3. Разработка архитектуры системы управления

Система управления ГАК представляет собой трехуровневую систему, на нижнем уровне которой осуществляется локальное управление основным и вспомогательным технологическим оборудованием (станками и роботами), на втором – выполняется синхронизация работы систем управления нижнего уровня, а на третьем – диагностика состояния комплекса и управление работой ГАК оператором.

Средством реализации управления верхнего уровня является программируемый логический контроллер.

Каждый станок оснащен своей локальной системой управления, которая обеспечивает работу данной единицы технологического оборудования. В нашем случае, каждый станок оснащен системой ЧПУ «Sinumeric 802», а роботы – системой KUKA KR C2.

Диагностика состояния оборудования осуществляется посредством различных датчиков, расположенных на оборудовании.

В данном разделе подробно рассмотрим выбор оборудования для реализации системы управления. Данное методическое пособие основано на сетевых решениях фирмы Siemens AG.

3.1 Выбор программируемого логического контроллера

Программируемые логические контроллеры предназначены для сбора и анализа информации с первичных датчиков, измерения и сравнения параметров, логической обработки сигналов по заданным алгоритмам и выдачи управляющих воздействий (команд) на исполнительные механизмы.

При программировании промышленных программируемых контроллеров используется стандартный язык контактно-релейной логики или функциональных схем.

• Контроллеры S5-90/ 95/100/115/135/155

Семейство контроллеров SIMATIC S5 состоит из следующих направлений:

S5-90U/95U/100U - это компактные ПЛК, предназначенные для решения простых задач автоматизации. Оба контроллера имеют незначительные массогабаритные показатели и не требуют для своей установки больших объемов.

ПЛК S5-115U используется для построения систем автоматического управления средней степени сложности. Он может комплектоваться одним из пяти модулей центральных процессорных элементов: CPU941…CPU945.

Мультипроцессорные контроллеры SIMATIC S5-135U и S5-155U используются для решения задач автоматизации средней и высокой сложности. Контроллеры могут быть использованы для построения замкнутых и разомкнутых систем автоматического управления и регулирования, решения коммуникационных задач, оперативного управления и мониторинга, сигнализации, регистрации и обработки данных.

Программирование всех контроллеров SIMATIC S5 выполняется на языке STEP 5 с представлением программы в виде списка инструкций (STL - statement list), диаграмм лестничной логики (LAD - ladder diagram) или блок-схем управляющей системы (CSF - control system flow-chart).

• ПЛК SIMATIC S7-200

Программируемые контроллерыSIMATIC S7-200 предназначены для построения систем автоматического управления и регулирования, как отдельных машин, так и отдельных частей производственного процесса. На их основе могут создаваться эффективные управляющие устройства, отличающиеся относительно невысокой стоимостью.

SIMATIC S7-200 позволяют решать широкий спектр задач управления. От замены простых релейно-контактных схем до построения автономных систем управления или создания интеллектуальных устройств систем распределенного ввода-вывода.

Программируемые контроллеры S7-200 находят применение там, где основным требованием к системе управления является ее низкая стоимость. Они находят применение для управления:

• прессами;

• смесителями пластификатора и цемента;

• насосными и вентиляторами;

• деревообрабатывающим оборудованием;

• воротами и дверями;

• гидравлическими подъемниками;

• конвейерами;

• оборудованием пищевой промышленности;

• лабораторным оборудованием;

• обменом данными через модем;

• электротехническим оборудованием и аппаратурой.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 позволяют использовать несколько вариантов организации промышленной связи:

• Сеть PPI

Связь через сетиPPI поддерживается операционной системой центральных процессоров S7-200. Соединения выполняются витой парой и могут использоваться для подключения к программатору, устройствам человеко-машинного интерфейса, объединения нескольких контроллеров. Каждый центральный процессор способен поддерживать одновременный обмен данными с другими центральными процессорами, текстовыми дисплеями или панелями оператора. Скорость передачи данных может составлять 9.6, 19.2 или 187.5 Кбит/с.

К сети PPI могут подключаться:

• Программаторы Field PG или Power PG.

• Персональные компьютеры (AT-совместимые), через PC/PPI- или USB/PPI-кабель.

• Текстовый дисплей TD 200 или TD 200C, сенсорная панель TP 070 или TP 170 Micro, панель оператора OP 73 Micro, другие панели оператора SIMATIC.

• До 31 программируемого контроллера. Одновременно с этим к сети может быть подключен программатор, компьютер, текстовый дисплейTD 200 или панель оператора. Непосредственный обмен данными между двумя контроллерами S7-200 осуществляется с помощью инструкций NETR и NETW.

• Cеть MPI

Все центральные процессоры CPU 22x могут подключаться через встроенный интерфейс к сети MPI и обмениваться данными с программируемыми контроллерами SIMATIC S7-300/S7-400. Скорость передачи данных может составлять 19.2 или 187.5 Кбит/с. В сети MPI контроллеры S7-200 способны выполнять только функции пассивных устройств и не могут обмениваться данными между собой.

• PPI интерфейс в режиме свободно программируемого порта

В этом режиме могут быть реализованы необходимые для обмена данными протоколы (ASCII протокол, протоколы Modbus или USS). Подключение к устройствам с встроенным портомRS 232 осуществляется через PC/PPI-кабель. В CPU 226 в свободно программируемом режиме может использоваться оба встроенных порта. Максимальная скорость передачи данных может достигать 38.4 Кбит/с.

К свободно программируемому PPI порту могут подключаться:

• любые устройства с встроенным последовательным интерфейсом: принтер, сканнер, модем и т.д.;

• программируемый контроллер S7-200 для организации непосредственной связи между двумя центральными процессорами;

• до 31 преобразователя частоты MICROMASTER при использовании протокола USS.

  • AS-Interface

Программируемые контроллерыSIMATIC S7-200 (CPU 22x) с коммуникационным процессором CP 243-2 способны выполнять функции ведущего устройства AS-Interface. К одному коммуникационному процессору допускается подключение до 62 ведомых устройств AS-Interface, обслуживающих до 248 каналов ввода и до 186 каналов вывода дискретных сигналов.

• Ведомое устройство PROFIBUS-DP

PROFIBUS-DP используется для организации однородной связи между всеми системными компонентами SIMATIC, обеспечивает возможность использования изделий других фирм-изготовителей. SIMATIC S7-200 подключается к PROFIBUS-DP через модуль EM 277. Модуль выполняет функции стандартного ведомого DP-устройства и способен выполнять обмен данными со скоростью до 12 Мбит/с.

• Industrial Ethernet

Подключение к сети Industrial Ethernet может производиться через коммуникационный процессор CP 243-1 или CP 243-1IT. В сети Industrial Ethernet CP 243-1 способен поддерживать до 8 логических соединений. Для управления обменом данными используются функции PUT/GET, механизм обмена данными клиент/ сервер, протокол TCP/IP. Обмен данными с компьютерными приложениями может быть организован через S7-OPC сервер. Скорость передачи данных может составлять 10 или 100 Мбит/с.

Коммуникационный процессор CP 243-1IT позволяет интегрировать S7-200 в мир IT-технологий. Он поддерживает функции Web-сервера, а также передачу сообщений по каналам электронной почты.

• Модемная связь

Коммуникационный модуль EM 241 выполняет функции модема и способен работать в одном из следующих режимов:

• дистанционное программирование и отладка с удаленного компьютера, оснащенного модемом и программным обеспечением STEP 7 Micro/WIN.

• обмен данными через сеть MODBUS в режиме ведущего или ведомого сетевого устройства.

• передача буквенно-цифровых SMS-сообщений на мобильные телефоны или пейджеры.

• обмен данными между двумя CPU 22x.

Основные технические характеристики SIMATIC S7-200 представлены в таблице 3.

Таблица 3