Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектування систем керування на на основі програмованих логічних контролерів

Складання проекту системи керування [7, c. 3-6 - 3-8]

Мова програмування програмованих контролерів, наприклад, STEP7 фірми SIEMENS, включає засоби проектування апаратних компонент системи керування, програмування, та пошуку помилок під час роботи системи. Складання проекту системи керування робиться за допомогою засобів, які є складовою частиною язика програмування. Сучасні системи керування будуються за модульним принципом, тому пд час проектування вони використовують каталоги з набором елементів системи, або з набором команд для відповідної мови програмування. Нижче наведена структура проекту.

Структура проекту складається з папки проекту (назва проекту визначається при її складанні). Проект складається з однієї або кількох станцій (якщо вони складають мережу). Для станції треба визначити її конфігурацію (склад), після чого створюється папка програм, де знаходяться програмні блоки та символьна таблиця.

Для створення конфігурації, програм та інших складових частин проекту використовуються різні засоби, які викликаються з керуючої програми "SIMATIC-Manager".

Складання проекта здійснюється самостійно або за допомогою майстра проектів `New Project' Wizard… з меню SIMATIC-Manager

Визначення структури і складу системи керування [7, c. 4-4 - 4-10]

Визначення структури і складу системи керування робиться за допомогою конфігуратора HW Config, який є складовою частиною язика програмування. Він включає каталог з набором елементів системи та засоби визначення параметрів цих елементів. За їх допомогою здійснюються вибір конфігурації і завдання параметрів для настроювання апаратури і мереж Таким чином усі параметри модулів, таких як центральний процесор, модулі введення та виводу як дискретні, так і аналогові та інші, визначаються програмним шляхом. Нижче наведен приклад конфігурації системи керування.

Настроювання системи керування [7, c. 4-11 - 4-14]

Настроювання системи керування здійснюється за допомогою конфігуратора HW Config.

Для цього треба відкрити вікно настроювання подвійним клацанням на модулі. В цьому вікні встановлюються потрібні параметри, наприклад, нижче показано включення тактового байта меркерів, який виконує функції тактових генераторів з різними частотами (від 10 до 0,5 Гц).

На цьому малюнку наведена встановка параметрів для модуля аналогових входів (вибір сигналу та діапазона вимірювання).

Програмування системи керування. Визначення структури програми і форми уявлення окремих її фрагментів [7, c. 1-25 -1-36, 16-3 - 16-7]

Промислове програмне забезпечення - це система тісно пов'язаних інструментальних засобів для програмування систем автоматизації. Воно підтримує усі фази виконання проекту автоматизації:

· Планування, вибір конфігурації і завдання параметрів настроювання апаратури і мереж

· Створення програми користувача

· Документування

· Тестування, запуск і обслуговування

· Керування процесом

Програмне забезпечення підрозділяється на:

Стандартні інструментальні засоби:

Стандартні інструментальні засоби складають основу для програмування систем автоматизації.

Інструментальні засоби проектування:

До інструментальних засобів проектування ставляться:

· Мови програмування високого рівня

· Графічні мови для технологічного програмування

· Допоміжне програмне забезпечення для діагностики, імітації, дистанційного керування, розробки документації і т.д.

Програми підрозділяються на системні і прикладні.

Системні програми являють собою сукупність усіх команд і умов для реалізації внутрішніх робочих функцій пристрою керування.

Прикладні програми являють собою сукупність команд і умов для опрацювання сигналів і надання впливу на керований процес відповідно до задачі керування.

Процесор контролера виконує команди послідовно друг за другом згідно за структурой програми, наведеной у розділі. 4.6. Структура програми. Після виконання останньої команди процесор починає виконувати першу команду. Виконання команд періодично повторюється, тому процесор реалізує циклічне виконання програми. Час, необхідний для однократного виконання всіх команд, називається часом циклу. Процесор контролює час циклу і, якщо воно перевищує деякий задану величину, переводить контролер у стан STOP. Прикладні програми доступні користувачу і підрозділяються на блоки, що являють собою частину програми, обмежену функцією, структурою або цільовим призначенням. У мові програмування розрізняють блоки, що містять команди для обробітку сигналів (організаційні, програмні і функціональні блоки), а також блоки, у яких зберігаються дані (блоки даних).

При упорядкуванні програми може використовуватися лінійне або структурне програмування. При лінійному програмуванні програма користувача складається тільки з одного блока, що містить усі команди. Процесор контролера виконує окремі команди цього блока послідовно.

При структурному програмуванні програма ділиться на декілька блоків, що послідовно викликаються з організаційного блока (для циклічної обробки - з ОВ1).

Для забезпечення взаємодії усіх інструментальних програмних засобів використовується керуюча програма (для мови STEP7 це SIMATIC Manager), за допомогою якої можна створити новий проект, викликати існуючий, завантажити створені програми у контролер, запустити стимулятор, за допомогою якого можна перевірити, як працює створена програма.

На початку створення програми треба визначити її структуру програми та форми уявлення окремих її фрагментів.

Використання організаційних блоків [7, c. 13-3 -13-12]

Організіційні блоки створюють інтерфейс між операційною системою та програмою. На рисунку наведена структура організаційних блоків.

Особливості використання функцій [7, c. 12-4 -12-12]

Робота з локальними даними у функціях.

Встановлення параметрів у функцій.

Виклик функції з параметрами

Настроювання системи керування здійснюється за допомогою засобів тестування, які є складовою частиною язика програмування. Ці засоби дають можливість перевірити стан усіх зовнішніх та внутрішніх сигналів у робочому стані системи керування.

Тестування системи виконується в самої програмі, або у вигляді таблиці стану потрібних елементів системи.

Засоби пошуку помилок [7, c. 14-8 -14-16]

Причину зупинки ЦПУ можна знайти у цьому вікні (буфер діагностики)

У цьому вікні показани регістри ЦПУ.

Таблиця перехрестних вказівок

Задійствовані елементи програми (входи, вихіди, пам'ять, таймери, лічильники)

Структура програми.

Види мереж. Поняття інтерфейсу. Еталонна модель відкритих систем [9, c. 51 - 56]

Промислові мережі - інтегровані, відкриті промислові комунікації.

Промисловий Ethernet (IEEE 802. 3) міжнародний стандарт для мереж що мають як розподілену топологію, так і топологію типу осередок.

PROFIBUS (EN 50170) міжнародний стандарт як для мереж типу польова шина, так і топології типу осередок AS-Интерфейс для комунікації з датчиками і виконавчими пристроями (актуаторами) SIMATIC NET це найбільше важливий блок при побудові систем автоматизації, що поставляє компоненти і мережі для всеосяжних промислових комунікацій.

Вони мають стандартні системні інтерфейси, що також відмінно сполучаться один з одним. Це значно зменшує накладні витрати на програмування, введення в дію й утримання цих систем. А також планування і реалізацію Ваших проектів і як слідство значне зменшення їхньої вартості.

Реалізовані мережні рішення у усіх важливих областях промислової автоматизації з тисячами мережних вузлів підтверджують успіх SIMATIC NET.

Локальні мережі для систем керування. [9, c. 27 - 35]

Локальні мережи систем керування SIMATIC.

PROFIBUS

PROFIBUS це шинна система для організації невеличкої мережі між декількома станціями (звичайно не більше десятьох) (європейський стандарт EN 50 170). Для задоволення вимог стандарту EN 50 170, PROFIBUS забезпечує відкритість для підключення компонентів розроблених іншими виробниками. PROFIBUS використовує метод доступу до мережі відомий як ”Передача маркера керування з підпорядкуванням мастер-слэйв“ Цей метод дозволяє розмежувати між собою активні і пасивні вузли мережі.

Всі протоколи PROFIBUS можуть спільно функціонувати на однім кабелі (RS 485 або оптичному).

Децентралізована періферія. [6, c. 40 - 57]

Для підключення локальної мережи PROFIBUS треба використавувати процесори, які мають в позначенні -2DP (наприклад, CPU315-2DP). У таблиці конфігуратора HW Config відкрити вікно налагодженя для позиції Х2 (DP), і зробити таку послідовність дій (див. рисунок).

Після цього будемо мати мережу для підключення додаткових пристроїв, наприклад, децентралізованної періферії ЕТ200S.

Регіональні і глобальні мережі. [9, c. 41 - 43]

Ethernet

Мережі Ethernet розроблені відповідно до міжнародного стандарту IEEE 802. 3 (Ethernet) для застосування в промислових додатках. Розширені відкриті мережні рішення також можуть бути реалізовані. Високі можливості комунікацій. Різноманітні види (типи, медиа) серед передачі даних (коаксіальний кабель, індустріальна вита пара, оптичний кабель). Промисловий Ethernet це промисловий стандарт перевірений і прийнятий у усьому світі. Промисловий Ethernet працює використовуючи метод доступу до середи CSMA/CD (виявлення несучої з множинним доступом із виявленням колізій) відповідно до стандарту IEEE 802. 3.

датчик система керування конфігуратор

Проектування системи керування рухом на основі контролера SIMATIC S7-300, частотних перетворювачів SINAMICS G120 та абсолютних датчиків положення. [12, c. 3 - 5]

Важливою первагою сучасних частотних перетворювачів є можливість керування за допомогою локальноїй мережі. Так керування частотними перетворювачами SINAMICS G120 можна здійснити, використовуючи локальну мережу PROFIBUS. Для визначення положення є можливість використовувати абсолютні датчики положення, які видають код кута обертання і не потребуют визначення початкового значення. Вони також спроможні підключатися за допомогою локальної мережи PROFIBUS. Система керування переміщенням має у цьому випадку вигляд, наведений на рисунку.

Система керування переміщенням

Загальна конфігурація пристроя керування на основі контролера SIMATIC S7-300, CPU 314C-DP (конфігуратор мови STEP 7), який може керувати пристроями через локальну мережу PROFIBUS, має такий вигляд. Система керування (у даному випадку для керування переміщення по двум осям) включає контролер з модулем керування захватом, датчики верикального та горизонтального переміщення, частотні перетворювачи та двигуни верикального та горизонтального переміщення, які підключені до контролера за допомогою локальної мережи PROFIBUS. Також показана конфігурація контролера.

Загальна конфігурація пристроя керування

Для визначення положення використовуются абсолютні датчики положення, які видають код кута обертання і не потребуют визначення початкового значення (абсолютний датчик з PROFIBUS DP 6FX2001-5FP12). Контролер розглядає ці датчики як входи з визначеною адресою (у нашому випадку PIW 256 та PIW 258), які мають значення від 0 до 8192 (13 бітів) для кута від 0 до 360 градусів.

Конфгурація датчиків положення

При використанні стандартної телеграми 1 PZD 2/2 контролер розглядає частотні перетворювачи як аналогові виходи. Керуюче слово за першою адресою (у нашому випадку PQW 256, PQW 260), завдання для вихідної частоти частотного перетворювача за другою адресою (у нашому випадку PQW 258, PQW 262).

Конфігурація частотних перетворювачів

Керуюче слово дозволяє включати та виключати перетворювач (біт 0 = 1 ON / = 0 OFF1), зміняти напрямок обертання (біт 11 =1 реверс), керувати від контролера (біт 10 = 1 керування від контролера). У табл. 1 наведені коди керуючого слова для різних команд: включення (прямий напрямок руху), включення + реверс (обратний напрямок руху), виключення.

Керуюче слово частотного перетворювача

Завдання для вихідної частоти N_f в залежності від частоти F визначається як:

N_f = 327,68 * F

Нижче наведені завдання для різних вихідних частот у форматах HEX, та десятичному.

Приклади значення завдань для різних вихідних частот

Для керування частотним перетворювачем за допомогою локальної мережи PROFIBUS DP треба встановити такі параметри:

Р0700 = 6 джерело сигналів (керуюче слово) PROFIBUS DP

Р1000 = 6 завдання для частоти PROFIBUS DP

Р1120 = 5,0 с час розгону двигуна

Р1121 = 0,5 с час гальмування двигуна.

Використання перетворювача з рекуперацією дає можливісість задавати малий час гальмування і таким чином підвищіти точність позиціонування (перевантаження не буде, тому що генераторна енегргія повертається у мережу споживання).

Склад системи керування та адреси пристроїв, які використовуються у прикладі програми, можна уявити у вигляді таблиці.

Частина системи керування переміщенням по горизонталі та вертикалі включає центральний процесорний пристрій CPU 314С-2DP, який має додатковий інтерфейс PROFIBUS DP, абсолютні датчики положення при переміщенні по горизонталі та вертикалі (2 штуки), частотні перетворювачи SINAMICS G120 для керування двигунами переміщення по горизонталі та вертикалі (2 штуки), які складаються з Control Unit CU 240 S DP, який має можливість підключатися до мережи PROFIBUS DP, та Power Modul PM250, який має можливість рекуперації. Для керування іншими пристроями використовуються умонтовані входи та виходи самого центрального процесора або модулі додаткових входів та виходів

Склад системи керування та адреси пристроів

Програма керування переміщенням складена за допомогою мови програмування STEP 7. використовує функцію переміщення по позиційній осі FC20, що дозволяє многоразово використовувати її для керування потрібної кількості переміщень.

Вхідні параметри: завдання положення, фактичне значення положення, завдання для частоти, мертва зона (зона нечутливісті для зниження коливань при гальмуванні).

Вихідні параметри: керуюче слово та завдання для частоти.

Нижче наведена програма керування переміщенням, яка виконана у вигляді функції з параметрами.

Функція керування рухом для позиційної осі за заданими параметрами.

Функція переміщення по двум осям (вертикальне та горизонтальне)

Література

1. Цифрова техніка: Учеб. пособие /Б.Е.Рыцар. Киев: УМК ВО, 1991 - 372 с. На укр.яз. (4 прим.)

2. Элементы автоматизированного электропривода / Р.Г.Попович, В.А.Гаврилюл, О.В.Ковальчук, В.И.Теряев. К.: УМК ВО, 1990. 260 с. На укр. яз. (4 прим.)

3. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Ленинград, Энергоатомиздат, 1988. (5 прим.)

4. Сташин В. В. і ін.. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В. Сташин, А.В.Урусов, О.Ф.Мологонцева. : Энергоатомиздат, 1990. 224 с. (2 прим.)

5. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. М.: ИНФРА-М, 2000. 480 с.:илл. (6 прим)

6. SIMATIC Totally Integrated Automation. Информация о продуктах. Приборы, системы, консультации, обучение. ДП “Сименс Украина”, Департамент “Средства автоматизации и приводы” 2006 (CD SIMATIC документация, Каталоги по автоматизации, 01/2007).

7. SIMATIC S7 Комплексная автоматизация -программирование для начинающих. Курс ST-PRO1. Версия 5.5, ? SIEMENS AG, A&D 2004.

Додаткова

8. Системы управления с фаззи-логикой / В.И.Калашников, В.И.Справедливый, Ф.Палис. ДДТУ, Магдебургский университет. Донецк, Магдебург. 1997. 38 с.

9. Интерфейсы средств вычислительной техники: Справочник. / Мячев А.А. М.: Радио и связь, 1993. 352 с.

Методичні вказівки

10. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Микропроцессорные и вычислительные устройства ГПС»/Составители: Михайлов Е.П., Денисенко Т.А., Кузниченко Д.А., Кузниченко С.Д. Изд. ОГПУ, 1997. 30 с.

11. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Локальные системы автоматики» для студентов специальности 7.091402 и по курсу «Микропроцессорные и вычислительные устройства ГПС» для студентов специальности 7.090207./Составители: Михайлов Е.П., Тихончук С.Т., Денисенко Т.А. ОГПУ, 1997. 33 с.

12. Методичні вказівки до лабораторних робіт по дисциплінам "Електронні, мікропроцесорні та обчислювальні пристрої ГВС" та "Електронні, мікропроцесорні та обчислювальні пристрої ПТМ" за темою "Логічні програмовані контролери" Проектування систем автоматизації SIMATIC S7-300 для студентів машинобудівного інституту спеціальності 7.090207 та 7.090214 Склав доцент Михайлов Є. П., 2007 р. 36 с. Одеса ОНПУ.

Размещено на Allbest.ru