LS-Sb87952

УДК 502.3/.5:681.785

Локальные измерительно-вычислительные системы: Методические указания к лабораторным работам/ Сост.: В. В. Алексеев, К. О. Комшилова, В. С. Коновалова. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012. 32 с.

Представлены сведения для выполнения лабораторных работ по курсу «Локальные измерительно-вычислительные системы». Практический курс состоит из пяти лабораторных работ по программированию ПЛК WAGO.

Предназначены для магистрантов, обучающихся по направлению 551500 – «Приборостроение», специализация 551506 – «Локальные измери- тельно-вычислительные системы» и «Адаптивные измерительновычислительные системы», а также могут быть использованы при реализации программ дополнительного образования.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2012

Введение. Программируемые средства WAGO

Измерительно-вычислительные системы находят применение во многих областях инженерной деятельности. Они применяются для автоматизации получения информации (измерений), обработки данных, выработки управляющих решений. Большое распространение получили компактные и локальные измерительновычислительные системы, построенные на базе контроллеров, измерительных и управляющих модулей промышленной автоматики. Данные лабораторные работы направлены на изучение принципов построения программируемых измерительных и управляющих систем, построенных на базе модулей ввода и вывода дискретных сигналов, модулей аналогового ввода (АЦП разного вида), модулей аналогового вывода (ЦАП) средств автоматики WAGO. В них рассматриваются принципы построения программируемых каналов для измерения физических величин, выработки управляющих сигналов, организации калибровки используемых средств измерений, основы программирования основных режимов работы измерительных каналов.

Представленные лабораторные работы направлены на изучение разделов дисциплины «Измерительно-вычислительные системы и интерфейсы», поставленной для магистров, обучающихся по направлению «Приборостроение», специализация «Интегрированные информационно-измерительные технологии», профиль «Локальные измерительные системы», а также для специалистов в области проектирования измерительно-вычислительных средств и систем.

Компактные и локальные измерительно-вычислительные устройства строятся на базе контроллеров.

Контроллер это микропроцессорное устройство, на базе которого строится программно-управляемый дискретный автомат. Контроллер обменивается информацией с модулями ввода-вывода по интерфейсу в соответствии с принятым стандартом, определяет результаты измерений физических величин или состояния дискретных входов и вырабатывает последовательности действий, заданных алгоритмом управления измерительным экспериментом или управления объектом исследования. Это устройство предназначено для работы в режиме реального времени в условиях проведения измерительного эксперимента и должно быть доступно для программирования. Современные контроллеры помимо простых логических операций способны управлять приводами, выполнять цифровую обработку сигналов, регулирование, функции операторского управления и т. д.

На базе контроллеров можно строить гибкую надежную измерительновычислительную систему (ИВС) благодаря широкому диапазону возможностей как самих контроллеров, так и модулей ввода-вывода. На сегодняшний день су-

3

ществует 2 принципа организации систем промышленной автоматики: модульный и моноблочный.

12встроенные каналы ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов.

В данном издании представлены описания лабораторных работ по изучению принципов построения и программированию работы модульных систем, со-

зданных на базе средств промышленной автоматики WAGO. Система WAGO I/O (ввода-вывода) предназначена для организации удаленного сбора данных и управления средствами промышленной автоматики на основе различных промышленных сетей.

С появлением на рынке в 1995 г. система WAGO-I/O-SYSTEM 750 в настоящее время превратилась в одну из самых значительных модульных систем для создания компактных и локальных ИВС промышленной автоматизации, производственной техники. Система позволяет создавать экономные по месту и расходам промышленные сети с необходимым заданным числом аналоговых или дискретных вводов-выводов сигналов. Возрастающие требования к производственной надежности и безопасности обусловливают необходимость все новых гибких и эффективных решений. Система WAGO-I/O-SYSTEM 750 сертифицирована для промышленной автоматизации, для автоматизации зданий, для кораблестроения и других направлений.

ИВС в лабораторных работах строятся на базе контроллера WAGO-I/O- SYSTEM 750-814 (рис. В.1). На рисунке: 1 – индикаторы работы интерфейса, 2 – индикаторы работы контроллера, 3 – разъем для подключения интерфейса системы, 4 – фиксатор модуля на дин -рельсе, 5 – дин-рельс, 6 – контакт для подключения внешнего источника питания 24 В, 7 – контакт для подключения внешнего источника питания 0 В, 8 – устройство для снятия контроллера с дин-рельса, 9 – контакт для подключения внешнего источника пи-

4

тания 24 В, 10 – разъем для программирования контроллера от ПК, 11 – ключ для установки первой цифры номера контроллера (адреса) в системе, 12 – ключ для установки второй цифры номера контроллера (адреса) в системе.

Сетевая структура системы контроля и управления строится на основе базовых контроллеров узла сети.

Базовые контроллеры могут быть пассивными и активными (перепрограм-

мируемыми) (рис. В.2).

Пассивный базовый контроллер выпол- Контроллер Узел няет две основные функции:

организует цифровой обмен по внутренней магистрали узла между модулями ввода-вывода и внутренним двухпортовым ОЗУ;

поддерживает связь по внешней

промышленной сети с управляющим контроллером (ПК); передает (по запросу управляющего контроллера) данные из внутреннего ОЗУ и принимает их во внутреннее ОЗУ.

Активный базовый контроллер узла сети наряду с функциями пассивного может выполнять некоторый алгоритм, в соответствии с которым он и управляет работой модулей узла. Управление осуществляется с помощью программы, загруженной в контроллер, без дополнительных команд мастера. Такие контроллеры программируются с помощью стандартного технологического языка WAGO- I/O-PRO-32 стандарта МЭК 61131.3.

Основные технические характеристики программируемых контроллеров

WAGO-I/O:

объем памяти программ: 32 Кбайт;

объем памяти данных: 32 Кбайт;

максимальное число программных инструкций: 3000;

количество одновременно выполняемых программ: 1;

время цикла исполнения программы: около 3 мс для программы из 1000 инструкций (включая время обмена с модулями ввода-вывода);

системы программирования WAGO-I/O-PRO-32 и CoDeSys, в стандарте МЭК 61131.3;

система конфигурирования и тестирования контроллеров WAGO − WAGO-I/O-CHECK 2;

5

поддерживаемые языки программирования: Instruction List (IL), Diagram (LD), Function Block Diagram (FBD), Structured Text (ST), Structured Function Chart (SFC);

интерфейс, протокол: RS232/RS485/Ethernet, MODBUS;

максимальное количество модулей ввода-вывода: 64;

требования по питанию: 24 В, 500 мА;

диапазон рабочих температур: 0…50 °С.

Программное обеспечение компании WAGO позволяет легко настраивать системы, созданные на базе контроллеров и коммуникационных модулей серии

WAGO I/O.

WAGO-I/O-PRO-32 – это инструмент для программирования и визуализации, позволяющий пользователям разрабатывать программы для программируемых логических контроллеров серии WAGO-I/O-SYSTEM 750. WAGO-I/O-PRO-32

является 32-разрядным приложением, работающим под управлением Windows

95/98/NT/2000.

WAGO-I/O-PRO-32 представляет собой один из лучших на сегодняшний день компиляторов стандарта МЭК 61131.3, специально разработанный для платформы WAGO I/O фирмой 3S Software. Стандарт определяет требования к системе программирования и поддержке 5 стандартных языков программирования: IL, LD, FBD, ST, и SFC. Для каждой задачи может быть подобран наиболее удобный язык. Программное обеспечение удовлетворяет растущим требованиям по модульности и повторяемости, возникающим в ходе разработки систем автоматизации, и характеризуется следующими свойствами:

компилятором языков программирования,

автоматическим объявлением переменных,

использованием готовых библиотек и созданием своих,

индикацией текущего состояния программы,

отладкой программы как в симуляторе, так и в контроллере,

визуализацией внутренних и внешних флагов (маркеров),

сохранением и отображением переменных проекта.

Интегрированные функции тестирования и самодиагностики оптимизируют код программы и ускоряют работу контроллера.

Для ряда операций, в частности для определения адресов измерительных модулей, применяется программа CoDeSys – инструмент МЭК 61131-3. Он полноценно поддерживает все 5 стандартных языков программирования. CoDeSys непосредственно способен генерировать машинный код для большинства широко распространенных процессоров и объединяет возможности инструментов программирования для языков высокого уровня, таких, как C или Паскаль, с просто-

6

той работы и практической функциональностью ПЛК систем программирования. Все его компоненты качественно документированы и имеют встроенную систему помощи. CoDeSys также используется для более поздних моделей ПЛК (841, 842

и т. п.) [1].

Программа WAGO-I/O-CHECK 2 предназначена для визуального конфигурирования и тестирования контроллеров серии WAGO-I/O-SYSTEM 750 с произвольным набором модулей ввода-вывода. На экране пользователь может видеть расположение модулей в контроллере, состояние входных и выходных цепей, способы подключения датчиков и исполнительных устройств, а также значения аналоговых и дискретных входов; записать значения в аналоговые и дискретные выходные модули; получить доступ к диагностической информации от модулей.

Таким образом, органи- 1 3 зация узла может быть определена до запуска контроллера. Значения таких специфических параметров, как

скорости обмена датчиков или их типы (термосопротивление, термопара и др.), также задаются с помощью WAGO-I/O CHECK 2.

Соединение между ПК (WAGO-I/O-CHECK 2) и контроллером производится коммуникационным кабелем (в комплекте поставки), который присоединяется к специальному последовательному порту контроллера и СОМ-порту ПК.

Любой узел системы WAGO состоит из трех частей (рис. В.3): 1 − программируемый контроллер, 2 − несколько модулей ввода-вывода и 3 − оконечный модуль, который всегда устанавливается последним.

Ввод и вывод данных реализуются с помощью модулей ввода-вывода. Они доступны для различных задач в зависимости от требований и могут быть цифровыми и аналоговыми.

Оконечный модуль является обязательным элементом системы и устанавливается всегда последним. Он гарантирует корректное взаимодействие всех ее модулей.

Все модули узла обмениваются данными с контроллером через последовательный магистральный интерфейс. Узел представляет собой компактную измерительную систему, организованную как информационная сеть.

7

Лабораторная работа 1

КАНАЛ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОРЕЗИСТОРА

Цель работы: ознакомление с принципами построения каналов измерения температуры на базе модуля, предназначенного для подключения термометра сопротивления; освоение основ программирования режимов работы каналов, анализ результатов.

Задание:

1.Ознакомиться с характеристиками контроллера и измерительных мо-

дулей:

2-канального входного модуля термометров сопротивления (RTD)

WAGO 750-461/000-006;

8-канального модуля вывода дискретных сигналов постоянного тока (24 В) – WAGO 750-530;

8-канального модуля ввода дискретных сигналов постоянного тока (24 В) – WAGO 750-430.

2.Получить задание у преподавателя и разработать структуру и схему соединений, обеспечивающих выполнение задания лабораторной работы. Программа для ПЛК WAGO должна быть реализована на языке, заданном преподавателем.

3.Разработать алгоритм управления измерительными каналами, составить блок-схему программы (если требуется автомат состояний).

4.Собрать схему эксперимента и, после проверки преподавателем, включить ее.

5.Написать и отладить программу управления проведением эксперимента с помощью WAGO-I/O-PRO-32.

6.Загрузить программу в контроллер и провести эксперимент.

7.Составить отчет о выполнении лабораторной работы.

1.1.Подготовка к работе

Задание к лабораторной работе № 1 можно формализовать следующим образом:

ритма функционирования программы управления выберем алгоритм циклического опроса модуля измерения температуры со встроенным АЦП и изменение состояния дискретного выхода в зависимости от результата измерения.

Система должна реализовывать циклическую обработку данных по алгоритму, приведенному на рис. 1.1. В зависимости от определенного в задании значения n-разряда 8-канального модуля ввода дискретных сигналов постоянного тока (24 В) WAGO 750-430 (на рис. 1.1 DIn) опрашивается либо первый канал 2-канального входного модуля термометров сопротивления (RTD) WAGO 750-461/000-006 (на рис. 1.1 датчик температуры t1) , либо второй канал ( на рис. 1.1 t2). Далее в соответствии с заданием формируются разряды 8- канального модуля вывода дискретных сигналов постоянного тока (24 В) – WAGO 750-530 ( на рис. 1.1 функции формирования f1 (t1) и f2 (t2)).

Функции формирования f1 (t1) и f2 (t2) определяют, какие каналы 8- канального модуля вывода дискретных сигналов постоянного тока (24 В) WAGO 750-530 должны быть изменены в зависимости от значения датчика температуры t1 и t2 соответственно.

Например, функция f1 (t1) определена следующим образом ( табл.1.1).

Таблица 1.1

В таблице приняты следующие обозначения: Qi – i-й канал 8-канального модуля вывода дискретных сигналов постоянного тока (24 В); 0 – значение канала устанавливается в 0; 1 – значение канала устанавливается в 1; X – значение канала не меняется; n – номер канала 8-канального модуля ввода дискретных сигналов постоянного тока (24 В) WAGO 750-430.

Если значение температуры по первому каналу меньше 72 °С, то в первый канал модуля вывода дискретных сигналов записывается единица, а в третий канал – нуль. Остальные каналы остаются без изменения.

10