Файл: Микропроцессорная техника систем автоматизации. Лабораторный практикум.pdf

65
(Current_Value) некоторого определенного предустановленного значения Preset (уставки) сигнал на дискретном выходе контроллера out (Q0.0) должен становиться равным TRUE. При подаче же положительного сигнала TRUE на дискретный вход count_reset (I0.1) происходит сброс счетчика, т. е. текущее значение счетчика становится равным нулю, а сигнал на дискретном выходе out (Q0.0) – равным FALSE. По условию визуализация работы счетчика состоит в том, чтобы на экране сенсорной панели отображались текущее значение счетчика и предустановленное значение (уставка), а также имелась возможность задания пользователем нового значения уставки.
Решение этой задачи необходимо начинать с программирования контроллера.
Запуск интегрированной среды разработки
TIA Portal V13, создание в ней нового проекта, добавление в проект контроллера и его настройка описаны на стр. 19.
Для определения символьных имен используемых в программе переменных выбрать в дереве проекта (Project tree) пункт
PLC_1→PLC tags→Default tag table, открыть таблицу символьных имен переменных, в которой определить символьные имена для следующих переменных (табл. 23).
Таблица 23
Символьные имена используемых в проекте переменных контроллера
Name
Data
Type
Logical Address
Comment count_input
Bool
%I0.0
Вход счетчика count_reset
Bool
%I0.1
Сброс счетчика
Preset
Int
%MW0
Установленное значение
(уставка)
Current_Value Int
%MW2
Текущее (накопленное) значение out
Bool
%Q0.0
Двоичный выход счетчика

66
Далее необходимо добавить в проект новый кодовый блок типа
Organization Block, Program cycle – организационный блок циклического исполнения с вводом программы на языке SCL. Код программы будет содержать в данном случае один-единственный функциональный блок – счетчик по возрастанию CTU. Добавление счетчиков в программу выполнялось ранее и описано на стр. 51. В качестве входных и выходных параметров блока должны быть указаны переменные из табл. 23.
Код программы для ПЛК
"IEC_Counter_0_DB".CTU(CU:="count_input",
R:="count_reset",
PV:="Preset",
Q=>"out",
CV=>"Current_Value");
Для программирования человеко-машинного интерфейса на сенсорной панели оператора нужно добавить ее в проект и выполнить ее настройку. Добавление в проект сенсорной панели (на лабораторном стенде имеется панель KTP700 Basic) выполняется путем выбора в дереве проекта (Project tree) пункта Add new device (добавить новое устройство). В появившемся диалоговом окне необходимо выбрать тип устройства
–
HMI, и его конкретную модель:
HMI→SIMATIC basic panel→7″ Display→KTP700 Basic→ 6AV2 123-
2GB03-0AX0. При этом запустится Мастер добавления сенсорной панели (HMI Device Wizard), который предложит пользователю выполнить настройку панели. Первым шагом такой настройки является задание связи добавляемой панели с имеющимся в проекте контроллером (в общем случае в проекте может быть как несколько контроллеров, так и несколько панелей). В поле Select PLC нужно нажать кнопку Browse и в появившемся всплывающем окошке указать имя единственного в данном проекте контроллера.
Следующим шагом настройки является настройка внешнего вида экрана панели: указание цвета фона (Background color) и параметров
«шапки» в верхней части экрана (Date/time, Logo).
Последующие шаги настройки можно пока пропустить, нажав кнопку Finish. При этом в дереве проекта (Project tree) появится

67 пункт HMI_1[KTP700 Basic panel], при развертывании которого можно получить доступ ко всем свойствам добавленной панели, а в рабочей области среды TIA Portal появится изображение корневого экрана сенсорной панели. Корневой экран (Root screen) отображается автоматически при подаче питания и включении сенсорной панели. На нем нужно размещать компоненты графического интерфейса: кнопки, поля ввода/вывода, текстовые поля, геометрические фигуры и др. Имеющиеся в распоряжении программиста компоненты графического интерфейса сгруппированы в правой части рабочего окна среды TIA Portal на панели вкладок библиотек компонентов Toolbox. Нужные компоненты помещаются на экран панели путем перетаскивания мышью соответствующей пиктограммы с панели Toolbox в нужное место экрана.
Для отображения текстовых данных служит компонент
Text field, имеющийся на вкладке Toolbox→Basic objects в виде пиктограммы с изображением буквы «А». Перетащив данный компонент в нужное место экрана, необходимо нужным образом задать его свойства в окне инспектора свойств объекта Properties.
Основным свойством является поле
Text, в котором непосредственно задается отображаемый текст. Помимо этого, можно указать размер и наименование шрифта (поле Style), размер компонента и его координаты на экране панели (Position & size) и другие свойства.
Для отображения и ввода числовых данных предназначен компонент I/O field, расположенный на вкладке Toolbox→Elements в виде пиктограммы
. Основные свойства для настройки данного компонента сгруппированы в окне инспектора свойств объекта Properties на вкладке General. В поле Process→Tag необходимо указать переменную из памяти контроллера либо HMI панели, значение которой будет связано с данным компонентом.
Нажав маленькую пиктограмму с тремя точками
, можно указать путь к нужной переменной в появившемся окне задания пути. В поле Type→Mode задается тип элемента: Output – вывод текущего значения на экран, Input/output – вывод текущего и ввод нового значения переменной вручную, Input – ввод значения переменной. В поле Format можно задать требуемый формат

68 отображения данных – задать число десятичных знаков, число знаком после запятой и др.
Для решения поставленной задачи на экране панели необходимо разместить два элемента типа Text field для отображения текстовых надписей «Уставка» и «Текущее значение». Также необходимо разместить два элемента типа I/O field и связать их с переменными
Preset и Current_Value из памяти контроллера. Для элемента, отображающего значение уставки Preset, необходимо задать режим
Input/output, что даст возможность пользователю изменять вручную значение уставки счетчика. Для элемента, отображающего текущее значение счетчика Current_Value, режим должен быть задан как
Output.
Примерный внешний вид корневого экрана Root screen сенсорной панели показан на рис. 20.
Рис. 20. Внешний вид корневого экрана панели управления и используемые в нем элементы: 2 элемента типа Text field – содержат текстовые надписи
«Уставка» и «Текущее значение», 2 элемента типа I/O field – выполняют отображение числовых значений уставки (переменная Preset) и текущего значения счетчика (переменная Current_Value)
Загрузка готового проекта производится отдельно в память контроллера и в память сенсорной панели. Для этого в дереве проекта следует выбрать вкладку Devices & networks. В появившемся окне
Devices & networks будет схематическое изображение сетевого соединения контроллера PLC_1 и сенсорной панели HMI_1. Для

69 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, выделив мышью схематическое изображение сенсорной панели.
Загрузить созданный проект в ПЛК и сенсорную панель и исследовать их работу на стенде.

70
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ПЛК С РЕАЛИЗАЦИЕЙ
ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИИ ВЫХОДНОГО
УПРАВЛЯЮЩЕГО СИГНАЛА
Цель работы: изучение функции ПЛК для реализации широтно-импульсной модуляции.
Информация для выполнения лабораторной работы
Широтно-импульсная модуляция – это способ влияния на управляющее воздействие при дискретном выходе. Сигналы на дискретных выходах микроконтроллера, как известно, могут принимать только два значения напряжения: напряжение питания
(например, 5 В), либо 0 В. ШИМ (широтно-импульсная модуляция) представляет собой импульсный сигнал постоянной частоты и переменной скважности. Скважностью или коэффициентом заполнения (англ. duty cycle) называется отношение полного периода к времени включения. С помощью задания скважности можно менять среднее напряжение на выходе ШИМ, а постоянно меняя скважность – формировать сигнал любой формы.
Примером использования широтно-импульсной модуляции может служить плавное регулирование яркости светодиода. Сигнал на дискретном выходе микроконтроллера, управляющем включением/выключением светодиода, переключается между землей и напряжением питания с достаточно большой частотой, например,
100 Гц. Глаз не замечает мерцания с частотой более 50 Гц, поэтому кажется, что светодиод не мерцает, а горит непрерывно. Уровень яркости светодиода будет зависеть от значения скважности импульсов
(рис. 21). Аналогично, разогнанный мотор не может остановить вал за миллисекунды, поэтому ШИМ-сигнал заставит вращаться его в неполную силу.

71
Рис. 21. Принцип управления яркостью светодиода с помощью ШИМ:
а – скважность 50 %; б – скважность 10 %; в – скважность 90 %
Основное достоинство импульсных регуляторов напряжения с
ШИМ – высокий КПД работы, который достигается за счет работы силовых преобразователей в ключевом режиме. В данном случае силовой преобразователь (обычно в роли преобразователя выступает транзистор) работает не в режиме сопротивления, а в режиме ключей, т. е. транзистор либо полностью закрыт, при этом ток через него практически не течет, либо открыт так, что сопротивление его канала

72 минимальное, и, соответственно, минимальное падение напряжения.
В обоих случаях выделяемая на ключе мощность значительно меньше мощности, передаваемой в нагрузку.
Для формирования ШИМ-сигнала в контроллере S7-1200 предусмотрена команда CTRL_PWM. Команда CTRL_PWM (Pulse
Width Modulation – широтно-импульсная модуляция) выдает последовательность импульсов с фиксированным временем цикла, но с переменным коэффициентом заполнения. Выход PWM работает непрерывно после запуска с заданной частотой (временем цикла). Ширина импульсов меняется по потребности, чтобы достичь желаемого управления.
Ширина импульса может быть задана в сотых долях времени цикла (0 – 100), в тысячных долях (0 – 1000), в десятитысячных долях (0 – 10000) или в аналоговом формате S7. Ширина импульса может меняться от 0 (отсутствие импульсов, всегда выключено) до полного заполнения (отсутствие импульсов, всегда включено).
Для управления быстрыми импульсными выходами в контроллере S7-1200 имеется два импульсных генератора: ШИМ и последовательность импульсов
(PTO).
PTO используется командами управления перемещением и в данной работе не рассматривается. Можно назначить каждый импульсный генератор
PWM или PTO, но не обоим в одно и то же время.
Эти два импульсных генератора поставлены в соответствие конкретным цифровым выходам, как это показано в табл. 24.
Таблица 24
Возможные значения RET_VAL
Генератор импульсов
Дискретный выход
PWM 1
Q0.0
PWM 2
Q0.2
Чтобы подготовить функционирование PWM, сначала нужно сконфигурировать импульсный канал в конфигурации контроллера. Для этого нужно проделать следующие шаги:
1. В дереве проекта для имеющегося в проекте контроллера
(PLC_1) выбрать пункт Device configuration, в появившемся рабочем окне выделить правой кнопкой мыши изображение

73 контроллера и во всплывающем меню выбрать пункт Properties
(свойства). В результате в нижней части экрана откроется окно инспектора свойств контроллера PLC_1.
2. В окне инспектора свойств на вкладке General найти пункт
Pulse generators (PTO/PWM), развернуть его и выделить подпункт
PTO1/PWM1. Разблокировать данный генератор импульсов, поставив галочку в триггерной кнопке Enable this pulse generator.
Если генератор импульсов разблокирован, то этому конкретному импульсному генератору назначается уникальное имя по умолчанию. Вы можете изменить это имя, редактируя поле "Name
[Имя]:", но оно должно быть уникальным именем. Имена разблокированных генераторов импульсов становятся переменными в таблице переменных "constant", и будут предоставлены для использования в качестве параметра PWM команды CTRL_PWM.
3. Далее нужно назначить параметры (Parameter assignment) следующим образом:
Используемый генератор импульсов Pusle options→Signal type:
PWM или PTO – выберите PWM.
Источник вывода Output source: встроенный в CPU или сигнальная плата – в нашем случае на лабораторном стенде нет дополнительной сигнальной платы с дискретными выходами, поэтому данная опция заблокирована, и источником вывода служит встроенный дискретный выход Q0.0.
База времени Time base: миллисекунды или микросекунды.
Формат ширины импульсов: cотые доли (от 0 до 100), тысячные
(от 0 до 1000), десятитысячные (от 0 до 10000) либо аналоговый формат S7 (от 0 до 27648).
Время цикла Cycle time – введите значение своего времени цикла. Это значение может быть изменено только в конфигурации устройств, а затем в процессе выполнения программы оно остается неизменным.
Начальная ширина импульсов Initial pulse duration – введите значение своей начальной ширины импульсов. Это значение может быть изменено во время исполнения.
Значение ширины импульса занимает в памяти CPU 2 байта и хранится по адресу: Q1000 – Q1001. Это называется адрес выходного