Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программирование технологических контроллеров в среде Unity. Учебное пособие.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
_________________________________________________________________________
ПРОГРАММИРОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ
В СРЕДЕ Unity
Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
3-е издание
НОВОСИБИРСК
2016
УДК 004.31(075.8)
П 784
Рецензенты:
А.И. Алиферов, д-р техн. наук, проф.;
В.Н. Хохловский, канд. техн. наук, доц.,
представитель ЗАО «Шнейдер Электрик» (г. Москва)
П 784 Программирование технологических контроллеров в
среде Unity : учеб. пособие / А.В. Суворов, В.В. Медведков,
Г.В. Саблина, В.Г. Шахтшнейдер. – 3-е изд. – Новосибирск :
Изд-во НГТУ, 2016. – 207 с.
ISBN 978-5-7782-2791-0
Настоящее пособие предназначено для изучения современных
приемов программирования технологических контроллеров в среде
Unity Pro, которая в комбинации с новыми процессорами Premium,
Quantum, Atrium и M340 международной фирмы «Schneider Electric»
реализует новый подход к разработке программного обеспечения и
эксплуатации систем промышленной автоматизации.
УДК 004.31(075.8)
ISBN 978-5-7782-2791-0
© Коллектив авторов, 2008, 2011, 2016
© Новосибирский государственный
технический университет, 2008, 2011, 2016
3
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 5
1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННУЮ АВТОМАТИЗАЦИЮ .......................... 7
1.1. Принцип действия системы промышленной автоматизации ................ 7
1.2. Составные части системы промышленной автоматизации ................... 7
1.3. Реализация системы промышленной автоматизации ............................. 9
2. ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ЛОГИЧЕСКИХ
КОНТРОЛЛЕРОВ ............................................................................................. 12
2.1. Структура программируемого логического контроллера .................... 12
2.2. Конструктивное исполнение контроллеров .......................................... 14
2.3. Модули ввода-вывода ............................................................................. 16
2.4. Языки и среды программирования логических контроллеров ............ 18
2.5. Триггеры, таймеры, счетчики ................................................................ 22
2.6. Математические операции и команды работы с массивами ............... 31
3. ТИПЫ ПЕРЕМЕННЫХ .................................................................................... 38
3.1. Элементарные типы данных ................................................................... 38
3.2. Представление элементарных типов данных ........................................ 40
3.3. Краткие сведения о системах адресации переменных ......................... 43
3.4. Система адресации переменных Telemecanique ................................... 45
4. ПАКЕТ ПРОГРАММИРОВАНИЯ Unity Pro ................................................. 49
4.1. Общие сведения....................................................................................... 49
4.2. Структура пакета Unity Pro .................................................................... 50
4.3. Интерфейс пользователя Unity Pro и его составные части .................. 55
4.4. Иерархическое построение программы ПЛК ....................................... 63
4.5. Редакторы языков программирования Unity Pro .................................. 64
4.6. Соединение терминала с ПЛК ................................................................ 69
4
5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТОМ В ПАКЕТЕ Unity Pro
(БЫСТРЫЙ СТАРТ) ......................................................................................... 75
5.1. Настройки проекта .................................................................................. 75
5.2. Конфигурирование контроллера Premium ............................................ 77
5.3. Работа с переменными ............................................................................ 84
5.4. Структура приложения ........................................................................... 91
5.5. Программирование с использованием блоков FBD ............................. 95
6. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
В СРЕДЕ Unity Pro ............................................................................................ 98
6.1. Введение .................................................................................................. 98
6.2. Разработка систем автоматического регулирования в пакете
Unity Pro ................................................................................................. 113
6.3. Библиотека для управления аналоговым вводом/выводом ............... 113
6.4. Библиотека CONT_CTL. Непрерывные системы управления .......... 141
6.5. Системы управления с обратной связью CONT_INT ........................ 146
6.6. Управление с обратной связью (CLC) ................................................. 147
6.7. Автоматизированная настройка регулятора в пакете Unity............... 200
6.8. Упражнения для самостоятельной работы.......................................... 201
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................... 203
ЛИТЕРАТУРА .................................................................................................... 205
5
ВВЕДЕНИЕ
Бурный подъем промышленности в начале ХХI в. привел к необходимости совершенствования систем управления производственными
процессами. Ключевую роль в задачах управления играют программируемые логические контроллеры (ПЛК). В последние годы появились
целые новые классы и поколения ПЛК. Каждое из этих поколений
снабжается иструментарием для содания программ – проектов для
ПЛК. При этом речь идет уже не столько о языках программирования
ПЛК, сколько о интегрированных системах визуального программирования. Серъезным шагом к унификации процесса программирования
ПЛК разных фирм-производителей стало появление стандарта МЭК
61131-3 [1]. Созданный лучшими мировыми лидерами рынка инструментальных средств программирования, этот стандарт сформировал
единые приемы программирования ПЛК, объединив приемы программирования аппаратных средств управления и персональных компьютеров. Следует, однако, заметить, что усложнение аппаратной части
ПЛК, увеличение их вычислительной способности неизбежно меняет
подходы к конфигурированию и программированию ПЛК. Если раньше процесс программирования на языке релейно-контактных схем позволял без особого труда работать с ПЛК технологу, то теперь подготовка проекта требует привлечения профессиональных программистов. Оказать помощь технологам и призвано настоящее пособие.
В пособии сделана попытка унификации приемов программирования ПЛК. В качестве конкретной реализации была выбрана одна из
самых совершенных оболочек программирования – программный пакет Unity Pro. Данная система программирования работает с самыми
разнообразными типами ПЛК производства международной фирмы
«Schneider Electric».
Среда Unity Pro в комбинации с новыми процессорами для ПЛК
Premium, Quantum, Atrium и M340 реализует новый подход к разработ-
ке программного обеспечения и эксплуатации систем автоматизации с
учетом открытости и сотрудничества на каждой стадии разработки и
эксплуатации приложений.
Пакет Unity Pro объединил все лучшее, чем располагают ConCept
для программирования контроллеров серии Modicon и PL7 для программирования контроллеров серии Telemecanique, в целях повыше-
ния производительности при разработке систем управления и их эксплуатации.
6
Unity Pro стал общим программным обеспечением для ПЛК Pre-
mium, Quantum, Atrium и M340, предоставив возможности выбора
лучшего решения для приложения, а также переноса приложения между различными платформами.
Данное учебное пособие знакомит читателя с особенностями конструктивного и аппаратного исполнения этих ПЛК и позволяет выполнить «быстрый старт» при работе с программным пакетом Unity Pro.
Пособие содержит примеры реализации типовых приемов программирования и позволяет пройти все этапы создания проекта – от конфигурирования программного обеспечения до визуализации технологического процесса. Одна из глав пособия посвящена изучению программных средств Unity Pro, предназначенных для разработки систем автоматического регулирования.
7
1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННУЮ
АВТОМАТИЗАЦИЮ
1.1. Принцип действия
системы промышленной автоматизации
Система промышленной автоматизации включает в себя управляющую и исполнительную части. Управляющая часть воздействует
на исполнительную через исполнительное устройство. В ответ она получает сообщения о выполненных действиях от датчиков исполнительной части. Управляющая часть содержит один или более специализированных компьютеров, процессоров, взаимодействующих с обслуживающим персоналом через средства человеко-машинного интерфейса (операторские панели, кнопки, индикаторные панели и т. д.).
Исполнительная часть воздействует на температуру, перемещение,
давление твердых, жидких, газообразных продуктов (например, металлические детали, жидкость в баке) или на машины и процессы (в частности, автоматический транспортер). Принцип действия системы промышленной автоматизации представлен на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Принцип действия системы промышленной автоматизации
1.2. Составные части
системы промышленной автоматизации
Как правило, управляющая часть включает в себя:
1) один или более программируемых логических контроллеров
(ПЛК), роль которых состоит в реализации алгоритмов управления в
процессе обработки данных, связанных с исполнительной частью [2];
8
2) человеко-машинный интерфейс, обеспечивающий отладочные
функции и управляющие воздействия на процесс человека-оператора.
В качестве исполнительной части обычно рассматривают датчики
и исполнительные устройства, обеспечивающие связь между исполнительной и управляющей частями. Датчики информируют управляющую часть о состоянии исполнительной части; они преобразуют физические величины в стандартные электрические сигналы. Исполнительные устройства изменяют состояние исполнительной части в соответствии с командами, формируемыми управляющей частью. К таким
устройствам относятся:
– преобразователи (переключатели, пневматические сервоклапаны, регуляторы скорости), которые воздействуют на силовые исполнительные механизмы;
– силовые исполнительные механизмы (двигатели, домкраты, нагреватели и т. п.), которые воздействуют на физические, химические и
другие процессы [3].
Составные части системы промышленной автоматизации приведены на рис.1.2.
Рис. 1.2. Составные части системы промышленной автоматизации
9
1.3. Реализация
системы промышленной автоматизации
Системы автоматизации реализуются в несколько этапов.
1. Первый этап состоит в описании требований, т. е. создании спе-
цификаций. Требования служат для описания различных функций системы автоматизации.
2. Фаза анализа предназначена для определения структуры прило-
жения и способов его создания.
3. Этап создания конфигурации ПЛК предполагает выбор необхо-
димых аппаратных модулей, задание их параметров.
4. Объявление данных служит для структурирования, определения
символьных имен и комментариев для каждой используемой в программе переменной.
5. Фаза создания программы состоит в реализации предусмотренных спецификациями функций на наиболее подходящем языке программирования.
Первый блок этапов реализации системы промышленной автома-
тизации представлен на рис. 1.3.
Спецификация
Анализ спецификаций
Конфигурация ПЛК
Объявление данных
Программирование
Рис. 1.3. Первый блок этапов реализации системы промышленной авто матизации
10
1. После создания приложения на промышленном компьютере его
необходимо загрузить в ПЛК.
2. ПЛК готов исполнять приложение, но дополнительно должна
быть осуществлена отладка приложения, предусматривающая проверку правильности выполнения заданного алгоритма работы системы и
ее настройку.
3. После того как приложение начнет работать надлежащим образом, создается файл документации и приложение архивируется.
4. Информационный обмен между ПЛК осуществляется по сети [4].
Второй блок этапов реализации системы промышленной автомати-
зации представлен на рис. 1.4.
Загрузка приложения
в ПЛК
Запуск приложения
Отладка
Документирование
и архивирование
приложения
Рис. 1.4. Второй блок этапов реализации системы промышленной автома тизации
Упражнение. Выбрать верные утверждения из следующих.
1. В системах автоматизации:
а) управляющая часть представляет собой один или несколько
процессоров, главное назначение которых состоит во взаимодействии
с обслуживающим персоналом через средства человеко-машинного
интерфейса;