Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов (лабораторный практикум и конспект лекций) для студентов специальности 2202
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
Кафедра автоматики и управления в технических системах
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Н.В. Осипова
Программное обеспечение
для систем автоматизации
технологических процессов
Учебное пособие
Лабораторный практикум
для студентов направления 220201 – «Управление в технических
системах»; профиль 220401 – «Управление и информатика
в технических системах»
Москва 2015
УДК 62-503.5
Рецензенты
ведущий специалист НИИВК им. М.А. Карцева,
канд. техн. наук С.Е. Бабаков;
НИТУ «МИСиС», канд. техн. наук, доцент каф. ИСО Б.Ф. Коньшин
Осипова, Н.В.
Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов (лабораторный практикум и конспект
лекций) для студентов специальности 220201 – «Управление и
информатика в технических системах»: учебное пособие. – М.:
Изд. Дом МИСиС, 201
Изложены основные теоретические материалы по дисциплине «Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов». Пособие включает в себя лабораторный практикум, состоящий из девяти лабораторных работ. В пособии рассмотрены основные задачи, возникающие при написании программ для промышленных логических контроллеров Siemens Simatic S7-300, использующих среду программирования
STEP7: тип и адресация данных, логические и математические операции,
таймеры, счетчики импульсов, функции передачи данных. Также рассмотрены принципы программирования регуляторов непрерывного управления.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению
220400 – «Управление в технических системах», профиль 220401 «Управление
и информатика в технических системах» и студентов других технических специальностей, изучающих дисциплины по автоматизации и управлению.
5. – 75 с.
Н.В. Осипова, 2015
©
2
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие .............................................................................................. 4
Лабораторная работа № 1 ........................................................................ 7
Тема: ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И АДРЕСАЦИИ ПЛК SIEMENS ... 7
Лабораторная работа № 2 ...................................................................... 15
Тема: ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ...................................................... 15
Лабораторная работа № 3 ...................................................................... 22
Тема: МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ .......................................... 22
Лабораторная работа № 4 ...................................................................... 28
Тема: ОСНОВНЫЕ БЛОКИ ДАННЫХ ................................................ 28
Лабораторная работа № 5 ...................................................................... 34
Тема: ТАЙМЕРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ .......................... 34
Лабораторная работа № 6 ...................................................................... 41
Тема: СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ ........................................................ 41
Лабораторная работа № 7 ...................................................................... 45
Тема: СЛОЖНЫЕ ТИПЫ ДАННЫХ .................................................... 45
Лабораторная
Тема: ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ................................................................ 53
Лабораторная работа № 9 ...................................................................... 61
Тема: РЕГУЛЯТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ................ 61
Библиографический список ................................................................... 74
работа № 8 ...................................................................... 53
3
Предисловие
Данное учебное пособие по дисциплине «Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов» содержит лабораторные работы с вариантами индивидуальных заданий
(кроме работы № 1), контрольные вопросы для самопроверки, задания для защиты выполненных лабораторных работ.
Содержание лабораторного практикума:
Лабораторная работа № 1 – «Изучение структуры и адресации
ПЛК SIEMENS». Эта работа позволяет изучить
лера Siemens, научиться производить конфигурацию центральной
стойки и задавать адреса в его системной памяти.
Лабораторная работа № 2 – «Логические операции» позволяет
научиться программировать логические функции в ПЛК Siemens на
основе заданной таблицы состояний и проверять эти состояния при
помощи симулятора работы контроллера S7-PLCSIM.
Работа № 3 – «Математические операции». Изучаются основы
программирования тригонометрических, логарифмических функций
функций преобразования форматов чисел и сравнения.
В лабораторной работе № 4 – «Основные блоки данных» отводится большое внимание программированию функциональных блоков и
функций.
В работе № 5 – «Таймеры и генераторы импульсов» показаны основные принципы написания программ, реализующих работу генераторов импульсов, построенных на основе таймеров, с различными
параметрами.
Работа № 6 – «Счетчики
импульсов». Рассмотрен принцип работы
различных типов счетчиков с использованием ручной и автоматической подачей на вход счетных импульсов.
Лабораторная работа № 7 – «Сложные типы данных». Работа позволяет освоить принцип программирования структур и массивов,
производить адресацию переменных этих блоков и операции над
ними.
Лабораторная работа № 8 – «Передача данных». Эта работа может
быть полезна для того, чтобы научиться перемещать и копировать переменные из системной памяти контроллера, а также данные блоков.
В лабораторной работе № 9 – «Регуляторы непрерывного действия» показаны основные принципы настройки регуляторов непре-
структуру контрол-
,
4
рывного управления с помощью встроенной в Simatic Manager системы автоматической настройки.
Защита лабораторных работ и промежуточный контроль знаний
по дисциплине проводится с помощью устного опроса.
Контроль знаний каждого студента проводится по индивидуаль-
ным заданиям преподавателя.
Результаты контроля учитываются на зачете.
Содержание дисциплины и общие требования к выполнению
и защите лабораторных работ и
оформлению отчетов по ним:
• Лекции в шестом семестре: 2 часа в неделю, лабораторные ра-
боты – 2 часа в неделю.
• Не допускаются прогулы и опоздания на лекции.
• После прохождения темы проводится промежуточный контроль
знаний (устный опрос) за 5 – 10 минут до окончания лекции. Пропуски занятий по неуважительной причине приравниваются к не
удовлетворительной оценке.
• Каждая лабораторная работа после ее выполнения защищается
на следующем занятии в течение 10 минут при наличии отчета, которым можно пользоваться при защите. Если отчет оформлен правильно и оценка при защите положительна, то лабораторная работа засчитывается с оценкой, средней от оценки по оформлению работы и
оценки
по защите.
• Отчет по каждой лабораторной работе оформляется студентом
на листе формата А4 гарнитурой Times New Roman, шрифт 12 или 14
через 1 интервал, с выравниванием по ширине.
• Вариант индивидуального задания в каждой лабораторной ра-
боте (кроме работы № 1) определяется номером записи студента в
журнале преподавателя.
• Титульный лист отчета по лабораторным работам оформляется
соответствии с рис. 1.
в
-
5
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Национальный исследовательский технологический
университет МИСИС
Кафедра автоматики и управления в технических системах
Отчет
по лабораторной работе №___
(название лабораторной работы)
по дисциплине
«Программное обеспечение
для систем автоматизации технологических процессов»
Выполнил
студент группы АУ-__-__
ФИО студента
Принял:
ст. преп. Осипова Н.В
Москва 2014
.
Рис. 1. Образец титульного листа для оформления отчета
по лабораторной работе
6
Лабораторная работа № 1
RUN
PS
CPU IM
SM, FM, CP
Тема: ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И АДРЕСАЦИИ
ПЛК SIEMENS
1. Цель работы: изучить структуру контроллера Siemens, научиться производить конфигурацию центральной стойки и задавать
адреса в его системной памяти.
2. Используемое оборудование: компьютеры с ОС не ниже Windows 7, программным пакетом STEP7 V5.5 для программирования кон-
троллеров серии Siemens Simatic S7-300, симулятором S7-PLCSIM.
3. Теоретические сведения. Программируемый логический контроллер Siemens Simatic S7-300 находит широкое применение при
автоматизации производственных процессов низкой
пени сложности. С его помощью выполняются как простые логические функции, например включить/выключить оборудование, сигнализировать о неисправности, так и сложные – управление исполнительными механизмами, приводящими в движение клапаны, задвижки, осуществление сбора информации с датчиков и т.д.
Структура контроллера Siemens показана на рис. 1.1 [3 – 5, 9 – 12,
14, 15].
и средней сте-
слот 1 слот 2 слот 3 слот 4 слот 5
SF
SIEMENS
BF
DC5V
FRCE
Рис. 1.1. Структура ПЛК Siemens
………………………………..
слот 11
Он включает следующие модули:
а) модуль источника питания (PS), обеспечивающий питание контроллера от сети переменного напряжение или от источника постоянного тока. Чаще всего применяются источники PS 307 2А,
PS 307 5А, PS 307 10А с номинальным током нагрузки 2 А, 5 А, 10 А
соответственно;
б) модуль центрального процессора (CPU) предназначен для хранения и обработки программ, созданных пользователем
. Например,
7
серии CPU-312 – CPU319 без поддержки децентрализованной периферии, CPU-313C-2DP, CPU-314C-2DP с поддержкой децентрализованной периферии, CPU-314C-2PtP с поддержкой протокола «точка –
точка» и др.
в) интерфейсный модуль (IM) используется для подключения к
контроллеру стоек расширения. Имеет обозначение IM-360, IM-361,
IM-365 и т.д.
г) сигнальные модули (SM) используются для ввода/вывода аналоговых и/или дискретных сигналов, адаптации системных сигналов к
внутреннему уровню сигналов. Пример: DI32×DC24V – модуль дискретного ввода (DI – digital input – дискретный вход) с 32 цифровыми
входами с номинальным постоянным напряжением 24 В;
DО32×АC120V/1А – модуль дискретного вывода (DO – digital output –
дискретный выход) с 32 цифровыми выходами и номинальным переменным напряжением 120 В, током 1 А; DI8/DO8×DC24V/0,5 А – модуль может быть предназначен как для ввода, так и для дискретного
вывода, имеет 8 цифровых каналов, номинальное постоянное напряжение 24 В и ток 0,5 А.
Аналоговые модули имеют следующее обозначение AI8-12 bit –
аналоговый модуль ввода на 8 каналов с разрешающей способностью
12 битов; AО4-16 bit – аналоговый модуль вывода на 4 канала с разрешающей способностью 16 битов, AI4/AO2×8/8bit– аналоговый модуль на 4 входа и 2 выхода, разрешающая способность – 8 битов.
д) функциональные модули (FM)
выполняют обработку сигналов
независимо от CPU, самостоятельно решают задачи автоматического
регулирования, позиционирования, обработки сигналов. Их обозначение FM-350-1, FM-350-2, FM-351, FM-352, FM-353, FM-354 и т.д.
е) коммуникационные процессоры (СР) применяются для установки соединений с подсетями Profibus, Ethernet и т.д. Обозначаются
СР-340, СР-341, СР-342, СР-343 и т.п.
Все вышеперечисленные модули расположены в слотах (см. рис. 1.1).
слот 1 установлен источник питания, в слот 2 – CPU, слот 3 резервиру-
В
ется для IM. В слоты с 4 по 11 можно размещать функциональные, сигнальные модули и коммуникационные процессоры.
При принятии и выдаче дискретных или аналоговых данных контроллер должен их «распознать». Для этого при программировании
необходимо указывать специальные адреса. В служебной памяти
контроллера создается копия состояния
его портов – образ процесса.
Начиная со слота 4 каждый канал имеет определенный адрес. В случае
если модуль является дискретным, то адресация имеет вид Ix.y. Эти дан-
8
ные относятся к типу BOOL. I означает, что сигнал является входным,
I
2)
I
4)
I
6)
4
5
4
5
Х – номер байта, У – номер бита. В каждом слоте может быть 2 или
4 байта. Если сигнал выходной, то обозначение заменяется на Qx.y. На-
пример, если слот 4 является модулем дискретного ввода, то его первые 8
каналов будут иметь I0.0, I0.1…I0.7, вторые 8 – I1.0, I1.1…I1.7 и т.д. Первые восемь
каналов 5 слота имеют адреса – I4.0, I4.1…I4.7, вторые – I5.0,
I5.1…I5.7. Если эти модули являются модулями выхода, то I заменяется на Q (рис. 1.2).
I0.0(Q0.0)
0
1
I0.1(Q0.1)
2
.
3
.
4
.
5
.
6
7
I0.7(Q0.7)
I1.0(Q1.0)
0
1
I1.1(Q1.1)
2
.
3
.
4
.
5
.
6
I1.7(Q1.7)
слот
Дискретные модули
ввода/вывода
слот
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
I4.0(Q4.0)
I4.1(Q4.1)
.
.
.
.
I4.7(Q4.7)
I5.0(Q5.0)
I5.1(Q5.1)
.
.
.
.
I5.7(Q5.7)
IW256(QW256)
0
1
IW258(QW258)
2
3
4
5
6
7
IW270(QW270)
.
.
.
.
0
1
2
3
4
5
6
7
W272(QW27
W274(QW27
.
.
.
.
W286(QW28
слот
Аналоговые модули
ввода/вывода
слот
Рис. 1.2. Адресация модулей ввода/вывода ПЛК Siemens
Для считывания величин, которые принимают значения более
1 бита, используется другая адресация, работающая с иным типом
данных. К ним относятся следующие простые типы: BYTE, CHAR,
WORD, INT, DINT, REAL, DWORD, S5TIME, TIME, DATE, TIME
OF DAY. Например, для считывания данных типа «целое» INT ис-
пользуются аналоговые модули, в которых адресация начинается с
256 байта. Каждый канал занимает 2 байта. Т.е., если в слот 4 помес-
аналоговый модуль ввода/вывода, то адрес первого канала будет
тить
обозначаться IW256, QW256 и т.д. Следующий канал этого модуля
будет иметь адрес IW258 или QW258 и т.д. (см. рис. 1.2). 256 и 258
являются адресами младшего байта информации, занимающей
2 байта.
Для считывания величин, занимающих в памяти больше, чем
«слово», применяется тип данных «двойное слово», для которого
ре-
зервируется 4 байта памяти с адресацией IDx, QDx и т.д., где x – адрес младшего байта величины, занимающей 4 байта.
9
В табл. 1.1 приведен перечень этих типов с разрядностью, диапа-
зоном, примером адресации и описанием.
Таблица 1.1
Основные типы данных, используемые при программировании Siemens
Тип
данных
BOOL 1 0 или 1 Ix.y, Mx.y,
BYTE 8 0÷255 IBx, MBx,
CHAR 8 - -//- -//- Символ ASCII
WORD 16 0÷65535 IWx, MWx,
INT 16 -32768÷32767 -//- -//- Целое число
S5TIME 16 - -//- -//- Значение
DATE 16 1990-01-01÷
DINT 32 -2147483648
REAL 32 ±2.9e-
DWORD 32 0÷429496729
TIME 32 - -//- -//- Значение
TOD 32 00:00:00.000÷
TIMER 16 - Tx T1 Таймер
COUNTER 16 - Cx C1 Счетчик
Разряд-
ность,
бит
Диапазон Адресация
Qx.y и др.
QBx, PIBx,
PQBx и др.
QWx,
PIWx,
PQWx и др.
-//- -//- Дата
2168-12-31
IDx, MDx,
÷2147483647
39÷±1.7e38
5
23:59:59.999
QDx, PIDx,
PQDx и др.
-//- -//- Вещественное
-//- -//- «Двойное»
-//- -//- Время суток
Пример
адресации
I1.2 Бит данных
IB256 Байт данных
PIW256 Слово данных
MD12 «Двойное»
Описание
(число
без знака)
со знаком
времени
в формате
Simatic
целое число
со знаком
число
с плавающей
точкой
слово данных
(число
без знака)
времени в
формате IEC
Помимо косвенного обращения через образ процесса I, Q можно
напрямую обращаться к периферийным портам аналогового вво-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]