Файл: Программнометодическое обеспечение лабораторного стенда Система автоматического регулирования температуры.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 166
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
19
1.2 Технические требования для комплекса
Для рассматриваемого комплекса предусмотрены специальные меры для обеспечения промышленной безопасности. Условия учебной аудитории, в которой будет располагаться разрабатываемый лабораторный комплекс,
должны соответствовать требованиям микроклимата в образовательных учреждениях. Температура воздуха в помещении должна находиться в пределах от 20 до 22 ℃, относительная влажность воздуха – от 40 до 60 %.
В результате проведенного анализа относительно характеристик лабораторного стенда были выявлены следующие требования:
- стенд должен иметь по возможности минимальные размеры. Это необходимо для того, чтобы на столе можно было разместить различные приборы. Ориентировочные размеры – 260х440х80;
- стенд должен иметь механическую устойчивость к вибрациям;
- стенд должен иметь минимальное количество внешних соединительных проводов и все они должны быть спрятаны в специальные каналы для проводов;
- стенд должен обеспечивать максимальную наглядность при работе с ним;
- контроллер должен иметь модульную архитектуру, позволяющий свободно производить компоновку каналов ввода/вывода. Так как основной целью данной работы является описание лабораторного комплекса на базе контроллера КРОСС 500, то используем именно его;
- тепловая камера должна располагаться в безопасном месте, при этом место её расположения не должно препятствовать наблюдению за происходящим процессом во время лабораторной работы;
- операторская станция, представляющая собой персональный компьютер должна содержать все необходимое программное обеспечение;
20
- при вводе сигналов с датчиков, допускается использовать как модули с искробезопасными входными цепями, так и внешние барьеры искробезопасности, размещаемые в отдельном конструктиве.
1.3 Метрологические требования для комплекса
Одной из основных задач лабораторного стенда является измерение температуры нагревательного элемента в тепловой камере. Измерение осуществляется при помощи датчика температуры, представляющего собой термометр сопротивления.
Также к измерительным каналам рассматриваемой системы относятся такие физические величины как:
- сила тока;
- напряжение;
- мощность.
Измерительные каналы должны обеспечивать получение результатов с нормируемой точностью. Аппаратура, входящая в состав измерительного устройства (чувствительный элемент, усилитель, блок преобразования), должна отвечать необходимым требованиям.
Нормированными метрологическими характеристиками являются основная погрешность и дополнительная погрешность. Основная погрешность датчика температуры не должна превышать 0.5 %. Основная погрешность силы тока, напряжения и мощности не должна превышать 1 %.
Дополнительная погрешность не должна превышать половины основной погрешности при изменении температуры окружающей среды во всем диапазоне рабочих температур и отклонении напряжения питания в допустимых пределах.
21
1.4 Требования к программному обеспечению
Программное обеспечение должно выполнять логические и вычислительные операции для выполнения функций сбора, обработки, хранения, управления, передачи и представления в соответствии с функциями системы автоматизации и включать в себя: общесистемное, прикладное программное обеспечение, пользовательское программное обеспечение и программы контроля тестирования.
Общесистемное программное обеспечение должно быть реализовано на основе стандартной операционной системы. Общесистемное программное обеспечение должно быть открытым и обеспечивать возможность изменения конфигурации системы.
Пакет прикладного программного обеспечения должен быть разработан с базовым набором программного обеспечения, включая набор стандартных логических и вычислительных функций, автоматизацию описания параметров и набор современных визуально-графических инструментов, предназначенных для стандартной операционной системы.
Программирование промышленного контроллера должно осуществляться на одном из языков стандарта МЭК 61131-3 [1].
Пакет программного обеспечения для контроля тестирования должен обеспечивать информационную безопасность и работу устройств, включенных в систему автоматизации, как в режиме подключения к технологическим устройствам (online), так и автономно (offline).
Программное обеспечение должно быть построено на модульной основе и поддерживать распределенные или централизованные системы управления и контроля.
22
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 Назначение, состав и технические характеристики контроллера
КРОСС-500
2.1 Описание модульного контроллера КРОСС 500
2.1.1 Назначение контроллера кросс 500
Промышленный логический контроллер КРОСС 500 предназначен для эффективного построения архитектуры автоматизированных систем управления различного рода технологических объектов.
Ниже представлен ряд типовых задач автоматизации, для решения которых предназначен рассматриваемый контроллер:
- сбор показаний с датчиков различного рода, их первичная обработка, в рамках которой осуществляется фильтрация полученной информации, её линеаризация, перевод в унифицированный сигнал и т.д.;
- отправка управляющих воздействий на исполнительное оборудование;
- регулирование различных параметров технологического процесса согласно соответствующим законам управления;
- логическое и программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;
- математическая обработка данных посредством различных алгоритмов;
- архивирование параметров технологического процесса;
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;
- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;
- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и пополнение команд; выдача значений параметров и различных сообщений на панель оператора;
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 Назначение, состав и технические характеристики контроллера
КРОСС-500
2.1 Описание модульного контроллера КРОСС 500
2.1.1 Назначение контроллера кросс 500
Промышленный логический контроллер КРОСС 500 предназначен для эффективного построения архитектуры автоматизированных систем управления различного рода технологических объектов.
Ниже представлен ряд типовых задач автоматизации, для решения которых предназначен рассматриваемый контроллер:
- сбор показаний с датчиков различного рода, их первичная обработка, в рамках которой осуществляется фильтрация полученной информации, её линеаризация, перевод в унифицированный сигнал и т.д.;
- отправка управляющих воздействий на исполнительное оборудование;
- регулирование различных параметров технологического процесса согласно соответствующим законам управления;
- логическое и программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;
- математическая обработка данных посредством различных алгоритмов;
- архивирование параметров технологического процесса;
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;
- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;
- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и пополнение команд; выдача значений параметров и различных сообщений на панель оператора;
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 Назначение, состав и технические характеристики контроллера
КРОСС-500
2.1 Описание модульного контроллера КРОСС 500
2.1.1 Назначение контроллера кросс 500
Промышленный логический контроллер КРОСС 500 предназначен для эффективного построения архитектуры автоматизированных систем управления различного рода технологических объектов.
Ниже представлен ряд типовых задач автоматизации, для решения которых предназначен рассматриваемый контроллер:
- сбор показаний с датчиков различного рода, их первичная обработка, в рамках которой осуществляется фильтрация полученной информации, её линеаризация, перевод в унифицированный сигнал и т.д.;
- отправка управляющих воздействий на исполнительное оборудование;
- регулирование различных параметров технологического процесса согласно соответствующим законам управления;
- логическое и программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;
- математическая обработка данных посредством различных алгоритмов;
- архивирование параметров технологического процесса;
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;
- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;
- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и пополнение команд; выдача значений параметров и различных сообщений на панель оператора;
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 Назначение, состав и технические характеристики контроллера
КРОСС-500
2.1 Описание модульного контроллера КРОСС 500
2.1.1 Назначение контроллера кросс 500
Промышленный логический контроллер КРОСС 500 предназначен для эффективного построения архитектуры автоматизированных систем управления различного рода технологических объектов.
Ниже представлен ряд типовых задач автоматизации, для решения которых предназначен рассматриваемый контроллер:
- сбор показаний с датчиков различного рода, их первичная обработка, в рамках которой осуществляется фильтрация полученной информации, её линеаризация, перевод в унифицированный сигнал и т.д.;
- отправка управляющих воздействий на исполнительное оборудование;
- регулирование различных параметров технологического процесса согласно соответствующим законам управления;
- логическое и программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;
- математическая обработка данных посредством различных алгоритмов;
- архивирование параметров технологического процесса;
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;
- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;
- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и пополнение команд; выдача значений параметров и различных сообщений на панель оператора;
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 Назначение, состав и технические характеристики контроллера
КРОСС-500
2.1 Описание модульного контроллера КРОСС 500
2.1.1 Назначение контроллера кросс 500
Промышленный логический контроллер КРОСС 500 предназначен для эффективного построения архитектуры автоматизированных систем управления различного рода технологических объектов.
Ниже представлен ряд типовых задач автоматизации, для решения которых предназначен рассматриваемый контроллер:
- сбор показаний с датчиков различного рода, их первичная обработка, в рамках которой осуществляется фильтрация полученной информации, её линеаризация, перевод в унифицированный сигнал и т.д.;
- отправка управляющих воздействий на исполнительное оборудование;
- регулирование различных параметров технологического процесса согласно соответствующим законам управления;
- логическое и программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;
- математическая обработка данных посредством различных алгоритмов;
- архивирование параметров технологического процесса;
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;
- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;
- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и пополнение команд; выдача значений параметров и различных сообщений на панель оператора;
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 Назначение, состав и технические характеристики контроллера
КРОСС-500
2.1 Описание модульного контроллера КРОСС 500
2.1.1 Назначение контроллера кросс 500
Промышленный логический контроллер КРОСС 500 предназначен для эффективного построения архитектуры автоматизированных систем управления различного рода технологических объектов.
Ниже представлен ряд типовых задач автоматизации, для решения которых предназначен рассматриваемый контроллер:
- сбор показаний с датчиков различного рода, их первичная обработка, в рамках которой осуществляется фильтрация полученной информации, её линеаризация, перевод в унифицированный сигнал и т.д.;
- отправка управляющих воздействий на исполнительное оборудование;
- регулирование различных параметров технологического процесса согласно соответствующим законам управления;
- логическое и программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;
- математическая обработка данных посредством различных алгоритмов;
- архивирование параметров технологического процесса;
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;
- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;
- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и пополнение команд; выдача значений параметров и различных сообщений на панель оператора;
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 Назначение, состав и технические характеристики контроллера
КРОСС-500
2.1 Описание модульного контроллера КРОСС 500
2.1.1 Назначение контроллера кросс 500
Промышленный логический контроллер КРОСС 500 предназначен для эффективного построения архитектуры автоматизированных систем управления различного рода технологических объектов.
Ниже представлен ряд типовых задач автоматизации, для решения которых предназначен рассматриваемый контроллер:
- сбор показаний с датчиков различного рода, их первичная обработка, в рамках которой осуществляется фильтрация полученной информации, её линеаризация, перевод в унифицированный сигнал и т.д.;
- отправка управляющих воздействий на исполнительное оборудование;
- регулирование различных параметров технологического процесса согласно соответствующим законам управления;
- логическое и программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;
- математическая обработка данных посредством различных алгоритмов;
- архивирование параметров технологического процесса;
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;
- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;
- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и пополнение команд; выдача значений параметров и различных сообщений на панель оператора;
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 Назначение, состав и технические характеристики контроллера
КРОСС-500
2.1 Описание модульного контроллера КРОСС 500
2.1.1 Назначение контроллера кросс 500
Промышленный логический контроллер КРОСС 500 предназначен для эффективного построения архитектуры автоматизированных систем управления различного рода технологических объектов.
Ниже представлен ряд типовых задач автоматизации, для решения которых предназначен рассматриваемый контроллер:
- сбор показаний с датчиков различного рода, их первичная обработка, в рамках которой осуществляется фильтрация полученной информации, её линеаризация, перевод в унифицированный сигнал и т.д.;
- отправка управляющих воздействий на исполнительное оборудование;
- регулирование различных параметров технологического процесса согласно соответствующим законам управления;
- логическое и программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;
- математическая обработка данных посредством различных алгоритмов;
- архивирование параметров технологического процесса;
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;
- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;
- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и пополнение команд; выдача значений параметров и различных сообщений на панель оператора;
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2 Назначение, состав и технические характеристики контроллера
КРОСС-500
2.1 Описание модульного контроллера КРОСС 500
2.1.1 Назначение контроллера кросс 500
Промышленный логический контроллер КРОСС 500 предназначен для эффективного построения архитектуры автоматизированных систем управления различного рода технологических объектов.
Ниже представлен ряд типовых задач автоматизации, для решения которых предназначен рассматриваемый контроллер:
- сбор показаний с датчиков различного рода, их первичная обработка, в рамках которой осуществляется фильтрация полученной информации, её линеаризация, перевод в унифицированный сигнал и т.д.;
- отправка управляющих воздействий на исполнительное оборудование;
- регулирование различных параметров технологического процесса согласно соответствующим законам управления;
- логическое и программное управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;
- математическая обработка данных посредством различных алгоритмов;
- архивирование параметров технологического процесса;
- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;
- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;
- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и пополнение команд; выдача значений параметров и различных сообщений на панель оператора;
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
23
- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, поверке технического состояния контроллера;
- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.
Объект управляется при помощи программ, написанных инженером на промышленных языках программирования в системе ISaGRAF.
Контроллер
КРОСС
500 является проектно-компонуемым и программируемым устройством, его состав, программное обеспечение и параметры определяются потребителем и указываются в заказе.
2.1.2 Область применения
Основная область применения контроллера КРОСС 500 - автоматизированные системы управления широкого спектра в различных отраслях энергетики, машиностроения, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, агропромышленного комплекса и т.д.
Контроллер нацелен на построение недорогих систем управления различной алгоритмической и информационной сложности, в зависимости от числа каналов связи:
- макро-системы (до 1920 каналов);
- миди-системы (64-128 каналов);
- мини системы (16-64 каналов).
2.1.3 Основные технические характеристики
2.1.3.1 Модули ввода/вывода
Специальные каналы, предназначенные для реализации входов и выходов, размещены в модулях ввода/вывода. Данные модули бывают постоянного состава и проектно-компонуемого состава.
24
Модули ввода-вывода подразделяются на аналоговые и дискретные.
Каждый модуль имеет свои технические параметры. В таблице 1 представлены модули и их характеристик.
Таблица 1 – Характеристики модулей ввода/вывода
Модуль
Вид и количест во каналов на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
ТС1-7 7 каналов ввода
(каналы
1-7)
Напряжение постоянного тока от -5 до 65 мВ от термопар
>100 кОм
1.25 1 канал ввода
(канал 8)
Сопротивление от термопреобразователя
-
TR1-8 8 каналов ввода
Сопротивление:
(50-100), (100-200) Ом от термопреобразователя
(трех проводная схема включения)
-
1.45
AI1-8 8 каналов ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
Напряжение
(0-10) В
(
400 ± 10) Ом
(
100 ± 3) Ом
> 10 кОм
1.2
AI01-8/0 8 каналов ввода
0.5
AI01-8/4 8 каналов ввода
0.6 4 канала ввода
Постоянный ток: (0-5) мА, (0-20) мА, (4-20) мА.
< 2 кОм
< 0.5 кОм
AI01-0/4 4 канала ввода
0.12
DI1-16 16 каналов ввода
Дискретный сигнал:
- напряжение постоянного тока: (0-7)
В – логический «0»,
(24
±6) В – логическая
«1»; максимальный ток
0.01 А на один канал по цепи 24 В.
Не менее 2 к Ом
0.12
DI01-8/8 8 каналов ввода
0.40
25
Продолжение таблицы 1 – Характеристика модулей ввода/вывода
2.1.3.2 Терминальные блоки
Терминальные блоки – это специальные устройства, позволяющие подключать к контроллеру посредством клемм провода, соединенные непосредственно с объектом управления. Провода, в свою очередь, связаны с полевыми устройствами – датчиками и исполнительными механизмами.
Каждый терминальный обладает своими параметрами. В таблицах 2 – 4 приведены основные параметры входных и выходных цепей терминальных блоков.
Модуль
Вид и количе ство канало в на модуль
Входной/выходной сигнал
Входное сопротивление
(сопротивление нагрузки)
Максимальная потребляемая мощность по цепи 24 В, Вт, не более
DO1-16 16 канало в ввода
Дискретный сигнал:
- бесконтактный ключ; коммутируемое постоянное напряжение до 40 В; максимальный ток не более: 0.3 А, на один канал, 2.0 А на 8 каналов
0.7
26
Таблица 2 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DI-8
T1-DI-8/220
T1-DI-8/110
T1-DI-8/24
T2-DI-8/220
T2-DI-8/110
T2-DI-8/24
Количество каналов
8 8
8 8
8 8
8
Входной ток канала, мА
5 5
5 5
5 5
5
Напряжение включения канала, В, не более
=(18-24)
(160-250)
(80-120)
(18-30)
=(160-250)
(80-120)
=(18-30)
Напряжение выключения канала, В, не более
=(0-10)
(0-80)
(0-40)
(0-10)
=(0-80)
=(0-40)
=(0-10)
Напряжение питания блока, В
=24
=24
=24
=24
=24
=24
=24
Потребляемый ток
(все каналы
«включены»), мА
-
40 40 40 40 40 40
Гальваническое разделение, В, не менее
500 1500 1500 1500 1500 1500 1500
27
Таблица 3 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8R
Количество каналов
8
Коммутируемый ток, А: при напряжении 250 В и активной нагрузке; при напряжении =30 В и активной нагрузке; при напряжении 250 В и cos ???? = 0.4 10 10 3
Минимальное напряжение коммутации, В *
5
Минимальный ток коммутации, мА *
10
Число циклов коммутации под нагрузкой, не менее *
1 ∗ 10 5
Число циклов механической коммутации (без нагрузки), не менее *
2 ∗ 10 7
Напряжение питания, В
24
Гальваническое разделение, В, не менее
1500
Таблица 4 – Параметры входных и выходных цепей терминальных блоков
Параметр
T1-DO-8
T1-DO-8S
T1-DO-8P/220
T1-DO-8P/110
T1-DO-8P/24
Количество каналов
8 8
8 8
8
Номинальное напряжение коммутации, В
=(18-30)
220
=220
=110
=24
Максимальное напряжение коммутации, В, не более
=40
250
=400
=250
=60
Максимальный ток коммутации, А, не более (один канал)
0.5 1
0.12 0.17 1
Гальваническое разделение, В, не более
1500 1500 1500 1500 5500
28
2.1.3.3 Питание контроллера
В соответствии с заказом определяются параметры электрического питания контроллера. Существуют две версии осуществления подключения питания:
- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 85 до
264 В, и частотой 50 Гц. Коэффициент высших гармоник не должен превышать 5 %;
- от источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В. Чаще всего используются источники напряжением 24 В.
2.1.4 Состав контроллера кросс 500
Рассматриваемый контроллер КРОСС 500
является устройством проектно-компонуемым. Его структура и состав, как правило, зависит от требований потребителя. Сборка данного изделия выполняется из модулей, терминальных блоков, блоков питания и другими устройствами.
Контроллер КРОСС 500 состоит из изделий, приведенных ниже:
- блок центрального процессора (БЦП);
- модули ввода/вывода аналоговых сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов постоянного состава;
- модули ввода/вывода, имеющие проектно-компонуемый состав;
- программируемый микроконтроллер (МК1);
- терминальные блоки;
- гибкие соединения;
- блоки питания;
- модули питания;
- блок переключения;
- пульт для настройки контроллера;
- панель оператора.
29
На рисунке 1 представлены модули ввода/вывода контроллера КРОСС
500.
Рисунок 1 – Модули ввода/вывода контроллера КРОСС 500
На рисунке 2 изображены терминальный блок, предназначенные для подключения к контроллеру проводов с объекта управления.
Рисунок 2 – Терминальный блок
30
2.1.5 Структурный состав и принцип работы контроллера Кросс
500
2.1.5.1 Структура контроллера Кросс 500
Промышленный контроллер КРОСС 500 не имеет базового исполнения, так как это изделие является проектно-компонуемым. Это устройство может функционировать на базе процессорных и микроконтроллерных структур.
Как правило, контроллер имеет процессорную структуру, это говорит о том, что основным устройством, исполняющим рабочий алгоритм контроллера и осуществляющим управление всеми остальными компонентами системы, является блок центрального процессора. На рисунке
3 приведена типовая структура контроллера.
Рисунок 3 – Процессорная структура контроллера КРОСС 500
В качестве внутренней полевой шины используется протокол RS-485.
АС220/5-ХХ – модуль, осуществляющий питание блока центрального процессора (БЦП). ТБ – терминальный блок.
31
Для повышения производительности контроллера, его динамики и надежности в состав могут быть включены микроконтроллеры, которые параллельно исполняют технологические программы пользователя, обмениваясь данными с блоком центрального процессора.
При проектировании небольших автоматизированных систем в состав контроллера необязательно включать БЦП. В таких системах основной алгоритм технологической программы пользователя выполняется посредством микроконтроллера МК1. МК1 может использовать модули ввода/вывода в количестве до четырех штук.
На рисунке 4 продемонстрирована микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500.
Рисунок 4 – Микроконтроллерная структура контроллера КРОСС 500
Связь с панелью оператора осуществляется за счет протокола RS-232.
БП – блок питания. МВВ – модули ввода/вывода.
32
2.2 Программирование контроллера
2.2.1 Основные свойства системы ISAGRAF
Контроллеры КРОСС 500, ТРАССА и Ремиконт Р 130 ISa являются устройствами семейства программно- и системно- совместимых приборов, облегчающих:
- переносимость технологических программ между контроллерами семейства;
- возможность работать в одной контроллерной сети и взаимодействия по единым сетевым протоколам;
- связь с верхним уровнем с помощью единого ОРС- сервера.
Это становится возможным благодаря использованию в контроллерах данного семейства знаменитой среды разработки ISaGRAF, соответствующей международному стандарту открытых систем IEC 1131-3. За счет этого обеспечивается совместимость контроллеров семейства с контроллерами многих других производителей, использующих ISaGRAF.
ISaGRAF представлен в виде двух частей: набора средств разработки
ISaGRAF Workbench и исполняемого на контроллере ядра- интерпретатора
ISaGRAF Target. Разработка алгоритмов выполняется на компьютере проектировщика, например, компьютере типа IBM PC, и состоит из редактора, отладчика и препроцессора, который представляет составленный программистом алгоритм к формату, который читается ядром- интерпретатором. Данный набор средств программирования обладает современным пользовательским интерфейсом, позволяющим тестировать алгоритм в режиме симуляции и получать его листинг на языках стандарта
IEC 1131-3. Ядро- интерпретатор ISaGRAF Target размещается в контроллере в качестве его резидентного программного обеспечения.
После написания, пользовательская программа загружается в контроллер, посредством которого осуществляется её выполнение. Ядро- интерпретатор, согласно его названию, транслирует пользовательский
33 алгоритм во время исполнения. Это позволяет сконцентрировать машино- зависимый код и таким образом снизить накладные расходы при переходе на другой контроллер.
В ISaGRAF представлены все шесть языков стандарта IEC 1131- 3: четыре графических языка (SFC, FC, FBD, LD) и два текстовых (ST и LT).
Центральный язык ISaGRAF - SFC, который задает структуру алгоритма по шагам и переходам. Другие языки в основном служат для описания этапов и условных операций во время перехода, то есть направлены на самостоятельное использование. Он имеет возможность расширять набор языковых инструментов за счет языка «C», то есть пользователь может создавать пользовательские функции на языке «C» и связывать их с ядром- интерпретатором. CJ International гарантирует перевод ядра-интерпретатора на любую платформу C компилятор. Основной интерпретатор написан на языке «С».
2.2.2 Средства технологического программирования
Средства технологического программирования ЦП используют систему разработки ISaGRAF Workbench в соответствии со стандартом МЭК
1131-3, расширенную новыми алгоритмами, в том числе из библиотеки контроллера КРОСС 500, а также средствами конфигурирования пульта технолога- оператора. Система содержит шесть типов технологических языков, грамматика которых многократно описана в литературе:
- язык последовательных функциональных схем
SFC
(происхождение – язык Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык потоковых диаграмм FC (происхождение- логические блок- схемы алгоритмов);
- язык функциональных блоков FBD, расширенный библиотекой алгоритмов Р-130 (происхождение – функциональные схемы электронных устройств);
34
- язык линейных диаграмм LD (происхождение – различные варианты языка релейно- контактных схем фирмы Allen- Bradley, AEG
Schneider Automation, GE- Fanuc, Siemens);
- язык структурированного текста ST (происхождение – язык
Grafcet фирмы Telemechanique- Groupe Schneider);
- язык инструкций IL (происхождение – язык STEP 5 фирмы
Siemens).
Язык функциональных блоков FBD, знакомый многим потребителям, построен на библиотеке элементарных арифметических, логических и динамических функций в системе ISaGRAF и не содержит сложных алгоритмов. Некоторые сложные алгоритмы могут быть «извлечены» из элементарных функций с помощью ISaGRAF, что расширяет стандартную библиотеку, но требует дополнительных усилий, снижает скорость выполнения и значительно увеличивает размер технологической программы.
Кроме того, система ISaGRAF не предоставляет энергонезависимой памяти для значений внутренних переменных функционального блока FBD для бесконечного перезапуска, и нет никаких процедур обратного отсчета для переключения из ручного режима в автоматический режим.
2.2.3 Программы
Приложение представляет собой логически программируемую единицу, которая отрабатывает алгоритмы с помощью переменных процесса.
Программы описывают либо последовательные, либо итерационные операции. Итерационные программы реализуются для каждого цикла целевой системы. Выполнение последовательных программ определяется динамическими правилами языка SFC.
Программы связаны друг с другом в иерархическое дерево.
Программы, помещенные наверху иерархии, активизируются системой.
Подпрограммы (нижний уровень иерархии) активизируются их родителями.
35
Программы могут быть описаны любым из графических или текстовых языков:
- язык последовательных функциональных схем (SFC) для программирования высокого уровня;
- язык потоковых диаграмм (FC);
- язык функциональных блоков (FBD), для сложных циклических операций;
- язык релейных диаграмм (LD) только для булевых операций;
- язык структурированного текста (ST) только для циклических операций;
- язык инструкций (IL) для операций низкого уровня.
Одна программа не может смешивать несколько языков, за исключением LD и FBD, которые могут быть скомбинированы в одной диаграмме.
2.2.4 Функции и подпрограммы
Выполнение подпрограмм или функций контролируется их главной программой. Выполнение родительской программы откладывается до тех пор, пока подпрограмма не завершит свою работу. Любая программа в любой части может иметь одну или несколько подпрограмм. Любой язык может использоваться для описания подпрограмм кроме SFC. Программы функциональных секций – это подпрограммы, которые могут быть вызваны любой другой программой в проекте. В отличие от других подпрограмм, они не принадлежат какой-либо родительской программе. Приложения в одном разделе функций могут вызывать другие программы в том же разделе.
Функции могут быть размещены в библиотеке.
36
2.2.5 Функциональные блоки
Функциональные блоки могут использовать языки: LD, FBD, ST или
IL. Локальные переменные функциональных блоков копируются для каждого экземпляра. Когда программа вызывает блок, это фактически вызывается экземпляр блока: используется тот же код, но только данные, хранящиеся специально для этого экземпляра блока. Значения выборочных переменных передаются из одного цикла в другой.
Функциональный блок, написанный на одном из языков, не может вызывать другой функциональный блок: механизм экземпляров позволяет работать только с локальными переменными блока.
2.2.6 Исполнение алгоритмов
ISaGRAF- это синхронная система. Все операции исполняются по циклам. Основная единица длительности времени называется временным циклом в соответствии с рисунком 5.
Программный
Использованный
Свободный t
Рисунок 5 – Временной цикл
Основные операции, протекающие в ходе временного цикла, представлены на рисунке 6.
37
Рисунок 6 – Операции, протекающие в ходе временного цикла
Это позволяет системе:
- гарантировать, что выходные переменные сохраняют свое значение в течение временного цикла;
- гарантировать, что устройства вывода изменяются не более одного раза в течение временного цикла;
- правильно работать с одними и теми же глобальными переменными из различных программ;
- оценивать и управлять временем реакции всего приложения.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2.2.7 Инструментальные средства системы ISAGRAF
В состав системы входят следующие средства:
1. Средства ввода и редактирования:
- редактор SFC;
- редактор FC;
- редактор FBD/LD;
- редактор Quick LD;
- текстовый редактор;
- редактор словаря;
- редактор соединения ввода-вывода;
Цикл
IsaGRAF
Сканирвание ВХОДОВ
Работа секции Begin
Работа секции Sequential
Работа секции End
Изменить ВЫХОДЫ
38
- таблицы преобразований;
- редактор перекрестных ссылок.
2. Генератор кода.
3. Средства отладки.
- графический отладчик;
- просматривание переменных;
- прожектор;
- симулятор.
4. Выгрузка.
5. Менеджер библиотек.
6. Архиватор.
7. Генератор документов.
8. Средства защиты [2].
39
3 Описание состава лабораторного стенда, его структурной схемы,
функциональной схемы и схемы внешних соединений
3.1 Процесс автоматического регулирования температуры
Поддержание заданной температуры внутри объекта, должно достигаться посредством автоматического регулирования яркости лампы накаливания, используемой в качестве нагревательного элемента.
На рисунке 7 представлена схема объекта управления. Объект управления представляет собой тепловую камеру, в которой находится лампа накаливания.
Рисунок 7 – Схема объекта управления
40
Лампа накаливания прогревает воздух внутри камеры от 26 до 127 ℃.
В качестве нагревательного элемента служит лампа накаливания мощностью
75 Вт. Её питание осуществляется из сети 220 В. При использовании схемы с нагревателем в виде лампы накаливания, система способна быстро отреагировать на изменение задающего воздействия, потому что лампа накаливания, как нагревательный элемент, имеет невысокую инерционность.
Для быстрого охлаждения воздуха внутри печи, в её корпусе предусмотрена специальная воздушная заслонка. В качестве датчика температуры выступает термометр сопротивления.
Термометр сопротивления измеряет температуру в печи, а система регулирования на основе текущего значения температуры формирует управляющее воздействие. Управляющее воздействие в виде напряжения поступает на регулятор тока, который управляется от переменного сопротивления 22 кОм, расположенного на валу исполнительного механизма.
Посредством этого регулятора изменяется ток лампы пропорционально управляющему воздействию. При вращении вала исполнительного механизма изменяется сопротивление, в результате чего меняется ток, потребляемый лампой накаливания, что, в итоге, приводит к тому, что лампа светится либо ярче, либо тусклее, в зависимости от управляющего воздействия [3].
Охарактеризуем регулятор тока. Регулятор тока работает как прямой преобразователь напряжения переменного тока.
Для наглядного представления принципа работы регулятора тока рассмотрим простейшим пример исполнения данного устройства, работающего на обычных тиристорах с естественной коммутацией от сети переменного тока. Данный тип регуляторов получил большое распространение за счет простоты конструкции. На рисунке 8 представлена однофазная схема, являющаяся основой для простейших регуляторов тока с естественной коммутацией тиристоров. Основной составляющей данной схемы являются тиристоры, включенные встречно-параллельно.
41
Рисунок 8 – Схема регулятора тока на встречно-параллельных тиристорах
В рассматриваемом примере в качестве активной нагрузки, обозначенной на схеме как резистор с сопротивлением ????
Н
, используется лампа накаливания, которая, в свою очередь, является нагревательным элементом нашего объекта. Все оставшиеся компоненты схемы можно считать идеальными. Моменты включения тиристоров определяются системой управления (СУ) за счет подачи импульсов на электроды тиристоров. Формирование управляющих импульсов происходит с синхронно с напряжением сети в фазе, которая соответствует углу управления α (рисунок 9).
При включении тиристора VS1 в момент времени ????
1
= ???? входное напряжение прикладывается к нагрузке с сопротивлением ????
????
. Ток в цепи активной нагрузки повторяет форму напряжения ????
вх
. При спадании его до нуля тиристор VS1 выключается. В момент времени ????
2
включается тиристор
VS2, после чего процессы протекают циклически. Если угол управления
???? =
????????????????????, то можно выразить следующую зависимость действующего значения выходного напряжения от угла ????:
???? = √
1
????
∫ (√2 ∗ ????
????????
∗ sin ????)
2
????????
????
????
= ????
????????
√1 −
????
????
+
sin 2????
2????
, (1)
42 где ???? – выходное напряжение, В;
????
????????
– действующее значение входного напряжения, В;
ϑ – угловая частота сетевого напряжения;
???? - угол управления.
Рисунок 9 – Диаграмма работы при активной нагрузке
Изменением угла α можно регулировать действующее значение напряжения, а соответственно и ток в цепи.
Помимо прочего вал исполнительного устройства оснащен переменным сопротивлением 3 кОм, представляющим собой потенциометр.
Данный элемент служит в качестве указателя положения вала исполнительного механизма.
43
3.2 Структурная схема лабораторного стенда
На рисунке 10 представлена разработанная в процессе выполнения
ВКР структурная схема лабораторного стенда.
Рисунок 10 – Структурная схема системы
На рисунке использованы следующие обозначения:
-
ОУ – объект управления;
-
НЭ – нагревательный элемент;
-
ТСП – термометр сопротивления;
-
БУС – блок усиления сигнала;
-
T1-AI – аналоговый терминальный блок;
-
АIO1-8/4 – аналоговый модуль ввода/вывода;
-
РТ – регулятор тока;
-
УП – указатель положения;
-
ДТБ – дискретный терминальный блок;
-
ИМ – исполнительный механизм;
-
DIO1-8/8 – дискретный модуль ввода/вывода;
-
T1-DIO – дискретный терминальный блок;