiązanie.