Инструкции к установкам / Upravlenie_nasosnoy_perekachivayuschey_stantsiey_Metodichka_1

Современные ПЛК программируются с помощью пяти языков программирования, описанных в стандарте МЭК 61131-3. Среди них три графических и два текстовых. Рассмотрим подробнее язык релейноконтактных схем (LD – Ladder Diagram), который является графическим языком. Синонимы: релейно-контактная логика, релейная логика, релейные диаграммы, релейно-лестничная логика, многоступенчатая логика. Несмотря на то, что язык LD появился достаточно давно, он до сих пор применяется для программирования ПЛК, хотя используется только для программирования простых задач.

Графический язык релейной логики впервые появился в виде электрических схем, которые состояли из контактов и обмоток электромагнитных реле.

Базовые конструкции релейно-контактных схем.

Программы, написанные на языке LD, состоят из ступеней, которые выполняются ПЛК последовательно, слева направо. Ступень состоит из набора графических элементов (ячеек), ограниченных слева и справа условными шинами питания. Условный ток в цепи ступени протекает слева направо. Правая шина питания на диаграммах не отображается, но подразумевается. Несколько ступеней выполняются ПЛК последовательно сверху вниз. Ступень может содержать несколько строк и колонок, разделенных на две зоны — проверочную зону и зону действий. Простейшие проверочные элементы и элементы действия занимают одну строку и одну колонку ступени.

Набор графических элементов языка LD включает:

•входы и выходы ПЛК – кнопки, контакты реле, концевые выключатели, сигналы датчиков, индикаторные лампы и т.д.;

•стандартные управляющие системные функции – таймеры, счетчики и т.д.;

•арифметические, логические и специальные операции;

•внутренние переменные ПЛК.

Для использования в логике релейно-контактных схем применяются две системы – комбинационная логика и последовательная логика.

Комбинационная логика релейно-контактной схемы – это цепь, в которой последовательно или параллельно объединяются два или более входных логических элементов и результат передается на выходные логические элементы, например, катушки реле, таймеры, счетчики или другие прикладные программы. Пример комбинационной логики приведен на рис. 18.

61

Рис. 18. Релейно-контактная схема комбинационной логики для ПЛК

Дискретные входы ПЛК и результаты выполнения логических операций представляются в виде условных контактов реле, нормально разомкнутых (нормально открытых, или контактов типа A) и нормально замкнутых (нормально закрытых, инверсных, или контактов типа B). Нормально разомкнутые контакты замыкаются при появлении сигнала на соответствующем входе или истинности поставленного в соответствие данному контакту логического выражения. В цепи 1 на рис. 18 используется нормально разомкнутый входной контакт ПЛК X0. Логика работы нормально замкнутых контактов – обратная, он размыкаются при появлении сигнала или истинности логического выражения. В цепи 2 на рис. 18 используется нормально замкнутый входной контакт ПЛК X1. В цепи 3 используется несколько входных контактов ПЛК – X2, X3 и X4.

Дискретные выходы ПЛК или результаты выполнения данной ступени представляются в виде обмотки реле, питание на которой появляется после прохождения сигнала от левой условной шины питания через все находящиеся на ступени элементы (Y0, Y1, Y2 на рис. 18).

На языке LD могут быть запрограммированы логические операции «И» (AND), «ИЛИ» (OR), «НЕ» (NOT) и др. Последовательное соединение контактов равнозначно логической операции «И», параллельное «ИЛИ». Операция «НЕ» реализуется инверсным контактом. Ток в обмотке реле появляется после замыкания (размыкания) контактов и выполнения всех логических условий. Для цепи 3 рис. 18 можно записать логическое уравнение функционирования: Y2 = ( (NOT X2) OR X3) AND X4).

Последовательная логика – это цепь с обратной связью. Выходной сигнал со схемы подается в качестве входного на ту же самую схему. Последовательная логика реализует схемы с памятью состояния – выходной сигнал остается в том же состоянии, даже если входной сигнал вернется в исходное (пассивное) состояние. Пример последовательной логики приведен на рис. 19.

62

Рис. 19. Релейно-контактная схема последовательной логики для ПЛК

Схема на рис. 19 – это схема самоблокировки реле. При замыкании входного контакта X5 реле Y3 срабатывает, его контакт Y3 замыкается и блокирует контакт X5. В этом состоянии контакт X5 может и разомкнуться, реле Y3 все равно останется во включенном состоянии. Выключение реле происходит при размыкании нормально замкнутого контакта X6, при этом контакт реле Y3 размыкается, и схема возвращается в исходное состояние, замыкание контакта X6 не приведет к срабатыванию реле Y3.

В ПЛК операции релейно-контактной логики эмулируются микропроцессором. В ПЛК используется метод сканирования (последовательного опроса) для контроля состояний входных элементов и выходных катушек, затем используется программа релейно-контактной логики для эмуляции результатов. Поскольку имеется всего один процессор, ПЛК должен последовательно изучить и выполнить программу с первого до последнего шага, затем вернуться к первому шагу и выполнить в цикле всю последовательность операций. Длительность выполнения одного такого повторяющегося режима работы называется временем сканирования. Время сканирования – одна из важнейших характеристик ПЛК. Типичный ПЛК выполняет примерно 1000 этапов переключений контактов за 0,33 миллисекунды, т.е время сканирования одного контакта составляет 0,33 микросекунды. Длительность сканирования всей схемы зависит от ее размера. Процесс сканирования релейно-контактной схемы в ПЛК показан на рис. 20.

63

Рис. 20. Процесс сканирования релейно-контактной схемы в ПЛК

Структура и терминология релейно-контактной схемы. Релейноконтактную схему можно разделить на ряд небольших ячеек, объединенных в строки и столбцы. Для конкретного ПЛК существует максимальный размер схемы (количество строк и столбцов). В одной ячейке может располагаться один элемент. Пример релейно-контактной схемы приведен на рис. 21.

Рис. 21. Пример релейно-контактной схемы.

64

Контакт – это элемент с двумя состояниями – замкнут или разомкнут. Один тип контактов называется «Входной контакт» (X со справочным номером) и его состояние определяется внешними входными сигналами с блока входных клемм. Другой тип контактов называется «Релейный контакт» и его состояние соответствует состоянию реле.

Реле состоит из катушки (обмотки) и контактов (рис. 22).

Рис. 22. Схема реле

Для включения реле нужно подать ток в его катушку. Если реле Y0 находится в состоянии ВКЛ, то контакт A будет находиться в состоянии ВКЛ, контакт B – в состоянии ВЫКЛ. Контакты TU (TD) принимают состояние ВКЛ в интервале времени скана, когда реле переходит из состояния ВЫКЛ в состояние ВКЛ (из ВКЛ в ВЫКЛ) соответственно.

Рассмотрим создание простейших программ на языке релейно-контактных схем на примерах ниже.

Пример 1. Схемы с самоблокировкой выхода.

Часто бывает необходимо использовать для старта и стопа кнопки без фиксации, но с самоблокировкой выхода. Примеры реализации таких схем представлены на рис. 23 и 24:

Рис. 23. Самоблокировка выхода с приоритетом Стопа.

65

Рис. 24. Самоблокировка выхода с приоритетом Старта.

Пример 2. Условное управление.

Рис. 25. Условное управление.

Контакты Х1 и Х3 включают/выключают выход Y1 автономно, а Х2 и Х4 могут управлять состоянием выхода Y1 только при условии, что Y1 включен, т.е. выход Y1 является последовательным контактом (логическим И) для нижней схемы.

Пример 3. Схема с взаимоблокировкой.

Рис. 26. Схема с взаимоблокировкой.

Схема исключает одновременное включение двух выходов. Когда включен одинвыход, второй будет заблокирован. При одновременном замыкании контактов Х1 и Х2 приоритет будет иметь Y1.

66

Пример 4. Последовательное управление.

Рис. 27. Последовательное управление.

Выход Y2 может быть включен, только если включен Y1, однако при включении Y2 выход Y1 будет отключен.

Пример 5. Колебательные схемы (рис. 28, рис. 29)

Рис. 28.

Т– время сканирования (время выполнения одного цикла программы)

Впервом цикле сканирования выход Y1 будет включен, а во втором – выключен, и т.д.

Период колебаний = Т + Т

Рис. 29.

Период колебаний = nТ + Т

Пример 6. Триггерная схема.

Рис. 30.

Каждое замыкание контакта Х0 изменяет состояние выхода Y1 на противоположное. Эта схема еще называется импульсным реле.

67

Пример 7. Таймер с задержкой на выключение.

Рис. 31.

Когда Х0 = 1, выход Y1 включен. При выключении Х0, выход Y1 выключится через 100 секунд, т.к. метка времени таймера имеет дискретность

0.1 сек, т.е. К1000 = 100 сек.

Рассмотрим применение таймера и счетчика, которые являются стандартными управляющими системными функциями.

Рис. 32. Таймер

TB – Метки времени (0,01 с; 0,1 с; 1 с); Tn – Номер таймера;

PV – Величина уставки (предустановленное значение) таймера; CV – текущее значение кода таймера.

Время таймера = Метки времени х Величина уставки.

Если, например, Номер таймера T0 (Метки времени 0,01 с), и Величина уставки 100, то Время таймера 1 с.

Если вход разрешения работы таймера EN равен 1, то таймер запускает отсчет времени (текущее значение будет увеличиваться от 0) до условия «Прошло время (Time Up)», т.е. CV >= PV, затем контакт Tn и TUP изменяются до значения 1. Все время, пока вход разрешения работы таймера имеет значение 1, даже если CV таймера Tn достигло или превысило значение PV, счет таймера CV продолжает возрастать до предельного значения. Если вход EN стал равен 0, то CV таймера Tn сразу сбрасывается на 0 контакт Tn и флаг «Прошло время» TUP также изменяют значение на 0.

Рис. 33. Счетчик

Cn – Номер счетчика; PV – Значение уставки;

68

CV – текущее значение кода счетчика.

Существуют счетчики с сохранением, и величина CV для них восстанавливается после включения питания ПЛК или его нового запуска. Для счетчиков без сохранения текущая величина CV теряется, после включения питания или нового запуска ПЛК CV сбрасывается в 0.

Для правильного подсчета время удержания счетного входа CK должно быть больше 1 времени скана. Существует максимальная частота работы счетчика.

Если вход CLR равен 1, то все контакты Cn, CUP и величина CV сбрасываются в 0 и счетчик прекращает счет.

Если вход CLR равен 0, разрешается счет. При каждом событии перехода CK от значения 0 до значения 1 величина CV увеличивается на 1. Когда накопленное значение CV станет равно или превысит значение уставки (CV >= PV), состояние контакта Cn и значение сигнала «Прошел счет» (Count-Up, CUP) устанавливаются в значение 1. Если состояние счетного входа продолжает изменяться, и вход CLR установлен в 0, CV продолжает возрастать до максимального значения, а контакт Cn и сигнал CUP остаются в состоянии 1.

Порядок выполнения работы:

1.Ознакомиться с краткой теорией, описанием стенда и приложением 1.

2.Описать принцип работы ПЛК, назвать количество входов и выходов ПЛК и их характеристики.

4.Проанализировать результаты, сделать выводы.

69

Лабораторная работа 5. Изучение архитектуры распределенной системы автоматизации.

Цель работы: Изучение архитектуры распределенной системы автоматизации.

Краткая теория: Архитектура автоматизированной системы - это наиболее

взаимодействий между компонентами. Элементы* архитектуры находятся во взаимосвязи, образуя единую автоматизированную систему и обеспечивая решение поставленной задачи автоматизации на архитектурном уровне. В то же время архитектура оставляет достаточно свободы для выбора конкретных технических решений. Поэтому правильно спроектированная архитектура допускает множество технических реализаций путем выбора различных компонентов архитектуры и методов взаимодействия между ними.

Элементами архитектуры являются модели (абстракции) датчиков, устройств ввода-вывода, измерительных преобразователей, ПЛК, компьютеров, интерфейсов, протоколов, промышленных сетей, исполнительных устройств, драйверов, каналов передачи информации.

Архитектуру создает архитектор. Основным требованием к архитектору является знание предметной области (принципов функционирования объекта автоматизации) и знание технических характеристик аппаратных и программных средств, используемых для построения системы.

При построении архитектуры должны быть заложены следующие свойства будущей автоматизированной системы:

•слабая связанность элементов архитектуры между собой (т. е. декомпозицию системы на части следует производить так, чтобы поток информации через связи был минимален и через них не замыкались контуры автоматического регулирования);

•тестируемость (возможность установления факта правильного функционирования);

•диагностируемость (возможность нахождения неисправной части системы);

•ремонтопригодность (возможность восстановления работоспособности за минимальное время при экономически оправданной стоимости ремонта);

•надежность (например, путем резервирования);

•простота обслуживания и эксплуатации (минимальные требования к квалификации и дополнительному обучению эксплуатирующего персонала);

•безопасность (соответствие требованиям промышленной безопасности и технике безопасности);

70