Управляющая программа для программируемого логического контроллера

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и наукИ РОССИИ

ФГБОУВПУ «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет заочного обучения

Кафедра «Металлообрабатывающие станки и комплексы»

Курсовая работа

«Управляющая программа для программируемого логического контроллера»

по дисциплине: «Управление системами и процессами» ПензГУ

Выполнил: студент гр. 09ЗММ61.

П. Н. Баканов

Проверил: к.т.н. доцент

Е. В. Новиков

ПЕНЗА 2014

Реферат

Пояснительная записка 21 листов, 5 рисунков, 4 таблицы, 3 источника.

ПРОГРАМНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ, ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ КОНТРОЛЛЕРЫ, ПОДКЛЮЧЕНИЕ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ, УПРАВЛЯЮЩАЯ ПРОГРАММА.

Цель работы - обеспечение работы технологического оборудования в режиме «Работа по программе».

Объектом разработки является управляющая программа для программируемого логического контроллера мод. МКП-1, реализующая заданный алгоритм управления.

В процессе работы проводилась разработка схемы подключения внешних устройств к контроллеру, а также - управляющей программы.

В результате проведенной работы разработаны схема подключения и управляющая программа.

Содержание

Введение

1. Устройство и принцип работы программируемого логического контроллера модели МКП-1

1.1 Наименование и краткое описание основных частей контроллера

1.2 Описание адресации ячеек ЭНЗУ, входов и выходов контроллера

1.3 Рабочий цикл контроллера

1.4 Формальное описание алгоритма управления

1.5 Пример составления логических уравнений

1.6 Подготовка УП для программируемого контроллера. Пример

2. Подключение внешних устройств к программируемому логическому контроллеру

3. Управляющая программа

Список использованной литературы

Введение

В 1970 году на станкостроительной выставке в Чикаго было продемонстрировано электронное устройство, позволяющее решать задачи управления технологическим оборудованием путем задания соответствующей программы. Впоследствии такое устройство получило название «Программируемый логический контроллер» и в настоящее время нашло широкое применение.

Контроллеры имеют модульную структуру с большой номенклатурой заменяемых модулей. Модули свободно устанавливаются в едином корпусе, в котором находится также общая шина контроллера.

Все модули обмениваются электрическими сигналами через шину. У каждого входного модуля имеется какое-то количество входов U, а у каждого выходного модуля - какое-то количество выходов V.

Процессор является центральной частью контроллера и определяет его основные параметры:

· количество входов и выходов

· объем памяти

· быстродействие

· система команд

Процессор считывает и выполняет команды управляющей программы, следит за изменением входных сигналов, управляет выдачей выходных сигналов в зависимости от сигналов на входах и команд управляющей программы (УП).

В контроллерах могут использоваться процессоры, работающие с битами или байтами информации. Имеются процессоры, работающие одновременно и с битами, и с байтами. В контроллерах с битовым процессором на каждый вход подается 1 бит. Поэтому он удобен только при работе с единичными сигналами от кнопок, тумблеров, конечных выключателей и т.п. Его возможности быстро исчерпываются при работе с устройствами, выдающими многоразрядный сигнал, так как на каждый разряд такого сигнала нужен отдельный вход контроллера. Подобные сигналы могут поступать от кодовых датчиков, декадных переключателей и т.п. Байтный процессор позволяет на каждый вход контроллера подавать 1 байт. программируемый логический контроллер алгоритм

Служебная память недоступна для пользователя и предназначена для хранения операционной системы, транслятора и промежуточной информации, необходимой процессору для его работы. Служебная память состоит из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и оперативного запоминающего устройства (ОЗУ).

Операционная система - это программа, которая управляет распределением памяти контроллера, приемом и выдачей сигналов через входы и выходы, обеспечивает выполнение команд, вводимых пользователем через пульт управления или считываемых из УП.

Транслятор - это программа, предназначенная для перевода команд УП с входного языка на машинный язык. Операционная система и транслятор хранятся в ПЗУ.

В ОЗУ процессор хранит таблицы состояния входов и выходов, результаты промежуточных вычислений, текущие значения счетчиков, таймеров и т.п.

Рабочая память доступна для пользователя и служит для хранения УП. Обычно рабочая память организуется на базе энергонезависимых запоминающих устройств (ЭНЗУ). Информация в таких устройствах сохраняется после выключения контроллера за счет дополнительного источника электрического тока (обычно аккумулятора или батарейки). Объем рабочей памяти в контроллере может составлять 2, 4, 8, 12, 16, 32 килобайта.

Модуль дополнительных функций предназначен для расширения возможностей контроллера. Наборы и способы реализации дополнительных функций разные в различных типах контроллеров. К таким функциям относятся: таймеры, счетчики, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи и т.д.

Модуль управления включает в себя клавиатуру и индикаторы.

Клавиатура выполняет следующие функции:

· сброс логических цепей контроллера

· переключение режимов работы

· ввод УП в рабочую память

· просмотр и корректировка УП, находящейся в рабочей памяти

· ручное управление контроллером

· включение пошаговой отработки УП (используется при отладке программы)

Индикаторы позволяют получить информацию:

· о текущем режиме работы контроллера

· о состоянии каждого входа и выхода контроллера

· о том, что хранится в отдельной ячейке рабочей памяти или ОЗУ

Входные модули предназначены для приема входных сигналов от внешних устройств, кнопок, переключателей, датчиков и т.п. Входной модуль может иметь от 8 до 24 входов, к каждому из которых подключается отдельное внешнее устройство.

Выходные модули предназначены для выдачи выходных сигналов на внешние исполнительные устройства, реле, пускатели, электромагниты и т.п. Выходной модуль может иметь от 8 до 24 выходов, к каждому из которых подключается отдельное внешнее устройство.

Выпускаются контроллеры как с фиксированным числом входов и выходов, так и наращиваемые. Наращивание выполняется путем установки дополнительных входных и выходных модулей. Общее число входов и выходов может быть 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024. Контроллеры могут иметь смешанные модули, включающие в себя как входы, так и выходы. Распределение между количеством входов и выходов в таких модулях в пределах установленного изготовителем общего числа, может быть фиксированным или свободным.

Целю работы является обеспечение работы технологического оборудования в режиме «Работа по программе».

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать схему подключения внешних устройств к входам и выходам контроллера.

2. По заданным логическим уравнениям разработать управляющую программу.

1. Устройство и принцип работы программируемого логического контроллера модели МКП-1

1.1 Наименование и краткое описание основных частей контроллера

Программируемый контроллер - микропроцессорное устройство, выполняющее функции управления электроавтоматических металлорежущих станков или другого технологического оборудования. Алгоритм управления реализуется управляющей программой, которая хранится в памяти программируемого контроллера (ПК). ПК может применяться автономно в качестве системы цифрового программного управления (ЦПУ), работающей как по временному, так и по путевому принципам. Для реализации временного принципа управления в УП можно задавать выдержку времени между началом и концом перемещения рабочего органа машины. При работе по путевому принципу к входам ПК подключаются датчики, ограничивающие перемещения рабочего органа. При поступлении сигнала от датчика ПК через свои выходы подает сигналы на включение или отключение соответствующих приводов. Другим вариантом является использование ПК в качестве составной части иерархической системы управления. В этом случае ПК берет на себя часть функций управления по командам, поступающим от управляющего комплекса более высокого ранга, например от устройства с числовым программным управлением (ЧПУ).

ПК включает в себя: модуль процессора, модули ввода - вывода, модули памяти, модуль управления, модуль питания. Элементная база ПК - это интегральные микросхемы.

Дисплей на пульте управления состоит из восьми индикаторов. На трех крайних слева высвечивается адрес текущей ячейки ЭНЗУ. Четвертый слева индикатор обычно не горит и используется только при выводе на дисплей содержимого ОЗУ. На пятом и шестом индикаторах высвечивается код операции, а на седьмом и восьмом индикаторах - операнд. Код операции и операнд совместно образуют код команды. Например, команда «Проверить вход 1А на отсутствие сигнала» имеет код 031А, где 03 - код операции (в данном случае «Проверить вход на отсутствие сигнала»), 1А - операнд (в данном случае адрес входа, состояние которого должен проверить процессор).

Процессор является центральной частью ПК и выполнен на базе микропроцессора КР580НК80. Входные сигналы могут иметь 2 потенциальных уровня - высокий (20…30 В) и низкий (0…5 В). Контроллер включает в себя модуль битового процессора , модули памяти, модули ввода/вывода, модуль управления и модуль питания.

1.2 Описание адресации ячеек ЭНЗУ, входов и выходов контроллера

В корпусе контроллера установлены 3 входных и 3 выходных модуля. Каждый входной модуль имеет 16 входов, а каждый выходной - 16 выходов. Любой вход или выход имеет адрес, по которому к нему обращается процессор. Адрес состоит из 2 цифр. Первая цифра обозначает номер модуля и может принимать значения 0, 1, 2.

Рис. 1

Вторая цифра является номером входа или выхода в модуле и может принимать значения от 0 до F в шестнадцатеричной системе. Например, вход с номером F во втором входном модуле имеет адрес 2F.

Таблица 1

Десятеричная	Шестнадцатеричная
0	0
1	1
2	2
3	3
4	4
5	5
6	6
7	7
8	8
9	9
10	A
11	B
12	C
13	D
14	E
15	F

Рабочая память, в которую записывается УП, представляет собой энергонезависимое запоминающее устройство. В состав этого устройства входят 4 модуля, каждый из которых образует одну зону памяти. Объем памяти одного модуля равен 512 байт и позволяет записать 256 команд УП. Каждая команда записывается в одну ячейку памяти. То есть в каждой зоне имеется 256 ячеек. Зоны нумеруются от 0 до 3. Ячейки в каждой зоне имеют номера от 00 до FF.

Таблица 2

00	01	02	03	04		00	01	02	03	04
05	06	07	08	09		05	06	07	08	09
0A	0B	0C	0D	0E		0A	0B	0C	0D	0E
0F	10	11	12	13		0F	10	11	12	13
14	15	16	17	18		14	15	16	17	18
………………………………..		………………………………...
FB	FC	FD	FE	FF		FB	FC	FD	FE	FF

0 зона1 зона

Адрес ячейки, по которому к ней обращается процессор, состоит из номера зоны и номера ячейки в этой зоне. Ячейки, выделенные жирным подчеркнутым шрифтом в таблице 2, имеют адреса: 0FB и 1FE.

Модуль управления предназначен для приема и обработки команд, поступающих с клавиатуры пульта управления контроллера, и вывода на дисплей информации для оператора. Клавиатура пульта управления состоит из 16 цифровых клавиш (0…F) и клавиши переключения режимов работы контроллера (Р).

Контроллер может работать в шести режимах:

· автоматический, то есть работа по УП

· ручной

· шаговый

· ввод УП

· просмотр программы в сторону увеличения адресов ячеек памяти

· просмотр программы в сторону уменьшения адресов ячеек памяти

1.3 Рабочий цикл контроллера

Состояние объекта управления характеризуется некоторым множеством сигналов от датчиков. Эти сигналы вводятся в контроллер через входные модули. Процессор согласно УП обрабатывает полученную информацию о состоянии объекта управления путем решения логических уравнений и формирует соответствующее множество выходных сигналов. Выходные сигналы через выходные модули направляются к исполнительным органам объекта управления, которые переводят объект в новое состояние. Это состояние характеризуется новым множеством сигналов от датчиков, которые снова вводятся в контроллер. Далее все повторяется. Таким образом, работа контроллера связана с повторяющейся последовательной сменой фаз. Полный цикл смены фаз формирует рабочий цикл контроллера. Структура рабочего цикла в разных контроллерах может иметь модификации.

При первой модификации процессор поочередно опрашивает состояние всех входов и записывает эту информацию в ОЗУ (1 фаза). Для битового процессора каждый вход может быть равен 0 или 1. Далее решаются все логические уравнения с запоминанием в ОЗУ (2 фаза). Затем выдаются соответствующие сигналы со всех выходов (3 фаза). После выполнения 3 фазы цикл повторяется. На 1 и 3 фазы затрачивается примерно по 2 мсек, а на обработку 1 кбайт программы - примерно 15 мсек. Это является недостатком контроллеров с первой модификацией рабочего цикла. В некоторых моделях эта проблема решается путем использования специального программного обеспечения, предусматривающего первоочередную обработку аварийных сигналов. Достоинством таких контроллеров является возможность управления одновременной работой нескольких внешних исполнительных устройств.

При второй модификации входы обрабатываются также как и в первой, однако выходные сигналы выдаются по мере решения отдельного логического уравнения.

При третьей модификации определяющими являются решаемые логические уравнения. Согласно начальной части УП процессор опрашивает состояние только тех входов, которые указаны в уравнении. Затем процессор обрабатывает полученную информацию и выдает сигнал на заданный в уравнении выход. После он ждет изменения состояния заданных в следующем уравнении входов. Подобным образом процессор работает до тех пор, пока не закончится УП.

При четвертой модификации применяется сканирование входов на постоянной частоте вне зависимости от продолжительности вычислительной фазы и фазы выдачи выходных сигналов.

1.4 Формальное описание алгоритма управления

Разработке УП предшествует формальное описание работы механизмов в трех режимах: автоматическом, наладочном, режиме нерегулярных ситуаций.

Нерегулярные - это ситуации, которые не отвечают целям управления (аварийные ситуации).

Формальное описание может быть выполнено в виде логических уравнений, блок-схем, графиков, сетей Петри, таблиц-циклограмм.

х1 и х2 - логические переменные на входах

у1 и у2 - логические переменные на выходах

рис. 2

Логические переменные могут принимать значения «1» и «0», соответственно «сигнал есть» и «сигнала нет». Каждое логическое уравнение описывает такое состояние сигналов на входах системы управления, при котором на выходе есть сигнал. Для каждого выхода составляется отдельное уравнение.

(1)

(2)

x1 - сигнал на входе x1 есть

- сигнала нет

* - логическое умножение «и»

+ - логическое сложение «или»

1.5 Пример составления логических уравнений

Последовательность составления логических уравнений:

1) Получение технологического задания

Разработать УП для программируемого робота, которая позволит перемещать руку робота из любого места в исходное положение (крайнее верхнее)

2) Изучение конструкции объекта управления.



рис. 3

Робот имитирует систему ЦПУ. Перемещения руки вверх ограничиваются датчиком Д1, перемещение вниз - датчиком Д2. При включении электромагнитной муфты ЭМ1 происходит перемещение руки вверх, при включении ЭМ2 - вниз. О возникновении аварии сигнализирует индикатор И.

3) Разработка алгоритма управления и составление его словесного описания.

Если рука робота находится в крайнем нижнем положении, то замкнут датчик Д2, и от него в контроллер поступает сигнал. В этом случае включается муфта ЭМ1 для перемещения руки вверх.

Если поступает сигнал только от датчика Д1, то рука уже находится в исходном положении.

Если не поступают сигналы ни с Д1, ни с Д2, то рука находится между датчиками и надо включить муфту ЭМ1 для перемещения руки вверх.

Если поступают сигналы одновременно с Д1 и с Д2, то 1 из датчиков не исправен, и контроллер не может определить где рука. В этом случае руку перемещать не надо, нужно включить аварийный индикатор.

4) Составление логических уравнений.

Перед составлением необходимо обозначить сигналы на входах и выходах контроллера логическими переменными. Датчики подключаются к двум входам контроллера. Обозначим сигналы на этих входах логическими переменными ВхД1 и ВхД2. К трем выходам контроллера подключаются муфты и индикатор. Обозначим сигналы на выходах переменными ВЭМ1, ВЭМ2, ВИ.

При наличии трех выходов нужно составить три логических уравнения.

(3)

Выход, к которому подключена муфта ЭМ2, в нашем случае не используется, поэтому уравнение не составляется.

(4)

1.6 Подготовка УП для программируемого контроллера. Пример

В настоящее время используется 5 языков программирования. Контроллер МКП-1 работает на языке «Список инструкций IL» (IL - instruction list). Он похож на язык низкого уровня «Ассемблер» для персонального компьютера.

Рассмотрим пример УП на этом языке, применительно к роботу.

Последовательность действий:

1) Составим логические уравнения

 (3)

(4)

2) Решаем к каким входам и выходам будут подключены датчики и исполнительные устройства.

Д1 - к входу 00

Д2 - к входу 01

ЭМ1 - к выходу 00

ЭМ2 - к выходу 01

И - к выходу 02

3) Разработаем схемы подключения датчиков и исполнительных устройств к контроллеру.

4) Выполняем привязку логических уравнений к входам и выходам контроллера. Для этого в уравнениях заменим логические переменные адресами входов и выходов контроллера, к которым подключены соответствующие внешние устройства.

(5)

(6)

Расшифровка кодов команд контроллера:

ОА - условный переход (бит условия)

06 - отключить сигнал на выходе

03 - проверка входа на отсутствие сигнала

04 - проверка взода на наличие сигнала

Таблица 3

Адрес	Код команды	Комментарии
320	06 00	Отключить сигнал на выходе с адресом 00
321	06 02	Отключить сигнал на выходе с адресом 02
322	03 00	Проверить вход с адресом 00 на отсутствие сигнала от датчика Д1
323	04 01	Проверить вход с адресом 01 на наличие сигнала от датчика Д2
324	ОА (№...)	Если бит условия равен 1, то перейти к выполнению команды в ячейке (№...), если бит условия равен 0, то выполнить следующую команду (325)
325	03 00	Проверить вход с адресом 00 на отсутствие сигнала
326	03 01	Проверить вход с адресом 01 на отсутствие сигнала

2. Подключение внешних устройств к программируемому логическому контроллеру

Таблица 4

Вариант	Адреса входов ПК	Адреса выходов ПК
	Д1	Д2	Д3	Д4	Д5	Д6	Р1	Р2	Р3	Р4
03	-	14	00	-	05	1А	13	12	-	-

Определим порядок подключения датчиков и исполнительных устройств технологического оборудования к программируемому контроллеру. Составим схему подключения.

Рис. 4

3 Разработка управляющей программы для программируемого логического контроллера

Разработать программу нужно исходя из выданного задания:

Логическое уравнение:

Д2*Д6=Р1 (7)

Размещено на http://www.allbest.ru/

(8)

Адрес ячейки, начиная с которой программа вводится в ЭНЗУ, будет 000.

Д2, Д3, Д5, Д6 - сигналы, поступающие на выходы контроллера от соответствующих датчиков; Р1, Р2 - сигналы, выдаваемые контроллером на исполнительные устройства станка.

Прежде всего, необходимо решить, к каким входам контроллера будут подключены датчики и к каким выходам - исполнительные устройства.

При выполнении данной работы используется схема подключения, изображенная в разделе 2 на рисунке 4.

Затем каждому сигналу надо поставить в соответствие адрес входа или выхода, на который этот сигнал будет поступать или с которого сигнал будет выдаваться.

Таблица 5

Сигнал	Адрес
Д2	14
Д3	00
Д5	05
Д6	1А
Р1	13
Р2	12

Используя Таблицу 5, заменим в логических уравнениях имена входных и выходных переменных на адреса входов и выходов контроллера:

14*1А=13

14+05*1А=12

По полученным уравнениям разработаем управляющую программу:

Адрес ячейки ЭНЗУ	Код команды	Комментарии
	Код операции	Операнд
000	06	13	Отключить сигнал на выходе 13
001	06	12	Отключить сигнал на выходе 12
002	04	14	Проверка входа 14 на наличие сигнала от датчика Д2
003	04	05	Проверка входа 05 на наличие сигнала от датчика Д5
004	04	1А	Проверка входа 1А на наличие сигнала от датчика Д6
005	0В	07	Если бит условия равен 1, перейти к ячейке 006; если бит условия равен 0, перейти к ячейке 007
006	05	12	Включить сигнал на входе 12
007	04	14	Проверка входа 14 на наличие сигнала от датчика Д2
008	04	1А	Проверка входа 1А на наличие сигнала от датчика Д6
009	0В	0В	Если бит условия равен 0, перейти к ячейке 00В; если бит условия равен 1, перейти к ячейке 00А
00А	05	13	Включить сигнал на входе 13
00B	09	00	Безусловный переход к выполнению команды в ячейке 000

Список использованной литературы

1. Новичков Е.В., Баталин В.Ю., Демин С.Б. Управление технологическим оборудованием с использованием программируемых контроллеров. Методические указания к лабораторным работам (Часть 1). - Пенза: Изд-во ПГУ, 1999. - 19 с.

2. Новичков Е.В., Баталин В.Ю., Демин С.Б., Денисов В.Н. Управление технологическим оборудованием с использованием программируемых контроллеров. Методические указания к лабораторным работам (Часть 2). - Пенза: Изд-во ПГУ, 2000. - 23 с.

Размещено на Allbest.ru