Лабораторная работа №1 Аппаратная конфигурация контроллера

Цель работы – знакомство с интерфейсом среды для программирования контроллеров CoDeSys, изучение этапов разработки программы для контроллера.

Для эффективного управления техническими процессами в настоящее время используются управляющие ЭВМ (УВМ), которые также называются промышленными контроллерами или программируемыми логическими контроллерами (ПЛК). В отличие от офисных компьютеров, которые используются для выполнения самых разнообразных программ, промышленные контроллеры используются для непрерывного исполнения одного и того же специально разработанного приложения. В большинстве случаев исполняемая контроллером программа не требует никакого взаимодействия с человеком, поэтому привычные клавиатура и монитор отсутствуют, а для разработки, отладки и загрузки программы в ПЛК используется обычный офисный компьютер и специальное программное обеспечение.

Настоящий лабораторный практикум использует в качестве среды разработки приложений для промышленных контроллеров программу CoDeSys (Controller Development System). Среда CoDeSys позиционируется компанией-разработчиком¹ как универсальная среда, которая потенциально может использоваться для программирования любых контроллеров. Для этого производитель контроллера должен встроить в свой ПЛК специальную среду исполнения CoDeSys SP. Такой подход выгоден в первую очередь производителям небольших контроллеров нижнего ценового диапазона.

В цикле лабораторных работ в качестве аппаратного обеспечения рассматриваются промышленные контроллеры FASTWEL I/O. Контроллеры FASTWEL I/O имеют модульную организацию, т.е. контроллер состоит из нескольких модулей. Типы и количество модулей выбираются в зависимости от того, какие датчики и исполнительные механизмы используются для контроля и управления технологическим процессом.

В состав контроллера FASTWEL I/O обязательно должен входить модуль центрального процессора или контроллер узла сети, который является одноплатным компьютером. Модуль содержит центральный процессор и оперативную память, контроллер шины и контроллер интерфейса для программирования. К модулю центрального процессора подключаются модули ввода-вывода. Электрическое соединение модулей контроллера друг с другом осуществляется с помощью контактов, расположенных по бокам модулей. Для того, чтобы шина контроллера функционировала правильно, за последним модулем ввода-вывода должен быть установлен оконечный модуль. Механическое соединение модулей осуществляется за счёт крепления их на DIN-рейке.

Автоматическое управление технологическим процессом заключается в анализе текущего состояния процесса с помощью датчиков и формировании управляющих воздействий посредством исполнительных устройств и механизмов. Таким образом, программа контроллера должна реализовывать алгоритм включения и выключения исполнительных устройств и механизмов в зависимости от сигналов, получаемых от датчиков. В общем случае, программа для ПЛК ничем не отличается от обычной программы для персонального компьютера. Разница заключается лишь в том, что переменные, использующиеся в контроллере должны быть «привязаны» к физическим входам и выходам ПЛК, чтобы изменения на входах сразу же отражались на значениях связанных с ними переменных, а изменения переменных, связанных с выходами приводили к изменению состояний выходов.

Для связи переменных программы контроллера с его входами и выходами, необходимо сначала определить конфигурацию контроллера, т.е. задать, какие модули и в какой последовательности подключены к модулю центрального процессора. Далее можно приступать к «привязыванию» имён переменных к входам и выходам контроллера.

Следующий этап разработки программы контроллера – программирование алгоритма управления. Программа контроллера может быть реализована на одном из шести языков, определённых стандартом МЭК 61131-3:

• Ladder Diagram (LD) – язык релейно-контакторных схем;

• Function Block Diagram (FBD) – диаграммы функциональных блоков;

• Structured Text (ST) – язык структурированного текста;

• Instruction List (IL) – список инструкций ­ для низкоуровневых операций;

• Sequential Function Chart (SFC) – язык последовательных функциональных диаграмм;

• Continuous Flow Chart (CFC) – язык непрерывных функциональных схем.

Программа, разрабатываемая в CoDeSys, может состоять из нескольких программных модулей – подпрограмм, процедур и функций. Каждый программный модуль может быть реализован на одном из шести языков программирования.

После разработки программы, она отлаживается с помощью режима эмуляции контроллера, а затем – загружается в контроллер для окончательной отладки и последующего функционирования системы управления.