Файл: Микропроцессорная техника систем автоматизации. Лабораторный практикум.pdf

113 новый проект. В данном проекте следует запрограммировать сетевой обмен данными между двумя контроллерами S7-1200, посредством которого состояние сигналов на дискретных входах
DI a контроллера PLC_1 (адреса входов I0.0 – I0.7) должно по сети передаваться на дискретные выходы DQ a контроллера PLC_2
(адреса Q0.0 – Q0.7).
В начале выполнения работы следует в среде TIA Portal с использованием режима online убедиться в том, что устройству программирования (компьютеру) доступны по сети минимум два контролера. Этим контроллерам необходимо в режиме online назначить IP-адреса. Для назначения IP-адреса в режиме online следует действовать пошагово в соответствии с табл. 32.
Далее в среде TIA Portal следует создать новой проект и добавить в него два контроллера S7-1200 (см. стр. 19). В проекте контроллерам также необходимо назначить эти же IP-адреса, действуя в соответствии с табл. 33Ошибка! Источник ссылки не
найден..
Далее нужно определиться, в какие моменты времени или с какой частотой контроллер PLC_1 будет передавать данные. Для этого в дереве проекта (Project tree) нужно выделить PLC_1, для него выбрать команду Device configuration, сделать двойной клик мышью на изображении контроллера в рабочем окне. На вкладке свойств Properties в нижней части экрана следует выбрать пункт
General→System and clock memory и активировать (поставить галочку) пункт Enable the use of clock memory byte. При этом активируется clock memory – байт так называемой часовой памяти.
Каждый бит этого байта изменяет свое состояние с FALSE на
TRUE и обратно периодически в виде импульсов со значением скважности импульсов равным 0.5, т. е. половину периода бит равен FALSE, другую половину – TRUE. Частота импульсов всех восьми битов различна и изменяется в пределах от 0.5 Гц до 10 Гц.
За всем этим следит операционная система ЦПУ. Таким образом, биты часовой памяти могут использоваться в качестве опорного тактового сигнала, инициирующего периодическую отправку данных по сети от PLC_1 к PLC_2.

114
После этого необходимо сконфигурировать логическое сетевое соединение между двумя контроллерами, действуя в соответствии с табл. 34.
Следующим шагом будет создание в памяти контроллеров символьных переменных, определяющих адрес пересылаемого блока данных в памяти контроллера – отправителя PLC_1 и адрес блока, куда данные будут помещаться в память контроллера – получателя PLC_2. Переменные, которые необходимо создать, показаны в табл. 37.
Таблица 37
Символьные имена используемых в проекте переменных контроллера
ПЛК
Name
Data Type
Logical Address
PLC_1 – отправитель inputs
Byte
%IB0
PLC_2 – получатель outputs
Byte
%QB0
Переменная inputs должна быть создана в таблице тегов контроллера
PLC_1
(Project tree→PLC_1→PLC tags→Default tag table), а переменная outputs – в таблице тегов контроллера PLC_2
(Project tree→PLC_2→PLC tags→Default tag table). Таким образом, переменная inputs объединяет в себе 8 дискретных входов DI a контроллера PLC_1 с адресами %I0.0 – %I0.7, а переменная outputs объединяет в себе восемь дискретных выходов DQ a контроллера
PLC_2 с адресами %Q0.0 – %Q0.7. Очевидное преимущество такого подхода состоит в том, что вместо пересылки каждого из восьми битов по отдельности удобнее переслать их все вместе одним блоком типа Byte.
Далее следует использовать команды TSEND_C, TRCV_C в программных блоках Main, соответственно, контроллеров PLC_1 и
PLC_2.
Для вставки команды TSEND_C в блок Main контроллера
PLC_1 следует перейти на панель инструкций Instructions, открыть вкладку Instructions→Communication→Open user communications и перетащить мышью значок TSEND_C в начало блока Main. При

115 этом среда Simatic Step 7 автоматически предложит создать новый системный блок данных, связанный с командой TSEND_C, и в появившемся диалоговом окне ″Call options″ предложит ввести название блока данных. В данном случае необходимо согласиться с предлагаемым по умолчанию вариантом, нажать OK. В результате этого в рабочем окне ввода программы появится следующий код:
"TSEND_C_DB"(REQ:=false,
CONT:=false,
LEN:=0,
DONE=>_bool_out_,
BUSY=>_bool_out_,
ERROR=>_bool_out_,
STATUS=>_word_out_,
CONNECT:=_struct_inout_,
DATA:=_variant_inout_,
COM_RST:=_bool_inout_);
Для настройки и ввода всех необходимых параметров команды следует выполнить щелчок левой клавишей мыши на названии команды
“TSENC_C_DB” и в появившемся маленьком всплывающем меню выбрать команду Start configuration. При этом в нижней части экрана активируется панель Configuration, реализующая интерфейс настройки параметров. Необходимые для заполнения поля будут выделены розовым цветом. На этой панели на вкладке Connection parameter нужно:
− в поле Partner (устройство-партнер) выбрать PLC_2;
− в поле Connection data для устройства PLC_1 (Local) выбрать new, при этом система автоматически создаст системный блок данных
PLC_1_Send_DB, содержащий все параметры сконфигурированного ранее сетевого соединения между контроллерами: наименование протокола передачи данных (по умолчанию – TCP), IP-адрес получателя и др.;
− в поле Connection ID (dec) ввести номер соединения – 1;
− повторно в поле Partner указать PLC_2 и далее в поле
Connection data для PLC_2 (Partner) также выбрать new, при этом

116 система создаст уже в памяти контроллера PLC_2 аналогичный системный блок PLC_2_Receive_DB, также содержащий параметры сетевого соединения; на вкладке Block parameter:
− в поле Start request (REQ) ввести “Clock_1Hz” – символьное имя бита часовой памяти, реализующего тактовые импульсы с частотой 1 Гц (можно выбрать бит с другим значением частоты);
− в поле CONT – ввести 1;
− в поле Send area (DATA), Start указать адрес пересылаемых данных – “inputs”.
Далее аналогичным образом нужно вставить команду TRCV_C в блок Main контроллера PLC_2. Для настройки параметров команды следует выполнить щелчок левой клавишей мыши на названии команды “TRCV_C_DB” и выбрать Start configuration. При этом в нижней части экрана активируется панель Configuration, реализующая интерфейс настройки параметров. На панели
Configuration нужно на вкладке Connection parameter:
− в поле Partner (устройство-партнер) выбрать PLC_1;
− в поле Connection data для устройства PLC_1 (Local) выбрать блок PLC_2_Receive_DB; на вкладке Block parameter:
− в поле Enable request (EN_R) ввести TRUE;
− в поле CONT – ввести 1;
− в поле Receive area (DATA), Start указать адрес памяти, куда будет помещен принимаемый блок данных – “outputs”.
Сохранить проект.
Загрузка сохраненного проекта производится отдельно в память каждого из контроллеров. Для этого в дереве проекта следует выбрать вкладку Devices & networks. В появившемся окне
Devices & networks будет схематическое изображение соединенных сетевым соединением контроллеров PLC_1 и ЗДС_2. Для загрузки проекта в память контроллера необходимо выделить мышью схематическое изображение контроллера и выбрать команду главного меню Online→Download to device. Затем необходимо проделать то же самое для другого контроллера.

117
Загрузить созданный проект в контроллеры и убедиться в правильности работы программы.
Содержание отчета
1. Название и цель работы.
2. Принципиальная электрическая схема сетевого соединения контроллеров.
3. Список используемых в проекте значений параметров команд TSEND_C, TRCV_C.
4. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Какой сетевой интерфейс используется в выполненной лабораторной работе для обмена данными между контроллерами?
2. Какова последовательность действий по настройке логического сетевого соединения между двумя ЦПУ?

118
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОЙ
РЕАЛИЗАЦИИ ПИД-РЕГУЛЯТОРА
Цель
работы: приобретение навыков использования программной реализации ПИД-регулятора в программе ПЛК.
Информация для выполнения лабораторной работы
В среде программирования Step 7 имеются в распоряжении программиста следующие компоненты, представляющие собой программную реализацию ПИД-регулятора:
- инструкция
PID_Compact используется в качестве стандартного непрерывного ПИД-регулятора;
- инструкция PID_3Step – используется для регулирования объектов, в состав которых входят электродвигатели, с точки зрения динамических характеристик представляющие собой интегрирующее звено.
Важным моментом при использовании инструкций ПИД- регулирования в программе является то, что эти команды должны выполняться через равные и постоянные промежутки времени.
Поэтому обычно команды ПИД-регулирования помещают внутри блока циклического прерывания
(Cyclic interrupt
OB).
Организационный блок циклического прерывания вызывается операционной системой контроллера через строго равные интервалы времени. По этой же причине команды ПИД- регулирования нельзя размещать в обычном циклическом организационном блоке, так как время прогона программы не является постоянным значением.
Алгоритм ПИД-регулирования
Значение выходного сигнала ПИД-регулятора включает три компонента:
- пропорциональная составляющая (P) – выходное значение данной составляющей сигнала пропорционально разности между

119 заданным значением (Setpoint) и реальным значением (Input) управляемой величины;
- интегральная составляющая (I) – выходное значение данной составляющей сигнала пропорционально интегралу по времени от разности между заданным значением (Setpoint) и реальным значением (Input) управляемой величины;
- дифференциальная составляющая (D) – выходное значение пропорционально скорости изменения во времени разности между заданным значением (Setpoint) и реальным значением (Input) управляемой величины.
Таким образом, инструкция PID_Compact работает в соответствии со следующей формулой:
(
)
(
)
(
)
D
P
I
D
1 1
T s
y K
b w x
w x
c w x
T s
a T s
æ
ö
×
=
×
× -
+
×
-
+
× × -
ç
÷
×
×
× +
è
ø
, где y – выходной сигнал;
w – заданное значение (Setpoint) управляемой величины;
K
P
– коэффициент усиления пропорциональной составляющей выходного сигнала;
T
I
– постоянная времени интегрирования, с;
T
D
– постоянная времени дифференцирования, с;
x – входной сигнал;
s – комплексный оператор Лапласа;
a – коэффициент неидеальности дифференциального звена;
b – весовой коэффициент пропорциональной составляющей;
с – весовой коэффициент дифференциальной составляющей.
Математическая формула, описывающая работу компонента
PID_3Step, имеет вид:
(
)
(
)
(
)
D
P
I
D
1 1
T s
y K s
b w x
w x
c w x
T s
a T s
æ
ö
×
=
× ×
× -
+
×
-
+
× × -
ç
÷
×
×
× +
è
ø
Вставка команд PID_Compact и PID_3Step выполняется путем перетаскивания мышью со вкладки

120
Instructions→Technology objects. После этого в окне инспектора свойств объекта следует задать численные значения коэффициентов блока ПИД-регулятора.

Порядок выполнения лабораторной работы
В процессе выполнения лабораторной работы для закрепления полученных сведений об использовании программной реализации
ПИД-регулятора в программе пользователя создать в среде
TIA Portal новый проект.
В данном проекте нужно добавить контроллер Simatic S7-1200 (см. стр. 19). В состав пользовательской программы контроллера следует добавить организационный блок циклического прерывания Cyclic interruptd OB, в котором поместить команду ПИД-регулирования
PID_Compact. В инспекторе свойств блока PID_Compact ввести указанные преподавателем числовые значения коэффициентов усиления и постоянных времени. В качестве задающего (Setpoint) и входного (Input) сигналов указать сигналы с аналоговых входов контроллера. Загрузить программу в контроллер и исследовать с помощью имеющегося на лабораторном стенде цифрового вольтметра изменение выходного сигнала ПИД-регулятора в зависимости от изменений входных сигналов.
Содержание отчета
1. Название и цель работы.
2. Принципиальная электрическая схема подключения аналогового датчика к контроллеру.
3. Выводы.
Контрольные вопросы
1. В чем состоит физический смысл действия ПИД-регулятора?
2. С какой целью команды ПИД-регулирования следует помещать в организационном блоке циклического прерывания?

121
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14
ОРГАНИЗАЦИЯ ОБМЕНА ДАННЫМИ С SCADA
СИСТЕМОЙ НА ОСНОВЕ ПРОТОКОЛА OPC
Цель работы: знакомство с сенсорными панелями фирмы
Siemens и приобретение начальных навыков их программирования.
Информация для выполнения лабораторной работы
SIMATIC WinCC является модульной масштабируемой системой визуализации процесса (SCADA-системой) для приложений различного уровня. WinCC обеспечивает полный набор функциональных возможностей для визуализации и управления процессом. Кроме того, WinCC предоставляет в распоряжение пользователя ряд редакторов и интерфейсов, которые можно использовать для индивидуального определения функциональных возможностей пользовательского приложения.
Поддерживаемые инструментальные средства проектирования включают в себя средства создания кадров (Graphics Designer
[Графический дизайнер]), редакторы для конфигурирования системы сообщений (Alarm Logging [Регистрация аварийных сообщений]) и системы архивирования значений процесса (Tag
Logging [Регистрация тегов]), систему формирования отчетов
(Report Designer [Дизайнер отчетов]), создание сценариев (Global
Script
[Глобальный сценарий]), систему управления пользователями
(User
Administrator
[Администратор пользователей]), определение связей для обмена данными (Tag
Management [Управление тегами]).
Графический редактор WinCC – WinCC Graphics Designer
[Графический дизайнер
WinCC]
– является векторно- ориентированной программой для рисования. В редакторе имеются функции для точного позиционирования и выравнивания, вращения и зеркального отражения, переноса свойств графических объектов, а так же возможности группировки, создания библиотечных объектов и импорт или встраивание текстов и графики, отредактированных внешним редактором с