Некоммерческое Акционерное Общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра инженерной кибернетики

ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ УПРАВЛЕНИЯ
Методические указания к выполнению
лабораторных работ
для студентов специальности
5В070200 – Автоматизация и управление

Алматы 2014

СОСТАВИТЕЛЬ: А.М.Ауэзова. Программно-технические комплексы управления. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В070200 - Автоматизация и управление. - Алматы: АУЭС, 2014.- 22 с.

Методические указания содержат указания по подготовке к проведению лабораторных работ, в них приведены описания каждой лабораторной работы, экспериментальных уставок, дана методика проведения и обработки опытных данных, перечень рекомендуемой литературы.

Все лабораторные работы составлены с использованием элементов НИРС.

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальности 5В070200 – Автоматизация и управление.

Ил.-11, табл.-6, библиогр.-10.

Рецензент: доц. каф. ЭПП Башкиров М.В.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2014г.

© НАО “Алматинский университет энергетики и связи”, 2014 г.

Введение. Изучение программной среды Unity Pro. Языки программирования Unity Pro

Проектирование АСУТП с использованием  интегрированной SCADA-системы Unity Pro предполагает использование браузера проекта, который  предназначен для разработки структуры проекта и математической основы обработки данных и управления. Использование редактора представления данных служит для разработки графической составляющей проекта.  Применения новейших информационных технологий и программных продуктов, которые дают возможность успешного использования прикладных методов идентификации промышленных объектов разных классов с алгоритмами их реализации для получения не только качественных, но и количественных моделей исследуемых объектов повышает эффективность управления сложными промышленными объектами.

UNITY PRO  -  это программная среда конфигурирования, программми-рования, отладки и диагностики исполнительной системы промышленных контроллеров Modicon производства Schneider Electric: Modicon M340, TSX Premium (включая Atrium) и Quantum. Единая программная среда - "все в одном", 5 языков стандарта МЭК 61131-3, встроенная адаптируемая Библиотека Функциональных Блоков (DFB), симулятор программируемого логического контроллера ПЛК в персональном компьютере для отладки программ, встроенная диагностика, полный набор онлайн сервисов.

Преимущества: новое измерение в автоматике. Unity Pro настолько совершенное решение, что позволяет формировать свои собственные прикладные стандарты, упрощая повторное использование в различных приложениях и улучшая производительность и качество. В основе программного обеспечения Unity Pro лежит принцип открытости, делающий возможным эффективное и простое взаимодействие с другим программным обеспечением проекта. Применения: управление производством. Производственные машины и линии. Автоматизация зданий.

1 Лабораторная работа № 1. Изучение интерфейса пользователя. Конфигурирование контроллера Modicon M340

Цель работы: обучение работе с программной средой Unity Pro.

Методические рекомендации:

1)  Строка меню.

Существует три типа меню:

- основные или выпадающие меню;

- подменю;

- контекстные или всплывающие меню.

2) Панели инструментов.

Панели инструментов состоят из строки кнопок и комбинированных управляющих элементов, которые вызывают соответствующие функции. Несколько панелей отображаются на общей панели. Панели инструментов отделяются разделителем. Для всех элементов на панели может быть отображено контекстное окно указателя. На рисунке 1 показан интерфейс пользователя.


Рисунок 1 - Интерфейс пользователя

Стандартные панели инструментов разделены на группы:

- панели инструментов основного меню; эти панели инструментов содержат общие, т.е. не чувствительные к контексту символы, а все доступные панели основного меню отображаются при запуске программы;

- панели, чувствительные к контексту; эти панели содержат контекстно-зависимые символы;

- контекстно-зависимые панели автоматически отображаются в активном редакторе.

В зависимости от разрешения экрана, существует возможность, что не все панели инструментов будут видимы в окне приложения.

В этом случае у Вас есть возможность скрыть ненужные панели или переместить панели.

3)  Браузер проекта.

Браузер проекта позволяет отобразить содержимое проекта Unity Pro и перемещаться по его различным элементам: конфигурации, данным, программе и т.п. Для этого Вы можете отобразить Ваш проект двумя различными способами:

- структурный вид;

- функциональный вид.

4) Информационное окно.

Выходное окно отображает информацию о различных процессах (генерирование, импорт/экспорт, ошибка пользователя, поиск/замена). Выходное окно является закрепленным окном. Выходное окно отображается внизу окна UnityPro по умолчанию. Если выходное окно закрыто, оно может быть открыто при помощи: команды меню View ® Output Window или комбинации клавиш Alt+0 .

5)  Строка состояния.

Строка состояния отображает информацию о текущем проекте в ПК, о ПЛК и о состоянии программы.

Строка состояния строится из следующих пунктов:

- область информации для отображения информации меню;

- права доступа HMI (доступно только в UnityPro XL);

- состояние связи (Offline, Different, Equal);

- начальное значение в проекте отличается от начального значения в ПЛК;

- состояние ПЛК (Running, Stopped, ...)

6) ETS информация (поддержка пустого терминала);

- адрес соединенного ПЛК;

- информация о строке и столбце (доступна только в редакторах языков программирования);

- статус генерирования (Generated, Not Built);

- информация о событии: если в ПЛК происходит фатальная ошибка, она указывается окном ошибки. Нажмите кнопку для отображения диалогового окна, которое обеспечивает подробную информацию об ошибке;

- указывает, активен ли режим вставки или перезаписи;

- указывает, активна ли кнопка Capslock.

На следующем рисунке 2 представлена основная панель инструментов Unity Pro.

Рисунок 2 - Основная панель инструментов Unity Pro

После создания проекта устанавливаем либо стандартный режим подключения к физическому контроллеру, либо режим эмулятора, затем делаем анализ проекта, устанавливаем соединение с ПЛК, загружаем проект в контроллер из ПК. На рисунке 3 представлен браузер проекта.

Браузер проекта предлагает следующие возможности в структурном виде:

1) Создание и удаление элементов. Символ секции показывает язык программирования секции и защищена ли она.

2) Просмотр свойств элемента. Создание пользовательских директорий. Запуск различных редакторов. Запуск функции импорт/экспорт.

Редактирование данных в символьной таблице показано на рисунке 4.


Рисунок 3 - Представление браузера проекта

Рисунок 4 - Символьная таблица переменных

Браузер проекта предлагает следующие возможности в функциональном виде:

- создание функциональных модулей;

- вставка секций, анимационных таблиц и т.п., используя метод Drag-and-Drop, из структурного вида;

- создание секций;

- просмотр свойств элемента;

- запуск различных редакторов;

- символ секции показывает язык программирования секции и другие атрибуты.

Задание к лабораторной работе

Необходимо создать конфигурацию контроллера Modicon M340 c процессором PLC BMX P34 2010.

1 шаг. Создайте новый проект в среде Unity Pro.

2 шаг. В окне New Project выберите вкладку Modicon М340, в раскрывающемся окне выберите PLC BMX P34 2020.

3 шаг. Откройте окно конфигурации локальной корзины.

4 шаг.  Перетащите из панели каталога аппаратных средств (Hardware catalog)   DDM 3202K дискретный модуль в слот 1.

5 шаг. В модуле дискретных входов установите следующие параметры:

- Обработка входов задачей MAST.

- Индикация наличия питания (Supply monitoring) должна быть активна.

- Подтвердите заданную конфигурацию модуля.

6 шаг. Щелкните дважды по процессорному модулю и задайте следующие его параметры:

1) Сброс слов внутренней памяти %Mwi при “холодном” старте.

2) Количество внутренних битов %M – 512.

3) Количество слов внутренней памяти %MW -  1024.

4) Количество слов констант %KW – 256.

Подтвердите заданную конфигурацию модуля.

Контрольные вопросы:

1)    Что такое ПЛК?

2) Принцип работы  ПЛК?

3) Память ПЛК?

4) Цикл работы ПЛК?

5) Язык программирования Unity Pro?

Сформулируйте выводы и ответьте на контрольные вопросы.

Оформление отчета.

2 Лабораторная работа №2. Язык программирования LD (лестничная диаграмма)

Цель работы: получение навыков конфигурирования контроллеров Modicon M340. Язык программирования LD (лестничная диаграмма).

Методические рекомендации:

Данная среда позволяет не только программировать и визуализировать различные автоматизированные процессы, но и дает возможность удаленного доступа к программе.

Unity Pro представляет следующие языки программирования:

- язык функциональных блоков FBD;

- язык релейно-лестничных диаграмм LD;

- список инструкций IL;

 - структурированный текст ST;

 - язык последовательных функциональных схем SFC.

Могут использоваться вместе в одном проекте. Соответствуют стандарту МЭК 61131-3 [4,5].

 2.1 Задание к лабораторной работе

Задание 2.1.1

- Разработать различные схемы реализации всех известных вам логических элементов на языке программирования LD.

1 шаг. Создание нового проекта.

2 шаг. Разработка LD диаграммы зажигания лампы.

3 шаг. Диспетчерский пункт (см. таблицу 1).

Т а б л и ц а 1 - Порядок выполнения задания

  № шага

Описание действия

1 шаг

Разработка LD диаграммы логической операции "И".  y=а x b

2 шаг

Разработка LD диаграммы логической операции "ИЛИ". y=а + b

3 шаг

Разработка LD диаграммы логической операции "НЕ". y=

4 шаг

Разработка LD диаграммы логической операции "И-НЕ". y=

5 шаг

Разработка LD диаграммы логической операции "ИЛИ-НЕ". y=

6 шаг

Разработка LD диаграммы логической операции "Исключающее ИЛИ". Y = аb =

7 шаг

Разработка LD диаграммы логической операции "Исключающее ИЛИ-НЕ".

y =  =  + ab

8 шаг

Реализация буферного усилителя с помощью LD диаграммы. y = a

Задание 2.1.2

- Разработать схему для зажигания лампы с помощью двух кнопок. При этом необходимо предусмотреть возможность зажигания и отключения лампы посредством любой из кнопок.

1 шаг. Создание нового проекта.

2 шаг. Разработка LD диаграммы зажигания лампы.

3 шаг. Диспетчерский пункт (см. таблицу 2).

Т а б л и ц а 2 - Порядок выполнения задания

  № шага

Описание действия

1 шаг

Разработка LD диаграммы. Решением поставленной задачи является выполнение логической операции XOR:      y = аb =

2 шаг

Диспетчерский пункт. Создается на отдельном Screen 1

Контрольные вопросы:

1) Языки программирования Unity Pro?

2) Возможности Unity Pro?

3) Интерфейс пользователя Unity Pro?

4) Панель инструментов Unity Pro?

Сформулируйте выводы и ответьте на контрольные вопросы.

Оформление отчета.

3 Лабораторная работа №3. Конфигурирование контроллера Modicon M340. Язык программирования FBD (язык функциональных блоков)

Цель работы: получение навыков конфигурирования контроллеров Modicon M340. Язык программирования FBD (язык функциональных блоков).

3.1 Задание к лабораторной работе

- Рассмотреть принцип работы таймеров (см. таблицу 3).

- Рассмотреть принцип работы блоков  логических операций and,or,not (см. таблицу 4).

- Рассмотреть принцип работы блоков математических операций (см.таблицу 4).

1 шаг. Создание нового проекта.

2 шаг. Разработка FBD диаграмм.

3 шаг. Диспетчерский пункт.

4 шаг. Таймеры.

5 шаг. Блоки логических операций and,or,not.

6 шаг. Блоки математических операций.

Т а б л и ц а 3 - Порядок выполнения задания

  № шага

Описание действия

Выполнение операций, проведенных при выполнении упражнения 1

1 шаг

Разработка LD диаграммы. Решением поставленной задачи является выполнение  таймера TOF. Импульсная диаграмма таймера TOF

2 шаг

Разработка LD диаграммы. Решением поставленной зада-чи является выполнение  таймера TON. Импульсная диаграмма таймера TON

3 шаг

Разработка LD диаграммы. Решением поставленной задачи является выполнение  таймера TP. Импульсная диаграмма таймера TP

Т а б л и ц а 4 - Порядок выполнения задания

  № шага

Описание действия

Выполнение операций, проведенных при выполнении упражнения 2

1 шаг

Реализация основных логических операций с помощью языка программирования FBD. На входы и выходы логических блоков можно подавать переменные в виде символов, которые динамическим образом можно изменять в анимационной таблице. Проверка работы блоков при изменении значений входных переменных

2 шаг

Реализация основных матема-тических операций с помощью языка программирования FBD. На входы и выходы математических блоков можно подавать переменные в виде символов, которые динамическим образом можно изменять в анимационной таблице. Проверка работы блоков при изменении значений входных переменных

Контрольные вопросы:

1) Представление браузера проекта?

2) Редактор данных?

3) Редактор программы?

4) Сохранение готового проекта?

Сформулируйте выводы и ответьте на контрольные вопросы.

Оформление отчета.

4 Лабораторная работа №4. Язык программирования ST (структурированный текст)

Цель работы: создание проекта на языке программирования ST.

4.1 Задание к лабораторной работе

Рассмотреть принцип работы основных конструкций языка ST             (см. таблицу 5)

1 шаг. Создайте новый проект в среде Unity Pro. Соберите необходимую конфигурацию контроллера.

2 шаг.  Поэтапно рассмотреть базовые инструкции языка ST.

Т а б л и ц а 5 - Порядок выполнения задания

№ шага

Описание действия

1 шаг

Конфигурирование контроллера

2 шаг

Базовые конструкции языка ST. Инструкция выбора if с флагом. Инструкция выбора if без флага

3 шаг

Инструкция выбора else

4 шаг

Инструкция выбора elseif

5 шаг

Инструкция выбора case

6 шаг

Инструкция for с инкрементом 1

Прямой счет через два шага

"Единственные" циклы

Критические циклы

Инструкция повторения WHILE

Инструкция повторения REPEAT

Инструкция повторения EXIT

Контрольные вопросы:

1) Принцип работы систем промышленной автоматизации?

2) Архитектура программных средств ПЛК?

3) Конфигурация с несколькими монтажными шасси?

Сформулируйте выводы и ответьте на контрольные вопросы.

Оформите отчет.

5 Лабораторная работа №5. Язык программирования структурированный текст IL

Цель работы: создание проекта на языке программирования IL (список инструкций).

5.1 Задание к лабораторной работе

Рассмотреть принцип работы основных конструкций языка IL             (см. таблицу 6)

1 шаг. Создайте новый проект в среде Unity Pro. Соберите необходимую конфигурацию контроллера.

2 шаг.  Поэтапно рассмотреть базовые инструкции языка IL.

Т а б л и ц а 6 - Порядок выполнения задания

  № шага

Описание действия

1 шаг

Конфигурирование контроллера

2 шаг

Реализация на языке IL простой задачи, используя операнды и модификаторы:

P5 = 1, если P3 и/или P3 = 1 и P1 и P2 = 1

3 шаг

Проверка результата работы программы в анимационной таблице при подаче нужных сигналов

Контрольные вопросы:

1) Создание анимационной таблицы?

2) Подключение к анимационной таблице переменных?

3) Создание  операторского экрана?

4) Подключение основных элементов управления программой?

Сформулируйте выводы и ответьте на контрольные вопросы.

Оформите отчет.

6 Лабораторная работа №6. Язык программирования SFC (последовательных функциональных схем)

Цель работы: создание проекта на языке программирования SFC.

Методические рекомендации:

На рисунке 5 представлено рабочее поле программы функционирования пассажирского лифта, перемещение лифта между этажами. На рисунке 6 показана работа таймеров, которые обеспечивают задержку импульса.

Рисунок 5 - Рабочий ход пассажирского лифта

 

Рисунок 6 - Работа таймеров, обеспечивающих задержку импульса пассажирского лифта

На рисунке 7 представлено рабочее поле, а на рисунке 8 – анимационная таблица.

Рисунок 7 - Функционирование программы в режиме реального времени

Рисунок 8 - Анимационная таблица

6.1 Задание к лабораторной работе

Рабочий ход пассажирского лифта.

- Создать новый проект, в котором действия шагов и переходов в секции на SFC имитируют работу пассажирского лифта (см. таблицу 7).

1 шаг. Создание нового проекта.

2 шаг. Разработка секций SFC работы лифта – подъем и спуск вниз (3-5 этажей).

Т а б л и ц а 7 - Порядок выполнения задания

  № шага

Описание действия

1 шаг

Выполнение операций, проведенных при выполнении задании 1.1

2 шаг

Разработка секций с переходами

3 шаг

Подъем вверх

4 шаг

Спуск вниз

Рабочее поле языка программирования SFC показано на рисунке 9.

Рисунок 9 - Рабочие поля языков программирования LD, SFC, FBD

Контрольные вопросы:

1) В каких форматах осуществляется передача данных проекта?

2) В каком формате рекомендуется сохранять проект?

3) Управляющая задача (MAST)?

4) Быстрая задача (FAST)?

Сформулируйте выводы и ответьте на контрольные вопросы.

Оформите отчет.

7 Лабораторная работа №7. Аварийная остановка и режим инициализации пассажирского лифта. Создание операторского экрана

Цель работы: создание проекта на языке программирования SFC.

Методические рекомендации:

Практическим результатом является программный пакет, предназначенный для разработки и обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. Такой программный пакет может являться частью автоматизированной системы управления технологическим процессом, научного эксперимента, производственного процесса, автоматизации здания и т. д. Подобные системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени. Программное обеспечение устанавливается на компьютеры и для связи с объектом, используя драйверы ввода-вывода или OPC/DDE серверы. Данный пакет решает следующие задачи:

- обмен данными с «устройствами связи с объектом», (то есть с контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени через драйверы.

- обработка информации в реальном времени;

- логическое управление;

- отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме;

- введение базы данных реального времени с технологической информацией;

- аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;

- подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса;

- обеспечение связи с внешними приложениями (системы управления базами данных, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.) [7-9].

7.1 Задание к лабораторной работе

Аварийная остановка и режим инициализации пассажирского лифта. Создание операторского экрана (см. рисунок 10).

- Создать новый проект, в котором действия шагов и переходов в секции на SFC имитируют аварийную остановку и режим инициализации пассажирского лифта.

1 шаг. Создание нового проекта.

2 шаг. Разработать дополнительно к режиму рабочего хода лифта режим аварийной остановки и режим инициализации.

3 шаг. Создание операторского экрана.

Рисунок 10 - Функционирование операторского экрана

 На следующем рисунке 11 представлен рабочий ход пассажирского лифта в режиме реального времени.

Рисунок 11 - Аварийная остановка лифта

Сначала происходит симуляция подключения к виртуальному контроллеру и операторский экран начинает функционировать в режиме реального времени. При нажатии на кнопку «CALL» лифт запускается и открываются двери на 3 секунды, при нажатии на кнопку панели управления внутри лифта начинается перемещение лифта на необходимый этаж. Движение лифта циклически повторяются, количество этажей может варьироваться.

При срабатывании аварийного или какого-то нестандартного режима работы включается система аварийной остановки и электроснабжение лифта отключается.

Привести лифт к нормальному режиму работы можно только после включения и завершения режима инициализации для проведения диагностики и ремонтных работ:  лифт спускается на самый нижний этаж, двери открываются.

Возможности операторских экранов обширны, кроме приложенных непосредственно к программной среде библиотек с изображениями различных приборов и устройств, можно также нарисовать любой сложности объекты, запрограммировать принцип функционирования и запустить в режиме реального времени. Задания можно варьировать посредством пяти языков программирования ПЛК, то есть одно и то же упражнение подгруппы выполняют на языках: лестничных диаграмм LD, структурированного текста ST, функциональных блоков FBD, списка инструкций IL, последовательных функциональных схем SFC.

Контрольные вопросы:

1)  Язык функциональных блоков FBD?

2)   Язык лестничных диаграмм LD?

3)   Список инструкций IL?

4)   Структурированный текст ST?

5)   Язык последовательных функциональных схем SFC?

Список литературы

1.   Справочное руководство по языкам программирования. Учебный курс Unity Pro. Основы 1, 2009. – 203 с.

2.   Платформа автоматизации Modicom M340. Каталог 2009 Schneider Electric, 2012. – 673 с.

3.   Парр Э. Программируемые контроллеры: руководство для инженера.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 516 с.

4.   Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В.П.Дьяконова. - М.: СОЛОН – пресс, 2004. – 256 с.

5.   Токхайм Р. Микропроцессоры: Курс и упражнения. – М.: Энергоатомиздат, 1988. - 336 с.

8. Кабасова Ж.К., Шакенова Ж.К., Ауэзова А.М., Самуратова Б.Н. Электроника - Жезказган, ЖезУ, 2004. - 77 с.

9. Мюллер С. Модернизация и ремонт ПК. – М.: Вильямс, 2001. - 1184 с.

Содержание

Введение. Изучение программной среды Unity Pro

3

1

Лабораторная работа № 1. Изучение интерфейса пользователя Unity Pro (Schneider electric). Конфигурирование контроллера Modicon M340

4

2

Лабораторная работа № 2. Язык программирования лестничных диаграмм LD

9

3

Лабораторная работа № 3. Язык программирования функциональ-ных блоков FBD (2 часа)

10

4

Лабораторная работа № 4. Язык программирования структурирован-ного текста ST

11

5

Лабораторная работа № 5. Язык программирования списка инструк-ций IL

12

6

Лабораторная работа № 6. Язык программирования последователь-ных функциональных схем SFC

13

7

Лабораторная работа № 7. Аварийная остановка и режим инициа-лизации пассажирского лифта. Создание операторского экрана

17

Список литературы

20

Сводный план 2013 г. поз 76

Ауэзова Алма Мухамбетжановна
ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ УПРАВЛЕНИЯ
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
для студентов специальности
5В070200 – Автоматизация и управление

Редактор Л.Т. Сластихина
Специалист по стандартизации Н.К.Молдабекова

Подписано в печать _______
Тираж 50 экз.  
Объем 1,3 уч.-изд.л.
Формат 60х84 1/16
Бумага типографская №__
Заказ ____.Цена 600 тенге.

Копировально-множительное бюро
Некоммерческое акционерное общество
“Алматинский университет энергетики и связи”
050013, Алматы, ул.Байтурсынова, 126