177

Министерство образования и науки рф

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПЕРМЬ 2010

Содержание

Введение 6

1. Дискретная автоматика 10

1.1. Формы представления информации 10

1.2. Способы представления дискретной информации 11

1.3. Системы счисления, используемые в вычислительной технике 13

1.4. Булевы функции 14

1.4.1. Система равносильных преобразований 15

1.5. Синтез систем дискретной автоматики 16

1.5.1. Синтез дискретных схем по таблицам состояний. 17

1.5.2. Синтез многотактных систем дискретной автоматики 19

2. Цифровые промышленные сети 24

2.1. Структура промышленных сетей 28

2.1.1. Топология промышленных сетей 29

2.2. Аппаратные интерфейсы ПК 31

2.2.1. Стандарт RS-232C 31

2.2.2. Последовательная шина USB 33

2.3. Физические интерфейсы 35

2.3.1. Интерфейс RS-485 35

2.3.1.1. Автоматический преобразователь интерфейсов USB/RS-485 ОВЕН АС4 40

2.3.2. Интерфейс «Токовая петля» 41

2.3.2.1. Адаптер интерфейса ОВЕН АС 2 43

2.4. Сенсорные сети 45

2.4.1. Сеть MODBUS 45

2.4.2. HART-протокол 46

2.4.3. AS – интерфейс 50

2.4.4. Сеть Interbus-S 51

2.5. Контроллерные сети 51

2.5.1. Сеть BITBUS 51

2.5.2. Сеть PROFIBUS 52

2.8. Универсальные сети 54

2.8.1. Сеть Foundation Fieldbus 54

2.8.2. Шина CAN 55

2.9. Физическая среда передачи данных 55

3. Микропроцессорные устройства защиты и автоматики 58

3.1. Структурная схема цифрового реле защиты 60

3.1.1. Самодиагностика устройств ЦРЗ 63

3.1.1.1 Сторожевой таймер 63

3.2 Микропроцессорные устройства «Сириус» 64

3.2.1 Микропроцессорные устройства «Сириус-С» 65

3.2.2 Микропроцессорные устройства «Сириус-В» 65

3.3 Микропроцессорные устройства «Sepam-1000+» 66

3.4 Микропроцессорные устройства БМРЗ 67

3.4.1 Характеристика эксплуатационных возможностей БМРЗ 68

3.4.2 Функции защиты БМРЗ 70

3.4.3 Функции автоматики БМРЗ 70

3.4.4 Функции управления БМРЗ 70

3.4.5 Функции сигнализации 70

3.4.6 Технические характеристики БМРЗ 71

3.4.7 Сетевая архитектура БМРЗ 72

4. Языки программирования логических контроллеров 75

4.1. Объекты адресации языков программирования ПЛК 75

4.2. Язык Ladder Diagram (LD) 77

4.3. Язык Functional Block Diagrams (FBD) 81

4.4. Язык Instruction List (IL) 83

4.5. Язык Structured Text (ST) 88

4.6. Язык Sequential Function Chart (SFC) 89

5. Миниконтроллеры 91

5.1. Мини-контроллеры серии Alpha 93

5.2. Миниатюрные программируемые устройства Easy 96

5.2.1. Управляющее реле Easy 500 96

5.2.2. Управляющее реле Easy 700 97

5.2.3. Управляющее реле Easy 800 98

5.2.4. Модули расширения Easy 100

5.2.5. Средства коммуникации устройств Easy 100

5.3. Интеллектуальные реле Zelio Logic 101

5.3.1. Компактные и модульные интеллектуальные реле 101

5.3.2. Общие технические характеристики реле Zelio Logic 103

5.3.3. Преобразователи Zelio Analog 109

5.3.4. Средства коммуникации интеллектуальных реле Zelio Logic 110

5.3.4.1. Коммуникационный модемный интерфейс 111

5.3.4.2. Протокол связи Modbus slave 113

5.3.4.3. Протокол связи Ethernet server 115

5.3.5. Программное обеспечение интеллектуального реле 116

5.4. Универсальный логический модуль Logo! 117

5.4.1. Типы базовых модулей LOGO! Basic 117

5.4.2. Модули расширения ввода/вывода сигналов Logo! 118

5.4.3. Коммуникационные модули LOGO! 119

5.4.4. Функции Logo! 121

5.4.4.1. Константы и соединительные элементы 121

5.4.4.1.1. Цифровые входы 121

5.4.4.1.2. Аналоговые входы 121

5.4.4.1.3. Цифровые выходы 121

5.4.4.1.4. Аналоговые выходы 122

5.4.4.1.5. Блоки флагов 122

5.4.4.1.6. Биты регистра сдвига 122

5.4.4.1.7. Клавиши управления курсором 122

5.4.4.1.8. Постоянные уровни 122

5.4.4.2. Группа базовых функций 123

5.4.4.3. Специальные функции 123

5.4.4.3.1. Список специальных функций 123

5.4.4.3.2. Примеры специальных функций 124

5.4.5. Объем памяти и размер коммутационной программы 129

6 Программируемы логические контроллеры 132

6.1. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 132

6.1.1. Модули расширения вводов-выводов 134

6.1.2. Коммуникационные модули 134

6.1.3. Человеко-машинный интерфейс 135

6.2. Программируемый логический контроллер SIMATIC S7-224XP 135

6.2.1. Основы функционирования ПЛК 137

6.2.1.1. Порядок чтения входов 137

6.2.1.2. Исполнение программы 137

6.2.1.3. Запись значений в выходы 138

6.2.2. Доступ к данным S7-200 138

6.2.3. Адресация встроенных входов/выходов и входов/выходов модулей расширения 140

6.2.4. Обмен данными в сети 141

6.3. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 143

6.3.1. Области применения 143

6.3.2. Состав 144

6.3.3. Сертификаты 144

6.4. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-400 145

6.4.1. Области применения 145

6.4.2. Состав 146

6.4.3. Сертификаты 147

7. Цифровые счетчики электрической энергии 148

7.1. Переход на цифровые счетчики 148

7.2. Общее устройство и принцип действия цифровых счетчиков электрической энергии 149

8. Системы диспетчерского управления и сбора данных 157

8.1. SCADA-система InTouch ("Wonderware", США) 158

8.2. SCADA-система Trace Mode ("AdAstra Research Group", Россия) 161

8.3. SCADA-система SIMATIC WinCC ("Siemens", Германия) 163

Список литературы 165

Приложения 167

Описание шины CAN 167

2.8.1.1. Организация сети CAN 168

2.8.1.2. Физический уровень канала CAN. 168

2.8.1.3. Арбитраж шины CAN. 169

2.8.1.4. Структура формата передачи данных. 169

2.8.1.1. Форматы кадра 170

Механизм обработки ошибок. 171

Адресация и протоколы высокого уровня 172

CAL/CANopen 174

CAN Kingdom 174

DeviceNet 175

SDS (Smart Distributed System) 176