МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора ИК

________________

Гайворонский С.А.

«__» ______2015 г.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Методические указания к лабораторным работам

по курсу «Средства автоматизации и управления»

для студентов направления 2220700

«Автоматизация технологических процессов и производств»

Издательство

Томского политехнического университета 2015

УДК 658.52,011.56

ББК 32.97

Лабораторный практикум по средствам автоматизации и управления : учебное пособие для вузов / Леонов С.В., Тетерин Е.А. ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во ТПУ, 2015. – 27 с.

Лабораторный практикум предназначен для выполнения студен- тами циклов лабораторных работ по дисциплине инновационной обра- зовательной программы магистерской подготовки «Средства автоматизации и управления».

Сост. С.В. Леонов, Е.А. Тетерин.

УДК 658.52,011.56

ББК 32.97

Рецензент

В.Н. Скороспешкин – доцент кафедры автоматики и компьютерных систем Томского политехнического университета, кандидат технических наук

Методические указания рассмотрены и одобрены методическим семи- наром кафедры интегрированных компьютерных систем Института кибернетики «__» ____________ 2015 г.

Зав. кафедрой

проф., доктор техн. наук А.В. Лиепиньш

Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета

Содержание

Лабораторная работа № 1. Ознакомление с программным комплексом LOGO! Soft Comfort V5………………………………... 4

Лабораторная работа № 2. Реализация последовательности

импульсов в LOGO! Soft Comfort…………………….………….… 11

Лабораторная работа № 3. Сравнение аналоговых сигналов в

программном комплексе LOGO! Soft Comfort………………….… 14

Лабораторная работа № 4. Работа в LOGO! Soft Comfort. Реализация подсчета импульсов…………………………………… 18

Лабораторная работа № 5. Реализация широтно-импульсных преобразований в LOGO! Soft Comfort…………………...……….. 21

Лабораторная работа № 6. Изучение работы ПИ-регулятора в LOGO! Soft Comfort………………………………………………………… 23

Лабораторная работа №1. Ознакомление с программным пакетом logo! Soft Comfort v5

Цели работы:

1. Знакомство с интерфейсом LOGO! Soft Comfort;

2. Реализация логической функции в виде принципиальной схемы.

Теоретическая часть

Siemens LOGO – логический контроллер концерна Siemens AG, или программируемое реле.

LOGO программируется с помощью языков FBD (Function Block Diagram – функциональная блок-схема) или LAD (Ladder Diagram – язык релейной логики) с использованием программного пакета LOGO Soft Comfort для ПК или напрямую клавишами на лицевой панели контроллера.

Входы

Цифровые входы обозначаются буквой I. Номера цифровых входов (I1, I2, ...) соответствуют номерам входных клемм на LOGO! Basic и на подключенных цифровых модулях в том порядке, в котором они смонтированы.

Выходы

Цифровые выходы обозначаются буквой Q. Номера выходов (Q1, Q2, ..., Q16) соответствуют номерам выходных клемм на LOGO! Basic и на подключенных модулях расширения в том порядке, в котором они смонтированы.

Список основных функций

Основные функции – это простые логические элементы булевой алгебры. Вы можете инвертировать входы отдельных основных функций, т. е. коммутационная программа инвертирует логическую «1» на соответствующем входе в логический «0»; если же на входе установлен «0», то программа устанавливает логическую «1». Список GF содержит блоки основных функций, которые вы можете использовать в своей коммутационной программе. Имеются следующие основные функции (табл. 1).

Таблица 1

Основные функции в LOGO

Представление на коммутационной схеме	Представление в LOGO	Наименование функции
Последовательное соединение		AND (И)
		AND (И) с анализом фронта
		NAND (И-НЕ)
		NAND (И-НЕ) с анализом фронта
		OR (ИЛИ)
		NOR (ИЛИ-НЕ)
		XOR (исключающее ИЛИ, сумма по модулю 2)
Размыкающий контакт		NOT (отрицание, инверсия)

Выход функции И с анализом фронта (см. рис. 1, а) принимает состояние «1» только тогда, когда все входы имеют состояние «1» и хотя бы один вход в предыдущем цикле имел состояние «0».

Если какой-либо вход этого блока не используется, то для этого входа по умолчанию сигнал принимается равным «1».

Выход функции И-НЕ с анализом фронта (см. рис. 1, б) принимает состояние «1» только тогда, когда хотя бы один вход имеет состояние «0», и все входы имели состояние «1» в предыдущем цикле.

Если какой-либо вход этого блока не используется, то для этого входа по умолчанию сигнал принимается равным «1».

Задание

Реализовать логические функции, заданные вариантом

Таблица 2

Варианты задания

I1	I2	I3	I4	I5	Q1	Q2	Q3	Q4
0	0	0	0	1	?	?	?	?
1	0	0	1	0	?	?	?	?
0	1	1	0	1	?	?	?	?
0	1	0	1	1	?	?	?	?
1	1	0	1	1	?	?	?	?

Табл. 2 (истинности) содержит 5 входов и 3 выхода. Набор нулей и единиц для входных сигналов постоянен. Чтобы выполнить работу, требуется самостоятельно рассчитать порядок нулей и единиц для выходных сигналов. Для этого нужно день своего рождения, месяц и вариант по журналу перевести из десятичной системы счисления в двоичную (5 знаков). Каждому столбцу соответствует свой параметр: Q1 – это день рождения, представленный в виде транспонированной матрицы двоичного кода; Q2 – месяц рождения, Q3 – вариант по журналу.

Пример выполнения

Предположим, что дата рождения 25 июня, а вариант по журналу 4. Следовательно, преобразуя 25 в двоичный код, получим: , , Заполним выходные сигналы, транспонируя полученные результаты.

Таблица 3

I1	I2	I3	I4	I5	Q1	Q2	Q3
0	0	0	0	1	1	0	0
0	0	0	1	1	1	0	0
1	0	0	0	1	0	1	1
1	0	1	1	1	0	1	0
1	1	1	1	0	1	0	0

Существует целый ряд методов синтеза сокращенной ДНФ, СКНФ. Суть всех этих методов в последовательном упрощении логического выражения, обычно заданного в виде СДНФ или СКНФ. В процессе упрощения используются следующие преобразования: склеивание, поглощение, неполное склеивание, обобщенное склеивание. При большом числе переменных использование алгебраических преобразований резко усложняется, поэтому применяют карты Карно.

Карта Карно – это представление таблицы истинности в виде прямоугольной таблицы с соответствующим числом клеток, каждая из которых отвечает определенной конъюнкции (произведению переменных). Переменные следуют так, чтобы в соседних клетках отличалась только одна из них, т. е. вместо чередования 00; 01; 10 и 11 используют код Грея 00; 01; 11 и 10. Внимание! Необходимо учесть, что рабочей частью карты Карно является часть, выделенная жирным шрифтом (см. табл. 3). Карта Карно для функции Q1, рассмотренной выше, представлена в табл. 4.

Определим с помощью карты Карно логическую функцию Q1.

Таблица 4

Карта Карно для функции Q1

	000	001	011	010	110	111	101	100
00		1	1
01
11					1
10		0				0

В клетки карты заносим 0 или 1 в соответствии с таблицей истинности 3. Далее необходимо в карте выделить один или несколько прямоугольников, включающих возможно большее число клеток с «1».

При этом прямоугольники могут содержать клеток, т. е. 1, 2, 4, 8 и т. д. Одна и та же клетка может входить в несколько прямоугольников.

В нашем случае таких прямоугольников можно выделить 1.

Вторая самая верхняя клетка слева, которой соответствуют очевидно отвечает 1-й строке таблицы. Клетка справа от предыдущей клетки карты, которой соответствует , отвечает строке таблицы с номером 2, и т. д.

Для прямоугольника можно записать . Используя метод склеивания: получим, что .

Соберем схему логической функции Q1 в LOGO! Soft Comfort. Результат представлен на рис. 1. Убедиться в правильности решения можно, подав соответствующие единичные импульсы на входы , взятые из табл. 3. В данном примере была реализована 1 строчка таблицы (красные линии соответствуют единичным сигналам, синие – нулевым).

Рис. 1. Коммутационная схема 1 функции