АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра инженерной кибернетики

 

Микропроцессорные системы в электроэнергетике

 

 

Методические указания к выполнению

 лабораторных работ для студентов всех форм обучения

специальности 5В0718-Электроэнергетика

 

Алматы 2009
ОСТАВИТЕЛИ: Копесбаева А.А., Ибрашева А.Т. Микропроцессорные системы в электроэнергетике. Методические указания к выполнению  лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 5В0718-Электроэнергетика. Алматы: АИЭС, 2009. -49с.
Содержание

 

1 Лабораторная работа 1. Знакомство с программным обеспечением Simatic Manager, конфигурирование и параметрирование МПС……………………….4

2 Лабораторная работа 2. Основные операторы языка контактного плана LAD. Логические операции…………………...…………………………………10

3 Лабораторная работа 3. Программирование арифметических операций…..13

4 Лабораторная работа 4. Программирование  с использованием счетчиков...17

5 Лабораторная работа 5. Программирование  с использованием таймеров…20

6 Лабораторная работа 6. Чтение и запись аналоговых сигналов с помощью стандартных функции...…………………………………………………………..24

7 Лабораторная работа 7. Программирование систем логического контроля и управления……………………………………...…………………………………29

8 Лабораторная работа 8. Визуализация сигналов на диспетчерском пункте управления с помощью  пакетов SCADA ProToolPro………………………….36

Приложение А…………………………………………………………………….42

Приложение Б…………………………………………………………………….44

Приложение В…………………………………………………………………….46

Приложение Г…………………………………………………………………….47

Список литературы……………………………………………………………….48

 

 1 Лабораторная работа №1. Знакомство с программным обеспечением Simatic Manager, конфигурирование и параметрирование МПС.

 

Цель работы: ознакомление с составом программного обеспечения Simatic Manager, приобретение навыков работы с прикладной программой, ознакомление с составом операторов языка Step7, знакомство с методами выполнения конфигурации и задания параметров микропроцессорной системы, приобретение навыков работы в режиме online.

 

1.1 Задание к лабораторной работе

1. Освоить работу с программным обеспечением программируемого логического контроллера (PLC) Simatic Manager:

а)     создать проект;

б)    выполнить конфигурацию микропроцессорной системы;

в)     задать параметры модулям;

г)     записать программу – образец;

д)    исследовать процессы в режиме online.

2. Создать проект согласно указанному варианту. Для этого необходимо:

а)     добавить необходимые компоненты в программу;

б)    присвоить компонентам абсолютные и символьные адреса;

в)     исследовать процессы в режиме online, для разных языков программирования.

3. Выполнить отчет по лабораторной работе к следующему занятию. Для этого необходимо:

а)     цель работы;

б)    задание лабораторной работы;

в)     данные по варианту;

г)     электрическая схема соединения устройств к контроллеру;

д)    окно проекта;

е)     таблица конфигурации;

ж)   таблица символов;

з)     программа на трех языках в режиме online;

и)    таблица переменных в режиме online;

к)     таблица истинности.

 

1.2            Порядок выполнения работы

1.2.1   Создание нового проекта

 

Создание проекта производится в окне Simatic Manager командой New-Project. Окно проекта представлено на рисунке 1.1. В результате будет создан проект, в котором существует уже установленная шина многоточечного интерфейса MPI, к которому подключается персональный компьютер (устройство программирования), система автоматизации и наблюдения (по необходимости). На лабораторной установке к MPI шине подключен персональный компьютер.

 

 
 

Рисунок 1.1 - Пример окна проекта

 

1.2.2 Конфигурирование системы

 

Пояснение терминов: Под «конфигурированием» мы понимаем размещение носителей модулей, модулей и интерфейсных модулей в конфигурационной таблице.

Конфигурирование CPU предполагает следующие действия:

-       создайте в проекте станцию;

-       откройте станцию  в окне проекта;

-       откройте конфигурационную таблицу;

-       установите в конфигурационной таблице каталог;

-       заполните конфигурационную таблицу.

Создание станции: выделив имя проекта, выберите команду Insert - Station - Simatic-300 Station (см. рисунок 1.2). Откройте станцию. В ней уже содержится окно  конфигурации Hardware (см. рисунок 1.3). Окно можно открыть командами Insert Hard Ware Components или щелчком левой кнопки мыши.

 

При составлении конфигурационной таблицы студент должен будет  придерживаться следующей последовательности действий:

-       конфигурировать и параметрировать центральный процессор CPU;

-       сохранить конфигурационную таблицу;

-       загрузить конфигурацию в центральный процессор CPU.

Модули аппаратного обеспечения устанавливаются на слоты в строго определенном порядке. В соответствии с реальным местом модуля составляется конфигурационная таблица, как показано на рисунке 1.4 (нужно изучить лабораторную установку).

 

 

 

Рисунок 1.3 –Окно конфигурации Hardware

 

Порядок выполнения конфигурации: Откройте конфигурационную таблицу. Установите каталог оборудования командой View Catalog. Прежде всего вам нужно создать профильшину Rack (носитель модулей), которой присваивается нулевой адрес. Остальные элементы конфигурационной таблицы заполняете в соответствии с реальной установкой. Необходимо помнить, что в конфигурационной таблице, как и на реальной установке первое место занимает блок питания, а сразу за ним  на двух  местах устанавливается CPU, затем остальные модули х тип указывается в нижней части блоков). Запишите адреса, которые присвоены каждому из модулей.

Рисунок 1.4 - Размещение модулей на носителе и соответствие его конфигурационной таблице

1.2.3   Параметрирование модулей

 

Для установки параметров выберите желаемый элемент и в диалоговом окне установите параметры. Например, можно параметрировать время цикла CPU. Это можно сделать как в окне конфигурации CPU-Proprties-Cicle Time, так и из меню командой PLC-Modul Information-Cicle Time. Закройте диалоговое окно параметрирования, сохраните созданную конфигурационную таблицу. В результате конфигурация сохранится на жестком диске компьютера.

Загрузите конфигурационную таблицу командой PLC-Download. Тогда все установленные параметры становятся действующими. В случае ошибки на CPU загорится сигнал ошибки SF. Для устранения ошибки придется выполнить стирание с помощью команды PLC-Clear/Reset. Ещё раз открыть конфигурационную таблицу и отредактировать её, повторить загрузку.

В случае успешной загрузки в диалоговом окне появится запрос на перевод CPU  из режима STOP в режим RUN. Для того чтобы в дальнейшем проверить выполнение прикладной программы переведите контроллер в режим RUN. Закройте окно конфигураций.

 

1.3 Запись программы для основной программы в организационном блоке ОВ1

В результате созданной конфигурации в окне проекта наряду с таблицей конфигурации появится CPU (см. рисунок 1.5). Внутри CPU находятся программные модули и связь. Откройте программные модули, они состоят из источника, звеньев и символьного редактора.

Откройте папку Blocks программного модуля. Эта составляющая программного обеспечения содержит пока только один организационный блок ОВ1.  В этом блоке должна находиться прикладная программа пользователя. Откройте этот блок, в диалоговом окне выберите язык контактного плана LAD и попробуйте создать простую программу, показанную на рисунке 1.7.

При программировании адреса контактов и катушек должны быть назначены согласно приложению А. С помощью символьного редактора вы можете задать имена адресам, заполненную таблицу нужно сохранить (см. рисунок 1.6).

Язык контактного плана построен на принципе протекания тока в цепи, которая присоединена к левой шине плана. Правая часть должна заканчиваться приемником тока: катушкой или блоком. Программа должна включать в себя хотя бы один контакт и катушку.

Представленные программы на языке LAD напоминают коммутационную схему. Элементы схемы объединяются в сеть. Последовательность сетей образует операторскую часть программы.

Сохраните созданную программу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1.7 - Пример программы на языке LAD

 

1.4 Исследовать процессы в режиме online

 

Для исследования переменных в режиме online нужно создать таблицу переменных (с контекстного меню объекта Blocks выберите команду Insert New Object - Variable table). В диалоговом окне задайте имя таблице переменных или согласитесь с тем, которое предлагает вам программное обеспечение Simatic Manager. Создайте в ней перечень переменных для наблюдения. В этом случае это все элементы вашей программы. Теперь поступайте по привычной для вас схеме: откройте ОВ1,сохраните, загрузите программу в CPU. Теперь создайте режим online для проверки прикладной программы, для этого нужно “надеть очки”. Окно редактора при этом изменится, а процесс работы CPU отражается мигающим зеленым сигналом в строке состояний. Переключая соответствующие (сигналам Старт, Датчик, Стоп) ключи с модуля имитации дискретного сигнала, проверьте включение или отсутствие выходного дискретного сигнала (питание пресса).

Теперь воспользуйтесь для наблюдения таблицей переменных. Откройте её, установите связь с CPU с помощью меню PLC командами Connect To – Configured CPU (см. рисунок 1.9). Изменится цвет строки оглавления окна таблицы переменных, теперь создайте режим onlinе (“надеть очки” или использовать команду Variable-Monitor), наблюдайте в таблице переменных изменения входной  и выходной переменной.

В ОВ1 измените язык программирования с помощью меню View на STL, и затем на FBD, повторите переключение ключей в режиме online.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.9 - Таблица переменных в режиме onlinе

 

1.5    Самостоятельная работа по варианту

Измените проект, добавив новые компоненты по таблице 1, согласно указанному варианту. Для этого необходимо:

1)     добавить необходимые компоненты в программу, присвоить компонентам абсолютные и символьные адреса;

2)     исследовать процессы в режиме online, для разных языков программирования и получить данные для отчета.

 

Т а б л и ц а 1 – Добавляемое оборудование к основной схеме

Вариант

Открытый

контакт

Закрытый

контакт

Катушка

Вариант

Открытый

контакт

Закрытый

контакт

Катушка

1

2

1

 

8

 

2

1

2

1

1

 

9

1

 

1

3

1

1

 

10

 

1

1

4

 

2

1

11

2

 

 

5

2

 

 

12

 

2

 

6

 

2

 

13

1

 

1

7

2

 

1

14

2

 

1

1. 6 Контрольные вопросы

1.     Из каких составляющих состоит проект?

2.     Для чего служит таблица символов, таблица переменных?

3.     Из каких элементов состоит программа проекта?

4.     Как выбираются и как обозначаются в основной программе дискретные входы и выходы?

5.     Как активизировать готовый проект? Из какого окна происходит загрузка основной программы в контроллер?

6.     Как выбираются блоки питания и где они устанавливаются в таблице конфигурации?

7.     Назовите такие составляющие проекта, без которых невозможно выполнение программы.

8.      Как на Simatic фиксируется орфографическая, логическая ошибка и ошибка в конфигурации?

9.      Назначение организационного блока. Какие типы адресации используются при программировании на языке LAD?

10.  Назовите основные составляющие проекта, который загружается в контроллер?

 

2        Лабораторная работа №2.  Основные операторы языка контактного плана LAD. Логические операции

 

Цель работы: знакомство с основными командами организации логики на языке Step7 программного обеспечения Simatic Manager, приобрете­ние навыков программирования, загрузки и тестирования программ.

 

2.1  Задание к лабораторной работе

2.1.1 Изучите каталог функции логических преобразова­ний (Bit Logic).

2.1.2 Согласно заданию (логическая схема управления конвейером на рисунке 2.1) составьте программу на языке LAD, соблюдая правила написания программ и пользуясь полным перечнем операций языка (приложение Б).

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 2.1 - Управление конвейером

 

Задание: на рисунке 2.1 представлен конвейер, который запускается с помощью электродвигателя. В начале ленты находятся две кнопки: S1 ПУСК и S3 СТОП. В конце ленты также находятся две кнопки: S2 ПУСК и S4 СТОП. Лента может запускаться или останавливаться с обоих концов. Кроме того, датчик S5 останавливает ленту, если предмет на ленте доходит до конца.

2.1.3 Составьте таблицу символов, выбрав в проекте Simatic Manager раздел Programm – Simbol Table, назначив адресацию согласно таблице 2 в CPU.

Составьте программу на языке LAD. Загрузите программу в контроллер PLC-Downlad. Наблюдайте процесс выполнения программы в режиме online.

 

Таблица 2

Компонент системы

Абсолютное обозначение

Кнопка ПУСК S1

I 0.0

Кнопка ПУСК S2

I 0.1

Кнопка СТОП S3

I 0.2

Кнопка СТОП S4

I 0.3

Датчик S5

I 0.4

Мотор

Q 0.0

 

2.1.4 Проверьте правильность написания программы, имитируя входные и выходные сигналы с блока имитации дискретного сигнала.

2.1.5 Переведите язык программирования на язык STL или FBD, используя меню View. Исследуйте программу в новом окне, создавая различные ситуации: включение конвейера в начале транспортной ленты, отключение в конце ленты; включение в начале ленты и отключение по датчику и т.д.

2.1.6 Результаты работы логической схемы сведите в таблицу 3:

Таблица 3

Входные сигналы

Выходной сигнал

I 0.0

I 0.1

I0.2

I0.3

I0.4

Q 0.0

 

 

 

 

 

 

        

2.1.7 По своему варианту составьте электрическую схему, программу, таблицу символов и подготовьте отчет по всем решенным задачам.  

2.2 Методические указания к выполнению работы

В этой лабораторной работе используются следующие логические операции:

•   Размыкающий контакт - –|/|–

•   Замыкающий контакт - –|  |–

•   Катушка реле, выход - –(  )–

•   Коннектор - –(#)–

•   Инвертирование результата логической операции - –|NOT|–

•   Загрузка результата логической операции в бите BIE- –( SAVE )–

•   Установка выхода - –( S )–

•   Сброс выхода - –( R )–

•   Опрос фронта 0 -> 1 –( Р )–

•   Опрос фронта 1 -> 0 –( N )–

В таблице 4 приведено назначение входов и выходов логической функций SR. Триггер служит элементом запоминания логической операции.

Таблица 4 -Триггер "установка-сброс"

Элемент LAD

Параметры

Тип дан­ных

Область памяти

Описание

 

 

 

<операнд>

BOOL

I, Q, М, D,L

Операнд указывает, какой бит должен быть установлен

S

BOOL

I, Q, М, D,L

Операция установки разрешена

R

BOOL

I, Q, М, D,L

Операция сброса разрешена

Q

 

BOOL

I, Q, М, D,L

Состояние сигнала

2.3    Варианты заданий

1.     Сигнальная лампа включается, если поступил сигнал с пульта оператора или сработали одновременно два датчика (схема И). Отключается по кнопке «Стоп».

2.     Катушка электромагнита пневматического устройства включается кнопкой «Пуск» и отключается кнопкой «Стоп». На вход контроллера поступают сигналы с двух датчиков. При срабатывании любого из датчиков катушка теряет питание (схема ИЛИ).

3.     Включить насос кнопкой «ПУСК». Если уровень в баке достигнет максимального, то сработает дискретный датчик уровня В1. По его сигналу или по сигналу кнопки «СТОП» остановить насос. Если уровень в баке меньше минимального, срабатывает датчик уровня В2. По его сигналу выполнить автоматический запуск насоса.

4.   Пресс срабатывает только в том случае, если нажата кнопка «Пуск» и опущен защитный экран, остается включенным при отпускании кнопки «Пуск» и отключается кнопкой «Стоп».

5.     Сигнализация включается, если поступил сигнал с пульта оператора или сработали одновременно хотя бы два датчика из трех. Отключается по кнопке Стоп.

6.     Сигнальная лампа и звуковая сигнализация включаются, если сработал хотя бы один из двух конечных датчиков уровня жидкости и отключается с панели оператора или кнопкой «Стоп».

7.     Двигатель включается кнопкой «Пуск» и остается включенным при отпускании кнопки «Пуск», если не сработал конечный датчик положения двигателя. Отключается кнопкой «Стоп».

8.     Катушка  электромагнита   пневматического  устройства:   включается   кнопкой   «Пуск». отключается кнопкой «Стоп». На вход контроллера поступают сигналы с двух датчиков, при срабатывании двух датчиков одновременно катушка теряет питание.

9.     Катушка электромагнита пневматического устройства включается кнопкой «Пуск» и отключается кнопкой «Стоп». На вход контроллера поступают сигналы с трех датчиков. При срабатывании двух датчиков одновременно катушка теряет питание.

10.  Сигнализация включается, если поступил сигнал с пульта  оператора или сработал один  датчик из трех. Отключается по кнопке «Стоп».

11.  Сигнальная лампа включается, если сработал хотя бы один из двух дымовых датчиков, звуковая сигнализация  включается если сработали оба датчика и отключаются с панели оператора.

12.  Сигнализация включается, если пришел сигнал о превышении  значения тока уровня уставки и отключается кнопкой «Стоп» или с пульта оператора.

13. Сигнальная лампа включается, если сработал хотя бы один из двух конечных датчиков уровня жидкости, а звуковая сигнализация включается, если сработали оба датчика и отключаются с панели оператора.

14.  Двери открываются кнопкой «Открыть», если нет сигнала «Открыть вручную». Закрываются кнопкой «Стоп» или если нет сигнала датчика слежения.

2.4  Контрольные вопросы

1.     Изобразите таблицу истинности программы на рисунке 2.1.

2.     Как изменится программа управления конвейером, если режимами «Пуск» и «Стоп» управляет одна кнопка?

3.     Назовите основные команды битовой логики.

4.     Как на языке LAD реализуются простейшие логические функции?

5.     Назовите основные группы команд STEP7?

6.     Приведите виды триггеров и таблицу истинности каждого триггера.

 

3      Лабораторная работа № 3. Программирование арифметических операции.

 

Цель работы: знакомство с основными типами данных и командами вычисления арифметических операции,  преобразования типов на языке Step7 программного обеспечения Simatic Manager.

 

3.1  Задание к лабораторной работе

 

3.1.1  Изучите, просмотрев в каталоге основные арифметические операции над целыми (Integer Math) и действительными (Floating-Point Math) числами, ознакомтесь с командами преобразования типов (Convert).

3.1.2  Составьте программу реализации выражения  (1) на языке LAD:

           (1)

Рисунок 3.1 - Программа реализации арифметического выражения (1)

 

3.1.3 Загрузите программу в CPU и проверьте правильность её работы.

3.1.4 Результаты оформите в таблицу 5

Таблица 5

№ бло­кa

Блок № 1

Блок №2

Блок №3

Блок №4

Блок №5

Имена блоков

ADD_I

MUL_I

I_DI

DI_R

DIV_R

Входы  и выходы

IN1

IN2

OUT

IN1

IN2

OUT

IN1

OUT

IN1

OUT

IN1

IN2

OUT

Значения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1.5 По своему варианту составьте программу и подготовьте отчет по всем решенным задачам.

 

3.2 Методические указания к выполнению работы

3.2.1 Типы данных Simatic Manager.

Счет каких-либо дискретных сигналов (количество) ведется с помощью целых чисел. Целые числа хранятся в ячейках памяти, состоящих из разного количества байт (байт=8 бит). В одном байте можно записать числа от 0 до 255 (в двоичном коде). В двух байтах числа от 0 до 65535 (255*255-1=65535) . Этот диапазон можно разделить пополам и хранить числа от –32768 до 32767. Для хранения больших чисел выделяют 4 байта.

Результат арифметических операций с целыми числами также должен быть целым и не выходить из описанных пределов. То есть, возможно, сложение, вычитание, умножение. Результат деления по вашему усмотрению может быть целым или вещественным.

Для хранения действительных чисел в вычислительной технике применяют следующий прием: представляют число в виде дроби с плавающей запятой (точкой): 3,14=314*10-2=3140*10-3. Целые мантиссу и показатель степени хранят отдельно в одной ячейке памяти, как обычные целые числа (естественно в двоичной форме). В результате такого способа хранения чисел в МП необходимы специальные операции по преобразованию целых чисел в действительные числа и наоборот.

В Simatic Manager целые числа со знаком описываются словом INT (занимает 2 байта памяти), большие целые числа - словом DINT (4 байта), вешественные - REAL (4 байта).

Примечание. Поскольку для хранения разного типа чисел требуется разное количество байт памяти, чтобы избежать пересечения, рекомендуется применять четные адреса для всех типов данных.

3.2.2 Команды преобразования типов.

Команды преобразования типов находятся в каталоге Сonverter. Часто применяемые команды из этого каталога: І_DI - преобразование целочисленного числа в двойное целое число, DI_R - преобразование двойного целого числа в вещественный, FLOOR, CEIL, TRUNC, ROUND- результаты этих команд - двойные целые числа, NEG_I, NEG_DI, NEG_R – соответственно преобразуют знак целых и вещественных чисел в обратный.

Таблица 6 – Пример команд преобразования

Преобразование знака целого числа

Преобразование двоиного целого числа в вещественный

до MW22= -10 после MW24=10

до MD30=3 после MD34=3,0 

 

3.2.3 Программирование арифметических операций.

В этой части работы используются:

·    арифметика с фиксированной запятой;

·    арифметика с плавающей запятой.

Таблица 7 - Сложение целых чисел (16 бит)

Блок LAD

Параметры

Тип данных

Область памяти

Описание

EN

' BOOL

E, A, M, D, L

Разрешающий вход

ENO

BOOL

E, A, M, D, L

Разрешающий выход

IN1

INT

E, A, M, D. L

Первое слагаемое

IN2

INT

E, A, M, D, L

Второе слагаемое

OUT

INT

E, A, M, D, L

Результат сложения

.

 

Таблица 8 - Арифметические  операции на языке LAD

Типы

Описание

Операции

16 битные целые числа

32 битные целые числа

32 битные действительные числа

ADD_I

ADD_DI

ADD_R

Сложение чисел

SUB_ I

SUB_ DI

SUB_R

Вычитание чисел

MUL_ I

MUL_DI

MUL_R

Умножение чисел

DIV_I

DIV_DI

DIV_R

Деление чисел

-

MOD

-

Получение остатка от деления

-

-

АВS

Абсолютное значение

-

-

SQR, SQRT

Квадрат и квадратный корень

-

-

LN

Натуралный логарифм

-

-

SIN, АSIN, СOS, АСOS, ТАN, АТAN

Тригонометрические функции

-

-

ЕХР

Экспоненциальное распределение

В Simatic Manager данные делятся на: элементарные, параметрические и составные типы. Числовые данные относятся к элементарным типам данных.

Таблица 9 – Элементарные типы данных  Simatic Manager

Тип

Занимаемый объем, бит (байт)

Интервалы

Byte

8 (1), беззнаковые целые числа

0-255

Word

16 (2), беззнаковые целые числа

0-65535

Dword

32(4), беззнаковые целые числа

0-4294967295

Int

16 (2), знаковые целые числа

-32768 +32767

Dint

32 (4), знаковые целые числа

-2147483648 +2147483647

Real

32 (4), действительные числа

действительные числа

 

3.3    Варианты заданий

Таблица 10

Вариант

Целые числа

Формула

A

B

C

D

1

3

5

7

8

X=Sin(A*B-C)/D

2

4

3

8

12

X=Cos((A+B)/(C+D))

3

5

8

7

2

X=Tg((A+B+C)/D)

4

8

9

12

9

X=Ln(((A+B)/(C+D))

5

4

2

9

5

X=(A*(B-C)/D)2

6

6

7

4

8

X=Sin(A*B+C)/D

7

7

6

4

3

X=Cos((A+B)/(C-D))

8

9

4

6

5

X=Tg((A+B-C)/D)

9

3

2

8

8

X=Ln(((A-B)/(C+D))

10

2

7

2

2

X=(A+(B+C)/D)2

11

8

4

8

7

X=Sin(A/B-C)/D

12

5

8

4

3

X=Cos((A-B)/(C+D))

13

9

8

9

9

X=Tg((A/B+C)/D)

14

2

9

3

3

X=Ln(((A+B)/(C-D))

 

 

 

3.4  Контрольные вопросы

1. Какие команды преобразования типов содержит Step 7?

2. В какие адреса записываются вещественные, целые числа и двойные целые числа?

3. С помощью каких команд тип INT преобразуется в тип REAL?

4. Какой рекомендуемый интервал адресов?

 

4        Лабораторная работа № 4. Программирование  с использованием счетчиков

 

Цель работы: знакомство с основными командами организации счета и сравнения на языке Step7 программного обеспечения Simatic Manager, приобрете­ние навыков программирования, загрузки и тестирования программ.

 

4.1  Задание к лабораторной работе

4.1.1 Изучите, просмотрев в каталоге и пользуясь данными методическими указаниями функции со счетчиками (Counters) и операции сравнения (Compare), переноса (Move).

4.1.2 Исследуйте образец программы, составленный по технологической схеме на рисунке 4.1 и заданному алгоритму.

Задание: конвей­ер транспортирует пакеты в зону складирования. Фотодатчик в конце конвейера рядом с зоной складирования фиксирует количество паке­тов, транспортируемых в зону складирования. Информационное табло с тремя лампочками сообща­ет о степени заполнении  зоны складирования. Рисунок 4.2 показывает полученную LAD – программу.

4.1.3 Согласно рисунку задайте адреса входным и выходным сигналам, составьте символьную таблицу, загрузите программу в CPU, и проверьте правильность её работы.

4.1.4 Результаты оформите в таблицу 11.

Подпись:

 

 

 

 

 

 

100

 
 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 4.1 - Зона складирования.

Рисунок 4.2 - LAD – программа активизации индикаторных ламп.

 

Таблица 11

Входные сигналы

Устанавливаемые параметры

Выходные сигналы

I0.0

……

С1

…..

Q0.0

Q0.1

……

С1

……

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1.5 В качестве самотестирования выполните задание по своему варианту, составьте электрическую схему, программу, таблицу символов и подготовьте отчет по всем решенным задачам.  

 

 

 

 

4.2 Методические указания к выполнению работы

Таблица 12 – Операции со счетчиками на языке LAD

Команда

Описание

    Сn

–( R )–

сброс значения области памяти отведенного для счетчика с номером “n”

  Сn

 –| |–

опрос на ненулевое значение счетчика с номером “n”

    Cn         

–(CU)–

счет вперед (+1) в области памяти с номером “Cn

    Cn         

–(CD)–

счет назад (-1) в области памяти с номером “Cn

Таблица 13 – Прямой/обратный счет.

Элемент LAD

Параметры

Тип данных

Область памяти

Описание

 

 

Nr.

COUNTER

-

Номер счетчика: диапазон зависит от CPU.

CU

BOOL

E, A, M, D, L

Вход CU: прямой счет

CD

BOOL

E, A, M, D, L

Вход CD: обратный счет

S

BOOL

E, A, M, D, L

Вход для предвар. установ. счетчика 

PV

WORD

E, A, M, D, L

Начальное знач. в диапазоне от 0 до 999 (вводится как С#<знач>, что указывает на формат BCD 

R

BOOL

E, A, M, D, L

Вход сброса

Q

BOOL

E, A, M, D, L

Состояние счетчика

CV

WORD

E, A, M, D, L

Текущее значение счетчика (форм, целого числа).

CV_BCD

WORD

E, A, M, D, L

Текущее значение счетчика (ВСD-код)

Для решения задач нужно выбрать тип счетчика.

4.3 Варианты заданий

1.   Двери гаража открываются и закрываются пневматическим цилиндром П1. Въезд машин контролирует датчик Д1, а выезд - датчик Д2. Когда количество машин достигнет 50, двери гаража автоматически закрываются цилиндром П1. Двери гаража открываются кнопкой «ПУСК» оператором или изнутри кнопкой «ВЫХОД».

2.   Датчик Д контролирует количество оборотов двигателя, по прохождению через зону обзора датчика штифта, установленного на двигателе. При количестве оборотов 256 двигатель автоматически останавливается. На выходном табло контролируется количество оборотов двигателя, срабатывание датчика Д. Включение двигателя производится кнопкой «ПУСК». Предусмотрен аварийный останов двигателя кнопкой «СТОП».

3.   Мимо турникета, оснащенного датчиком движения Д1, проходят посетители.  На выходном табло выведены  пять сигнальных ламп Л1-Л5 на каждый десяток посетителей. При достижении количества посетителей 50 загорается последняя сигнальная лампа, и турникет перестает принимать монеты (закрывается задвижка З1). Новый прием посетителей произойдет только тогда, когда все предыдущие посетители покинут помещение. Обратный отсчет посетителей происходит по выходному датчику движения Д2.

4.   Запустить конвейер кнопкой «Пуск», считать количество поступивших товаров по сигналу датчика. Если 60<N<70, держать лампу Л1 зажженной. Если N>70, отключить конвейер с помощью реле подключенному к дискретному выходу.

5.   Запустить конвейер1 кнопкой «Пуск», считать количество поступивших товаров по сигналу датчика. Если N>70, выключить конвейер1 и включить конвейер2, лампу Л1. Отключить их по кнопке «Стоп».

6.   Считать количество срабатывания контактов К1 и К2. Если количество срабатывании больше 10, зажечь сигнальную лампу. Отключить  по кнопке «Стоп».  Следующий подсчет начать с 0.

7.   Реверсивный двигатель непрервыно выполняет 5 оборотов  по часовой стрелке и 5 обротов против стелки до нажатия кнопки «Стоп».  По сигналу датчика Д считается количество оборотов двигателя. Включение двигателя производится кнопкой «ПУСК». Обороты по часовой и против стрелки выполняются с помощью катушек V1 и V2 соответственно подключенных к дискретным выходам.

 

4.4  Контрольные вопросы

1.     Составьте таблицу истинности для рисунка 4.1.

2.     Как установить нулевое начальное значение счетчика?

3.     Какие параметры счетчиков вы знаете?

4.     Назовите типы счетчиков.

5.     Назначение команды MOVE.

6.     Как запустить счетчик с начального ненулевого значения?

7.     Какое максимальное значение счетчика?

 

5      Лабораторная работа № 5.   Программирование  с использованием таймеров

 

Цель работы: знакомство с основными командами установки времени,  запаздывания, ожидания на языке Step7 программного обеспечения Simatic Manager, приобрете­ние навыков программирования.

 

5.1  Задание к лабораторной работе

 

5.1.1 Изучите, просмотрев в каталоге и пользуясь данными методическими указаниями функции с таймерами (Timers).

5.1.2  Согласно заданию составьте программу на языке LAD.

Задание: реализуйте функцию реле времени в управлении работой двигателя. По сигналу “ПУСК” подать напряжение на контакное реле двигателя. Нужно выключить двигатель, если поступивший сигнал с «Аварийной катушки» держится в течение 3 секунд. По сигналу «СТОП» выключить сразу.

Рисунок 5.1 - LAD – программа реализации функции реле времени

 

5.1.3 Загрузите программу в CPU и проверьте правильность её работы.

5.1.4 Результаты оформите в таблицу 14:

 

Таблица 14

Входные сигналы

Устанавливаемые параметры

Выходные сигналы

I0.0

I0.1

I0.2

……

T1

Q0.0

 

 

 

 

 

 

 

5.1.5 В качестве самотестирования выполните задание по своему варианту, составьте электрическую схему, программу, таблицу символов и подготовьте отчет по всем решенным задачам.  

 

5.2 Методические указания к выполнению работы

 

  На Simatic Manager можно реализовать функцию тактового генератора импульсов, приме­нив обработку, управляемую временем, в специальных организацион­ных блоках. В таб­лице 15 представлены значения частоты.

 

Таблица 15

Биты MB

Частота в герцах

Длительность 101

М 101.0

2.0

0.5 с (250 мс вкл/250 мс выкл)

М 101.1

1.0

1 с (0.5 с вкл /0.5 с выкл)

М 101.2

0.5

2 с (1 с вкл /1 с выкл)

М 101.3

0.25

4 с (2 с вкл /2 с выкл)

М 101.4  

0.125

8 с (4 с вкл /4 с выкл)

М 101.5

0.0625

16 с (8 с вкл /8 с выкл)

М 101.6

0.03125

32 с (16 с вкл /16 с выкл)

М 101.7

0.015625

64 с (32 с вкл /32 с выкл)

 

В данной лабораторной работе вы можете выбрать нужный таймер по рисунку 5.2. Здесь изображены временные характеристики таймеров с мнемоникой команд.

Работа любого таймера прерывается сигналом сброс (R).

Таймер SP. Импульс таймера и одновременно подсчет времени начинаются вместе с сигналом запуска. Длительность выходного импульса  таймера может быть прервана задним фронтом сигнала запуска.

Таймер SE. Импульс таймера и одновременно подсчет времени начинаются вместе с сигналом запуска. Длительность выходного импульса таймера не зависит от сигнала запуска.

Таймер SD. Вместе с сигналом запуска начинается отсчет времени. Длительность выходного импульса таймера может быть прервана задним фронтом сигнала запуска. Таймер выдает выходной импульс с задержкой от сигнала запуска.

Таймер SS. Вместе с сигналом запуска начинается отсчет. Таймер выдает импульс с задержкой от сигнала запуска. Длительность имульса сигнала запуска может быть коротким. Длительность выходного импульса  таймера может быть прервана только сигналом R.

Таймер SF. Таймер выдает выходной импульс от переднего фронта сигнала запуска. После окончания сигнала запуска, выходной импульс таймера продолжается заданное время.

 

 

Рисунок 5.2 – Виды таймеров

 Таблица 16 - Операции с таймерами на языке LAD

Команда

Описание

    Tn

–( R )–

сброс значения области памяти отведенного для таймера с номером “n”

   Tn          Tn          Tn          Tn         Tn

–(SP)–, –(SE)–, –(SD)–, –(SS)–, –(SF)–

запуск таймера с номером “n”

 Tn       Tn

–|/|–  , –| |–  и т.д.

опрос таймера с номером “n”

S5T#5s

загрузка в таймер значение времени

5.3 Варианты заданий

1.     Калорифер включается при открывании двери и должен работать в течение 5 секунд. При закрывании двери должен отключиться.

2.     Калорифер включается при открывании двери и должен работать 5 секунд независимо от закрывания двери до истечения 5 секунд.

3.     Калорифер включается при открывании двери и должен работать 5 секунд после закрывания двери.

4.     По кнопке «Пуск» включить линию Л1, через 10сек включить Л2. Отключить их по кнопке «Стоп».

5.     По кнопке «Пуск» включить двигатели Дв1 и Дв2. Дв1 отключить по кнопке «Стоп». Дв2 должен отключится через 5 секунд.

6.     По кнопке «Пуск» включить двигатель Дв1. через 20сек включить Дв2. Отключить их по кнопке «Стоп».

7.     По кнопке «Пуск» включить линию Л1, а через 5 секунд с промежутком 10 сек включить Л2, Л3. Отключить их по кнопке «Стоп».

 

5.4  Контрольные вопросы

1.     Составьте таблицу истинности программы на рисунке 5.1.

2.     В чем отличие SS и SD ?

3.     В чем отличие SE и SP?

4.     Постройте временные диаграммы сигналов используемые в задаче.

 

6  Лабораторная работа № 6. Чтение и запись аналоговых сигналов с помощью стандартных функции

 

Цель работы: привитие навыков измерения, нормирования аналоговых сигналов, обучение программированию задач чтения, записи и обработки аналогового сигнала.

 

6.1 Задание к лабораторной работе

Часть 1

1 Разделить систему на функциональные подсистемы.

2 Составить таблицу с перечнем всех символов с назначенными ад­ресами входов и выходов отдельно для каждого блока.

3 Составить алгоритм нормирования сигналов различных датчиков.

4 Программировать функциональную подсистему нормирования как функцию Step7 на языке LAD в виде FС.

Часть 2

5 Заполнить таблицу символов и таблицу переменных в программ­ном обеспечении Simatic Manager.

6 Программировать функции чтения, вывода аналогового сигнала как основную программу в организационном блоке ОВ1, применить функцию нормирования FС1.

7 Сделать выводы. Заполнить отчет

 

6.2  Краткие сведения из теории.

 

 Рассмотрим на примере чтение значения с датчика температуры. Допустим, что пределы измерения температуры находятся в значениях от 00С до 700С. При этом датчик выдает измеренные значения в пределах от 0 до 10 вольт. Процесс нормирования включает в себя процесс приведения любого измеренного значения к фактическому значению по следующей формуле:

       (2)

Допустим, датчик температуры выдал сигнал 6 вольт. Необходимо узнать, какому значению это показание соответствует. Используя формулу (2), получим:

                                                           (3)

В программном обеспечении Simatic Manager существует библиотека готовых стандартных функций. Для чтения аналогового сигнала используются функции FC105 (SCALE)  и для вывода FC106 (UNSCALE).

 

Функция линейного масштабирования входного сигнала SCALE

Функция линейного масштабирования SCALE назначает каждому значению входного аналогового сигнала определенное выходное значение, то есть нормирует входной сигнал.

Сигналы функции:

IN–входная переменная в безразмерных величинах (код аналогового сигнала);

HI_LIM – максимальное измеренное значение по напряжению или току;

LO_LIM– минимальное измеренное значение по напряжению или току;

BIPOLAR- дискретный сигнал установки биполярного (TRUE) или униполярного (FALSE) сигнала;

OUT- выходная переменная по напряжению (в вольтах) или по току (в амперах).

Выходное значение рассчитывается контроллером по формуле:

 

OUT=[((FLOAT(IN) – K1)/(K2-K1))*(HI_LIM-LO_LIM)]+LO_LIM.      (4)

 

Функция линейного масштабирования выходного сигнала UNSCALE

Функция линейного масштабирования UNSCALE назначает каждому значению входного сигнала определенное выходное аналоговое значение, то есть нормирует выходной сигнал.

Сигналы функции:

IN – входная переменная по напряжению (в вольтах) или по току (в амперах), либо  в других величинах;

HI_LIM – максимальное выходное значение по напряжению или току;

LO_LIM– минимальное выходное значение по напряжению или току;

BIPOLAR- дискретный сигнал установки биполярного (TRUE) или униполярного (FALSE) сигнала;

OUT- выходная переменная в безразмерных (цифровых, кодовых) величинах.

Выходное значение рассчитывается контроллером по формуле:

 

OUT=[((IN – LO_LIM)/( HI_LIM-LO_LIM))*( K2-K1)]+ K1.        (5)

        

Как видно, формулы (4) и (5) идентичны формуле (2). А коэффициенты К1 и К2 определяются форматом представления числа в контроллере и являются минимальным и максимальным значением цифрового кода.

Задача студента лишь исследовать действие формул (4) и (5), а также составить независимую программу нормирования сигнала конкретной физической величины (2).

 

6.3  Порядок выполнения работы

6.3.1  Разделим систему на следующие подсистемы:

1.     Подсистема чтения аналогового сигнала.

2.     Подсистема нормирования сигнала.

3.     Подсистема записи аналогового сигнала.

6.3.2 Составим таблицу с перечнем всех необходимых символов с назначением адресов для каждого блока.

Таблица 17

Обознач. в табл. симв.

Адрес в программе

Статус параметра

Обозначения блока SCALE

Тип пере менной

Комментарии

1.     Подсистема чтения аналогового сигнала

Символы в  основной программе ОВ1

AN1

PIW272

Вход блока

IN

INT

Первый входной аналоговый сигнал с модуля ввода

H_AN1

10.0

Входная константа

HI_LIM

REAL

Верхнее предельное значение напряжения датчика

L_AN1

0.0

Входная константа

LO_LIM

REAL

Нижнее предельное значение напряжения датчика

POL_AN1

I0.0

Вход блока

BIPOLAR

BOOL

Установить униполярный (FALSE) или биполярный вид сигнала (TRUE)

XIZ1

MD20

Выход блока

OUT

REAL

Измеренное значение в вольтах

Таблица 18

Обознач. в табл. симв.

Адрес в программе

Статус параметра

Тип переменной

Комментарии

2.     Подсистема нормирования сигнала

Символы в  основной программе ОВ1

XFMAX1

300.0

Константа

REAL

Максимальное значение фактической переменной

XFMIN1

100.0

Константа

REAL

Минимальное значение фактической переменной

XIZMAX1

10.0

Константа

REAL

Максимальное значение измеренной переменной

XIZMIN1

0.0

Константа

REAL

Минимальное значение измеренной переменной

XF1

MD24

Выход функции

REAL

 Значение фактической переменной

Символы функции FC1

XFMAX

#XFMAX

Вход функции

REAL

Максимальное значение фактической переменной – формальный параметр

XFMIN

#XFMIN

Вход функции

REAL

Минимальное значение фактической переменной – формальный параметр

продолжение таблицы 18

 

XIZMAX

#XIZMAX

Вход функции

REAL

Максимальное значение измеренной переменной – формальный параметр

XIZMIN

#XIZMIN

Вход функции

REAL

Минимальное значение измеренной переменной – формальный параметр

XIZ

#XIZ

Вход функции

REAL

Значение измеренной переменной– формальный параметр

XF

#XF

Выход функции

REAL

Значение фактической переменной– формальный параметр

Таблица 19

Обозна чение

Адрес в программе

Статус

параметра

Выводы блока UNSCALE

Тип пере менной

Комментарии

3.Подсистема записи аналогового сигнала

Символы в  основной программе ОВ1

XIZ1

MD20

Вход блока

IN

REAL

Входной аналоговый сигнал на модуль вывода

H_ON1

10.0

Входная константа

HI_LIM

REAL

Верхнее предельное значение напряжения

L_ON1

0.0

Входная константа

LO_LIM

REAL

Нижнее предельное значение напряжения

POL_AN1

I0.0

Вход блока

BIPOLAR

BOOL

Установить униполярный (FALSE) или биполярный вид сигнала (TRUE)

ON1

PQW288

Выход блока

OUT

INT

Первый выходной аналоговый сигнал на модуль вывода

6.3.3 Составим алгоритмическую схему каждой функциональной подсистемы отдельно.

 

 

 

 

 

Рисунок 6.1 - Подсистема чтения аналогового сигнала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 6.2 - Подсистема нормирования сигнала

 

 

 

 

 


Рисунок 6.3 -  Подсистема записи аналогового сигнала

 

6.3.4 Программирование функциональных подсистем

При программировании используйте те же обозначения, что и в таблицах 17, 18, 19 и на рисунках 6.1-6.3. Программу нужно выполнить в соответствии с алгорит­мической схемой.

При составлении подобного рода программ рекомендуется соблюдать следующую последовательность действий:

·    составить таблицу символов;

·    программировать функцию FC1, начиная с таблицы описания блока;

·    программировать организационный блок;

·    составить таблицу переменных.

 

6.3.5 Программирование организационного блока

Основная программа должна быть записана в виде организационного блока ОВ1 в соответствии с приведенной алгоритмической схемой. Она предназначена для вызова блока SCALE, функции FC1, блока UNSCALE. В программе функции FC1 реализуется формула (2).

 

6.3.6 Составление таблицы символов и таблицы переменных

Таблица символов приведена в приложении В. Она отражает относительные адреса переменных и соответствующие им абсолютные адреса. Таб­лица составлена с учетом пункта 6.3.2, предназначена для удобства чтения про­граммы. Таблица переменных (приложение В) предназначена для управления входными переменными и контроля выходных переменных. Заполнение таблицы следует начать с заполнения необходимых адресов вхо­дов и выходов, символы, при наличии таблицы символов и типы данных по­являются автоматически.

 

6.3.7 Составление отчета

Отчет по работе должен содержать:

·    задание к лабораторной работе;

·    описание функциональных подсистем;

·    таблицы 17, 18, 19;

·    алгоритмические схемы функциональных подсистем;

·    программу, таблицу символов и таблицу переменных Simatic Manager;

·    выводы по работе.

 

6.4 Задание

По заданию преподавателя и в качестве самотестирования следует продолжить организационный блок ОВ1, дополняя следующими задачами:

Задача 1: Организовать работу «Реле минимального тока» с выдержкой времени 5с.

Задача 2: Организовать работу «Реле максимального  и минимального напряжения» с выдержкой времени 20с для каждого значения.

 

6.5  Контрольные вопросы

1.     Для каких целей используются функции?

2.     Как создаётся функция?

3.     Сколько входных и выходных данных может содержать функция?

4.     Как обозначены в функциях формальные и фактические параметры?

5.     Какие соответствия должны быть между фактическими и формальными переменными?

6.     Перечислите типы данных использованных в программе.

7.     Что такое локальные и глобальные переменные? Назовите их в созданной программе.

 

7       Лабораторная работа № 7. Программирование систем логического контроля и управления.

 

Цель работы: обучение алгоритмизации и программированию системы логического контроля и управления, применение навыков измерения сигналов, изучение режимов работы системы ло­гического управления.

 

7.1  Задание к лабораторной работе

Часть 1

1  Разделить систему на функциональные подсистемы.

2 Составить таблицу с перечнем всех символов с назначенными ад­ресами входов и выходов отдельно для каждого блока.

3 Составить алгоритм логического контроля и управления для функциональной подсистемы электродвигателей Д1 и Д2.

4 Программировать функциональные подсистемы, как функцио­нальные блоки Step7 на языке LAD в виде FB.

Часть 2

5 Программировать функции вентиляторов в виде FC блока и организационный блок ОВ1.

6 Заполнить таблицу символов и таблицу переменных в программ­ном обеспечении Simatic Manager.

7 Сделать выводы. Заполнить отчет.

 

 

 

7.2           Порядок выполнения работы

Порядок выполнения работы рассмотрим на следующем примере. В технологических процессах задачи логического управления связаны, чаще всего, с управлением пуска и останова исполнительных механизмов. Задан технологический процесс (принципиальные электрические схемы на рисун­ках 7.1, 7.2, 7.3), в котором участвуют два исполнительных механизма Д1 и Д2. Агрегат запускается кнопкой «Пуск» и останавливается кнопкой «Стоп». Предусмотрены два режима: автоматический («Авт») и ручной («Руч»). Каж­дый из двигателей имеет свой вентилятор, который отключается через 7 ми­нут после отключения соответствующего двигателя. В системе происходит контроль достижения каждым из двигателей желаемой скорости.

 

7.2.1 Разделим описанную систему на функциональные подсистемы:

·    контроль включения агрегата;

·    двигатель первый (Д1)

·    двигатель второй (Д2);

·    вентилятор первого двигателя (В1)

·    вентилятор второго двигателя (В2).

Ручной

пуск - основного

агрегата

Сигнализация аварийного отключения D1 и D2

Выбор режима

Авт.вкл.

Цепи управления эл. двигателя Д1

 

Руч.вкл.

Руч. или авт.откл

"Включение"

Сигнализация состояния Д1

 

"Отключение"

Включение вентилятора

Цепи управления эл.дв. вентиля­тора двигателя Д1

Отключение вентилятора через 7с

 

Рисунок 7.1 - Принципиальная электрическая схема логического управления электродвигателем Д1(Д2) и вентилятором охлаждения на релейно-контакторной аппаратуре.

Рисунок 7.2 - Принципиальная электрическая схема силовой части управления двигателем Д1(Д2).

 

Рисунок 7.3 - Схема контроля скорости на первом двигателе.

 

7.2.2 Составим таблицу с перечнем всех необходимых символов с назначением адресов для каждого блока.

Таблица 20

Обозна  чение на ПЭС

Адрес в программ ме

Статус пара    метра

Символ таблицы перемен ных

Тип переменной

Комментарии

Контроль включения агрегата:

Пуск

I0.0

Вход

«Пуск»

BOOL

Если этот сигнал "1", загорается лампа Л1

Стоп

I0.1

Вход

«Стоп»

BOOL

Если этот сигнал "1", загорается лампа Л2

 

 

продолжение таблицы 20

Авт.

I0.3

Вход

«Авт.»

BOOL

Этот сигнал запускает триггер «Автоматический режим»; если сигнал "0", запускаются триггеры управления режимами двигателей Д1 и Д2

Руч

I0.4

Вход

«Руч»

BOOL

Этот сигнал сбрасывает триггер «Автоматический режим»

Л1

Q 0.0

Выход

«Лапма1»

BOOL

Выходной сигнал устанавливается, если «Пуск»-1

Л2

Q 0.1

Выход

«Лампа 2»

BOOL

Выходной сигнал устанавливается, если «Стоп»-1

Авт.      Режим

М11.0

Выход-вход

«Авт. режим»

BOOL

Триггер установки режима

Двигатель Д1 и Д2

ВклД1

I0.5

Вход

«ВклД1»

BOOL

Кнопка включения двигателя Д1. Если этот сигнал "1", загорается лампа ЛЗ, запускается триггер ТГ1

Выкл Д1

I0.6

Вход

«ВыклД1»

BOOL

Кнопка отключения двигателя Д1. Если этот сигнал "0", загорается Л4, сбрасывается ТГ1

АвД1

М10.0

Вход

«АвД1»

BOOL

Если этот сигнал "1", загорается Л2, если "0" сбрасывается ТГ1

W1

MW20

Вход

«W»

WORD

Действительное значение скорости Д1. Вводится с клавиатуры в таблицу переменных

Wжел1

Констан та

Вход

« Wжел1»

WORD

Желаемое значение скорости Д1. Устанавливается по начальному значению в таблицу описания FB1.

ЛЗ

Q0.2

Выход

«Л3»

BOOL

Загорается, если сигнал «ВклД1»=1

Tгl

М10.2

Выход

Вход

BOOL

Устанавливается, если «Авт.режим»=1 и «ВклД1=1». Сбрасывается, если «ВыклД1=1» или «АвД1»=1

Л4

Q0.3

Выход

«Л4»

BOOL

Загорается, если сигнал «ВыклД1»=1

Л5

Q0.4

Выход

«Л5»

BOOL

Сигнализация о достижении желаемой скорости на Д1

Вкл Д2

I0.7

Вход

 «ВклД2»

BOOL

Если этот сигнал "1", загорается лампа Л6

ВыклД2

I0.2

Вход

«ВыклД1»

BOOL

Если этот сигнал "0", загорается Л7, сбрасывается TГl

АвД2

М10.4

Вход

«АвД2»

BOOL

Если этот сигнал "1", загорается Л2, если 0 сбрасывается ТГ2

W2

MW 30

Вход

«W2»

WORD

Действительное значение скорости Д2.

Wжел2

Констан та

Вход

«Wжел2»

WORD

Желаемое значение скорости Д2. Устанавливается по начальному значению в таблицу описания FB1.

Л6

Q0.5

Выход

«Д1 - вкл»

BOOL

Загорается, если сигнал «ВклД1»=1

Тг2

M l 0.6

Выход

«Тг2»

BOOL

Устанавливается, если «Авт.режим»=1 и «ВклД2=1». Сбрасывается, если «ВыклД2=1» или «АвД2»=1

Л7

Q0.6

Выход

«Д2-выкл»

BOOL

Загорается, если сигнал «ВыклД2»=1

конец таблицы 20

Л8

Q0.7

Выход

«Жел.зн. достиг.Д2»

BOOL

Сигнализация о достижении желаемой скорости на Д2

Вентиляторы В1 и В2

В1     

FC1        

Функция

«Вентиля тор-В1»      

Нет

Вызов из основной про­граммы в виде функции без параметров. Запускает таймер с задержкой выключения, если «ВклД1»=1

В2

FC1

Функция

«Вентиля тор-В2»

Нет

Вызов из основной программы в виде функции без параметров. Запускает таймер с задержкой выключения, если «ВклД2»=1

Т1

Т1

Таймер

«Т1»

TIMER

Устанавливается как операнд на блоке таймера

Т2

Т2

Таймер

«Т2»

TIMER

Устанавливается как операнд на блоке таймера (одинаковый для обоих вентиляторов)

КТ1

Q4.0

Выход

«КТ1»

BOOL

Сигнализирует о включенном состоянии В1

КТ2

Q4.1

Выход

«КТ2»

BOOL

Сигнализирует о включенном состоянии В2

 

7.2.3 Составим алгоритмическую схему каждой функциональной подсистемы отдельно.

Основная программа.

Рисунок 7.4 - Алгоритм запуска, останова агрегата и выбора режимов

 

Функциональный блок – Д1(Д2).

 

 

Рисунок 7.5- Алгоритм включения и выключения двигателей

Функции вентилятора В1(В2).

Рисунок 7.6 - Алгоритм работы вентилятора

 

Контроль достижения желаемой скорости на Д1 (Д2).

Рисунок 7.7- Алгоритм достижения желаемой скорости на двигателях

 

7.2.4  Программирование функциональных подсистем

При программировании подсистемы двигателей Д1 и Д2 нужно использовать функциональный блок FB1, а функции вентиляторов оформить в  виде функции FC1. Программирование выполнить в соответствии с алгорит­мической схемой. Контроль достижения заданной скорости должен происходить внут­ри функции FB1.

При составлении подобного рода программ рекомендуется соблюдать следующую последовательность действий:

·    программировать функциональный блок, начиная с таблицы описания блока;

·    программировать функции;

·    программировать организационный блок;

·    составить таблицу символов;

·    составить таблицу переменных.

 

7.2.5 Программирование организационного блока

Основную программу нужно записать в виде организационного блока ОВ1 в соответствии с приведенной алгоритмической схемой. Она предназначена для контроля работы агрегата, вызова функциональных блоков с назначенными фактическими значениями каждого из двигателей, вызова функций вентиля­торов.

 

7.2.6 Составление таблицы символов и таблицы переменных

Таблица символов приведена в приложении Г. Она отражает относительные адреса переменных и соответствующие им абсолютные адреса. Таб­лица составлена с учетом пункта 7.2.2, предназначена для удобства чтения про­граммы, имена переменных составлены в соответствии с обозначениями на принципиальной электрической схеме. Таблица переменных предназначена для управления входными переменными и контроля выходных переменных. Заполнение таблицы следует начать с заполнения необходимых адресов вхо­дов и выходов, символы адресов при наличии таблицы символов и типы данных по­являются автоматически.

 

7.2.7 Составление отчета

Отчет по работе должен содержать:

•   задание к лабораторной работе;

•   описание функциональных подсистем;

•   таблицу 20;

•   алгоритмические схемы функциональных подсистем;

•   программу, таблицы символов и переменных Simatic Manager;

•   выводы в виде таблицы истинности входных и выходных сигналов.

 

7.3  Контрольные вопросы

1.     Почему для программирования работы двигателя был выбран FB блок, а вентилятора FC блок?

2.     Как реализована в программе функция вентиляторов?

3.     Какие логические функции были использованы при моделировании переключения режимов «авт/руч»?

4.     Чем отличаются переменные изображенные в программе со знаками # и “ ”? В какой области памяти они располагаются?

5.     Как смоделировать ситуацию возникновения аварии на втором двигателе? Приведите в виде таблицы результаты этой ситуации.

6.     Какая часть программы реализует контроль достижения желаемой скорости? Назовите блок и номер сети. Как реализована здесь функция компаратора?

7.     Как смоделировать ситуацию отказа вентилятора первого двигателя? Приведите в виде таблицы результаты этой ситуации

8.     Смоделируйте ситуацию достижения заданной скорости на обоих двигателях. Как это реализовать при эксперименте?

9.     Какая часть программы реализует изменения режима с ручного на автоматический? Назовите номер или номера сетей и приведите описание.

10.  Как смоделировать ситуацию нормального отключения двух двигателей? Приведите в виде таблицы результаты этой ситуации.

 

 

 

 

8              Лабораторная работа №8. Визуализация сигналов на диспетчерском пункте управления с помощью  пакетов SCADA ProToolPro.

 

Цель работы: получение навыков проектирования информационных подсистем на базе пакетов SCADA, приобретение умений по созданию диспетчерских пунктов визуализации и управления технологическим процессом.

 

8.1  Задание к лабораторной работе

 

8.1.1 Ознакомьтесь с представленными ниже методическими указаниями.

8.1.2  Согласно заданию  решенной в лабораторной работе №5,  создайте окно визуализации на Pro Tool Pro.

 

8.2 Методические указания к работе с программой визуализации Pro Tool Pro

 

8.2.1 Запуск программы

Запустите программу, выбрав в главном меню Windows раздел Simatic - Pro Tool Pro CSV5.2. В результате откроется окно Pro Tool Demo (см. рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 - Окно Pro Tool Demo.

 

Окно ориентировано на использование в среде Windows, имеет заглавие, строку меню, строку инструментов и в нижней части экрана строку состояний.

 

8.2.2 Создание нового проекта

Выберите в меню File-New. В диалоговом коне задайте имя проекта Step7, для которого создается программа визуализации, укажите имя объекта для которого создается проект. В результате откроется окно Project Wizard-Device Selection (см. рисунок 8.2). В диалоговом окне выберите размер экрана и нажмите кнопку <Далее> и <Готово>. В результате откроется окно созданного проекта (см. рисунок 8.3) с клавиатурой и перечислением объектов Pro Tool Pro. Через меню View-Keyboard следует отключить клавиатуру. Окно состоит из двух полей. В верхнем окне помещаются управляющие кнопки, в нижней части помещаются графические объекты, графики, входные и выходные параметры.

 

Рисунок 8.2 - Окно выбора устройств.

 

Рисунок 8.3 - Окно созданного проекта со списком объектов.

Слева в окне проекта указан список объектов:

·       Screens - поле экрана;

·       Messages - мастер;

·       Recipes - средства;

·       Tags - переменные;

·       Controller - контроллер;

·       Scripts - сценарии;

·       Archives - архивы;

·       Text/Graphics Lists - листинги текстов и графических объектов;

·       Trends - графики;

·       Reports - сообщения.

 

8.2.3 Редактирование проекта

Для того чтобы начать создавать видеокадр, следует запустить объект Screeen Pic (нажать дважды левой кнопкой мыши по пиктограмме). В результате появится окно для редактирования и создания  проекта (ОРС) -рисунок . В этом окне имеются строки форматирования, меню инструменты и экран с указанием сетки точек экрана. В нижней строке находится строка перехода из ОРС в окно проекта и строка инструментов Pro Tool Pro.

Рисунок 8.4 - Окно для редактирования и создания  проекта.

 

8.2.4 Описание инструментов

 

·    Graphic - служит для загрузки созданного в другом редакторе графического объекта. Для загрузки следует выполнить следующие действия: нажать ЛКМ и выбрать из контекстного меню «Вставка объекта». Указать в диалоговом окне «Создать из файла» и указать адрес файла, например, С:Windows\Рабочий стол\Ser и нажмите кнопку <ОК> или «Создать New» и выбрать редактор создания объекта, «Создать рисунок» и «Файл» - «Обновить», затем нажать кнопку Close, указать имя проекта, куда вставляется созданный рисунок;

·    А - текстовое поле. Как в любом другом редакторе можно  сделать запись;

·    Output field - поле для выходных данных из проекта Siemens Simatic S7. Сюда выводятся значения контролируемых, измеряемых и диагностируемых переменных из проекта Siemens Simatic S7. Для использования поля следует выполнить следующие действия. Поместите поле на нужном месте экрана. Появится диалоговое окно в семь страниц. На первой странице окна следует задать имя переменной (VAT1), отображение на дисплее Border - обрамление, 3D – объемность, указать форму записи числа Left. Затем добавить все настройки в прект, то есть нажать кнопку <Apply> <OK>. На второй странице задать шрифт, стиль, формат страницы. На третьей странице указывается цвет выводимых данных. На четвертой странице задаются атрибуты, то есть, в какой форме необходимо выводить значения переменных: Decimal - десятичной, Binary - двоичной, Bit битовой; если необходимы эффекты мигания, то выберите вследующие настройки: Flashing (On) - включить мигание и Foreground - цвет активного состояния, Background - цвет активного состояния,  а также  укажите значения активного состояния. Завершите эти настройки кнопкой добавить - <Add>. Пятая страница задает позиции объекта в координатах X - Y и её размер. Здесь же выбирается переменная из проекта Simatic Manager. На шестой странице задаётся имя созданного объекта. Седьмая страница устанавливает вывод процессов на весь экран командой Display Always;

·    Input field - поле для входных данных из проекта Siemens Simatic S7. Здесь следует выполнить те же действия,  что и в предыдущем случае для входных данных;

·    Date Time - поле установки даты и времени. При создании этого объекта необходимо настроить девять страниц. Настройка этих страниц подобна описанным выше настройкам. Исключение составляет страница 5, на которой можно указать функцию этого объекта, привязывая её к экрану, к графику и т.д. Выше указанные свойства относятся к описанным ниже инструментам;

·    Symbolic Output field - поле символьного вывода;

·    Combobox - шкала значений;

·    Graphic List - листинг графический;

·    Button - кнопка;

·    State Button - состояние кнопки;

·    Switch - переключатель;

·    Invisible Button - невидимые кнопки;

·    Trend View - просмотр графика;

·    Bav - задатчик данных;

·    инструменты графического редактора;

·    инструменты для просмотра результатов.

 

Настройки дополнительных элементов окна проекта

Ваш созданный проект нужно связать с реальными адресами переменных в проекте Simatic Manager. Для этого вернитесь в окно проекта (там, где перечислены объекты).

Выберите здесь настройку переменных Tags. Эта настройка состоит из 6 страниц. Первая страница задает основные настройки: имя Varn, Range - ранг переменной I, Q, M, T, C и т.д.; контроллер PLC_1; по рангу переменной выбирается адрес и тип,  например, ранг М, его тип  INT (целое), адрес MWn, по окончанию выбора настроек нажмите кнопку <Apply>. На второй странице укажите предельные значения, пометив галочкой Constant, на третьей выберите при необходимости функцию, обычно это необходимо только для задатчика. Четвертая страница не требует настроек, а пятая настраивается, если вам необходимо архивировать данные.

 

8.2.5 Активизация результатов

В окне проекта PIC выполните компиляцию Compile инструментом  Windows окна Pro Tool Pro. По окончании процесса компиляции в строке состояния появится мигающий сигнал. Затем выполните команду Start Pro Tool Pro, появится активное окно. Не забудьте, чтобы наблюдать процессы в реальном масштабе времени, программа проекта Simatic Manager должна находиться в режиме Online.

 

 

 

 

 

8.2.6 Особенные рекомендации

Для нормального выхода из активного окна визуализации не забудьте вставить в проект кнопку выхода. Выполните это следующим образом:

·    выберите кнопку Button и поместите её в верхнем поле экрана. В окне свойств задайте текст, например, Exit;

·    на странице функций выберите All Function - Exit runtime - Add - OK;

·    в окне свойств выберите действие On Button Click.

 

8.2.7 Пример выполнения проекта

В Simatic Manager был создан проект САУ пуском и остановом электродвигателя. В окне проекта был создан один экран. В окне размещена схема соединения управляющих элементов и МП (см. рисунок 8.6). Схему можно выполнить в графическом редакторе и вставить через Text/Graphic Lists.

На схеме с помощью Output field выведено значение таймера. А состояние элементов управления и самого двигателя показано с помощью простых геометрических фигур. Здесь же на экране можно показать текущее время и дату с помощью Date Time.

 

Рисунок 8.6

 

Приложение А

 

Таблица А.1 - Обозначение адресов

 

 

Область операндов

Доступ через едини­цы следующей вели­чины:

Нота­ция S7

Описание

Отображение процесса на входах

Вход (бит)

Входной байт

Входное слово

Двойное входное сло­во

I

IW

ID

В начале каждого цикла CPU читает входы из модулей ввода и сохраняет значения в ото­бражении процесса на входах.

Отображение процесса на выходах

Выход (бит)

Выходной байт Выходное слово

Двойное выходное слово

Q

QW

QD

В течение цикла программа рассчитывает значения для вы­ходов и сохраняет их в отобра­жении процесса на выходах. В конце цикла CPU записывает рассчитанные выходные значе­ния в модули вывода.

Маркеры

Маркер (бит)

 Маркерный байт Маркерное слово Двойное маркерное слово

М

MB

MW

MD

Эта область предоставляет в распоряжение ячейки памяти для рассчитанных в программе промежуточных результатов.

Таймеры

Таймер (Т)

Т

В этой области предоставляют­ся в распоряжение таймеры.

Счетчики

Счетчик (Z)

Z

В этой области предоставляют­ся в распоряжение счетчики.

Блок данных

Блок данных, откры­ваемый с помощью "AUF DB":

Бит данных

Байт данных

Слово данных

Двойное слово данных

DB

 

 

DBX DBB DBW DBD

Блоки данных хранят инфор­мацию для программы. Они могут быть определены или так, что к ним могут обращать­ся все кодовые блоки (глобаль­ные DB), или они приписаны одному определенному FB или SFB (экземпляры DB).

Блок данных, откры­ваемый с помощью "AUF DP:

Бит данных

Байт данных

Слово данных

Двойное слово данных

DI

 

 

DIX

DIB

DIW

DID

 

 Продолжение таблицы А.1

Локальные

данные

Бит локальных данных

Байт локальных данных

Локальное слово данных    Двойное ло­кальное слово данных

L

LB

LW

LD

Эта область памяти принимает

временные данные блока на

время обработки этого блока.

L-стек предоставляет в распоряжение также память дли пе­редачи параметров блока и для хранения промежуточных ре­зультатов из сетей КОР.

Периферий

ная область:

входы

 

 

Периферийный входной байт

Периферийное входное слово

Периферийное входное двойное слово

РIВ

 

PIW

 

PID

Периферийные области входов

и выходов разрешают прямой

доступ к центральным и децентрализованным модулям ввода

и вывода (DP, см. гл. 6.3.)

Периферий

ная область:

выходы

Периферийный выходной байт

Периферийное выходное слово

Периферийное выход­ное двойное слово

РQВ

 

PQW

 

PQD

 

 

Приложение Б 

Таблица Б.1 - Список операций языка LAD

Описание

Мнемоника

SIMATIC

Бит ошибки Недействительная операция

UO ---| |---

Бит ошибки Переполнение

OV ---| |---

Бит ошибки Переполнение с запоминанием

OS ---| |---

Бит ошибки ВIЕ-регистр

BIE ---| |---

Бит результата если больше 0

>0 ---| |---

Бит результата если больше или равно 0

>=0 ---| |----

Бит результата если меньше 0

<0 ----| | ----

Бит результата если меньше или равно 0

<=0 ----| | ----

Бит результата если не равно 0

<>0 ----| | ----

Бит результата если равно 0

==0 ---| |---

Включение Master Control Relay

---(MCR<)

Возврат

---(RET)

Вызов системного FB как блока

CALL_SFB

Вызов системного FC как блока

CALL_SFC

Вызов FB как блока

CALL_FB

Вызов FC как блока

CALL_FC

Вызов FC/SFC без параметров

----(CALL)

Выключение Master Control Relay

----(MCR>)

Вычитание целых чисел (16 бит)

SUB_I

Вычитание целых чисел (32 бита)

SUB_Dl

Вычитание чисел с плавающей точкой

SUB_R

Деление целых чисел (16 бит)

DIV_I

Деление целых чисел (32 бита)

DIV_Dl

Деление чисел с плавающей точкой

DIV_R

Загрузка результата логической операции в ВIЕ-регистр

----( SAVE )

Замыкающий контакт

---| |---

Запуск таймера в режиме задержки включен (SE)

S_EVERZ

Запуск таймера в режиме задержки включения (SE)

----(SE)

Запуск таймера в режиме задержки включения с запоминанием  (SS)

S_SEVERZ

Запуск таймера в режиме задержки включения с запоминанием  (SS)

----( SS )

Запуск таймера в режиме задержки выключения (SA)

S_AVERZ

Запуск таймера в режиме задержки выключения(SA)

-----( SA)

Запуск таймера в режиме удлиненного импульса (SV)

S_VIMP

Запуск таймера в режиме удлиненного импульса (SV)

----(SV)

Запуск таймера в режиме формирования импульса (SI)

S_IMPULS

Запуск таймера в режиме формирования импульса (SI)

----( SI )

Изменение знака числа с плавающей точкой

NEG_R

Инверсный бит ошибки Недействительная операция

UO ---| / |---

Инверсный бит ошибки Переполнение

OV ---| / |---

Инверсный бит ошибки Переполнение с запоминанием

OS  ---| / |---

Инверсный бит ошибки ВIЕ-регистр

BIE ---| / |---

Инверсный бит результата, если больше 0        

>0   ---| / |---

Инверсный бит результата, если больше или равно 0

>=0 ---| / |---

Инверсный бит результата, если меньше 0

<0   ---| / |---

Продолжение таблицы Б.1

Инверсный бит результата, если меньше или равно 0

<=0 ---| / |---

Инверсный бит результата, если не равно 0

<>0 ---| / |---

Инверсный бит результата, если равно 0

= =0 ---| / |---

Инвертирование результата логической операции

---| NOT |---

Катушка реле, выход

---(  )---

Коннектор

----(#)-----

Начало Master Control Relay

---(MCRA) ---

Образование ближайшего большего целого   числа из числа с плавающей точкой

CEIL

Образование ближайшего меньшего целого числа из числа с плавающей точкой

FLOOR

Образование дополнения до 1 целого числа (16 бит)

INV_I

Образование дополнения до 1 целого числа (32 бита)

INV_Dl

Образование дополнения до 2 целого числа (16 бит)

NEG_I

Образование дополнения до 2 целого числа (32 бита)

NEG_DI

Образование целого числа

TRUNC

Обратный счет

Z_RUECK

Обратный счет

----(ZR)

Округление числа

ROUND

Опрос фронта 01

---(P)---

Опрос фронта 10

---( N )---

Опрос фронта сигнала 01

POS

Опрос фронта сигнала 1  0

NEG

Открытие блока данных                                    

---( AUF )

Передача значения                                                              

MOVE

Переход, если 0

---(JMPN)

Переход, если 1

---(JMP)

Получение остатка от деления (32 бита)

MOD

Поразрядное ИЛИ над 16 битами

WOR_W

Поразрядное ИЛИ над 32 битами

WOR_DW

Поразрядное И над 16 битами

WAND_W

Поразрядное И над 32 битами

WAND_DW

Поразрядное ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ над 16 битами

WXOR_W

Поразрядное ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ над 32 битами

WXOR_DW

 

 Приложение В

 

Таблица В.1 - Таблица символов

 

Символ

Адрес

Тип

Комментарии

AN1

PIW   272

INT

Аналоговый вход

ON1

PQW   288

INT

Аналоговый выход

POL_AN1

I       0.0

BOOL

Полярность аналогового сигнала

SCALE

FC    105

FC    105

Scaling Values

UNSCALE

FC    106

FC    106

Unscaling Values

XF1

MD     24

REAL

Фактическое значение аналогового сигнала

XIZ1

MD     20

REAL

Измеренное значение аналогового сигнала

 

 

Таблица В.2 - Таблица переменных

 

Операнд

Символ

Формат

PIW272

"AN1"

DEC

MD    20

"XIZ1"

DEC

MD    24

"XF1"

REAL

I      0.0

"POL_AN1"

BIN

 

  

Приложение Г 

Таблица Г.1 - Таблица символов

 

Символ

Адрес

Тип

Комментарии

Wl

MW20

WORD

Текущая ско­рость на Д1

W2

MW30

WORD

Текущая ско­рость на Д2

Wжел1

MW22

WORD

Желаемое зна­чение скорости Д1

Wжел2

MW32

WORD

Желаемое зна­чение скорости Д2

АвД1

М10.0

BOOL

Авария на Д1

АвД2

М10.4

BOOL

Авария на Д2

Авт

I0.3

BOOL

Переключатель «Авт»

Авт.режим

M11.0

BOOL

Триггер

Вентилятор

FC1

FC1

Функция

ВклД1

I0.5

BOOL

Контакт

ВклД2

I0.5

BOOL

Контакт

ВыклД1

I0.6

BOOL

Контакт

ВыКлД2

I0.2

BOOL

Контакт

Двигатель 1

DB1

FB1

Блок данных для функционального блока FB1

Двигатель 2

DB2

FB1

Блок данных для функционального блока FB1

К1

Q4.0

BOOL

Катушка с сиг­нализацией

К2

Q4.1

BOOL

Катушка с сиг­нализацией

Л1

Q0.0

BOOL

Катушка с сиг­нализацией

Л2

Q0.1

BOOL

Катушка с сиг­нализацией

ЛЗ

Q0.2

BOOL

Катушка с сиг­нализацией

Л4

Q0.3

BOOL

Катушка с сиг­нализацией

Л5

Q0.4

BOOL

Катушка с сиг­нализацией

Л6

Q0.5

BOOL

Катушка с сигнализацией

Л7

Q0.6

BOOL

Катушка с сиг­нализацией

Л8

Q0.7

BOOL

Катушка с сиг­нализацией

Пуск

I0.0

BOOL

Дискретный вход

Руч

I0.4

BOOL

Дискретный вход

Стоп

I0.1

BOOL

Дискретный вход

Tгl

М10.2

BOOL

Триггер

Тг2

М10.6

BOOL

Триггер

 

Список литературы 

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

2.     Э.Парр. Программируемые контроллеры: руководство для инженера/ пер. с англ. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. -516с

3.     Электронные версии документации к программному обеспечению Simatic Manager.