Файл: Микропроцессорная техника систем автоматизации. Лабораторный практикум.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 205
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
14
Рис. 8. Звездообразная топология сети на лабораторном стенде
Коммутатор SCALANCE XB005 используется для сетевого соединения компьютера (устройства программирования), ПЛК
Simatic S7-1200 и сенсорной панели оператора по схеме, представленной на рис. 8.
По включению питания встроенная в ПЛК операционная система выполняет самотестирование и настройку аппаратных ресурсов, очистку оперативной памяти данных (ОЗУ), контроль целостности прикладной программы пользователя.
Если прикладная программа сохранена в памяти программ, ПЛК переходит к основной работе, которая состоит из постоянного повторения последовательности действий, входящих в рабочий цикл. В самом начале цикла ПЛК производит физическое чтение входов. Считанные значения входных сигналов размещаются в области памяти входов. Таким образом, создается одномоментная зеркальная копия значений входов. Далее выполняется код пользовательской программы.
Пользовательская программа работает с копией значений входных и выходных сигналов, размещенной в соответствующих областях (I-область и Q-область) системной памяти данных.
После выполнения кода пользовательской программы операционная система ПЛК
15 выполняет копирование расчетных значений выходных сигналов из
Q-области памяти на физические выходы ПЛК (рис. 9).
Рис. 9. Цикл выполнения управляющей программы пользователя в ПЛК
Такая последовательность действий, включающая замер, обсчет и выработку воздействия, называется рабочим циклом ПЛК или прогоном программы. Время выполнения цикла программы может варьироваться в широких пределах, например, 10..500 мс. Таким образом, вычисления в ПЛК всегда повторяются циклически.
Выполняемые действия зависят от значения входов контроллера, предыдущего состояния и определяются пользовательской программой.
16
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
СИСТЕМА ПРОГРАММИРОВАНИЯ TIA PORTAL V13.
СОЗДАНИЕ ПРОЕКТА
Цель работы:изучение структуры микропроцессорной системы управления и приобретение навыков создания проекта автоматизации в среде программирования TIA Portal.
Информация для выполнения лабораторной работы
Для разработки программ для ПЛК в настоящее время используются интегрированные среды разработки (ИСР, англ. IDE
– Integrated development environment), содержащие в своем составе текстовые редакторы, компиляторы, редакторы связей, загрузчики и симуляторы. ИСР обычно представляет собой единственную программу, в которой проводится вся разработка. Она, как правило, содержит много функций для создания, изменения, компилирования, развертывания и отладки программы ПЛК.
TIA
Portal
(Totally
Integrated
Automation
Portal)
– интегрированная среда разработки программного обеспечения систем автоматизации технологических процессов на основе оборудования производства фирмы Siemens. В TIA Portal объединены три основных программных пакета:
§
Simatic Step 7 V.11 для программирования контроллеров
S7-1200, S7-300, S7-400 и WinAC;
§
Simatic
WinCC V.11 для разработки человеко- машинного интерфейса (программирование сенсорных панелей и SCADA-систем);
§
Sinamics
StartDrive
V.11 для программирования преобразователей частоты Sinamics.
В среде TIA Portal предусмотрено два способа отображения структуры проекта автоматизации: портальное представление
(portal view) и проектно-ориентированное представление (project view). Портальное представление (рис. 10) отображает структуру проекта с точки зрения задач и функций, которые могут быть
17 выполнены в проекте, например, создание нового проекта –
Create new project, открытие уже созданного ранее и сохраненного на жестком диске проекта – Open existing project, отображение используемых в проекте устройств (контроллеров, панелей оператора, модулей ввода/вывода и др.) и настройку сетевых соединений между устройствами – Devices & networks, мониторинг и диагностика доступных для программирования в данном проекте устройств – Online & Diagnostics и др.
Рис. 10. Портальное представление структуры проекта (portal view):
1 – панели задач; 2 – действия для выбранной задачи;
3 – панель выбора вариантов для указанного действия;
4 – переход к проектно-ориентированному представлению;
5 – название открытого проекта
Проектно-ориентированное представление (рис. 11) отображает все компоненты внутри проекта и позволяет получить быстрый доступ к любому из них. В процессе работы над проектом при необходимости в любой момент можно переключиться от портального к проектно-ориентированному представлению структуры проекта и обратно.
18
Рис. 11. Проектно-ориентированное представление структуры проекта (project view):
1 – панель заголовка (название проекта); 2 – главное меню;
3 – панель кнопок управления; 4 – дерево проекта;
5 – отображение других проектов, связанных с данным проектом;
6 – подробные данные об объекте, выбранном в дереве проекта;
7 – рабочая область окна; 8 – разделители; 9 – окно инспектора свойств объектов;
10 – переход к портальному представлению;
11 – панель переключения между задачами;
12 – строка состояния; 13 – панель вкладок библиотек компонентов
Порядок выполнения лабораторной работы
В процессе выполнения лабораторной работы необходимо разработать в среде TIA Portal первый простейший проект для ПЛК
Simatic S7-1200. Созданную пользовательскую программу необходимо откомпилировать, загрузить в ПЛК и исследовать ее работу на лабораторном стенде.
Задача управления лампой
Пусть имеется некоторая лампа, подключенная к цифровому выходу ПЛК DQa.0, и имеется кнопка «Start», подключенная к цифровому входу DIa.0.
19
Постановка задачи
Лампа может быть включена или выключена с помощью данной кнопки. При нажатии на кнопку «Start» лампа включается, а при отпускании – выключается.
Создание проекта
Запуск интегрированной среды разработки TIA Portal V13 выполняется по соответствующему значку на рабочем столе компьютера либо из меню Пуск→Все программы→Siemes automation→TIA Portal V13. Изначально рабочее окно среды разработки TIA Portal находится в режиме портального представления.
Для создания нового проекта необходимо выбрать левой кнопкой мыши действие Create new project (создать новый проект), после чего указать название проекта, задать каталог на диске, в котором будут храниться файлы проекта, и нажать на экране кнопку Create.
Следующий шаг – конфигурация используемого аппаратного оборудования – Devices & Networks→Configure a device.
Необходимо добавить в проект (Add new device) контроллер
Simatic S7-1200 модели CPU→1214C DC/DC/DC с номером
6ES7 1214-1AG31-0XB0. При этом в поле Device name необходимо указать имя контроллера либо оставить автоматически предложенное имя (PLC_1). Нажать на экране кнопку Add. В результате этого представление проекта автоматически изменится на проектно-ориентированное, в котором в рабочей области окна появится графическое изображение добавленного в проект контроллера. Щелкнув на нем правой кнопкой мыши и выбрав во всплывающем меню пункт Properties (свойства), в нижней части экрана в окне инспектора свойств объекта можно просматривать и нужным образом настраивать свойства ЦПУ. В окне свойств можно установить следующие параметры:
§
интерфейс PROFINET: установка IP-адреса для ЦПУ и синхронизации времени;
§
DI, DO, и AI: настройка поведения встроенных цифровых и аналоговых входов и выходов;
§
скоростные счетчики и генераторы импульсов: активизация и настройка быстрых счетчиков (HSC) и генераторов импульсов, используемых для операций с последовательностями импульсов
20
(pulse-train operations, PTO) и широтно-импульсной модуляции
(pulse-width modulation, PWM);
§
запуск: настройка поведения ЦПУ после выключения и последующего включения;
§
время суток: установка времени, часового пояса и переключения между летним и зимним временем;
§
защита: установка защиты от чтения/записи и пароля для доступа к ЦПУ;
§
системная и тактовая битовая память (тактовые меркеры): установка байта для функций «системной памяти» (для битов
«первый цикл», «всегда включен» и «всегда выключен») и установка байта для функций «тактовой памяти» (где каждый бит включается и выключается с заранее заданной частотой);
§
время цикла: установка максимального времени цикла или фиксированного минимального времени цикла;
§
коммуникационная нагрузка: назначение процентной доли времени ЦПУ для коммуникационных задач.
Далее в дереве проекта (Project tree) для добавленного контроллера необходимо найти и открыть таблицу символьных имен переменных – пункт PLC_1→PLC tags→Default tag table, в которой следует определить символьные имена для следующих используемых в программе переменных (табл. 2).
Таблица 2
Символьные имена используемых в проекте переменных
Name Data
Type
Logical
Address
Comment
Start Bool %I0.0 Кнопка "Старт"
LampOn Bool %Q0.0
Цифровой выход управления лампой:
FALSE - выключена, TRUE - включена
Далее необходимо добавить в проект кодовый блок, в который будет введен текст программы. Для этого в дереве проекта
(Project tree) нужно выбрать пункт
21
PLC_1→Program blocks→Add new block.
В появившемся диалоговом окне (рис. 12) следует сначала указать тип добавляемого кодового блока – Organization Block и Program cycle.
Такой блок в процессе работы программы будет выполняться в каждом цикле программы. Далее в поле Language следует выбрать язык программирования – SCL, и, наконец, в поле Name – задать название блока, например, LampControl, либо оставить название, автоматически предложенное системой. Нажать кнопку OK.
Рис. 12. Диалоговое окно добавления кодового блока в проект
В появившемся на экране рабочем окне для ввода текста программы нужно ввести следующий текст.
Текст программы на языке SСL
LampOn =: Start;
При загрузке программы пользователя с устройства программирования в ЦПУ она сохраняется в постоянной памяти
ЦПУ. Для загрузки проекта в ЦПУ необходимо в главном меню
22 выбрать команду Online→Download to device (Загрузить в устройство). Альтернативный способ: на панели инструментов щелкнуть на символе
(Загрузить в устройство). При этом в появившемся диалоговом окне (рис. 13) необходимо указать интерфейс связи между ЦПУ и компьютером (Type of the PG/PC interface) – PN/IE, а также название сетевого интерфейса устройства программирования (PG/PC interface) – в нашем случае это название сетевой карты компьютера Realtek PCle GBE Family
Controller. После нажатия кнопки Start search (начать поиск) компьютер выполняет поиск и установление связи с подключенным к нему оборудованием, соответствующим заданному в проекте (в нашем случае – только с одним ЦПУ
PLC_1). После установления такой связи и нажатия кнопки Load
(загрузить) выполняется загрузка программы пользователя в память ЦПУ и его запуск.
Рис. 13. Диалоговое окно загрузки программы пользователя в ЦПУ
23
Содержание отчета
1. Название и цель работы.
2. Схемы подключения дискретного входа и дискретного выхода к контроллеру.
3. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Раскройте понятие
«микропроцессорная система управления». Какие существуют синонимы данного понятия?
2. Что такое дискретный вход или выход? Как определяются их состояния?
3. Понятие и состав программного обеспечения. Операционная система. Система программирования. Прикладная программа.
4. Как создать проект в системе программирования TIA (Totally
Integrated Automation) Portal (V13)?
5. В чем вы видите достоинства и (или) недостатки микропроцессорных систем управления?
6. Дайте характеристику дискретным входам и выходам контроллера S7-1200.
7. Нарисуйте схему подключения кнопки с замыкающим контактом к дискретному входу DIa.2.
8. Нарисуйте схему подключения светодиода к дискретному выходу DQb.1.
24
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ЯЗЫКА STRUCTURED
CONTROL LANGUAGE. СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ.
ПОНЯТИЕ ПЕРЕМЕННОЙ. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАТОРЫ
Цель работы: изучить основы алгоритмического языка программирования контроллеров Structured Control Language (SCL).
Информация для выполнения лабораторной работы
Структура программы
В зависимости от сложности решаемой задачи управления для программы пользователя может быть выбрана линейная либо модульная структура (рис. 14).
В линейной программе все команды программы выполняются последовательно друг за другом и находятся в одном кодовом блоке, называемом организационным блоком (OB1).
Модульная программа вызывает специальные кодовые блоки, которые выполняют отдельные подзадачи общей задачи управления. Для создания модульной структуры сложная задача автоматизации делится на более простые подзадачи, соответствующие технологическим функциям процесса.
Рис. 14. Линейная и модульная структуры программы пользователя
В ПЛК Simatic S7-1200 имеется три типа кодовых блоков:
· Организационный блок (OB) реагирует на определенное событие в CPU и может прервать исполнение программы
25 пользователя. Стандартный блок для исполнения программы пользователя
(OB1) предоставляет основную структуру пользовательской программы и является единственным кодовым блоком, необходимым для пользовательской программы. Если вы вставите другие OB в свою программу, то эти OB прерывают исполнение OB1. Другие OB выполняют специфические функции, например, для задач запуска, для обработки прерываний и ошибок или для исполнения конкретного программного кода через определенные интервалы времени.
· Функциональный блок (FB) – это подпрограмма, которая исполняется при вызове из другого кодового блока (OB, FB или
FC). Вызывающий блок передает параметры в FB, а также определяет некоторый блок данных (DB), который сохраняет данные для этого вызова или экземпляра этого FB. Изменение экземплярного DB позволяет родовому FB управлять работой группы устройств. Например, один FB может управлять несколькими насосами или вентилями с помощью различных экземплярных DB, содержащих конкретные рабочие параметры для каждого насоса или вентиля.
· Функция (FC) – это подпрограмма, которая исполняется при вызове из другого кодового блока (OB, FB или FC). У FC нет связанного с ней кодового блока данных DB. Вызывающий блок передает параметры в FC. Выходные значения FC должны быть записаны в адреса памяти или в глобальный DB.
В качестве примера модульной структуры программы можно привести подробно рассмотренную ниже задачу управления температурой и уровнем воды в водогрейном котле. Данная задача может быть структурно разделена на две подзадачи:
· регулирование уровня воды в котле – обеспечивается управлением работой входного и выходного клапанов на основе сигналов датчиков уровня;
· регулирование температуры воды – обеспечивается периодическим включением и выключением электронагревателя с учетом сигналов датчиков температуры.
Соответственно, программа может быть представлена в виде двух кодовых организационных блоков: TemperatureControl [OB1]
(контроль температуры) и WaterLevelControl [OB123] (контроль