Практический курс TIA-PORTAL

В данном практическом курсе с нуля реализуется полноценная система управления для реального производственного объекта. Проект полностью реализуется  на основе компонент и решений промышленной автоматизации от компании SIEMENS. В рамках технического задание курса мы создадим систему управления для цеха гидролизной установки, именуемой Осахаривателем. Система управление будет включать в себя 3 основных устройства: контроллер, панель оператора и компьютер для СКАДА-системы.

Сначала  мы реализуем проект для контроллера, пишем код программы для каждого объекта Осахаривателя. Детально разбираем каждый шаг, и реализовывая задания, как раз на практике изучаем программирование. В проекте используем контроллер из линейки S7-1200. Это линейка современных бюджетных контроллеров от компании SIEMENS. Они предназначены для решений малых и средних объектов автоматизации. Наш проект по сложности относится к средним объектам автоматизации, для него был выбран самый оптимальный вариант контроллер S7-1214C,  к нему можно локально подключить до 11 дополнительных модулей, для реализации задания нам этого вполне хватит. Всё что мы делаем в курсе Вы сможете повторить на любом контроллере, поддерживаемом в среде Tia-Portal: это все контроллеры линеек S7-1200, S7-1500 и S7-300/400. Более того для обучения приобретать контроллер вовсе необязательно, в Tia-Portal имеется симулятор, он очень удобен, и в основном тестировать и отлаживать проект мы будем именно в нем.

Контроллеры S7-1200 поддерживают 4 языка программирования (LAD, FBD, SCL и STL). По мере реализации проекта для контроллера мы овладеем 2-мя языками программирования LAD и SCL. LAD — это язык релейной логики с возможностью использования вызова как встроенных, так и реализуемых самим пользователем программных блоков. LAD прост в освоении и идеально подходит специалистам, знакомым с составлением электрических схем. Первые задачи проекта мы будем реализовывать именно на языке LAD. Также будем применять и язык SCL — это язык программирования с текстовым набором команд и структур. SCL — это язык высокого уровня, он содержит в себе элементы и структуры из общеизвестного в программировании языка Паскаль (один из самых популярных языков в программировании).  SCL особенно подходит для программирования сложных алгоритмов и задач управления данными. Два других языка FBD и STL в курсе не используются, но FBD (блочный редактор) интуитивно понятен после освоения языка LAD, более того, они между собой легко конвертируются в Tia-Portal . Язык STL — это язык низкого уровня, самый сложный в освоении и самый неудобный в применении, поэтому на нем мы останавливаться не будем. В Tia-Portal имеется ещё и 5-й язык программирования GRAPH, он предназначен для составления в проекте систем последовательного управления. GRAPH можно использовать для проектов контроллеров S7-300/400 и S7-1500 серий . При реализации кода на языке GRAPH задача разбивается на отдельные шаги, и между этими шагами прописываются условия передачи метки активности от одного шага к другому.  GRAPH не является самостоятельным языком программирования, в нем код для действий его шагов и условия переходов прописываются на языках LAD и SCL . GRAPH не поддерживается S7-1200-ми контроллерами, поэтому он в курсе не применяется. Для освоения языка GRAPH я рекомендовал бы пройти мой курс по Codesys, в нём детально рассматривается язык SFC, который является аналогом GRAPH. Стоит заметить, не важно на каком языке реализуется код, главное чтобы он был оптимальным, легко читаемым и гибким для корректировки. Именно такой принцип стилистики написания программ и прививается в нашем курсе. Мы познакомимся со всеми видами программных блоков, типами данных, местами объявления переменных, областями памяти контроллера.  Необходимый базис для реализации собственных проектов в Tia-Portal у Вас будет. 

После реализации кода  для всех объектов нашего проекта и объединения их в единую систему управления, мы переходим к аппаратной части контроллера.  Сначала знакомимся с периферией самого центрального процессора. Далее переходим к каталогу подключаемых к контроллеру дополнительных модулей и плат расширений. Разбираемся с предназначением каждого типа, и добавляем к контроллеру необходимую для нашего проекта периферию. После этого связываем каналы входов и выходов как контроллера так и подключенных к нему модулей с переменными программы нашего проекта. 

На 3-м этапе разработки мы приступаем к реализации проекта для панели оператора. Она нам необходима для управления и отображения процесса работы нашего производственного объекта. Использовать будем в проекте панель нового поколения KTP900, это панель с цветным экраном, поддерживающая кнопочный и сенсорный тип управления. Оба эти типа управления в проекте панели мы задействуем. Для реализации проекта для нашей панели нужен пакет WINCC Basic, он входит в дистрибутив среды Tia-Portal, поэтому ничего дополнительно устанавливать не придётся .В процессе реализации мы детально познакомимся со всеми основными объектами структуры проекта панели и элементами её экрана. Функционал проекта мы распределим на несколько экранов, реализуем навигацию между этими экранами. Создадим и настроим систему уведомлений и оповещений, как по работе производственного объекта так и по работе самой панели. Также настроим в проекте панели аутентификацию и авторизацию с многопользовательским режимом для разграничения доступа к управлению производственным объектом. У нас получится современное решение визуализации HMI, его Вы сможете повторить на любой панели SIEMENS. Все дополнительные возможности панелей SIEMENS, которые не включены в инструментарий панели KTP900, мы рассмотрим при реализации SCADA-системы. Для тестирования и отладки проекта наличие панели необязательно, тестировать её работу, в том числе и взаимодействие с контроллером, можно в симуляторе WINCC, который интегрирован в среду Tia-Portal.

После реализации проекта для панели оператора, мы приступаем к созданию SCADA-системы. Платформой для SCADA будет отдельный компьютер со средой исполнения WINCC Runtime Advanced, она входит в дистрибутив установки пакетов WinCC Advanced и WinCC Professional. Сначала мы перенесем функционал проекта панели оператора на станцию SCADA. Настроим проект SCADA на взаимодействие с контроллером.  Далее в SCADA добавим дополнительный функционал, в том числе и архивацию данных, и познакомимся с возможностями проекта WINCC Advanced, которые не включены в пакет WinCC Basic. После завершения реализации проекта для станции SCADA, мы рассмотрим примеры создания в Tia-Portal SCADA-систем, включающих в себя группы станций. На практике реализуем взаимодействия между несколькими станциями SCADA как независимыми по отношению друг другу, так и между станциями со структурой подчинения WinCC Professional — WinCC Cleint. Также познакомимся с технологиями удаленного управления станциями, как включенных в пакет WinCC, так и со сторонними решениями. Настроим станцию как OPC-сервер для двух технологий: OPC UA и OPC DCOM. С каждым из этих типов OPC-серверов мы протестируем подключения к ним OPC-клиентов, это будут как станции WinCC, так и стороннее программное обеспечение. На этих примерах Вы получите полноценные решения для интеграции проекта Tia-Portal в сторонние системы управления.

В заключительном разделе курса мы рассматриваем решения для действительно больших проектов. Это, во-первых, проекты с несколькими контроллерами. Настраиваем взаимодействие между программами контроллеров сразу несколькими способами. Детально закрепляем материал по промышленным сетям Profibus и Profinet. Знакомимся со станциями распределенного доступа, они нужны для подключения к контроллеру дополнительных модулей, на тот случай, когда нет возможности их к контроллеру подключить локально. Настраиваем взаимодействие между контроллером и станциями распределенного доступа с использованием сетей Profibus и Profinet. Загружаем готовый проект в устройства: контроллер, панель оператора, компьютер для SCADA. И в завершении рассматриваем вопросы безопасности доступа и защиты проекта как интеллектуальной собственности.