Использование свободно программируемых контроллеров в управлении пневматическим приводом циклического действия (120

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана

О.С. Гаврюшина, К.Д. Ефремова

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОБОДНО ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ В УПРАВЛЕНИИ ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу

«Пневматический привод и средства автоматики»

Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

2011

ВВЕДЕНИЕ

Современный уровень развития автоматизации технологических процессов (ТП) предполагает использование комбинированных систем управления, в частности электропневматических систем управления (ЭПСУ), логико-вычислительная подсистема которых реализуется на релейно-контактных устройствах или свободно программируемых контроллерах.

Если электрическое управление пневматическими приводами осуществляется с помощью реле, смонтированных в шкафах, то такие ЭПСУ называют жесткопроводными. В условиях гибкого производства, когда алгоритм управления и (или) параметры ТП постоянно изменяются, эти системы очень сложно модифицировать. Альтернативой является частичная или полная замена релейной части ЭПСУ свободно программируемым контроллером. Свободно программируемый контроллер — это микропроцессорное устройство, которое непрерывно контролирует состояние ТП (например, такие параметры, как перемещение, температура, давление, уровень и др.), успешно решая постоянно усложняющиеся задачи обработки и передачи информации, а также визуализации процесса управления.

Свободно программируемые контроллеры (далее — контроллер) имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными ре- лейно-контактными устройствами (РКУ):

•программирование контроллера проще, чем монтаж РКУ;

•контроллер можно многократно перепрограммировать, не

меняя схему пневматического привода;

•габариты контроллера всегда меньше, чем РКУ;

•контроллер надежнее и проще при обслуживании;

•затраты времени на переналадку алгоритма управления контроллера ниже;

3

• использованиеконтроллера позволяет изменять алгоритм управленияв любоевремя, в томчислеи в периодэксплуатацииЭПСУ.

Существует множество контроллеров с различными конфигурацией и методами программирования. Электропневматическая система управления с использованием контроллеров независимо от сложности их конструкции всегда включает:

1)аппаратное обеспечение. Это электронные блоки, которые срабатывают согласно функциям управления технологической установкой и приводятся в действие в требуемой логической последовательности;

2)программное обеспечение. Это программы, в которых определяются необходимые функции, логические связи и сигналы управления элементами установки. Программы хранятся в памяти контроллера и могут изменяться. Новая программа задает новый процесс управления, при этом нет необходимости в замене аппаратного обеспечения;

3)датчики. Это элементы, которые размещены непосредственно на управляемой установке и через которые контроллер получает действительные значения контролируемых параметров состояния. В качестве датчиков могут использоваться путевые выключатели. С помощью датчиков осуществляется контроль за выполнением программы;

4)устройство программирования. Это могут быть программа-

торы или персональные компьютеры, которые используются для создания программы и записи ее в память контроллера. Программы для контроллера имеют определенную структуру, которая зависит от структуры центрального блока. При этом используются специально разработанные языки: AWL — язык указаний, KOP — язык релейно-контактных схем, FUP — язык функциональных схем. Описание этих языков приведено в DIN 19239.

Влабораторных работах, посвященных использованию контроллеров в управлении пневматическим приводом, рассматривается контроллер FPC 202C фирмы FESTO (Германия), который предназначен для решения так называемых малых и средних задач управления. Эти задачи программируются с помощью персонального компьютера (далее — компьютер), подключенного к контроллеру с помощью специального адаптера. Для работы контроллера требуется напряжение питания 24 В постоянного тока.

4

Управляющая система FST 202С состоит из центрального блока, вставных специализированных модулей, программируемого устройства и программного продукта. Программируемое устройство осуществляет связь пользователя с центральным блоком в режимах программирования, редактирования, тестирования и управления. Работа центрального блока контроллера FPC 202С с пневматическим приводом (далее — пневмопривод) может проходить в дискретном (двоичном) или в непрерывном (аналогоцифровом) режиме. Программирование в управляющей системе FST 202С осуществляется на алгоритмическом языке AWL (ahweisungsliste — язык указаний). Программа составляется по шагам с введением всех заданных условий работы ТП (задержки времени, счет циклов, управление по давлению). При этом все шаги программы сопровождаются комментариями, описывающими вводимые значения необходимых параметров ТП или шаги циклограммы ТП.

Интегрирование контроллера в ЭПСУ ТП реализуется путем коммутации его входов с элементами информационной подсистемы (путевые выключатели, кнопки, реле давления) и его выходов с электрическими управляющими устройствами регулирующей и распределительной подсистемы (пневмораспределители с электромагнитным управлением). При работе центрального блока контроллера в дискретном режиме его входы обслуживаются путевыми выключателями, которые активируются штоками пневматических цилиндров.

Данные методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по разработке и реализации на учебном пневматическом стенде ЭПСУ ТП, заданных в формализованном виде — в виде циклограмм. При этом студентам необходимо разработать схему пневмопривода согласно заданной циклограмме и программу управления на языке AWL для составленного пневмопривода.

Выполняя лабораторные работы, следует ознакомиться с контроллером FPC 202C как управляющим устройством, используемым в управлении пневмоприводом циклического действия. Таким образом достигается объединение теоретических знаний, полученных в лекционном курсе «Пневматический привод и средства автоматики», и практических навыков, приобретенных при

5

выполнении лабораторных работ по разработке, монтажу и наладке ЭПСУ ТП, в подготовке будущих специалистов по гидро- и пневмоавтоматике.

1. УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА FST 202С

КОНТРОЛЛЕРА FPC 202C

Центральный блок (ЦБ) FST 202С коммутируется с компьютером посредством специального адаптера. Для входа в оболочку FST 202С следует в главном меню войти в директорию FST 202С, затем выбрать fst.202.exe и подтвердить вызов FST 202С клавишей ENTER. В крайних левых опциях открывшегося окна необходимо создать проект, затем войти в редактор AWL и начать процедуру программирования. Для выбора кодов команд можно пользоваться как клавиатурой букв, так и клавишами F1—F12, специальные функции которых указываются в нижних командных окнах экрана.

1.1. Центральный блок контроллера FPC 202C

Базовая конфигурация аппаратно-программных средств контроллеров семейства FPC 202C является общей.

Основные технические характеристики контроллера FPC 202C:

•языки программирования — AWL и LAD;

•тактовая частота процессора — 1,0 МГц;

•оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) — 32 Кбайт;

•перепрограммируемое запоминающее устройство (ПЗУ) — 32 Кбайт;

•в память контроллера одновременно можно загрузить восемь пользовательских программ или восемь программных модулей;

•режим одновременной обработки программ квазипараллельный (мультизадачный);

•ЦБ контроллера выполняет скомпилированные программы (компиляторвходитвсоставпрограммногообеспеченияконтроллера);

•число транзисторных входов ЦБ контроллера с релейными статическими характеристиками — 16;

•число транзисторных (релейных) выходов — 8;

6

•число выходов на электромагнитных реле — 8;

•контроллер имеет интегрированную диагностическую систему;

•контроллер имеет пятиконтактный разъем сетевого интерфей-

са RS-232;

•блок расширения ЦБ имеет цифроаналоговый преобразователь и аналогово-цифровой преобразователь;

•напряжение питания контроллера 24 В.

1.2. Конструкция центрального блока контроллера FPC 202C

Основные конструктивные элементы ЦБ контроллера FPC 202C представлены на рис. 1.

Рис. 1. Основные конструктивные элементы ЦБ:

1 — семисегментный дисплей; 2 — светодиодные индикаторы входов, выходов, счетчиков, таймеров и флагов; 3 — шестнадцать входов (от релейных датчиков и путевых выключателей); 4 — ОЗУ; 5 — перепрограммируемое пользовательское ПЗУ; 6 — разъем для подключения устройства расширения ввода-вывода; 7 — батарея питания ПЗУ; 8 — клеммы для источника питания 24 В; 9 — плавкие предохранители; 10 — шестнадцать выходов (с релейной статической характеристикой); 11 — клавиатура оперативного управления; 12 — диагностический порт (модифицированный 20 мА интерфейс). Элементы 3—10 находятся под крышками

7

1.3. Клавиатура центрального блока контроллера FPC 202C

Рассмотрим устройство клавиатуры ЦБ (рис. 2), которая используется для подготовки программы к запуску кнопкой «Старт» объекта, а также в случае необходимости для оперативного вмешательства в ход управления гидроили пневмоприводом.

Рис. 2. Устройство клавиатуры ЦБ контроллера

Клавиатура состоит из 25 клавиш: 13 клавиш для ввода соответствующих команд, 11 символьных клавиш (блок цифр и точка) и клавиша ENTER.

Пять верхних клавиш имеют светодиодные индикаторы. Рассмотрим назначение основных клавиш.

Клавиша ENTER. Служит для подтверждения соответствующей команды перед ее исполнением. Ввод всех команд, за исключением CLR и STOP, завершается нажатием клавиши ENTER.

Клавиша RUN. Пользователь после загрузки программы в ОЗУ ЦБ для ее использования должен выполнить следующие действия: нажать клавишу RUN, указать номер программы (нажать соответствующую клавишу-цифру, если же номер программы не указан, запускается программа с минимальным номером из числа загруженных), подтвердить запуск нажатием клавиши ENTER.

8

После завершения указанных действий гаснет красный светодиодный индикатор и загорается зеленый. Формат ввода команды:

RUN < номер программы > < ENTER >

где номер программы обозначается цифрами 0…7 и вводится с клавиатуры.

Клавиша REN Р. Предназначена для переименования программ пользователя. Формат ввода команды:

REN Р < прежний номер программы > < ENTER > REN Р < новый номер программы > < ENTER >

где номер программы обозначается цифрами 0...7 и вводится с клавиатуры.

Клавиша DEL Р. Служит для удаления выбранной программы. Команда DEL Р защищена от несанкционированного удаления. Для выполнения программы пользователь должен нажать клавишу ENTER дважды. Формат ввода команды:

DEL Р < номер удаляемой программы > < ENTER >

где номер программы обозначается цифрами 0...7 и вводится с клавиатуры.

Клавиши SET О, RST О. Команда SET О устанавливает на заданном выходе ЦБ контроллера значение сигнала 1 (состояние 1), а команда RST О сбрасывает значение активного выхода с 1 на 0. Форматы ввода команд:

SET О < номер слова > . < номер бита > < ENTER >

где номер слова обозначается цифрами 0.. .7, а номер бита — циф-

рами 0...7.

RST О < номер слова > . < номер бита > < ENTER >

где номер слова обозначается цифрами 0.. .7, а номер бита — циф-

рами 0...7.

Клавиша CLR. Команда CLEAR (CLR) служит для удаления неправильно введенных команд и атрибутов, а также сообщений об ошибке при условии, что не была нажата клавиша ENTER. Удаление сообщения об ошибке не означает ее устранения. Формат ввода команды:

CLR

9

Клавиша AUTO. Пользовательские программы могут запускаться вручную клавишей RUN или автоматически клавишей AUTO. Команда AUTO выполняется ЦБ контроллера только при повторной подаче напряжения питания. Формат ввода команды при активизации автоматического запуска программ:

AUTO < ENTER >

Формат ввода команды при отмене автоматического запуска: AUTO NOT < ENTER >

Клавиша STOP. Команда STOP не требует параметра и не должна завершаться нажатием клавиши ENTER. Команда STOP останавливает все активные программы и модули.

2. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНИКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ КОНТРОЛЛЕРА FPC 202C

На практике применяют два способа программирования контроллера:

1)с использованием специального программатора типа PRG 32 (обычно в цеховых условиях);

2)с использованием серийного IBM PC, имеющего соответствующее программное обеспечение (универсальная система программирования).

Ниже рассматривается аппаратно-программное средство программирования контроллера FPC 202С на базе IBM PC — интерактивная система IBM FST 202С. Система позволяет выполнять полный цикл программирования и отладки AWL-программы управления объектом (включая ее тестирование и диагностику).

2.1. Вход в систему IBM FST 202С, выход из системы

Программное обеспечение FST 202С работает под управлением операционной системы MS DOS-NC, поэтому вход в систему FST 202С и выход из нее выполняются следующим образом.

10