Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрические и электронные аппараты. Учебное пособие.pdf
4. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
4.1. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ РЕЛЕ
Программируемые логические контроллеры (ПЛК), применяемые для
автоматизации работы различных систем в области электротехники
и электроэнергетики, как правило, имеют широкий функционал возможностей при сравнительной простоте реализации разрабатываемых программ для решения поставленных задач. Такие ПЛК небольшой мощности
называются программируемыми реле (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Функциональная схема программируемого реле (ПР)
Программируемый контроллер имеет 32-разрядный микропроцессор
(CPU), постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативную память (RAM), внутреннюю шину и устройства ввода-вывода. Устройства
ввода-вывода включают в себя:
– от 4 до 12 дискретных входов (DI «сухой контакт»);
– от 4 до 8 аналоговых входов (AI) для работы с плавно изменяющи-
мися сигналами;
91
– до 8 дискретных выходов (DO) для работы с электромагнитными
реле и контакторами;
– от 2 аналоговых выходов (AO), токовую петлю (4 × 20 мА), 0 × 10 В,
дискретные выходы транзисторной оптопары;
– интерфейсы RS-485;
– USB подключение к персональному компьютеру для программиро-
вания и отладки микроконтроллера;
– клавиатуру и жидкокристаллическую индикацию.
Программирование таких реле осуществляется в среде программирования, использующей язык функциональных блоковых диаграмм [7]. Библиотека компонентов содержит логические функции (НЕ, ИЛИ, И, исключающее ИЛИ), арифметические функции (сложение, вычитание, умножение), функции сравнения, битовые функции (запись, чтение бита, дешифратор, шифратор), триггеры, таймеры, генераторы, счетчики, регуляторы.
Рис. 4.2. Функциональная схема электрических цепей программируемого реле
За один рабочий цикл, выполняемый программой, реле записывает
логические переменные входов во входные регистры памяти (рис. 4.2).
Значения из входных регистров считываются программой и над ними вы-
полняются логические операции в соответствии с алгоритмом работы. Результаты вычислений подаются на выходные регистры памяти, а далее –
на физические выходы прибора.
92
4.2. ПРОГРАММИРОВАНИЕ КОММУТАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ
Для осуществления функций программируемого реле создается коммутационная программа на языке функциональных блок-диаграмм. Коммутационная программа (программа) – это разработанный пользователем
на схеме проекта алгоритм работы для последующей записи в прибор.
Язык функциональных блоков (FBD, Function Block Diagram) – это графи-
ческий язык, предназначенный для визуального программирования. Для
разработки коммутационных программ используется программное обеспечение производителя ПЛК. Наиболее распространенное в настоящее
время программное обеспечение: ONI PLR-S (реле ONI PLR-S), Owen
Logic (реле ОВЕН ПР110, реле ОВЕН ПР200), LOGO! Soft Comfort (реле
Siemens LOGO!), ZelioSoft (реле Zelio Logic Schneider Electric).
Рассмотрим среду программирования Owen Logic. Owen Logic – среда
программирования, предназначенная для создания алгоритмов работы
коммутационных приборов, относящихся к классу программируемых ре-
ле, в частности приборов серий ПР1хх, ПР200 и панели ИПП120 производства компании ОВЕН. Owen Logic позволяет разработать программу
автоматизации системы по собственному алгоритму и записать ее в энер-
гонезависимую память прибора. Для составления программы использует-
ся графический язык FBD, который применяется в цифровых электриче-
ских схемах.
Для разработки коммутационных программ в основном используются
логические сигналы. Логический сигнал («сигнал») – это дискретная физическая величина (напряжение или ток), принимающая только два значения: включено – соответствует логической «1» (лог. «1») и отключено –
логическому «0» (лог. «0»). В качестве структурной единицы программы,
которая после выполнения выдает одно (или более) значение, используются функциональные блоки (ФБ). Основные ФБ, применяемые в среде
Owen Logic, приведены в табл. 4.1.
93
Таблица 4.1
Обозначение функциональных блоков
Выполняемая функция
Логическая функция И
Логическая функция ИЛИ
Логическая функция НЕ
Логическая функция отрицающее ИЛИ
RS-триггер с приоритетом выключения
RS-триггер с приоритетом включения
D-триггер
Импульс включения заданной длительно-
Таймер с задержкой включения
Таймер с задержкой выключения
Функциональные блоки
сти
94
На рис. 4.3 приведен пример системы контакторного управления
SB1
SB2
KM
Входы
Выходы
электроприводом. Программа выполняет те же функции, что и схема,
изображенная на рис. 1.4.
Рис. 4.3. Программа контакторного управления
При нажатии на кнопку SB1 происходит подача логического сигнала
на вход программируемого реле I1. При этом логическая единица поступает
сначала на нижний логический элемент ИЛИ, затем на элемент НЕ, после
чего логический ноль поступает на вход верхнего логического элемента
ИЛИ, что обеспечивает поступление сигнала на выход Q1. Наличие сигнала
на выходе Q1 приводит к подаче напряжения на катушку контактора KM.
При нажатии на кнопку SB2 происходит подача логического сигнала на
вход I2. При этом логическая единица поступает сначала на верхний логический элемент ИЛИ, затем на элемент НЕ, после чего логический ноль поступает на вход нижнего логического элемента ИЛИ, что обеспечивает снятие
сигнала на выходе Q1. Отсутствие сигнала на выходе Q1 приводит к снятию
напряжения на катушке контактора KM. Пунктирная линия, показанная
в программе, означает задержку передачи сигнала на один такт, это необхо-
димо для устойчивой работы схемы при подаче двух единиц на входы I1 и I2
(одновременно нажимаются кнопки SB1 и SB2). При этом обеспечивается
приоритет сигнала входа I2, который снимает сигнал с выхода Q2.
95
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4.1
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ НА ЯЗЫКЕ ФБД
ДЛЯ ПЛК АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Цель работы: создать программу на языке ФБД для ПЛК автоматизи-
рованного электропривода.
Основные теоретические сведения
Пример применения программируемого реле приведен на рис. 4.4, где
показана схема управления асинхронным электроприводом.
Рис. 4.4. Электрическая схема стенда
Схема на рис. 4.4 содержит:
– программируемое реле ПР110 (ПР200);
– автоматические выключатели QF1, QF2;
– трехфазные контакторы KM1, KM2;
– тепловое реле KK;
– кнопки SB2, SB3, SB4;
96
– кнопку аварийного отключения SB1;
– сигнальные лампы HL1, HL2, HL3, HL4, HL5;
– звонок HA;
– концевые выключатели SQ1, SQ2.
Для реализации программного управления используется язык функ-
циональных блоковых диаграмм (ФБД, FBD), предназначенный для программируемых реле. Данный язык программирования реализован в среде
Owen Logic [7], которая предназначена для работы с программируемым
реле ПР110 (ПР200). Блок (элемент) – это подпрограмма, функция или
функциональный блок (И, ИЛИ, НЕ, триггеры, таймеры, счетчики, блоки
обработки аналогового сигнала, математические операции и др.). Каждая
отдельная цепь представляет собой выражение, составленное графически
из отдельных элементов. К выходу блока подключается следующий блок,
образуя цепь. Внутри цепи блоки выполняются строго в порядке их со-
единения. Результат вычисления цепи записывается во внутреннюю пере-
менную либо подается на выход ПР. Коммутационная программа создает-
ся путем помещения логических функций, триггеров, задержек, таймеров
и т. д. (блоки программы) на основное поле алгоритма (рис. 4.5), а также
соединения активных входов через блоки программ с выходами релейного
действия.
Программа для реверсивного электропривода стола металлообработки
показана на рис. 4.5. При нажатии на кнопку SB2 происходит подача управляющего сигнала (логической единицы) на вход I2, при этом сигнал поступает на вход S триггера RS1, выход которого соединен с выходом Q1, коммутирующим катушку контактора KM1. Одновременно сигнал выхода триггера RS1, подаваемый на логический элемент ИЛИ (OR), запускает генератор импульсов Blink 1, управляющий лампой HL (выход Q2), которая мор-
гает с частотой 0,5 Гц во время движения. Одновременно с генератором им-
пульсов Blink 1 подается сигнал на блок импульса сигнала заданной длительностью TP1, что вызывает срабатывание звонка HА на время 2 с.
97
При включении контактора KM1 двигатель запускается в прямом направле-
SB4
SB2
SB3
SQ1
SQ2
KM1
HL
KM2
HD
Входы
Выходы
нии. Подача сигнала I1 блокирует работу триггера RS2, что, в свою очередь,
блокирует сигнал выхода Q3 для контактора KM2. При нажатии на кнопку
SB2 происходит подача управляющего сигнала (логической единицы) на
вход I4. Далее сигнал поступает на вход S триггера RS2, выход которого соединен с выходом Q3, коммутирующим катушку контактора KM2. Одновременно сигнал выхода триггера RS2, подаваемый на логический элемент
ИЛИ (OR), запускает генератор импульсов Blink 1, управляющий лампой HL
(выход Q2), которая моргает с частотой 0,5 Гц во время движения. При
нажатии на кнопку SB4 (вход I1) происходит блокирование обоих триггеров,
что снимает подачу напряжения на катушки KM1, KM2. Концевые выключатели SQ1 и SQ2 используются для предотвращения выхода исполнительного
органа за пределы рабочей зоны, при этом сигналы входов реле I3, I5 блокируют управляющие триггеры RS1 и RS2.
Рис. 4.5. Алгоритм управления (коммутационная программа)
реверсивным электроприводом
План работы
1. Собрать коммутационную программу в среде Owen Logic. Для чего
создать новый проект, выбрать тип реле. В соответствии с рис. 4.5 разместить и соединить между собой, соединить со входами/выходами логиче-
98
ские функции, триггеры, импульс включения заданной длительности, генератор импульсов.
2. Запустить схему в режиме моделирования, для чего в режиме симу-
лятора программы Owen Logic («Режим симулятора» – «Пуск») последовательно проверить состояние выходов Q1–Q4 в режиме прямого движения (нажать и отпустить I2), а также в режиме реверса (нажать и отпустить I4). Проверить останов (вход I1, I3, I5) при активном сигнале Q1 или
Q3. Воздействие на сигнал I3 (I5) при активном сигнале Q3 (Q1) не должно прерывать его.
3. Запрограммировать реле («Записать программу в прибор»,
CTRL+F7), подать напряжение на стенд, включив QF1, QF2 (рис. 4.4).
4. Разработать по приведенному ниже заданию коммутационную про-
грамму для схемы с автоматическим программным движением.
Задание. В исходном положении исполнительный орган ИО находит-
ся между концевыми выключателями SQ1 и SQ2 и ни один из конечных
выключателей не нажат. Для начала работы электропривода нажимается
кнопка SB2, в результате чего включается контактор KM1 и двигатель M,
будучи подключенным к питающей сети, обеспечивает движение ИО
в направлении «Вперед». При подходе ИО к конечному выключателю SQ2
и воздействии на него происходит разрыв цепи катушки контактора KM1
и подключение к источнику питания контактора KM2, обеспечивая движение ИО в направлении «Назад». При подходе ИО к конечному выключателю SQ1 и воздействии на него произойдет обратное переключение в
схеме – отключится контактор KM2 и включится KM1, после чего исполнительный орган вновь начнет двигаться в направлении «Вперед». Такое
цикловое возвратно-поступательное движение будет происходить до тех
пор, пока не будет нажата кнопка SB2.
5. Запустить разработанную схему в режиме моделирования и прове-
рить работоспособность, для чего в режиме симулятора программы Owen
Logic («Режим симулятора» – «Пуск») последовательно проверить состояние выходов Q1–Q4 при воздействии на входы I1–I4.
99
6. Запрограммировать реле («Записать программу в прибор»,
CTRL+F7), подать напряжение на стенд, включив QF1, QF2 (рис. 4.4).
При разработке схем с движущимися элементами необходимо преду-
смотреть:
− возможность отключения электродвигателей кнопкой управления;
− блокировку от одновременного включения обоих магнитных пуска-
телей электродвигателя;
− блокировку от разрыва цепей катушек магнитных пускателей при
самовозврате контактов путевых выключателей;
− тепловую защиту электродвигателей.
Работоспособность схемы определяется в ходе испытаний в присут-
ствии преподавателя.
Контрольные вопросы
1. Устройство и принцип работы программируемого реле.
2. Составьте схему автоматического управления движущимся элемен-
том и объясните принцип ее работы.
3. Что такое ФБД и коммутационная программа?
4. Объясните принцип работы электрической схемы стенда.
5. Охарактеризуйте основные блоки, используемые в разработанной
программе.
100