W artykule prezentujemy projekt wagi wykonanej za pomocą sterownika PLC SIMATIC S7-1200. Odczyty będą prezentowane na prostym panelu wykonanym w serwerze WWW sterownika. Projekt ten może być bazą do profesjonalnego zastosowania czujników wagi w systemach przemysłowych opartych o sterowniki PLC.

Projekt zostanie zbudowany z następujących elementów:

• Sterownik SIMATIC S7-1200 6ES7211-1AE40-0XB0,
• Zestaw symulacyjny KA-S71200-IO-Simulator,
• Moduł wagi z belką tensometryczną KAmodTENSOMETER2kg
• Zasilacz 24 V do zasilacza sterownika S7-1200 np. Mean Well MDR-60-24
• Kabel sieciowy Ethernet.

Sterownik 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 automatyki. Seria, oprócz jednostek centralnych, obejmuje również moduły wejść oraz wyjść cyfrowych i analogowych, moduły komunikacyjne, a także 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. Sterowniki dysponują także zintegrowanym protokołem komunikacyjny Ethernet – Profinet.

Używany w projekcie sterownik 6ES7211-1AE40-0XB0 cechuje się następującymi właściwościami:

• 6 x wejścia cyfrowe 24 V DC,
• 4 x wyjścia cyfrowe 24 V DC,
• 2 x wejścia analogowe od 0 do 10 V DC, rozdzielczość 10 bitów,
• Pamięć: 50 kB,
• Regulator PID z auto tuningiem,
• Zintegrowany ETHERNET – PROFINET,
• Program narzędziowy Step 7 V14 lub wyższej,
• Montaż na szynie DIN,
• Zasilanie: 24 V DC,
• Wymiary: 90 x 100 x 75 mm,
• Waga: 370 g.

Rys. 1. Sterownik PLC z rodziny SIMATIC S7-1200

Zestaw symulacyjny KA-S71200-IO-Simulator

KA-S71200-IO-Simulator z oferty sklepu Kamami.pl 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.

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. 2. Zestaw KA-S71200-IO-Simulator

Zestaw 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.

Z punktu widzenia projektu najważniejszy jest obwód obsługujący wejście analogowe AI.0. Umożliwia on odczyt sygnału z czujnika temperatury MCP9700, z zewnętrznego czujnika, lub też z sensorów różnicowych, takich jak oparte o mostek Wheatstone’a czujniki tensometryczne. Sygnał z czujnika przechodzi przez kondycjoner oparty o wzmacniacz instrumentalny. Pozwala on wzmocnić (zazwyczaj słaby) sygnał z sensora, co z kolei umożliwia dokładniejsze przetwarzanie przez sterownik PLC. Aby połączyć wejście sterownika z belką tensometryczną należy ustawić przełączniki w pozycje Tensometer i Tensometer/t (jak na rysunku poniżej).

Rys. 3. Schemat połączenia belki tensometrycznej ze sterownikiem SIMATIC S7-1200

Moduł wagi z belką tensometryczną KAmodTENSOMETER2kg

W roli czujnika wagi zastosowano moduł KAmodTENSOMETER2kg z belką tensometryczną o obciążeniu do 2 kg. Głównym elementem modułu jest oczywiście belka tensometryczna umożliwiająca pomiar masy do 2 kg. Belka jest przymocowana za pomocą śrub do dwóch plastikowych płytek, które mają za zadanie stabilne umieszczenie modułu na podłożu oraz umieszczenie ciężaru na wadze. Dodatkowo moduł zawiera też płytkę umożliwiającą wyprowadzenie połączeń belki na złącza śrubowe. Wagę można bezproblemowo podłączyć do każdego modułu z układem przeznaczonym do obsługi sygnału z tensometru, takiego jak moduł z układem HX711, a także do modułu symulatora do S7-1200.

Rys. 4. Moduł KAmodTENSOMETER2kg

Połączenie całego zestawu jest niezwykle proste: Obie płytki KA-S71200-IO-Simulator dysponują złączami krawędziowymi, które pozwalają umieścić je bezpośrednio w złączach sterownika S7-1200. Zasilacz należy podłączyć do złącza śrubowego płytki wejściowej (górnej). Plus zasilania należy podłączyć do wejścia L+, a minus do wejścia M. Aby doprowadzić zasilanie również do płytki wyjściowej (dolnej) należy użyć dwóch dodatkowych przewodów do przedłużenia zasilania z płytki górnej.

Aby podłączyć moduł KAmodTENSOMETER2kg do sterownika PLC z płytkami symulatora należy za pomocą odpowiednich przewodów połączyć wyjścia wagi do złącza Tensometer na płytce wejść zestawu KA-S71200-IO-Simulator. Odpowiednie wyjścia wagi należy połączyć do tak samo oznaczonych wejść płytki symulatora, tzn. +5V do +5V, IN+ do IN+ itd.

Wszystkie elementy połączone ze sobą zaprezentowano na poniższej fotografii.

Rys. 5. Wszystkie elementy projektu wagi połączone ze sobą

Przygotowanie sterownika i środowiska

Projekt wagi wykonano w oprogramowaniu TIA Portal 15.1. Jest to w pełni funkcjonalne środowisko służące do programowania sterowników PLC w językach LAD, FBD oraz SCL.

Sterownik jest programowany z wykorzystaniem magistrali PROFINET, która korzysta z sieci Ethernet. W związku z tym, aby korzystać z internetu, należy korzystać z połączenia bezprzewodowego, lub też drugiej karty sieciowej. Należy oczywiście dysponować również przewodem Ethernet, aby móc połączyć komputer PC ze sterownikiem S7-1200.

Pierwszym krokiem jest odpowiednia konfiguracja projektu. Informacje jak to zrobić znajdziesz w drugim odcinku naszego kursu Sterowniki S7-1200 w praktyce, w którym opisaliśmy wstępną konfigurację połączenia PC<>Sterownik PLC, a także rejestrację sterownika w środowisku TIA Portal.

Z kolei sposób włączenia, podstawy konfiguracji oraz demonstrację działania serwera Web wbudowanego w sterownik SIMATIC S7-1200 znajdziesz również w jednym z odcinków kursu.

Osobiście zachęcam do zapoznania się z całym kursem dostępnym w zasobach portalu Mikrokontroler.pl. Wiele przykładów zilustrowaliśmy także w postaci filmów dostępnych na kanale youtube portalu.