/
Автор: Бадугин Д.А. Бычков Е.В. Дарьенков А.Б. Мельников В.Л. Титов Д.Ю.
Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы автоматика системы автоматического управления и регулирования интеллектуальная техника технология управления оборудование систем управления техническая кибернетика отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства электричество электрооборудование электропривод учебное пособие электроавтоматика
ISBN: 978-5-9729-2660-2
Год: 2025
Текст
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА
ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
В двух томах
ТОМ II
Рекомендовано учёным советом Нижегородского государственного
технического университета им. Р. Е. Алексеева
в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению
13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
Под редакцией доктора технических наук
Е. А. Чернова
Москва Вологда
«Инфра-Инженерия»
2025
УДК 621.9.06:681.58
ББК 34.630.2
Э45
Авторы:
Бадугин Д. А., Бычков Е. В., Дарьснков А. Б., Мельников В. Л., Титов Д. Ю., Чернов Е. А.
Рецензент:
доктор технических наук, профессор кафедры электрификации и автоматизации
Нижегородского государственного инженерно-экономического университета
А. С. Серебряков
Э45
Электроавтоматика программируемых контроллеров : учебное
пособие. В двух томах. Том II / [Бадугин Д. А. и др.] ; под ред. д. т. н.
Е. А. Чернова. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2025. - 372 с. :
ил., табл.
ISBN 978-5-9729-2658-9
ISBN 978-5-9729-2660-2 (Том II)
Рассмотрены назначение, принципы организации, подключение, синтаксис
языков программирования электроавтоматики и практические примеры приме
нения широкого спектра промышленного оборудования: программируемых ло
гических контроллеров фирм Шнайдер, Овен и Сименс, программируемых па
нелей оператора, регулируемых электроприводов, промышленных датчиков,
регуляторов температуры. Кратко изложена инженерная методика проектиро
вания алгоритмов управления. Отдельные главы посвящены способам органи
зации связи контроллеров, панелей оператора, электроприводов и компьютера,
программированию в системе SCADA и среде CoDeSys.
Для студентов, специализирующихся в области электроавтоматики и элек
тропривода, а также инженерно-технических работников, занимающихся проек
тированием, наладкой и эксплуатацией электрооборудования станков, электри
ков наладчиков промышленных предприятий.
УДК 621.9.06:681.58
ББК 34.630.2
ISBN 978-5-9729-2658-9
ISBN 978-5-9729-2660-2 (Том II)
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2025
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2025
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящую книгу, под общей редакцией Е. А Чернова, написали препо
даватели кафедры «Электрооборудование, электропривод и автоматика» Ниже
городского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева:
Бадугин Дмитрий Анатольевич, ст. преподаватель;
Бычков Евгений Викторович, доцент, к. т. н.;
Дарьенков Андрей Борисович, д. т. н. заведующий кафедрой;
Мельников Владимир Леонидович, доцент, к. т. н.;
Титов Дмитрий Юрьевич, доцент, к. т. н.;
Чернов Евгений Александрович, д. т. н. заместитель главного конструк
тора Горьковского завода фрезерных станков.
Книга написана на основе многолетнего опыта авторов по разработке и
внедрению автоматизированных систем управления различными промышлен
ными механизмами на базе программируемых логических контроллеров, про
граммируемых панелей оператора и регулируемых электроприводов. Книга
написана в непростое для страны время. Несмотря на уход (полагаем, времен
ный) ведущих иностранных фирм-производителей РЕС с нашего рынка, счита
ем написание данной книги весьма полезной по следующим причинам:
- программируемые контроллеры являются основной элементной базой
автоматизации различного промышленного оборудования, при этом
общий подход к проектированию электрооборудования не зависит
от типа контроллера. Знание процедуры проектирования на одном
контроллере позволит легко повторить эту работу на любом другом;
- во многих вузах страны имеются специализированные лаборатории
контроллеров фирм Шнайдер, Сименс и др., что позволяет закреплять
теоретические знания на практике, дать возможность студентам пове
рить в себя, понять, что они правильно выбрали свою профессию;
- стенды лабораторий оснащены программируемыми панелями оператора,
являющимися в настоящее время неотъемлемой частью общей системы
автоматизации. Студентам предоставляется возможность получить хоро
шую практику по разработке человеко-машинного (НМІ) интерфейса;
- на промышленных предприятиях страны имеется большое количество
оборудования, оснащенного контроллерами, рассмотренными в книге.
Со временем оно выходит из строя, и, в условиях «санкций», предпри
ятия остро нуждаются в специалистах, умеющих восстановить работу
оборудования или его модернизировать. Добавлены контроллеры оте
чественного производства.
4
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
В книгу также включены разделы, посвященные проектированию НМІинтерфейсов и общей методологии проектирования алгоритмов управления
промышленными механизмами. Это очень важно, так как только специализиро
ванных знаний по выбору, подключению, установке связи с компьютером и
синтаксису языков программирования РЬС совершенно недостаточно, чтобы
написать для контроллера рабочую программу. Нужно уметь формализовать
работу автоматизируемого механизма, разработать идеологию органов управ
ления, составить алгоритмы управления и написать программу электроавтома
тики, адаптировав ее к конкретному используемому типу контроллера.
Возможности современных программируемых контроллеров практически
не ограничены, изложить в одной книге этот огромный материал невозможно, да
авторы и не в состоянии это сделать. По этой причине изложенный материал, хо
тя и очень подробный, касается только основных принципов локальной автома
тизации промышленных объектов. Авторы старались максимально иллюстриро
вать излагаемый материал реальными практическими примерами. Во многих
высших учебных заведениях регулярно издаются учебные пособия по данной
тематике, и каждая книга дает возможность студентам получить новые знания.
Полагаем, что эта работа будет продолжаться.
Очень надеемся, что наша книга поможет восстановить подготовку спе
циалистов по автоматизации, и, в конечном итоге, своего полноценного произ
водства металлообрабатывающего и другого машиностроительного производ
ства.
Главное, чему должен научиться инженер, это систематизации и общему
подходу к решению поставленной задачи. Изучить, понять и запомнить инфор
мацию по всем существующим электроприводам, программируемым контрол
лерам и языковым средствам невозможно. Нужно знать последовательность
решения задачи, какую минимальную информацию следует выбрать из огром
ного объема сопроводительной, часто непонятной, технической документации
и как ей воспользоваться. После чего разработать типовые решения и всегда
ими пользоваться.
При этом совершенно сознательно, с педагогической точки зрения, были
приняты следующее решения:
- по всей структуре книги изложить решение простейшей задачи управ
ления нерегулируемым АД на разных языках и типах программируемых
контроллеров;
- на примере электропривода АІІіѵаг 12 показать разные принципы
управления одним и тем же регулируемым электроприводом. Рассмот
рено аппаратное подключение и задание параметров привода для сле
дующих способов управления:
• автономное управление от встроенного пульта привода;
ПРЕДИСЛОВИЕ
5
• 2-х и 3-х проводные способы автономного управления приводом;
• управление приводом от программируемого контроллера от анало
гового сигнала напряжения +/-10 В и по токовой петле +/—20 ма;
• управление от программируемой панели оператора;
• управление по протоколу Modbus.
- синтезировать фрагмент автоматического цикла смены инструмента
станка с ЧПУ, используя разные языковые средства PLC;
- привести так же примеры синтеза сложных алгоритмов для самостоя
тельной проработки;
- изложить краткие сведения по датчикам систем автоматизации, а так
же способах организации связи между контроллером, панелью опера
тора, электроприводом и компьютером.
В книге рассмотрены основы программирования на следующих базовых
языках:
LD - Ladder Diagram (графический язык релейно-контактных схем);
IL - Instruction List (текстовый аккумуляторный язык);
FBD - Function Block Diagram (графический язык бесконтактных логиче
ских элементов);
ST - Structured Text (текстовый язык высокого уровня);
SFC - Sequential Function Chart (язык последовательных графов);
CFC - Continuous Function Chart (вариант графического языка FBD).
Авторы сочли также необходимым включить в книгу главы по основам
программирования контроллеров в SCADA-системе и универсальной среде
программирования CoDeSys.
Таким образом, в одной книге собран материал, вполне достаточный для
получения хороших базовых знаний по автоматизации локальных объектов на
базе программируемых логических контроллеров. Надеемся, что эти знания
позволят читателю самостоятельно перейти на более высокий профессиональ
ный уровень.
Материал книги разбит на два тома.
В первом томе изложен следующий материал:
- общие сведения и классификация PLC;
- программируемые контроллеры серии ТМ221 и ТМ200 фирмы Шнай
дер;
- интеллектуальное логическое реле ZelioLogic;
- интеллектуальное логическое реле фирмы ОВЕН;
- программируемые контроллеры фирмы Сименс;
- управление PLC от программируемых панелей оператора.
6
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Второй том включает следующие главы:
- датчики систем автоматизации;
- управление электроприводом Альтивар_12 от РЬС;
- регулятор температуры фирмы Овен;
- протоколы связи и локальные сетевые структуры;
- основы применения систем 8сада;
- введение в программную среду СоВеБуз Ѵ2.3;
- методология проектирования дискретных алгоритмов управления.
Желаем читателям успехов в творческой работе при разработке и эксплу
атации электроавтоматики на базе РЬС.
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ АЬТІѴАБ 12
7.1. Общие сведения
Для автоматизации производства и бытовых нужд российские и мировые
электротехнические фирмы предлагают огромную номенклатуру преобразова
телей частоты, регулируемых и следящих электроприводов. В данной главе на
примере простейшего ПЧ серии АШѵаг 12 фирмы Шнайдер излагается общий
подход к их изучению и вводу в эксплуатацию.
Рис. 7.1. Общий вид ПЧ АКіѵаг 12
Фирма выпускает серию подобных преобразователей различного назна
чения в средствах малой автоматизации, в медицинской и пищевой промыш
ленности, в деревообрабатывающих станках и т. д.
Последовательность разработки проекта автоматизации при использова
нии подобных приводов следующая:
- изучение объекта автоматизации, его назначения и технических воз
можностей;
- выбор типа электропривода и двигателя в соответствии с поставленной
задачей;
- изучение выбранного электропривода:
• состав и способ установки,
• подключение,
• система параметров, процедурные вопросы их ввода,
• выбор способа управления,
• конфигурация привода, ввод рабочих параметров;
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
8
- разработка пульта и органов управления;
- разработка принципиальной электрической схемы и перечня элемен
тов;
- конструктивные и монтажные чертежи установки ПЧ в электрошкафе;
- расположение двигателя на автоматизируемом объекте, разводка кабе
лей;
- разработка инструкции по эксплуатации.
Далее рассматриваются только вопросы, касающиеся непосредственно
электропривода.
7.2. Технические характеристики привода
В зависимости от области применения приводы выпускаются на различ
ные напряжения питающей сети (табл. 7.1).
Таблица 7.1
Однофазное напряжение питания: 100...120 В 50/60 Гц
Для трехфажых двигателей 200/240 В
Дмнтм>________ Сетов— питан— (моя) _________ ___________ Лре^(«ытц)__________ Ном.по аат.
Мп—«ОСТК
Маас ли—йныйтоі
Пол—я
Мощность.
Нп—і.
Меясперех—нт (2)
Габар.
(3)
рас—маем ток
опт_________
аяпри
кі
“Яс
5с
номиналъ*
______________________________________________________омтоаа(1)____________________________________________________
_«Вт_____ п с______ А
А__________ хВА_______ Вт__________ А_________ А________А_____________________ _ _____ _
0 18
0 25
6
5
1
18
1.4
2.1
2.3
АТУ12НО18Г1
ІС1
0 37 ~0~5
11 4
93
1 9
29
2.4
3.6
4
АТѴ12Н037Г1
1С1
ужата— на
шил—та(1)
075
1
_______________________ мощность
при 100 В
пра 120 В
18 9
15.7
33
48
4,2
6.3
69
АТѴ12Н075Г1
2С1
Однофазное напряжение питания: 200...240 В 50/60 Гц
Для трехфазных двигателям 200/240 В
Даша тайн_______ Сетов— питан— (анод)_________________________ Привод (вывод)__________ Ном.по кат.
Мощность.
уваззыи——
имльдиао (1)
Маас линейный то#
____________________
при 200 В
при 240 В
Полная
Мощность.
мощность расоонеае
мая при
тоа
Мвоспорохсьтн
(2)
ту в тан.______
Іп
ТЙс
Намин
Габар.
(3)
2с
нанимать*
омтоаа(І)
-Ж-------- ------------ X--------------X-------------- Ж---------- К--------------X------------ X--------- X-----------------------------------------тн?—га—5а---------- л--------------п------------и-------------- л---------- л
я—хплткяяе—из—
"537------ 53---------53------------- 23---------- 5-------------- 27--------------Л----------- 53------ 4------------ ХК/15Н657ЯГ і«---ЧТЯ------га------- I---------------- 57---------- 53------------54--------------53----------- 53------ 53---------- АТгЧЖЙИЙ “ПЭ---■ 575- 1----------- 153------------ 83---------- 53------------Я------------- 43----------- 83------ 83---------- *ТѴ(И?!Ш 1«---Т5------- 5----------- 178------------ 143---------- 83------------75--------------73-----------ИЗ----- 134--------- ХТ915И018Я5ТСЗ----
ZEZZIZZZZKZZZZZ21EZZZZEZZZ1IZZZZI^ZZZZIEZZZI^1EZ^^
Напряжение трехфазного питания: 200...240 В 50/80 Гц
Для трехфазных двигателей 200/240 В
Дожат еяь_______ Сотов— питан— (плод)________________________ Пр—од (выход)___________ Ном.по ват.
Габар.
Мощность.
Маас линейный тоа
Полная
Мощность. Номик
Маяспораходн. (2)
(3)
утаївші——
_______________________ мощность рас—на—
тая
тавот—________
шильдиао(1)
при 200 В
при 240 В
мая при
|п
60с
2с
номиналъ*
_____________________________________________________ ом топа(1)
авт
пс.
А__________ А__________ РВА_______ Вт__________ А________ А
А_________ _____________________
018
0.25
2
1 7
07
16
1.4
2.1
23
АТѴ12Н018МЗ
1СЗ
О 37
05
3 6_________ 3__________ 1 2_________ 24__________ 2 4_______ 3 6
4
АТѴ12Н037МЗ
1СЗ
0 75
1_______ 6 3_________ 5 3_________2 2_________41__________ 44
63
69
АТѴ12Н075МЗ
1СЗ
13
2________ 11 1________ 93________ 3.9________ 73__________ 76_______ 112
12.4
А1У12НЦ15МЗ УЗ
22
3_______ 149________ 12 5________ 52_________ 85__________ 10_______ 15
16.5
АТѴ12НЦ22МЗ
УЗ
3______ 4________ 19__________ 159________ 66________ 94__________ 122
18 3
20.1
АТѴ12НЦЗОМЗ
УЗ
4
55
23 8
19 9
83
128
16 7
25
27.6
АТѴ12НЦ40МЗ
ЭГЗ
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
9
Изучение материала рассматривается на примере электропривода типа
АТѴ12Н055М2 (0-5 кВт, 220 В), технические характеристики которого приве
дены в табл. 7.2.
Таблица 7.2
Число фаз сети
1
Номинальное напряжение питания
Частота сети питания
200...240 В-15...10 %
50...60 Гц-5...5 %
Выходная частота
Частота коммутации
0,5...400 Гц
2... 16 кГц, регулируемая
»л
Мощность двигателя
"*і‘;!Ж
17,8 А при 200 В;
І4,9АТ 240 в
Линейный ток
Полная мощность
Тормозной момент
Рассеиваемая мощность |
Макс, переходный ток
Диапазон скорости
Закон управления двигателем
Протокол обмена данными
Тип разъема Modbus/CAN
Физический интерфейс
Степень защиты
^^^нннннви
70 % без тормозного резистора
72 Вт при нормальной нагрузке ?^
11,2 А для 60 с
■
- скалярный закон (скалярное
U/f-регулирование);
- векторный закон (векторное
управление потоком без обратной
связи по скорости);
- квадратичный закон (вентиляторная
характеристика механизма Кп2 насосы, вентиляторы)
Modbus
RJA5
RTU
/15485 двухпроводной
и, ■„ ?ц^О12®Й<;Ж'ч^ • #^йа&Ш5ШШЗШ&^^
IP20
________________________________________________________
■
7.3. Подключение преобразователя
Расположение клемм подключения, их назначения и органов управления
приводом приведено на рис. 7.2, а обобщенная принципиальная схема подклю
чения на рис. 7.3.
Принципиальная схема подключения включает:
- клеммы для подключения силового питания R, 8, Т;
- клеммы для подключения двигателя и, V, W;
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
10
-
клеммы для подключения тормозного блока или резистора +/-РА;
клеммы внутренних источников питания +24 В, +5 В, СОМ;
четыре дискретных входа Ы1-Ы4;
один аналоговый вход АІ1;
один релейный выход ЯІ с перекидными контактами;
один транзисторный выход +/-ЕО;
один аналоговый информационный выход АО1;
один последовательный канал Ю45.
Если возможно
заблокируйте крыижу
с помощью пломбы
Расположение клемм управления
^|533Ц
RJ45
R1A
R1В
R1C
СОМ
АН
5Ѵ
АО1
LO*
LOСОМ
U1
LI2
Примечание: дли подключения
проводников используйте
крестообразную отвертку 0,6x3
Клеммы управления
ATV12
U3
U4
♦24Ѵ
R 345
Нормально открытый (НО) контакт реле
Нормально закрытый (НЗ) контакт реле
Общий вывод реле
Общий вывод аналоговых и логических аходов/выходоа
Аналоговый вход
Питание *58 пост т внутренний источник
Аналоговый выход
Логический выход (коллектор)
Общий вывод логических выходов (эмиттер)
Общий вывод аналоговых и логических входов/выходов
Логический вход
Логический ВХОД
Логический вход
Логический вход
Питание *24 В пост, т . внутренний источник
Разъем подключения для ПО SoMove. сети Modbus или выносного терминала
Допустимое сечение
провода (1)
MM2(noAWG)
R1A. R1B, R1C
Момент затяжки (2)
Нм(фд)
0.75.. 1.5(16.. 16)
0 5.. 06(4 4... 5.3)
Другое клеммы
0.14... 1.5(26... 16)
Рис. 7.2. Расположение органов управления приводом и клемм подключения
Назначение всех дискретных и аналоговых входов / выходов устанавли
вается параметрами привода.
Питание дискретных входов и выходов может осуществляться как от
внутреннего, так и от внешнего источника.
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
11
220V
Рис. 7.3. Принципиальная электрическая схема подключения электропривода
(внутреннее питание входов и выходов, режим Source)
Предусмотрено два режима подключения входов и выходов: Source и
Sine, что позволяет подключать к ПЧ индуктивные датчики класса рпр или прп.
Смена режима осуществляется переключателем, расположенным в правом
нижнем углу корпуса преобразователя.
Варианты подключения дискретных входов и выходов приведены на
рис. 7.4 и рис. 7.5. Замыкание контура тока входных сигналов в режиме Sine
обеспечивается внутренними соединениями, не показанными на схемах.
12
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 7.4. Подключение дискретных сигналов от внутреннего источника:
а - Source, б - Sine
Рис. 7.5. Подключение дискретных сигналов от внешнего источника:
а - Source, б - Sine
Управление приводом, в зависимости от установки параметров, может
осуществляться:
- от локального пульта управления кнопками Start/Stop, Run и колесом
Навигатора;
- от аналогового или токового сигнала, подключаемого ко входу AI 1.
Задающий сигнал однополярный, реверс осуществляется параметрированием дискретных входов;
- от входных дискретных сигналов с фиксированным набором скоро
стей;
- по протоколу Modbus через последовательный порт RJ45.
Технические характеристики входов и выходов сведены в табл. 7.3.
13
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
Таблица 7.3
Характеристики входов и выходов
Клемма
Наэшмммив#
Электрические характеристики
R1A
НО контакт реле
Мии переключающая способность:
• 5 мА для 24 В с
R1B
НЗ контакт рала
Макс, переключающая способность:
* 2 А для 250 В - или 30 8 с на индуктивной нагрузке
R1C
Общий вывод рало
(со* а ■ 0 4 и ІУН • 7 мс)
• 3 А для 250 В - и 4 А для 30 В с на резистивной нагрузке
(со* а ■ 1 и ия * о)
СОМ
Общий вывод аналоговых и логических ах /вых
АП
Аналоговый вход напряжения и тока
* время отклика 30 ИС максимум.
• разрешение 10 бит
• точность: * 1% при 25*С (77*F)
• линейность, к 0.3% (от полной шкалы)
• время дискретизации 20 мс з 1 мс
Аналоговый вход напряжения 0 . .*5 В или 0*10 В
(максимальное напряжение 30 8) полное сопротивление 30 кОм
Аналоговый вход тока х. у мА. полное сопротивление: 250 Ом
5V
Питание *5 В пост. т. для задающего
• точность: 3 5%
• максимальный ток: 10 мА
потенциометра
АО1
Аналоговый выход по току и напряжению
(коллектор)
• разрешение вбит
• точность * 1% при 25’С (77*0
* линейность к 0 3% (полной шкалы)
• время обработки. 4 мс (максимум 7 мс)
Аналоговый выход напряжения: 0 *10 В (максимальное
напряжение +1%)
• минимальное выходное полное сопротивлежхе 470 Ом
Аналоговый выход тока: х. 20 мА
• максимальное выходное полное сопротивление 800 Ом
LO+
* напряжение. 24 В (максимум 30 В)
Логический выход
• полное сопротивление 1 кОм. максимум 10 мА
(100 мА на отбытом коллекторе)
'линейность 11%
• время обработки 20 мс з 1 мс
LO-
Обидій вывод логического выхода (эмиттер)
U1
LI2
из
U4
Логические входы
Программируемые логические входы
* питание *24 В пост т (максимум 30 В)
• полное сопротивление: 3.5 кОм
■ состояние 0 если < 5 В, состояние 1 если >118
в положительной логике
• состояние: 1 если <10 8, состояние 0 если > 16 В или
отключен (не присоединен) в отрицательной логике
• время дискретизации < 20 мс з 1 мс
♦24Ѵ
Питание * 24 В пост, т... внутренний источник
* 24 8 пост т. -15% *20% с защитой от КЗ и перегрузок.
Максимальный доступный ток 100 мА
7.4. Параметры
Система параметров предназначена для конфигурирования преобразова
теля с целью задания ему свойств, необходимых для управления автоматизиру
емым объектом.
Главные параметрируемые установки это:
- закон управления преобразователем:
скалярный СТ,
вентиляторный,
векторный;
14
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- способ управления:
аналоговый,
токовый,
по последовательному каналу;
- характеристики сигналов управления:
напряжение (0-5) В, (0-10) В,
ток (4-20)мА и др;
- канал задания:
клеммник,
выносной пульт,
навигатор,
Modbus;
- канал управления:
клеммник,
местное управление (кнопки Run, Stop, Навигатор),
выносной пульт,
Modbus;
- параметры двигателя;
- назначение входов и выходов;
7.4.1. Общая структура дерева параметров, последовательность работы
- характеристики разгона и замедления;
- реакция на неисправности и диагностика.
Таблица 7.4
Дерево параметров
Пояснение
Главные режимы: REF - Mon - Conf
REF - Чтение задания скорости
Mon - Мониторинг
Conf - Конфигурация параметров
Нач. вызов - Кн Mode или Enter
Кнопка Enter - нажатие навигатора
Переключение режимов - поворот навигатора
Пользовательское меню (MyMenu):
Вызов MyMenu - Кн Enter из Conf
№
1
2
3
4
bFr, Frl, ACC, deC, LSP, HSP, nPr, nCr,
Allt, SCS, FCS, FULL
Full - Полное меню параметров
Тематические меню:
CFGІ_ОdrCCtlFUFitСОМ-
Макроконфигурация
Входы / выходы
Электропривод
Управление приводом
Прикладные функции
Неисправности
Организация связи
Вызов Full - Кн Enter из Conf
Вызов первого тематического меню GFG Кн Enter из Full, далее переключение
по кольцу поворотом Навигатора
Возврат назад на один шаг - Кн ESC
15
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
Окончание таблицы 7.4
№
Дерево параметров
Подменю. Например CFG:
5
режим Старт/Стоп
ПИД-рсгулятор
Управление скоростью
Код параметра. Например І_О-:
tCCвыбор 2/3-х проводного упр.
tCtтип 2-х проводного управл.
пРІтип логики дискр. Выходов
АНтип аналогового входа
и т. д.
Значение параметра. Напр. tCC:
2С2-х проводное управление
ЗС3-х проводное управление
StSPidSpd-
6
7
Пояснение
Вызов первого подменю: Conf / Full / CFG /
StS, далее по кольцу Навигатором
Активизвция - Кн Enter
Вызов первого кода параметра: Conf / Full /
І О- / tCC, далее по кольцу Навигатором
Раскрытие значений параметра - Кн Enter
Вызов первого значения параметра:
Conf / Full / 1_О- / tCC / 2С, далее по кольцу
Навигатором
Запись параметра 2С - Кн Enter
Для управления приводом и параметрами на лицевой панели расположе
ны следующие органы управления:
- кнопка Mode для возврата в главное меню;
- поворотный навигатор для переключения папок и имен параметров со
встроенной нажимной кнопкой Enter для активизации выбранной пап
ки и ввода значения параметра;
- кнопка ESC для возврата на предыдущую позицию;
- кнопка Stop/Reset останова работы и сброса ПЧ;
- кнопка Run запуска работы ПЧ;
- четырех-сегментный индикатор визуализации состояния ПЧ и пара
метров.
7.4.2. Заводские параметры
По умолчанию, в приводе установлены основные параметры согласно
табл. 7.5.
Таблица 7.5
Заводские установки параметров
Код
Описіим
Значение
ЬРг
Стандартная частота питания двигателя
МГц
UnS
Номинальное напряжение двигателя
230 8
5Z
ЯСС
Время разгона
3 секунды
§1
dEC
Время торможения
3 секунды
53
LSP
Нижняя скорость
0 Гц
hsp
Верхняя скорость
МГц
Ctk
Закон управления двигателем
Стандартное Ц/Г-регулирование
И
UP г
Ш-компенсация (скалярное ОЛ-регулирование)
100%
и
стр.
21
й
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
16
Окончание таблицы 7.5
Ко*
1th
Омкмм
Значение
Тепловой то« двигателя
равен номинальному току двигателя (значение
стр.
определяется номинальной мощностью двигателя)
SdC I
То»: автоматического динамического торможения
0.7 х номинального тока а течение 0.5 секунды
fil
SFr
Частота коммутации
4 кГц
52
Ниже приводится полный перечень параметров преобразователя, сгруп
пированный по тематическому признаку, что значительно облегчает работу.
7.4.3. Полный перечень параметров
MyMenu Пользовательское меню
Пользовательское меню (MyMenu) содержит 9 наиболее часто использу
емых в прикладных задачах параметров. При помощи специального ПО ввода
в эксплуатацию SoMove меню может быть расширено до 25 параметров.
LFr - Задание скорости с выносного терминала
AIU1 - Виртуальный аналоговый вход
bFr - Частота питания (50 гЦ)
Fri - Канал задания 1:
AI 1 - клеммник;
LCC - выносной терминал;
Mdb - протокол Modbus;
AIUI - встроенный дисплей, навигатор
АСС - Время разгона
dEC - Время торможения
LSP - Минимальная скорость (0 гЦ)
HSP - Максимальная скорость (50 гЦ)
пРг - Номинальная мощность
SCS - Заводская конфигурация
FCS - Заводская настройка
FULL - Вызов полного меню
CFG Макроконфигурация (табл. 7.6)
Параметры макроконфигурации позволяют управлять приводом в трех
режимах с заранее заданными свойствами: режиме Старт/Стоп, режиме ПИДрегулятора и режиме управления скоростью. В табл. 7.6 указаны фиксировано
назначенные параметры. Прочие параметры, при необходимости, назначаются
пользователем.
Параметры ПИД-регулятора в главе не рассматриваются.
17
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
Таблица 7.6
Параметры макроконфигурации
Вх/Вых,
Параметр
АІ 1 - аналоговый вход
АПЛ - виртуальный вход
АО1 -анал. выход
StS - старт/стоп
Режим
Pid - регулятор
SpD - скорость
Обр. связь ПИД
Канал 1
Канал 1
Ошибка
Ошибка
Ошибка
Вперед
Вперед
Вперед
Авт/Ручной
Назад
2 скорости
Канал 1
ЬОІ - транз. выход
Я1 - релейный выход
2-х
проводное
управление
tCC - 2
3-х
проводное
управление
tCC = 3
LI1
LI2
L13
LI4
LI1
L12
LI3
LI4
Fri - канал 1
Ctt - закон управления
rin - запрет реверса
AI 11 - тип входа AI 1
LFLI - обрыв 4-20мА
SP2 - 2-я скорость
SP3 - 3-я скорость
SP4 - 4-я скорость
MPC - парам, двигателя
Adc - авт. дин. торм.
Стоп
Вперед
Стоп
Вперед
Авт / Ручной
АПЛ
PUMP
Yes
0А
Yes
Yes
Yes
4 скорости
Стоп
Вперед
Назад
2 скорости
AIU1
10.0
25.0
50.0
Cos
Yes
І О- параметры входов и выходов
іСС = 2 (2-х проводное управление)
= 3 (3-х проводное управление)
Ю тип 2-х проводного управления:
LEE - фронт сигнала Пуск/стоп (1/0 или 0/1)
ігп - необходимость перезапуска сигнала Пуск
РЕО - приоритет команды Вперед
пРЕ тип логики дискретных входов:
РО5 - положительная логика
пЕС - отрицательная логика (внутреннее питание)
ЕпЕО - отрицательная логика (внешнее питание)
АІ1 назначение аналогового входа 1
АШ - тип задания:
513 - напряжение (0-5) В
Юи - напряжение (0-10) В
0А - токовый сигнал (см. СгЫ / СгН 1)
СгЕІ = 4 мА минимальное значение
18
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
CrHl = 20 мА максимальное значение
гі назначение релейного выхода R1:
п0 - не используется
Fit - нет ошибки привода
rUn - привод в работе (Run)
FtА - іуст = Гзад
FLA - n(max)
CtA -1 = Ізад
SrA-Gaa- OK
tSA - перегрев
ULA - низкое напряжение
OLA - перегрузка
АР 1 - нет сигнала AI 1
LOI - конфигурация транзисторного выхода LO1:
LO1 - аналогично релейному выходу R1
LO1S = POS (положительная логика)
= nEG (отрицательная логика)
toL, FtO, LOC, ULt, LUL, FtU - параметры задержек и порогов
срабатывания
Ftd - установка частоты (50 гЦ)
Ctd - установка тока Іном
ttd - установка допустимого нагрева (100 %)
АО1 - назначение аналогового выхода индикации:
п0, ОСг, OFr и т. д. (см. таблицу)
10 В-(0-10) В
0 А - (0-20) мА
4 А - (4-20) мА
drC- Электропривод
Параметры двигателя:
bFr = 50 % Стандартная частота
Номинальная мощность двигателя
nPr = Мн
cos = 20 % Номинальный сояф двигателя
Номинальное напряжение двигателя
UnS = Uh
Номинальный ток двигателя
nCr = Ін
FrS = 50 Гц Номинальная частота двигателя
Номинальное сопротивление двигателя
nSP = RH
tFr = 60 Гц Максимальная частота двигателя
Ctt Закон управления:
Векторный
= PErF
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
= Std
Скалярный U/f без компенсации
= PUMP
Вентиляторный
UFr = 100%
IR-компенсация (при U/f)
SPL = 100%
Компенсация скольжения
StA = 20 %
Уст. контура per. частоты
FLC = 20 %
Коэфф, контура частоты
PFC = 20 %
Хар-ка намагничивания
SFr = 4 кГц
Несущая частота
SFt = HF1 / HF2 Тип изменения частоты коммутации
nrd = no / yes
Подавление шумов
tUn = no / yes / dOuE Автоподстройка
MPC Конфигурация параметров двигателя:
= прг
номинальная мощность двигателя
= cos
ном. cosp
CtL- Управление приводом
Fri Канал задания частоты:
= АП
Клеммник
= LCC
Выносной терминал
= Mdb
Протокол Modbus
= AIU1
Встроенный дисплей, Навигатор
LFr
Скорость с терминала =/- 400 гЦ
АШ 1 Виртуальный аналоговый вход (0-100) %
rin = no / yes Запрет реверса
PSt =по / yes Приоритет клавиши 81ор/Кезе1
CHCF = SIM Задание и управление с одного места
= SEP Задание и управление с разных мест
Cdl Канал управления 1:
= tEr
Клеммник
= LOC Местное управление
= LCC Выносной терминал
= Mdb Протокол Modbus
FLO no / LI 1.. .LI4 Вход локальной форсировки
FLOC
Задание локальной форсировки:
= по
Отключено
= АІ1 Клеммник
= LCC Выносной терминал
= AIU1 Встроенный дисплей, Навигатор
Fun- Прикладные функции
rPt - Задатчик:
АСС = Зс
Время разгона
19
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
20
deC = Зс
rpt
= Lin
=S
=U
Время торможения
Тип разгона / торможения:
линейный
S-образный
U-образный
S-образная характеристика
U-образная характеристика
HSP: вервиях скорость
t1 * k2 х О (КГ фиксирований коэффициент сгтвживания)
С » настраиваемое время разгона- торможения
rpS
Тип разгона / торможения:
= по
отключено
= L1H...L4H в состоянии 1
= L1L...L4L в состоянии 0
АС2 = 5с Время разгона 2
dE2 = 5с Время торможения 2
ЬгА
Адаптация темпа торможения:
= по
отключено
= Yes автомат
= dYnA торможение двигателем
stt - Конфигурация останова:
stt = CMP с заданным темпом
= Fst
быстрый останов
= nst
на выбеге
ЦГц)
1 Быстрая остановка
2 Остановка в соответствии с тейпом торможения
3 Остановка па выбеге
Гии остановок
п8і
= по
назначение останова на выбеге:
отключено
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
= L1L... L4L активизация при О
FSt
назначение быстрого останова:
= по отключено
= L1L...L4L активизация при О
dCF =4 делитель темпа
rrs Назначение реверса:
= по
отключено
= L1Н... L4H
активизация при 1
AdC - Динамическое торможение:
Adc
авт. динамическое торможение
= по
отключено
= Yes
регулируемая длительность
= Ct
постоянная длительность
SdCl =70% ток динамического торможения
tdCl = 0.5 с время динамического торможения
JOG Толчковый режим (2/3 пр. управление, 5 гЦ, 0.1 с):
= по отключено
= L1Н... L4H активизация при 1
PSS - Задание скоростей:
PS2
адреса 2-х скоростей
= по отключено
= LI1...LI4
PS4
адреса 4-х скоростей
= по отключено
= LI1...LI4
PS8
адреса 8-ми скоростей
= по отключено
= LI1...LI4
SP2...SP8 значения заданных скоростей
(10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 гЦ по умолчанию)
= по
отключено
= LI1...LI4
PID - Параметры ПИД-регулятора:
(см. техн, документацию)
CLI - Ограничение тока
SPL - Ограничение скорости
FLt- Отображение и реакция на неисправности
rSF - Сброс неисправностей:
= по
Функция отключена
= L1H...L4H Назначение входов сброса
21
22
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Atr - Автоматический повторный запуск ПЧ:
= Atr
Активизация перезапуска ПЧ (no / Yes)
= tAr
Макс, длительность перезапуска (5, 10, 30, 1Н, 2Н, ЗН, CL)
FLr - Подхват на ходу (no / Yes)
tHt - Тепловая защита двигателя:
ItH
тепловой ток двигателя
tHt
тип тепловой защиты:
= ACL самовентиляция
= FCL внешний вентилятор
OLL
управление при перегрузке (no / Yes)
MtM
запоминание тепловой перегрузки (no / Yes)
OPL
контроль обрыва фазы двигателя (по / Yes)
IPL
контроль обрыва фазы сети (по / Yes)
USB - Снижение напряжения питания:
USB
реакция релейного выхода R1 на снижение напряжения
(0/1)
StP
реакция ПЧ:
= по
Функция отключена
= гМР Останов с регулируемым темпом
StM
время торможения (при Stp = гМР)
Strt
проверка IGBT (no / Yes)
LFL1 контроль обрыва токового задания 2-20 мА (по / Yes)
ІпН
Запрет контроля неисправностей:
= по Функция отключена
= L1Н... L4H Назначение входов запрета
SLL
реакция при неисправности Modbus:
= по Функция отключена
= Yes останов на выбеге
dm
продолжение работы при пониженном напряжении (no / Yes)
rPr
сброс счетчиков времени работы (по / PtH)
СОМ Параметры связи
Add
адрес Modbus (Off - 247)
thr
Скорость передачи (4.8, 9.6, 19.2, 38.4)
tFO
Формат Modbus (8ol, 8Е1, 8п1, 8п2)
ttO
Тайм-аут (= 10с)
ICS
сканер входов (по умолчанию):
пМАІ =0С81
пМА2 = 219С
пМАІ =0
пМАІ =0
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
23
OCS
сканер выходов (по умолчанию):
пСАІ =2135
пСА2 = 219А
пСАІ =0
пСАІ =0
ISA - меню сканера входов (по умолчанию):
пМІ = ЕТА
пМ2 = RFRD
пМІ = 8000
пМІ = 8000
ICS - меню сканера выходов (по умолчанию):
пСІ =CMD
nC2 = LFRD
nCl =8000
nCl = 8000
Мониторинг (Mon)
Меню мониторинга вызывается из главного меню ReF-Mon-Conf и на
экране дисплея позволяет диагностировать параметры привода:
МопLFr
Задание скорости с выносного терминала, Гц
AIU1 Виртуальный аналоговый вход, %
FrH
Задание частоты, Гц
rFr
Выходная рабочая частота, Гц
LCr
Ток двигателя, А
пРЕ
Ошибка ПЙД, %
гРЕ
Обратная связь ПИД, %
гРС
Задание ПИД, %
ULn
Напряжение сети, В
tHr
Нагрев двигателя, %
tHd
Нагрев ПЧ, %
Орг
Момент двигателя, %
StAt - Состояние ПЧ:
rdY Готовность к работе
rUn Работает
АСС Ускоряется
dEC Замедляется
dCb Торможение постоянным током
CLI Ограничение тока
nSt Остановка на выбеге
ОЬг Адаптация темпа торможения
ctL Контроль останова при потере фазы
24
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
tUn Автоподстройка
FSt Быстрый останов
nLP Отсутствует сетевое питание
FrF Переход к резервной скорости LFF
гЕМ Дистанционная конфигурация
LOC Локальная конфигурация
МАІ - Сервисное меню:
LIS1 Состояние дискретных входов LI 1... LI4
LOS1 Состояние дискретных выходов LO1 и R1
HSU
Максимальная частота
nCU
Мощность ПЧ
VCAL Напряжение ПЧ
SPn
Идентификационный №
C1SU Версия ПО AC (Application Card)
C2SU Версия ПО МС (Motor Control Card)
rtHI
Счетчик наработки двигателя
PtH
Счетчик наработки ПЧ
FtH
Счетчик наработки Вентилятора
РЕТ
Продолжительность работы
СОМ 1 Состояние Modbus
rOtO, rltO, rltO, rltl
dPl
Последняя неисправность
ЕР 1
Состояние ПЧ при последней неисправности
dP2
2-я неисправность
ЕР2
Состояние ПЧ при 2-й неисправности
dP3
3-я неисправность
ЕРЗ
Состояние ПЧ при 3-й неисправности
dP4
4-я неисправность
ЕР4
Состояние ПЧ при 4-й неисправности
Cod
Пароль (OFF / Or)
Ниже приводится краткий перечень основных параметров, используемых
при начальном вводе привода в эксплуатацию при различных режимах его рабо
ты.
7.4.4. Краткий навигатор по важнейшим параметрам
1. Начальные режимы работы
Переключение по кольцу поворотом навигатора:
REF
МОп
Conf
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
2. Полное меню параметров Full
Вызов кнопкой Enter: Conf -> Full -> CFG
Далее по кольцу поворотом навигатора:
Подменю
Назначение подменю
Макроконфигурация (Sts, PID, Spd)
Параметры входов и выходов
Параметры привода
Параметры управления приводом
Прикладные функции
Параметры ошибок
Параметры установки связи
CFG
I ОdrCCtlFUnFLtCOM
3. Параметры двигателя
Устанавливаются в подменю drC- (привод)
4. Макроконфигурация
Устанавливается в подменю CFG
Папки подменю CFG переключаются навигатором
Папка
StS
Pid
Spd
Расшифровка
Назначение
Управление в режиме Start/Stop
Параметры ПИД-регулятора
Управление скоростью
параметров папок приведена в таблице выше.
5. Закон управления приводом
Устанавливаются в папке Ctt подменю drC- (привод)
drC- -> Ctt -> PerF
Векторный
-> Std
Скалярный U/f
-> PUMP Вентиляторный
6. Канал задания скорости
Устанавливаются в папке Fri подменю Ctr- (управление)
Ctl--> Fri
->AI1
Клеммник
-> LCC
-> Mdb
-> AIU1
Выносной пульт
Протокол Modbus
Встроенный дисплей, Навигатор
7. Канал управления приводом
Устанавливаются в папке Cdl подменю Ctr- (управление)
Ctl-->Cdl -> ter
Клеммник
Местное управление
-> LOC
-> LCC
Встроенный дисплей, Навигатор
-> Mdb
Протокол Modbus
25
26
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
8. Способ управление (Профиль)
Устанавливаются в папке CHCF подменю Ctr- (управление)
Ctl- -> CHDF -> SIM Совмещение источника задания
и управления
-> SEP Раздельные источники задания
и управления
9. Тип управления от кнопок
Устанавливаются в папке ІСС подменю І_О- (входы / выходы)
І_О- -> ІСС -> 2С
2-х проводное управление
-> ЗС
3-х проводное управление
10. Тип аналогового / токового входа задания
Устанавливаются в папке АН подменю СИ- (управление)
СИ- ->АІ1 ->
AI It- -> 5U
(0-5)В
(0-10) В
-> 10U
-> OA
Токовая петля (cm. CrLl, CrHl)
->CrLl Imin = (0/4)mA
-> CrH 1 Imax = 20mA
11. Запрет / Разрешение реверса
Устанавливаются в подменю Ctl- (управление)
Ctl- -> rin -> no/Yes
12. Приоритет кнопки Stop/Reset
Устанавливаются в подменю Ctl- (управление)
Ctl- -> Pst -> no/Yes
13. Параметры разгона и торможения
Устанавливаются в папках rPt и stt подменю Fun- (прикладные функции)
FUn- -> rPt- -> ACC = 3c
-> deC = 3c
-> rPs = Lin линейный закон разгона/торможения
=S S-образный закон разгона/торможения
=U U-образный закон разгона/торможения
FUn- -> stt- -> гМР
управляемое торможение
-> Fst
быстрый останов
-> nst
останов на выбеге
14. Параметры назначения дискретных входов
Устанавливаются в папке пъ подменю РНп- (прикладные функции)
Рип- -> ГГ8- = по
функция отключена
= Ь1Н... Ь4Н адреса назначаемых входов
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
27
75. Установка толчкового режима JOG (5 Гц, 0.1 с)
Устанавливаются в папке JOG подменю FUn- (прикладные функции)
FUn- -> JOG- = по
функция отключена
= L1Н... L4H адреса назначаемого входа
16. Задание фиксированных скоростей от дискретных входов
Устанавливаются в папке Р88- подменю РПп- (прикладные функции)
Рип- -> Р88- ->Р82, Р84, Р88
число скоростей
= по
функция отключена
= Ь1Н... Г4Н адреса назначаемого входа
-> 8Р2...8Р8
значения скоростей
(=10, 15,20, 25,30, 35, 40 Гц)
7.5. Типовые способы управления
7.5.1. Локальное управление
Режим локального управления позволяет осуществить начальную про
верку работоспособности привода без подключения каких-либо управляющих
сигналов. Привод управляется от встроенных в него кнопок управления и нави
гатора (рис. 7.6).
-220В
Локальное управление (Вариант)
Ключевые параметры:
Cdl = LOC локальное управление
StS режим Старт-Стоп
tCC = 2С 2-х пров. управление
СНСА = SIM совмещенное задание и управление
(с внутреннего пульта привода)
Fri = AIU1 задание скорости с виртуального входа
Grtl / AIU I = f Hz задание навигатором
числового значения скорости
Рис. 7.6. Подключение (а) и диаграмма работы (б) привода
при локальном управлении
28
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Устанавливаются следующие параметры:
- режим локального управления Ctrl- / Cdl = LOC;
- режим макроконфигурации
CFG / StS;
- 2-х проводное управление
I_O- / tcc = 2C;
- совмещенное управление
Ctrl- / CHCF = SIM;
- режим задания скорости от виртуального аналогового сигнала
Ctrl-/FRI = AIU1;
- цифровое значение скорости
Ctrl- / AIU1 = 30 (например).
Пуск привода осуществляется кратковременным нажатием кнопки Run, а
останов кнопкой Stop.
Цифровое значение скорости устанавливается поворотом навигатора в
процентах от заданной в параметрах максимальной частоты, таким образом,
реальная частота будет иметь значение 30 % от 60 Гц, т. е. 18 Гц.
Если в параметрах установлен режим Старт/Стоп и 3-х проводное управ
ление tcc = ЗС, то необходимо подать единичный сигнал на фиксированный
вход останова LI1.
При смене некоторых параметров происходит автоматический сброс на
заводские установки, поэтому, если привод перестает работать, то следует пе
репроверить весь набор необходимых для режима минимальных параметров и
перезапустить привод.
7.5.2. 2-х проводное управление в режиме Старт/Стоп
Для 2-х проводного управления приводом в режиме макрофигурации
Старт/Стоп теоретически достаточно подключить один фиксированный дис
кретный вход «Вперед» и подать на аналоговый вход АП задающее напряже
ние от внутреннего источника питания 5В. В схеме рис. 7.7 добавлены сигналы
LI2 реверса и LI3 активизации толчкового режима Jog.
Устанавливаются следующие параметры:
- режим макроконфигурации
Старт/Стоп CFG / StS;
- совмещенное управление
Ctrl- / CHCF = SIM;
- режим задания скорости потенциометров с клеммника
Ctrl-/ FR1 = АП;
- 2-х проводное управление
І_О- / tec = 2С;
- назначение дискретного входа LI2 для реверса
FUn- / rrs = LI2;
- назначение дискретного входа LI3, при необходимости, для активиза
ции толчкового режима
FUn- / Jog = LI3.
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
29
Назначение входа LI1 (вперед) в режиме макроконфигурации StS, 2С
фиксировано.
-220В
2-х проводное + Jog- управление (StS)
Ключевые параметры:
StS-режим Старт-Стоп
СНСА = S1M совмещенное задание и управление (с клеммника)
Fri = АП задание скорости с клеммника
tCC = 2С 2-х пров. управление
rrS= L12 назначение входа реверса
Jog = LI3 активизация режима
Рис. 7.7. Подключение (а) и диаграмма работы привода (б)
при 2-х проводном управлении в режиме Старт/Стоп
В конфигурированном приводе предусмотрено два режима управления:
1. Толчковое от сигналов «Вперед» и «Назад» (Сигнал Jog отключен).
Величина скорости задается потенциометром. При отпускании кнопок привод
останавливается.
2. В режиме JOG. Активизирован вход LI3. Привод так же управляется
сигналами «Вперед» и «Назад», однако скорость вращения фиксирована и со
ставляет 5 Гц.
7.5.3. 3-х проводное управление в режиме Старт/Стоп
3-х проводное управление приводом в режиме макрофигурации
Старт/Стоп осуществляет толчковое управление реверсивным приводом при
нажатии кнопок управления Вперед, Назад и Стоп. При отпускании кнопок
привод останавливается. Скорость привода регулируется потенциометром, под
ключенным к аналоговому входу АП. Кнопка останова подключается инверс
но (рис. 7.8).
Устанавливаются следующие параметры:
- режим макроконфигурации
Старт/Стоп CFG / StS;
- совмещенное управление
Ctrl- / CHCF = SIM;
зо
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- режим задания скорости потенциометров с клеммника
Ctrl- / FR1 = АН;
- 3-х проводное управление
І_О- / tcc = ЗС;
- назначение дискретного входа LI3 для реверса
FUn- / rrs = LI3.
Назначение входов LI1 (/стоп) и LI2 (вперед) в режиме макроконфигура
ции StS, ЗС фиксировано.
-220В
3-х проводное управление (StS)
Назад і
Мотор
Ключевые параметры:
StS- режим Старт-Стоп
СРСА = SIM совмещенное задание и управление (с клеммника)
Fri = АН задание скорости с клеммника
tCC = ЗС 3-х проводное управление
rrS= LI3 назначение входа реверса
Рис. 7.8. Подключение (а) и диаграмма работы привода (б)
при 3-х проводном управлении в режиме Старт/Стоп
7.5.4. Классическое 3-х проводное управление в режиме SpD
3-х проводное управление приводом в режиме макрофигурации SpD осу
ществляет классическое управление реверсивным приводом при кратковремен
ном нажатии кнопок управления Вперед, Назад и Стоп. Останов привода осу
ществляется при нажатии кнопки Стоп.
В данном примере реализован вариант задания 2-х фиксированных скоро
стей, переключаемых дискретным входом LI4. Допускается реверс на ходу.
Кнопка останова подключается инверсно.
Устанавливаются следующие параметры:
- режим макроконфигурации
SpD (Speed - Скорость);
- раздельное управление
Ctrl- / CHCF = SEP;
- виртуальное задание скорости
Ctrl- / FRI = AUI1;
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
31
- управление приводом с клеммника Ctrl- / Cdl = ter;
- 3-х проводное управление
І О- / tee = ЗС;
- назначение дискретного входа LI3 для реверса
FUn- / rrs = LI3;
- назначение дискретного входа LI4 для переключения скорости
FUn- / rrs = LI4.
Назначение входов LI1 (/стоп) и LI2 (вперед) в режиме макроконфигура
ции SpD, ЗС фиксировано.
Две фиксированные скорости заданы по умолчанию, при необходимости
их можно изменить.
-220В
Классическое 3-х проводное управление (SpD)
Ключевые параметры:
SpD- режим Speed
СРСА = SEP раздельное задание и управление
Fri = AIU1 виртуальное задание скорости
Cdl=ter управление с клеммника
tCC = ЗС 3-х проводное управление
rrS= LI3 назначение входа реверса
rrS= LI4 назначение переключения 2-х скоростей
Рис. 7.9. Подключение (а) и диаграмма работы привода (б)
при 3-х проводном управлении в режиме 8рВ
7.5.5. 2-х проводное управление с фиксированными скоростями
в режиме SpD
2-х проводное управление приводом в режиме макрофигурации 8рО осу
ществляет толчковое управление реверсивным приводом при нажатии кнопок
управления Вперед или Назад. Останов привода осуществляется при отпуска
нии кнопок. В данном примере реализован вариант задания 4-х фиксированных
скоростей, переключаемых дискретными входами ЬІЗ и Ы4 (рис. 7.10).
32
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
-220В
2-х проводное управление (SpD)
Вперед^
Назад
і
2 скор. !
4 скор.-к
I
4ск
Мотор
Ключевые параметры:
SpD- режим Speed
СРСА = SEP раздельное задание и управление
Fri = АШ1 виртуальное задание скорости
Cdl= ter управление с клеммника
(СС = 2С 2-х проводное управление
Р82= ЫЗ назначение входа 2-х скоростей
Р54= Ы4 назначение входа 4-х скоростей
8Р2=10, 8РЗ=25,8Р4=50 значения скоростей
Рис. 7.10. Подключение (а) и диаграмма работы привода (б)
при 2-х проводном управлении в режиме 8рО
Устанавливаются следующие параметры:
SpD (Speed - Скорость);
- режим макроконфигурации
Ctrl/ CHCF = SEP;
- раздельное управление
- виртуальное задание скорости
Ctrl- / FRI = AUI 1;
- управление приводом с клеммника Ctrl- / Cdl = ter;
I_O- / tcc = 2C;
- 2-х проводное управление
- назначение дискретного входа ЫЗ для 2-х скоростей
Р88- / Р82 = ЫЗ (фиксировано);
— назначение дискретного входа Ы4 для 4-х скоростей
Р88- / Р84 = Ы4 (фиксировано);
- задание числовых значений скоростей
Р88- / 8Р2=10, 8РЗ=25, 8Р4=50
(по умолчанию).
Назначение входов LI1 (/стоп) и Ы2 (вперед) в режиме макроконфигура
ции SpD, 2С фиксировано.
Первая фиксированная скорость задана по умолчанию.
7.5.6. Внешнее аналоговое управление
На рис. 7.11 приведена принципиальная схема внешнего управления ПЧ
сигналом напряжения (0-10) В или по токовой петле (0-20) мА от программи
руемого контроллера серии ТМ200 по аналоговому входу АП. Направление
33
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
вращения определяется дискретными входами LI1 (Вперед) и LI2 (Назад), вы
полняющими функцию деблокировки привода.
-220В
Внешнее управление (напряжение или ток)
Ключевые параметры:
818- режим Старт-Стоп
СНСА = 8ЕМ раздельное задание и управление
Рг 1 = АІ1 задание скорости по входу АІ1
СШ = іег управление с клеммника
АП = 10Ѵ аналоговое задание (0-10)В или
АІ 1 = ОА токовая петля
СгЫ, СгНІ = пределы изменения токового сигнала
ІСС = 2С 2-х пров. управление
гг8= Ы2 назначение входа реверса
Рис. 7.11. Управление ПЧ от внешнего задатчика скорости
Схема управления рис. 7.11 предусматривает:
- управление скоростью вращения двигателя по аналоговому входу АН
преобразователя частоты. Сигнал однополярный;
- два способа формирования задающего сигнала: (0-10) В или (0-20) мА,
формируемых аналоговым расширительным модулем ТМЗАМ6 про
граммируемого контроллера ТМ200СЕ24К;
- задание 2-х фиксированных скоростей вращения от дискретных входов
контроллера: 10.0 / 10.1 при управлении напряжением или 10.2 / 10.3
при управлении токовой петлей;
- задание направления вращения двигателя от дискретных входов ПЧ II Вперед или 12 - Назад.
В табл. 7.7 приведены основные параметры устанавливаемые в приводе.
Таблица 7.7
Назначение параметра
Режим макроконфигурации CFG
Раздельное управление Ctrl-/CHCA
Канал задания скорости Ctrl-/Frl
Тип сигнала задания I О-/А11/А11Нижний предел токового задания 1 O-/AIl/AIl-/AIlt/CrLl
Верхний предел токового задания I O-/AI1/AI1-/AI It/CrHl
2-х проводное управление I O-/tcc
Сигналы управления с клеммника Ctrl-/Cdl
Назначение входа Назад Fun-/rrS
Параметр
(0-20)
(0-10) В
= StS
= Sep
= All
= 10U
= 2C
= tcr
= L12
mA
Sts
= Sep
= All
= 0A
= 0.0
= 20.0
= 2C
= ter
= L12
34
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Способ управления конфигурируется в меню Properties (Свойства) про
граммного обеспечения Есо Struxure Machine Expert-Basic (рис. 7.12).
Для управления аналоговым сигналом напряжения (0-10) В, по умолча
нию, используется слово QW1.0, а при управлении токовым сигналом (0-20) мА
слово QW 1.1. При необходимости, можно изменить минимальное и максималь
ное значения цифровых кодов, соответствующих физическому значению зада
ющих сигналов.
Для изменения способа управления необходимо подключить аналоговый
вход АН преобразователя частоты к соответствующему аналоговому выходу
контроллера АО 1 или АО2. Параллельное подключение недопустимо.
Configuration
0 M«i«if$
^ Ч Є
J My€ontro#et (TM200CE24R)
*
13 Digital inputs
O Ductal outputs
wj
a
High Speed Counters
llOEus
a
J Module 1 (TM3AM6/G)
a
$ Module 2 0 М2 DMM24DRF)
K Analog inputs
; Analog outputs
EC reliai inputs
О Digital outputs
* а Етні
Analog outputs
вВ Modbus TCP
а
чи SL1 (Serial Iw)
і
t
Used
ІІ
Address
‘SW.
Symbol
Type
0-WV
Scope
NMMl
Minimum
0
Maximum МЬаск value
10000
0
w Modbus
Рис. 7.12. Конфигурация аналогового выхода АО1
На рис. 7.13 приведен релейно-контактный алгоритм управления:
Rung 0: Формирование вспомогательного отладочного сигнала Ml, все
гда имеющего значение «Единица».
Rung 1: Формирование управляющего сигнала «Напряжение» в слове
QW1.0. Используется функциональная инструкция присвоения.
При 10.0 = 1 и 10.1 = 0 формируется 1-я фиксированная скорость (код 2000).
При 10.1 = 1 и 10.0 = 0 формируется 2-я фиксированная скорость (код 4000).
При отключении сигналов задания задание скорости обнуляется.
Команда на вращение по или против часовой стрелки задается непосред
ственно на входах преобразователя частоты.
Rung 2: Формирование управляющего сигнала «Ток» в слове QW1.1. Ис
пользуется функциональная инструкция присвоения.
При 10.2 = 1 10.3 = 0 формируется 1-я фиксированная скорость (код 4000).
При 10.3 = 1 10.2 = 0 формируется 2-я фиксированная скорость (код 8000).
При отключении сигналов задания задание скорости обнуляется.
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
35
Команда на вращение по или против часовой стрелки задается непосред
ственно на входах преобразователя частоты.
Рис. 7.13. Алгоритм управления приводом
7.6. Управление по протоколу Modbus
При управлении преобразователем частоты Altivarl2 по протоколу Modbus обеспечивается установка конфигурации и параметров, задание скорости
вращения и управление привода, мониторинг. Поддерживается:
- 2-х проводная связь по RS485;
- RTU способ обмена данными.
Скорость вращения, способ управления приводом и прочие специальные
функции устанавливаются при помощи служебных регистров с фиксированны
ми адресами, назначение которых приводится в сопроводительной документа
ции.
Запись и считывание информации регистров осуществляется в PLCпрограмме при помощи инструкций Write Var, Read_Var и Write_Read_Var.
Таблица основных регистров и описание инструкций будут приведены далее.
В излагаемом ниже материале электропривод Альтивар12 управляется от
программируемого контроллера ТМ200 фирмы Шнайдер.
Реализация проектов выполняется в следующей последовательности:
- постановка задачи, разработка органов управления и принципиальной
электрической схемы соединений;
36
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- установка на компьютер программной среды EcoStruxture Machine Ex
pert Baisic, конфигурация и организация связи компьютера с контрол
лером (по USB или Ethernet);
- конфигурация и установка параметров электропривода;
- организация связи по протоколу RS485 между контроллером и элек
троприводом;
- разработка PLC-алгоритма управления приводом с учетом особенно
стей протокола Modbus и его загрузка в контроллер;
- отладка алгоритма управления.
Прежде чем приступить к рабочему проектированию рассмотрим необхо
димые подготовительные операции.
7 .6.1. Подготовительные операции
Организация физической связи между контроллером и электроприво
дам
Осуществляется 2-х жильным кабелем по протоколу RS485 (рис. 7.14).
Используется разъем RJ45 со стороны привода и клеммное соединение
Serial Line со стороны контроллера ТМ200.
TM200
SL
Dl(+)
DO(-)
Shield
COM
ATV12
RJ45
Modbus
Разъем RJ45
(Электропривод АльтиварП)
Клеммы SL
(Контроллер ТМ200)
D1
4(+)
DO
5(-)
Shield
8(СОМ)
8
1
Рис. 7.14. Кабель связи контроллера с приводом
COM
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
37
Установка параметров электропривода
Может быть выполнена автономно.
Общие параметры:
Скалярный способ управления U/f drc- / ctt = Std
Fun- / rPt / ACC=2c, dFc=2c
Время разгона, торможения
rPs=Lin
Характер разгона и торможения
Макроконфигурация Speed
CFG=Spd
Раздельное задание скорости и управления
Ctrl- / CHCF=Sep
Ctrl-/Frl=Mdb
Задание скорости по Modbus
Управление приводом с клеммника или по Modbus
Ctrl-/Cdl=ter (Mdb)
2-х или 3-х проводное управление, при необходимости
I О- / tcc=
Назначение дискретных входов привода, при необходимости
Fun- / rrS=
Параметры электродвигателя drC-:
Стандартная частота
bFr = 50 Гц
Номинальная мощность
пРг =
Номинальный со8ф
cos =
Номинальное напряжение
Uns - 230 V
Номинальный ток
nCr =
Номинальная частота
FrS = 50 Гц
Номинальное сопротивление nSP =
Максимальная частота
tFr = 60 Гц
Параметры коммуникации Сот-:
Адрес ведомого устройства
Add = 1
Скорость передачи данных
tbr = 19,2
Формат протокола
tFo = 8El
Время ожидания
TimeOut = 10
Адреса сканеров и упорядочения адресов команд, при необходимости:
ISCOCSISAOSAНиже приведена таблица параметров коммуникации из технической до
кументации фирмы Шнайдер.
38
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Таблица 7.8
PwMMtor description
Range or Hated value*
default
Possible Value
Modbua addreea
MODBUS address of the drive
Hdd
1 to 247
0 : OFF (broadcast only)
OFF
OFF
1. . .
1641771 =06001
MODBUS baud rate
Ebr
4.8 kbps
9.6 kbps
19.2 kbps
38 4 kbps
19.2 kbps
ч. в
я. в
і9. г
зв. ч
1641773 = 06003
801: 8 bits, odd parity. 1 stop bit.
8E1: 8 bits, even parity. 1 stop bit
8N1. 8 bits, no parity, 1 stop bit
8N2: 8 bits, no parity. 2 stop bits.
8E1
Во 1
BE 1
Вп !
Вп?
1641774 = 06004
Adjustable from 0.1 to 30s
10,0 s
EtO
1641775 = 06005
MODBUS format
EFO
MODBUS Time out
tto
гчі
ICSacs-
ish-
Communication scanner submenus Detailed in the next chapter
OSH-
Конфигурация и установка параметров коммуникации программируе
мого контроллера
Покажем это на примере разработки нового проекта:
- на компьютере открыть программную среду EcoStruxre Machine
Expert-Baisic и активизировать разработку нового проекта;
- в окне Application Prontction меню Propeties (Свойства) дезактивиро
вать защиту, поставив две метки Inactive
- в меню Configuration выполнить аппаратную конфигурацию контрол
лера, например,
TM200CE24R - контроллер,
ТМЗ АМ6 - аналоговый модуль расширения,
TM2DMM24DRF — модуль расширения дискретных входов;
- в окнах конфигурации Modbus меню Propeties установить параметры
связи (рис. 7.15), одинаковые с параметрами, установленными ранее в
электроприводе (см. табл. 7.8);
- присвоить проекту имя и сохранить.
Изучив назначение служебных регистров и инструкции Записи / Считы
вания, в меню Programming можно набирать программу.
Назначение служебных регистров
Их общий список составляет десятки регистров, ниже в табл. 7.9 приве
дена выборка наиболее применяемых регистров.
Из таблицы видно, что за задание рабочей частоты, определяющей ско
рость вращения шпинделя, отвечает регистр LFR с адресом 8502.
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
39
Следовательно, при помощи инструкции Write_Var в него следует запи
сать соответствующее числовое значение.
За процедуру управления приводом отвечает управляющее слово СМО с
адресом 8501. Рассмотрим его структуру (табл. 7.10).
0
*
Messages
) MyController (TM200CE24R)
EI
Ek
Digital inputs
Digital outputs
an High Speed Counters
* Ik IO Bus
A J Module 1 (TM3AM6/G)
Analog inputs
Q>
a
EI
Э
8
Analog outputs
) Module 2 (TM2DMM24DRF)
Digital inputs
Digital outputs
ЕТНІ
8
Modbus TCP
П St 1 (Serial line)
Serial line configuration
Protocol Settings
Modbus
Protocol
w Modbus
Serial line settings
Baud rate
19200
▼
Parity
Even
▼
1
ж
Data bits
Stop bits
Physical medium
О RS-485
Polarization
Рис. 7.151. Установка параметров связи
No
40
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
а Етні
Modbus
SB Modbus TCP
I
в SL1 (Serial line)
Device settings
None
Device
*
Init command
!
Protocol Settings
Q RTU
Transmission mode
ASCII
0 Slave
Address [1...247]
Addressing
Master
Response timeout (x 100 ms) 10
Time between frames (ms)
10
Рис. 7.15_2. Установка параметров связи
Таблица 7.9
Код
Адрес
Наименование
Тип
CMD
8501
Управляющее слово
WORD
LFRD
8602
Задание скорости
1NT
-32767...32767
1 об/мин
R/W
Диапазон
Ед. изм.
Доступ
R/W
LFR
8502
Задание частоты
INT
-3276,7...3276,7
0,1 Гц
R/W
LTR
8505
Задание момента
INT
-300,0... 300,0
0,1 %
R/W
A13C
5233
Аналоговый вход АІЗ
UnsINT
4000... 20000
1 мкА
R
ETA
3201
Слово состояния
WORD
RFRD
8604
Текущая скорость
INT
-32767...32767
1 об/мин
R
R
RFR
3202
Выходная частота
INT
-3276,7...3276,7
0,1 Гц
R
OTR
3205
Момент двигателя
INT
-300,0...300,0
0,1 %
R
LCR
3204
Ток двигателя
UnsINT
0,0...6553.5
0,1 А
R
HOP
3208
Напряжение
на двигателе
UnsINT
0...65535
1 В
R
OPR
3211
Мощность двигателя
INT
-32767...32767
1 %
R
DAY
7391
Дата
UnsINT
0...65535
1 д
R/W
TIME
7392
Время
UnsINT
0...65535
1 с
R/W
DOTD
8652
Disable operation
option code
WORD
NM1
12741
Сканер входов: число
1
UnsINT
R/W
0...65535
1
R
41
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
Окончание таблицы 7.9
Код
Адрес
Наименование
Тип
Диапазон
Ед. изм.
Доступ
NM8
12748
Сканер входов:
число 8
UnsINT
0...65535
I
R
NC1
12761
Сканер выходов:
число 1
UnsINT
0...65535
1
R/W
NC8
12768
Сканер выходов:
число 8
UnsINT
0...65535
1
R/W
RPC
11982
Задание на входе
ПИД
UnsINT
0...65535
R
Таблица 7.10
Структура командного слова
Ь« 7
bite
bit5
bit 4
bit3
bit 2
bitl
bitO
0 to 1
transition :
Fault reset
Reserved (=0)
Reserved (=0)
0:Free wheel
staying in
"Operation
Enabled"
Enable
operation
Drivecom
state
activabon
Quick stop
Drivecom
state
activabon
(bit active at 0)
Switch on
disabled.
Drivecom state
activation
(bit active at 0)
Switch on
bHIS
bit 14
bit 13
bit 12
bit 11
bit 10
bit 9
bH8
Reserved
Not assignable
Reserved
Reserved
Direction of
rotation asked
0: Forward
1 : Reverse
Reserved (=0)
Reserved (=0)
0: RUN asked
1: STOP
asked
Назначение важнейших бит командного слова (в скобках указан двоич
ный вес бита):
Ь0 (1) - Switch On;
bl (2) - Разрешение Switch On;
Ь2 (4) - Отключение аварийного останова;
ЬЗ (8) - Деблокировка (Enable);
Ь7 (128) - Сброс ошибок;
Ь8 (256) - Отключение режима RUN;
bl 1 (2048) - Изменение направления вращения (Reverse).
Комбинации состояний битов управляющего слова позволяют сформиро
вать типовые команды, например (табл. 7.11):
16#0006
Начальная установка
16#0007
Останов вращения
16#000F
Enable (Деблокировка, Вперед)
42
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
16#080F
16#0002
16#0080
Enable (Деблокировка, Назад)
Quick Stop (Быстрый останов)
Fault Reset (Сброс ошибки)
Таблица 7.11
Типовые команды управления приводом
Command
Shutdown
Transition
Final state
bit 7
М3
bit 2
Ml
MO
Fault
reset
Enable
operation
Quick
stop
Swttchon
Switch on
1
0
Example
value
2.6.8
3 - Ready to
switch on
X
X
1
Switch on
3
4-Switched on
X
X
1
1
1
16*0007
Enable
operation
4
5 - Operation
enabled
X
1
1
1
1
16#000F
Disable
operation
5
4 - Switched on
X
0
1
1
1
16*0007
Disabie
voltage
7.9.10. 12
2 - Switch on
disabled
X
X
X
0
X
16*0000
Quick stop
11
6 - Quick stop
active
X
X
0
1
X
16*0002
7.10
2-Switch on
disabled
15
2 - Switch on
disabled
Oo 1
X
X
X
X
16*0080
Fault reset
16*0006
x: Value is of no significance for this command.
0 o 1: Command on rising edge.
Таким образом:
- - для включения вращения по часовой стрелке (вперед) в управляющее
слово CMD с адресом 8501 следует записать число 15 (16#000F);
- для включения вращения против часовой стрелки (назад) следует за
писать число 2063 (16#080F);
- для останова следует записать число 7 (16#0007).
Внимание! При разработке PLC-программы следует использовать обоб
щенный алгоритм управления, приведенный в технической документации на
привод (рис. 7.16). При первоначальном включении привода в командном слове
следует установить режим управления Shutdown (Отключение работы) с адре
сом 16#0006. В противном случае, он управляться не будет.
43
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ АІТІѴАВ 12
или
Вход в
граф состояний
Из всех состояний
|
13 Неиспраа
НЕ ГОТОВ К
ВКЛЮЧЕНИЮ
’ АкТйВйЬ&ВА^
РЕАКЦИЯ НА
—, НЕИСПРАВНОСТЬ
НЕИСПРАВНОСТЬ
ЗАБЛОКИРОВАНО
ПЕТА=16#хх40
ЕТА=16#ххх8
ЕТА=16#хх50
'МЭГ
остановка —
СМО=16#00062
! ж^ї ?м<^*3*М«?*8’8’
ів^Мік^' ■
; Л > •.:
ЫНіра&МІ^^
Остана
ГОТОВ К ВКЛЮЧЕНИЮ
ЕТА=16#хх21
'МІР*
ЕТА=16#хх31
'РОУ'
2Т0НОВК8
ВКЛЮЧЕН
'''Т?
ЕТА=16#ххЗЗ
РОУ, РЭГ
йШш&шшш
1188
Й.Ж&
й г ’
тЙ'.'ЙЖ АЖ®
РАБОТА РАЗРЕШЕНА
™т
ІРІ
БЫСТРАЯ ОСТАНОВКА
ЄТА=16#хх37
ЕТА=16#хх17
'РиЧ АСС, РЭТ,.
ТЭТ, ОСВ'
Примеры:
ЕТА»16#0637: стоп или вперед, скорость достигнута
ЕТА=16#8637 стоп или назад или скорость достигнута
ЕТА=16#0237: вперед, ускорение или замедление
ЕТА»16#8237: назад, ускорение или замедление
- -------------
Рис. 7.16. Обобщенный алгоритм управления приводом
—
44
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
За процедуру контроля за работой привода отвечает слово состояния
ЕТА с адресом 3201. Структура слова состояния приведена в табл. 7.12.
Аналогично управляющему слову, здесь так же можно выделить коды
типовых состояний привода (табл. 7.13). Чтение информации в PLC-программе
производится инструкцией ReadVar.
В табл. 7.12 приведены коды и адреса регистров, предназначенных для
контроля основных параметров: текущей частоты, скорости вращения, мощно
сти, тока и др. Применение полученной информации определяет разработчик
проекта.
Таблица 7.12
Слово состояния привода
ьи 7
bite
bits
bit 4
ьиз
bit 2
btt1
bitO
Reserved
(always 0)
Switch on
disabled
Quick stop
(bit active at 0)
Powerstage is
supplied
(bit always on)
Malfunction,
fault present
Operation
enabled
Switched on
Ready to
switch on
bit 15
bit 14
bit 13
bit 12
bit 11
bit 10
bit 9
bit8
0: Motor
rotation in
forward
direction (or
stopped)
Stop via STOP
key
Reserved (=0)
Reserved (=0)
Reference
exceeded
(< LSP or >
HSP)
Reference
reached
(steady state)
Local mode
(bit active at 0)
Reserved (=0)
Таблица 7.13
Типовые наборы диагностики
bite
bits
bit 4
bit3
bit 2
bit1
bitO
Switched
on
disabled
Quick stop
Voltage
enabled
Fault
Operation
enabled
Switched
on
Ready to
switchon
1 -Not ready to
switch on
0
X
X
0
0
0
0
•
2 - Switch on
disabled
1
X
X
0
0
0
0
16*0040
3 - Ready to
switchon
0
1
X
0
0
0
1
16*0021
4 - Switched on
0
1
1
0
0
1
1
16*0023
5 - Operation
enabled
0
1
1
0
1
1
1
16*0027
6 - Quick stop
active
0
0
1
0
1
1
1
16*0007
7 - Fault reaction
active
0
X
X
1
1
1
1
-
8 - Fault
0
X
X
1
0
0
0
16*0008(2)
or 16*0028
Statue
Ниже на рис. 7.17 приведен пример диагностических сообщений
ETA
masked by
16*006F(1)
45
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
г
с
Значение
слова состоянія
остояние
Обозначения:
Питание
отсутствует
ВКЛЮЧЕН /
[
И
ЕТА=16#ххЗЗ
ЕТА=16#хх31 -
"RDY, FST"
Разрешение работы і
___
Питание
присутствует
\
СМ0=16#хххР 4
*
С
ЕТА=16#хх21
I ЕТА=16#ххх8
\
И
Питание
отсутствует
или
присутствует
Отображение сос тояния
на дисплее графи іческого терминала
Условие перехода с
примером команды
Рис. 7.17. Пример диагностических сообщений
Инструкции записи и считывания служебных регистров
Инструкция Write Var
Предназначена для записи команд управления из контроллера в электро
привод при использовании Modbus TCP протокола (рис. 7.18).
Cwt^t
:-.,^і>'
4WRITE ѴАЯО
W
lok SonM.net
И 1
Abort
Timeout. tOO
Ob,I уро MW
РИ»ОД 0
Ouantty 0
lodeiOete 0
OUT CorrwnErrnr 0
ОрогёГОГ 0
Рис. 7.18. Инструкция Write Var записи параметров в привод ATV12
Инструкция имеет два входа:
Execute - активизация работы инструкции (импульсный тактированный
сигнал);
Abort - отмена работы
и четыре выхода:
Done - запись выполнена;
Busy - канал занят;
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
46
Aborted - работа инструкции отменена;
Error - ошибка работы инструкции.
Внутренние параметры инструкции устанавливаются в окне, открываю
щемся при щелчке по инструкции (рис. 7.19).
Configuration
link
t-ai»
Id
1
DONE
EXECUTE
Timeout
WRITE.VARO
^
ObjType
0 - Write multiple words - Modbus 0x10 ▼
FirstObj
8501
Quantify
2
ABORT
Unlcl -SL1
Id: 1
Timeout 100
ObjType: 0 - Write multiple words - N
FirstObj: 8501
Quantity: 2
IndexData: 1
CommError: 0
OperErrocO
IndexData 1
Apply
Cancel
BUSY
WRITE.VAR:
-
Execute: Block activation (rising edge)
Abort: Cancel the execution
Done: Execution ended successfully
Busy: Execution ongoing
- Aborted: Execution canceled
- Error Execution ended unsuccessfully
Рис. 7.19. Пример записи параметров
Назначение параметров:
Link: Протокол связи:
5Z1 - Интерфейс RS-485, протокол ModBus RTU/ASCI;
Eth\ - Интерфейс Ethernet, протокол ModBus TCP.
ID: Адрес (номер) ведомого объекта:
SL1: 1 -2474;
Ethh 1 - 16.
TimeOut: Время ожидания ответа подчиненного объекта
ObjType: Выполняемая инструкцией функция, например:
Write One Output Word 16#6 (06) - запись одного слова;
Write N Output Word 16# 10 (10) - запись нескольких слов;
FirstObj: 1-й адрес приемника информации (ПЧ)
Quntity: Число передаваемых слов приемника / источника
Адреса записываются по порядку!
IndexData: 1-й адрес источника информации(РЬС).
CommError: Ошибка коммуникации.
OperError: Ошибка выполнения операции.
Расшифровка кодов ошибок приведена в инструкции по эксплуатации.
При снятии сигнала активизации записанная информация в приемнике
сохраняется до следующей записи. Диаграмма работы выходных сигналов
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
47
ВизуЭопе и формирования, при необходимости, сигнала успешного заверше
ния записи приведена на рис. 7.20.
Busy yf
FI(Busy) ^
Done
OK!
Рис. 7.20. Диаграмма выдачи сигналов Busy и Done
Инструкция Read_ Var
Предназначена для чтения состояния электропривода и передачи данных
в контроллер при использовании Modbus TCP протокола (рис. 7.21).
4REAO VARQ
W
U*.S«MiLm1
и 1
Титвои» 100
ObjType MW
FritOti, 0
Quarry Q
ИйедОиІа 0
Ol/Г CommEnw 0
OpefFrw 0
Рис. 7.21. Инструкция Read Var считывания данных из привода
Инструкция имеет два входа:
Execute - активизация работы инструкции (такт),
Abort - отмена работы
и четыре выхода:
Done - считывание завершено;
Busy - канал занят;
Aborted - работа инструкции отменена;
Error - ошибка работы инструкции.
Внутренние параметры инструкции устанавливаются в окне, открываю
щемся при щелчке по инструкции.
48
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Назначение параметров:
Link: Протокол связи.
ID: Адрес (номер) ведущего объекта.
TimeOut: Время ожидания выполнения команды.
ObjType: Выполняемая инструкцией функция, например:
Read One Word 16#4 (04) - чтение одного слова источника;
Read N Word 16#3 (03) - чтение нескольких слов источника.
FirstObj: 1-й адрес источника данных (ПЧ).
Quntity: Число слов чтения (по порядку!).
IndexData: 1 -й адрес приемника данных (PLC).
CommError: Ошибка коммуникации.
OperError: Ошибка выполнения операции.
Внимание!
1. В программе электроавтоматики необходимо обеспечить периодиче
ское считывание текущей информации, что реализуется сигналами тактового
генератора;
2. При парном использовании инструкций Write и Read они могут всту
пить в конфликт, поэтому в программе электроавтоматики при помощи выход
ных сигналов Busy и Done следует организовать синхронизацию их работы. Как
это сделать, будет показано ниже в рабочем примере программы.
Инструкция Write_Read_ Ѵаг
Comment
Symbol
Done
%WRITE_READ_VARO
IN
Link: SenalLinel
Id: 1
Timeout: 100
ObjType: MW
FirstWriteObj: 0
WriteQuantity: 0
IndexDataOut: 0
FirstReadObj: 0
ReadQuantity: 0
IndexDataln: 0
Busy
Aborted
OUT CommError: 0
OperError: 0
Error
Рис. 7.22. Совмещенная инструкция WriteReadVar
Инструкция объединяет команды записи и чтения в одной аппликации
(рис. 7.22). Назначение ее входных и выходных сигналов, а также внутренних
параметров аналогично раздельным инструкциям Write_Var и Кеаб_Уаг. Активи-
49
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
зация работы инструкции осуществляется тактированными сигналами по входу
Execute. Какой-либо внешней синхронизации процессов записи и считывания не
требуется. Рабочий пример PLC-программы приведен ниже в разделе 7.6.2.
Параметры Сканера
Как видно из описания инструкций записи и чтения, в посылке Modbus,
указывается 1-й адрес посылки и число следующих за ним по порядку слов с
данными. Здесь ключевое слово - по порядку.
В табл. 7.14 приведены поддерживаемые протоколом функции.
Таблица 7.14
Поддерживаемые функции чтения и записи
Function name
Code
Description
Remarks
Read holding registers
03
16403
Read N output words
Max PDU length : 63 words
Write one output word
06
16406
Write one output word
Write multiple registers
16
16410
Write N output word
Max PDU length : 61 words
Read/write Multiple registers
23
16417
Read/write multiple registers
Max PDU length : 4 words (W). 4 words (R)
(Sub-function)
Read device Identification
43/14
1642B
164OE
Encapsulated interface transport
/ Read device identification
Однако разработчику чаще всего необходимо записать или считать не
сколько данных, адреса которых расположены не по порядку. Для их упорядо
чивания и предназначены параметры Сканера (табл. 7.15).
Таблица 7.15
Параметры инструкций сканера
Submenu
IC 5 -
OCS-
On the local HIM, it Is parameter description
Factory setting parameter
Modbus address
NMA1 (nCIH 1)
Source drive address of the 1st input word
Address of ETA=3201
1640C81
NMA1 address
12701 164319D
NMA2(nnA?)
Source drive address of the 2nd input word
Address of RFRD=8604
164219C
NMA2 address
12702 164319E
NMA3(nnH3)
Source drive address of the 3rd input word
0
NMA3 address
12703 164319F
NMA4(nnff*0
Source drive address of the 4th input word
0
NMA4 address
12704 16431A0
NCA1 (nCH 1)
Destination drive address of the 1st output word
Address of CMD=8501
1642135
NCA1 address
12721 1643181
NCA2 (nCR?)
Destination drive address of the 2nd output word
Address of LFRD=8602
164219A
NCA2 address
12722 16431B2
NCA3(nr«3)
Destination drive address of the 3rd output word
0
NCA3 address
12723 1643183
NCA4(nCfl*f)
Destination drive address of the 4th output word
0
NCA3 address
12724 16431B4
50
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Окончание таблицы 7.15
On the local HIM. it 1* parameter description
/5Я-
05Я-
Modbus address
NM1 (лЛ I)
Source drive value of the 1st input word
ETA value
NM1 address
12741 16#31C5
NM2(nH?)
Source drive value of the 2nd input word
RfRD value
NM2 address
12742 16#31C6
NM3 (л П 3)
Source drive value of the 3rd input word
0
NM3 address
12743 16#31C7
NM4 (л Л 4)
Source drive value of the 4th input word
0
NM4 address
12744 16#31C8
МС1(лС /)
Destination drive value of the 1st input word
CMD value
NC1 address
12761 16H31D9
NC2(nfF)
Destination drive value of the 2nd input word
LFRD value
NC2 address
12762 16#31DA
NC3(лC 3)
Destination drive value of the 3rd input word
0
NC3 address
12763 16#31DB
МС4(лГЧ)
Destination drive value of the 4th input word
0
NC4 address
12764 16#31DC
Предусмотрено четыре меню (группы) сканеров: ICS-, ISA-, OCS-, OSA-,
Сканеры ICS-, ISA- предназначены для чтения параметров из ПЧ, а ска
неры OCS-, OSA- для записи в ПЧ.
Рассмотрим подробно процедуру чтения.
ICS- меню, содержащее четыре адреса регистров ПЧ, подлежащих чте
нию, числовые значения которых инструкцией Read пересылаются в PLC для
контроля и индикации.
Параметры хранения адресов регистров:
пМАІ - адрес 1-го регистра ПЧ;
пМА2 - адрес 2-го регистра ПЧ;
пМАЗ - адрес 3-го регистра ПЧ;
пМАЗ - адрес 4-го регистра ПЧ.
Каждый параметр пМА1...пМА4 имеет собственный фиксированный ад
рес протокола Modbus, соответственно 12701... 12704.
ISA- буферное меню ПЧ, в параметрах которого автоматически отслежи
ваются числовые значения регистров, адреса которых указаны в параметрах
пМА1...пМА4 меню ICS-.
Параметры хранения числовых значений регистров:
пМІ - значение 1-го регистра, адрес которого указан в пар. пМАІ;
пМ2 - значение 2-го регистра, адрес которого указан в пар. пМА2;
пМЗ - значение 3-го регистра, адрес которого указан в пар. пМАЗ;
пМЗ - значение 4-го регистра, адрес которого указан в пар. пМА4.
Каждый параметр пМ1...пМ4 также имеет собственный фиксированный
адрес протокола Modbus, соответственно, 12741.. .12742.
51
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
Пример. Необходимо считать
положены не по порядку:
ЕТА слово состояния ПЧ
RER фактическая частота
CMD управляющее слово
LCR ток двигателя
четыре параметра ПЧ, адреса которых рас
(адрес
(адрес
(адрес
(адрес
3201
3202
8501
3203
/
/
/
/
16#0С81);
16#0С82);
16#2135);
16#0С84).
Записываем 16-тиричные адреса параметров ПЧ в параметры сканера
ICS- (адреса не по порядку):
пМА1- = 0С81;
пМА2- = 0С82;
пМАЗ- = 2135;
пМА4- = 0С84.
Примечание: Запись адресов осуществляется при остановленном приво
де (ЕТА = 7) путем вращения колеса навигатора пульта управления ПЧ.
Числовые значения перечисленных параметров будут автоматически от
слеживаться в буферных параметрах сканера ISA- (адреса по порядку):
пМІ- = значение (внутренний адрес Modbus 12741);
пМ2- = значение (внутренний адрес Modbus 12742);
пМЗ- = значение (внутренний адрес Modbus 12743);
пМ4- = значение (внутренний адрес Modbus 12744).
В PLC-программе назначаем по порядку адреса слов приемника:
MW5 индикатор слова состояния ПЧ (ЕТА);
MW6 индикатор фактической частоты двигателя (RER);
MW7 индикатор управляющего слова ПЧ (CMD);
MW8 индикатор тока двигателя (LCR).
В параметрах инструкции Read записываем:
FirstObj:
12741 (1-й адрес источника данных)
Quntity:
4 (число слов чтения по порядку: 12741... 12744)
IndexData: 5 (1-й адрес приемника данных MW5)
Практическая реализация процесса чтения четырех параметров приведена
ниже на примере управления приводом от сенсорной панели оператора.
Процедура записи при помощи сканеров OCS- и OSA- и инструкции
Write_Var осуществляется аналогично.
52
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
7.6.2. Примеры организации связи по Modbus
Вариант 1:
- Задание скорости по протоколу Modbus
- Управление движением от дискретных входов электропривода
Органы управления показаны на принципиальной схеме (рис. 7.23):
SA1 - выключен: f=0,
включен: фиксированная частота;
SA2 - сброс электроавтоматики;
SA3 - направление вращения вперед;
SA4 - направление вращения назад.
Рис. 7.23. Принципиальная схема управления приводом ATV12 (Вариант 1)
Соединение PLC с компьютером выполнено стандартным кабелем по
протоколу USB, контроллера и привода по протоколу Modbus. Распайка кабеля
приведена ранее на рис. 7.14.
В канале задания скорости по Modbus используется только инструкция
Write Ѵаг.
В приводе устанавливаются следующие параметры:
Общие параметры:
Скалярный способ управления U/f
drc- / ctt = Std
Время разгона, торможения
Fun- / rPt / ACC=2c, dFc=2c
Характер разгона и торможения
rPs=Lin
Макроконфигурация Speed
CFG=Spd
53
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
Раздельное задание скорости
и управления
Задание скорости по Modbus
Управление приводом с клеммника
2-х проводное управление
Назначение реверса по дискретному
входу IL2
Отключение ошибок Modbus
Параметры коммуникации Сот-:
Адрес ведомого устройства
Скорость передачи данных
Формат протокола
Время ожидания
Ctrl- / CHCF Sep
Ctrl-/Frl=Mdb
Ctrl-/ Cdl=ter
10- / tcc=2C
Fun- / rrS=L2H
Fit- / OPL=no
Add=l
Фг=19,2
1Ро=8Е1
ТішеОиІ=10
Адреса сканеров и упорядочения адресов команд, по умолчанию и при
данном способе управления роли не играют.
Диаграмма работы привода и рабочий алгоритм приведены, соответ
ственно, на рис. 7.24 и рис. 7.26.
Задание скорости по Modbus
Ключевые параметры:
SpD- Режим Speed
СНСА = SEM Раздельное задание и управление
Frl = Mbd Задание скорости по Modbus
Cdl = ter Управление вперед / назад с клеммника
tCC = 2С 2-х пров. управление
rrS= L12 Назначение входа реверса
Рис. 7.24. Диаграмма работы ПЧ
Описание алгоритма:
RungO: Формирование вспомогательных сигналов = 1 и = 0.
Rungl: Запись тумблером 10.0 скорости вращения двигателя в слово ис
точника MW2=50 (рис. 7.25)
Rung2: Тактирование командного сигнала записи 10.0 по переднему и
заднему фронтам (см. рис. 7.25), т. е. формирование сигналов задания нулевой
и фиксированной скорости по каналу Modbus
Останов вращения осуществляется при снятии сигналов деблокировки
Вперед или Назад, а также при задании нулевой скорости.
54
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
10.0
MW2
Мб -
X
МОГц
^Такт
ЬРК(85021X Гзад=50Гц
X МГц X Г=5ОГц
1
N
X Гзад=0 X Гзад=50Гц
Рис. 7.25. Циклограмма задания частоты
Рис. 7.26_1. РЬС-алгоритм управления (начало)
Рис. 7.26 2. РЬС-алгоритм управления (окончание)
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
55
Rung3: Инструкция Write_Var задания скорости вращения двигателя
Заданы следующие внутренние параметры:
- адрес регистра слова приемника 8502 (см. табл. 7.9);
- число записываемых слов: 1 (одно);
- адрес источника скорости: 2 (MW2).
Rung4: Ячейки контроля процесса записи числового значения скорости
М15 - память сигнала Busy (канал занят, идет процесс записи);
Ml6 - память сигнала «Запись завершена». Формируется при условии,
что сигнал Busy был выдан (М15), завершен (/М11 ) и сформирован
сигнал Done (МІО);
10.5 - сброс памятей (для отладки).
Вариант 2:
- Задание скорости и сигналов управления по протоколу Modbus
Органы управления приведены на принципиальной схеме (рис. 7.27):
SA1 - начальная установка тумблером SA1 режима Shutdown (CMD = 6);
SA2, SA3 - шифратор скоростей;
SA4 - направление вращения Вперед (CMD =15);
SA5 - останов вращения (CMD = 7);
SA6 - направление вращения Назад (CMD = 2063);
SA7 - сброс задающего напряжения (для повторного запуска требует
начальную установку CMD = 6.
PC
USBty
Рис. 7.27. Принципиальная схема управления приводом ATV12 (Вариант 2)
56
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Для управления по Modbus используется только инструкция записи
Write Var. Организация связи аналогична предыдущему примеру.
В общих параметрах привода следует поставить следующие параметры:
Скалярный способ управления U/f drc- / ctt = Std
Время разгона, торможения
Fun- / rPt / ACC=2c, dFc=2c
rPs=Lin
Характер разгона и торможения
Макроконфигурация Speed
CFG=Spd
Раздельное задание скорости /
и управления
Ctrl- / CHCF=Sep
Ctrl- / Frl=Mdb
Задание скорости по Modbus
Ctrl-/Cdl=Mdb
Управление по Modbus
Параметры коммуникации Сот- не изменяются.
Диаграмма работы привода и рабочий алгоритм приведены, соответ
ственно, на рис. 7.28 и рис. 7.29.
Задание скорости и команд управления по Modbus
SpD- Режим Speed
CHCF = SEP Раздельное задание и управление
Frl = Mbd Задание скорости по Modbus
Cdl=Mbd Управление по Modbus
Рис. 7.28. Диаграмма работы привода
Описание алгоритма:
RungO: Формирование вспомогательных сигналов = 1 и = 0.
Rungl: Запись тумблерами 10.1 и 10.2 четырех скоростей вращения дви
гателя в слово источника MW2 = 50.
Rung2: Формирование сигналов командного слова CMD (MW1):
CMD = 6
Начальная установка (тумблер 10.0). В реальном проекте
нужно организовать автоматическую установку при пер
воначальном включении привода.
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ АІЛѴАР 12
СМБ = 7
СМЭ= 15
СМЭ = 2063
смо = о
57
Останов вращения (тумблер 10.4).
Пуск по часовой стрелке (тумблер 10.3).
Пуск против часовой стрелки (тумблер 10.5).
Снятие задания (тумблер 10.6).
Обращаем внимание, что в отличие от предыдущего варианта обеспечи
вается импульсная выдача команд управления.
Рис. 7.291. РЬС-алгоритм управления ПЧ (начало)
RungЗ: Формирование тактированного сигнала (Мб) записи команд через
инструкцию Write_Var.
Rung4: Инструкция Write_Var задания скорости вращения двигателя и
команд управления приводом.
Заданы следующие параметры:
- 1-й адрес регистра слова приемника 8501 (см. табл. 7.9);
- число записываемых слов: 2 (одно);
- адрес источника скорости: 1 (MW1).
58
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Инструкция выполняет следующие действия:
- загружает код скорости 1-го слова источника (MW1) из электроавто
матики в регистр 8501 электропривода;
- загружает команды управления (2-е слово источника MW2) в регистр
управления 8502 (СМИ).
В данном проекте установка нужной скорости производится предвари
тельно перед выдачей команды на вращение. Для изменения скорости враще
ния на ходу необходимо сформировать импульс записи при смене кода (см. ва
риант 3).
Рис. 7.29 2. РЬС-алгоритм управления (окончание)
Rung5: Ячейки контроля процесса записи числовых значений скорости и
кодов управления. Аналогично предыдущему варианту.
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
59
Ml5 - память сигнала Busy (канал занят, идет процесс записи);
М16 - память сигнала «Запись завершена». Формируется при условии,
что сигнал Busy был выдан (Ml5), завершен (/МН) и сформирован
сигнал Done (МІО);
10.6 - сброс памятей (для отладки).
Вариант 3.
- Полное управление приводом по протоколу Modbus от программи
руемой панели оператора.
Принципиальная схема проекта приведена на рис. 7.30. Управление при
водом осуществляется от программируемой панели оператора фирмы Weintek.
На панели оператора (рис. 7.31) предусмотрены следующие органы
управления:
- кнопка включения стенда (присвоен адрес М5);
- кнопка выключения стенда, адрес Мб;
- индикатор включенного состояния стенда, адрес М7;
- кнопка направления вращения Вперед, адрес М8;
- кнопка останова вращения Стоп, адрес М9;
- кнопка направления вращения Назад, адрес МІО;
- три индикатора режима: Вперед (Ml 1), Стоп (М13) и Назад (М12);
- сенсорный задатчик частоты (слово MW2);
- индикатор слова состояния (адресное слово MW5);
- индикатор фактического значения частоты (слово MW6);
- индикатор командного слова (слово MW7);
- индикатор тока двигателя (слово MW8).
В общих параметрах привода следует поставить следующие параметры:
Скалярный способ управления U/f dre- / ctt = Std
Время разгона, торможения
Fun- / rPt / ACC = 2c, dFc = 2c
Характер разгона и торможения
rPs = Lin
Макроконфигурация Speed
CFG = Spd
Раздельное задание скорости
и управления
Ctrl- / CHCF = Sep
Задание скорости по Modbus
Ctrl- / Fri = Mdb
Управление по Modbus
Ctrl-/Cdl = Mdb
Параметры коммуникации Сот- не изменяются.
60
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
-220В
Рис. 7.30. Принципиальная схема управления приводом Altivar 12
от панели оператора по протоколу Modbus
Управление ATV12 по Modbus
^тенд
p2WQ4 WED 10:50:80
Частота управления
Факт
Задание
втянет;-------
ІТЖ!)
ш.^
кнопки управления
Диагностика
ЕТА-Статус
CM D-Команда
ргтяаяп^—'
FFFF
FFFF
ТдкДвиг
##.#
Рис. 7.31. Проект панели оператора
Процедура установки связи между компьютером, контроллером, па
нелью оператора и электроприводом
Связь между компьютером, контроллером и панелью осуществляется по
интерфейсу Ethernet (протокол Modbus RTU), а между контроллером и приво
дом по интерфейсу RS-485 (протокол Modbus TCP/IP).
При организации связи между несколькими объектами, если нет большого
опыта, и тем более, если это делается впервые, всегда возникают определенные
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
61
проблемы. По этой причине следует выполнять эту работу последовательно,
шаг за шагом.
В рассматриваемом проекте присутствуют четыре объекта: компьютер,
контроллер, панель оператора и электропривод. Рекомендуем следующую по
следовательность работы:
- разработать PLC-программу, организовать автономную связь Компью
тер -> PLC, загрузить программу и отладить синтаксические ошибки;
- разработать программу панели оператора, отладить ее работу на симу
ляторе, организовать автономную связь Компьютер -> Панель, загру
зить программу в физическую панель. На возникшие при этом ошибки
загрузки, можно не обращать внимание, они исчезнут при настройке
связи PLC -> Панель;
- установить необходимые параметры и настроить связь PLC -> Панель.
Проверить их совместную работу;
- установить необходимые параметры и настроить связь PLC -> Элек
тропривод. Проверить совместную работу контроллера, панели и при
вода, довести проект до рабочего состояния, соглано техническому за
данию;
- отсоединить компьютер и проверить автономную работу комплекса
«Панель оператора - Контроллер - Электропривод».
Поэтапное описание работ по установке связи:
1. Установить на компьютер программное обеспечение
- Eco Straxtur Machine Expert-Baisic (программирование контроллера
ТМ200);
- Easy Builder Pro (программирование панели Wintek).
2. Выполнить конфигурацию контроллера, написать PLC-программу.
3. Разработать проект панели оператора.
4. Соединить компьютер, контроллер, панель и привод кабелями, со
гласно принципиальной схемы рис. 30 и подать питание.
5. Определить установленные по умолчанию IP-адреса компьютера и
панели оператора, для чего:
5.1. В компьютере выполнить следующие действия, последовательно
щелкая мышкой по указателям:
- панель управления;
- сеть и интернет;
- центр управления сетями и общим доступом;
- изменение параметров адаптера;
- в окне «Сетевые подключения» наблюдать сообщение «Ethernet.
Неопознанная сеть». Компьютер увидел контроллер. - Щелк
нуть по надписи «Ethernet. Неопознанная сеть»;
62
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- в окне «Ethernet: Свойства» отметить (зачернить) запись «ІР
версии 4(ТСР/ІРѵ4)» и щелкнуть по кнопке «Свойства»;
- наблюдать установленные по умолчанию адреса
ІР-адрес
192.168.1.3
Маска подсети
255.255.255.0
Основной шлюз
192.168.1.1
Предпочтительный DNS-сервер 192.168.1.1
- при необходимости, исправить и щелкнуть ОК;
- записать адреса и все закрыть.
5.2.
В физической панели оператора:
- карандашом щелкнуть по иконке в нижнем правом углу;
- в открывшемся меню щелкнуть по аппликации «Шестеренка»;
- в открывшемся окне набрать пароль 111111 (шесть единиц) и
щелкнуть ОК;
- прочитать ІР-адреса, установленные по умолчанию
ІР-адрес
192.168.1.4
Маска
255.255.255.0
Шлюз
192.168.1.1
DNS-cepвep
192.168.1.1
- записать адреса
6. В контроллере установить ІР-адрес, близкий, но отличающийся от
установленных адресов компьютера (192.168.1.3) и панели оператора
(192.168.1.4), например, 192.168.1.5. Адреса Масок и Шлюзов должны совпа
дать. Для установки адреса выполнить следующие действия:
- в среде Eco Struxure Machine Expert-Baisic компьютера открыть рабочий
проект PLC-программы;
- открыть меню «Configuration»;
- в меню «Propeties» (Свойства) установить следующие параметры:
ЕТНІ
Fixed IP-Address
ІР-адрес
192.168.1.5
Маска
255.255.255.0
Шлюз
192.168.1.1
Запомнить. Канал загрузки PLC-программы готов.
7. Загрузить и автономно проверить работу PLC-программы, для чего:
- активизировать меню «Commissioning»;
- отметить ІР-адрес 192.168.1.5 и щелкнуть по кнопке Login;
- в окне Found по сообщению TM200CE24R 1.12.1 убедиться, что си
стема связи видит контроллер;
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
63
- щелкнуть по клавише «PC to Controller (Download)» и следуя дальней
шим подсказкам загрузить проект;
- по окончании загрузки щелкнуть по клавише Start controller и перейти
в меню «Programming»;
- проверить программу в On-Line режиме.
8. Загрузить проект панели оператора, для чего:
- открыть программу панели в среде Easy Builder Pro;
- в окне системных параметров «Домой» установить «Local НМІ / Ло
кально / МТ8102ІЕ (1024x600)» и щелкнуть ОК;
- в меню «Проект» щелкнуть по клавише «Загрузить (ПК -> Панель» и
наблюдать процесс загрузки до появления надписи «Загрузка завере
на». Проект панели появится на ее дисплее. Поскольку связь панели с
компьютером еще не установлена, загрузка завершится не полностью,
а на дисплее появится надпись «Нет связи».
9. Установить связь по Ethernet между контроллером и панелью, для
чего:
9.1.
9.2.
В компьютере и контроллере установить ІР-адреса.
Уже сделано, соответственно, 192.168.1.3 и 192.168.1.5,
В панели оператора выполнить следующее:
- в физической панели установить ІР-адрес.
Уже сделано: 192.168.1.4;
- в системных параметрах меню «Домой» программной среды
Easy Builder Pro установить параметры устройства с которым
осуществляется связь, т. е. контроллера:
имя:
Schneider Modbus TCP/IP
интерфейс: Ethernet
IP-адрес:
станция:
192.168.1.5, порт =502
1
- запомнить проект, перезагрузить и проверить связь.
10. Установить параметры связи контроллера с электроприводом, для
чего:
10.1. Подключить электропривод кабелем связи RS-485 протокола Modbus.
10.2. Установить параметры связи «Сом-» протокола Modbus в электро
приводе:
Modbus address:
1
Band rate:
9600
Format:
8E1
Timeout:
10
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
64
10.3. Установить параметры протокола Modbus в меню «Configuration»
контроллера (одинаково с приводом!):
- SL1 (Serial Link)
Modbus
Protocol:
Bond rate:
9600
Parity:
Even
Data bits:
8
Stop bits:
1
RS-485
- Modbus
Devise:
None
Transmission mode:
RTU
Addressing:
Master
11. В программной среде Easy Builder Pro настроить общую связь панели
оператора с контроллером и электроприводом. Выполняется в окне «Си
стемные параметры» меню «Домой»:
11. 1. Связь панели с электроприводом осуществляется по сети RS-485
протокола Modbus RTU.
В параметрах устройства устанавливается:
Локальное устройство 1 / Schneider Modbus RTU / Локально / Schneider
Modbus RTU / Coml (9600, E, 8, 1).
11. 2. Связь панели с контроллером осуществляется по сети Ethernet про
токола Modbus TCP/IP
В параметрах устройства устанавливается:
Локальное устройство 4 / Schneider Modbus TCP/IP / Локально / Schneider
Modbus TCP/IP / Сеть (IP= 192.168.1.5, порт 502)
Ниже показана окончательная запись уставок связи панели.
IfftIWi
Имя
ІЮсаІНМІ
[ Schneider MO08US RTU
I Schneider MOMUS TCP/F
местоположения
Локмыв
ЛОКАЛЬНО
Локально
Тип устройств*
МТ810М (ІОМхИв)
Schnader MODBUS RTU
Schneider MOOGuS TŒ/P
Интерфейс
Протокол VF
COM t (•М»,МД)
RM«S 2W
O’* (Г-ІМ-1ОЛЛ. Порт-502} TCWF
номер стам#*.
в
!
»
Связь налажена. Перезагрузить систему и проверить ее работу в комплексе.
Теперь рассмотрим два варианта решения поставленной задачи:
- с использованием раздельных (вариант 3) инструкций записи
Write_Var и считывания Read_Var и
- с использованием общей (вариант 4) инструкции Write_Read_Var, что
позволит понять принципы корректной организации алгоритмов
управления.
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
65
Вариант 3.1. Раздельные команды Write_Var и Кеаб Ѵаг
Описание алгоритма (рис. 7.32).
Формирование вспомогательных сигналов =1 и =0
Включение и выключение стенда, кнопками с панели оператора:
М5 - кнопка включения;
Мб - кнопка выключения;
90.0 - выход включения силового пускателя (на схеме не показан);
М7 - выход включения индикатора на панели оператора.
М3, М4, ТМ1 - Формирование импульса длительностью 0.5 с для останова и
обнуления частоты задания привода при выключении стенда.
RungO:
Rungl-2:
Рис. 7.321. Алгоритм управления (начало)
Запись числовых значений в буфер команд управления:
Слово MW1 - буфер слова CMD управления приводом (адрес регистра
8501);
Слово MW2 - буфер частоты вращения LFR (адрес регистра 8502).
буфер командного слова MW1 записывается:
число 6 при включении стенда (кнопка М5);
число 7 при останове (кнопка М9);
число 15 при вращении Вперед (кнопка М8);
число 2063 при вращении Назад (кнопка М10);
Rung3:
В
-
В буфер частоты вращения MW2 записывается:
- заданная частота при ее наборе на панели оператора;
- число 0 при выключении стенда (кнопка Мб).
66
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
При выключении стенда кнопкой Мб дается так же команда М3 останова
привода (число?) и обнуляется заданная и фактическая частота вращения.
Rung4: Формирование сигналов индикации на панели оператора задан
ных направлений вращения:
МП- задано направление Вперед;
М12 - задано направление Назад;
М13 - задана команда Стоп;
Rung5: Формирование сигнала М14 изменения на панели задания часто
ты вращения. Сигнал М14, длительностью в один вычислительный цикл кон
троллера (такт) формируется при не равенстве текущей MW11 и вновь задан
ной MW12 скорости.
Рис. 7.32 2. Алгоритм управления (продолжение 1)
Рис. 7.32 3. Алгоритм управления (продолжение 2)
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
67
Rung 6: Формирование сигнала записи командного слова.
В данном варианте проекта используются раздельные инструкции записи и
чтения информации при общении контроллера и привода по протоколу Modbus.
Приводом поддерживается 2-х проводной RTU-протокол, в котором по опреде
лению не могут одновременно выполняться процедуры записи и считывания.
При одновременной подаче сигналов активизации Execute в инструкции Write и
Read они вступят в конфликт, и команды будут выполняться неправильно, что
недопустимо. Следовательно, необходима синхронизация их работы.
В проекте принята следующая идеология управления:
- команды записи Execute в инструкцию Write выдаются однократно от
кнопок управления и задатчика частоты. Если команда принята, то она
запоминается в приводе;
- считывание информации из привода для контроля и диагностики
должно выполняться непрерывно, поэтому команда Execute в инструк
цию Read подается от тактового генератора.
Идеология синхронизации приведена на рис. 7.33, а алгоритм формиро
вания команды записи на рис. 7.32 3. Назначение ячеек:
М16 - логическая сумма всех кнопок управления;
Ml7 - память нажатия кнопок управления;
М19 - тактовый сигнал записи, формируемый при условии не занято
сти канала записи.
Рис. 7.32 4. Алгоритм управления (продолжение 3)
68
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
При нажатии любой командной кнопки ее действие запоминается (М17) и
если команда на запись выдана в момент выполнения операции считывания,
выполняется ожидание ее завершения, после чего формируется команда на за
пись М19 (см. 1 на диаграмме рис. 7.33).
При завершении операции записи память команды сбрасывается. Привод
готов к выполнению следующей команды.
Если команда выдается при свободном канале обмена информацией, то
она выполняется сразу (см. 2 на диаграмме рис. 7.33).
П
Ген
I Запрет!
Имп R
Busy Ri'!'
Done R I
I
”|
Т
Я—£
I Запрет!
сП'
КнЗапись
П(КнЗап)I
Имп W
т
т
I Ожи^анис!І
I
1
Busy W і
т
і
т
DoneW 1
Рис. 7.33. Синхронизация работы инструкций Read и Write
Rung 7: Инструкция записи командного слова и частоты вращения.
Установлены следующие внутренние параметры:
- начальный адрес источника 8501;
- число записываемых слов 2:
8501 - командное слово CMD,
8501 - частота вращения RER;
- начальный адрес источника 1
Передаются числовые значения слов MW2 и MW3.
Запись активизируется тактом по переднему фронту сигнала Ml9.
Инструкция пердамм сигналов управления и скрорости в ПЧ через Modbus: Источник MW1. MW2. Приемник MW85OI. MW8502
4M Ht
. |р|
-----------
---------
—
EXECUTE ’'^
DONE
VWfcTt.SAIW
Ur*. 1 ■ SU
<1
T*wat юо
ABORT
ObjTypr. 0 ■ writ* muWipte word* ■».
BUSY
^tOt, *Wi
Q^wy 3
tndasiDMt 1
СсиѵпШегО
ОрнТгкг 0
ABORTED
мш
*М2Э
Рис. 7.32 5. Алгоритм управления (продолжение 4)
69
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
Rung 8: Тактовый генератор формирования сигнала М27 считывания ин
формации из привода.
Rung 9: Инструкция чтения информации привода.
Согласно проекту панели управления считыванию подлежат четыре па
раметра:
- статусное слово;
- фактическая частота вращения;
- управляющее слово;
- ток двигателя.
Рис. 7.32 6. Алгоритм управления (окончание)
Адреса регистров данных сигналов не расположены по порядку, поэтому
выполняется их перегруппировка при помощи параметров Сканеров. Идеология
перегруппировки показана в табл. 7.16.
Таблица 7.16
Перегруппировка параметров считывания
Назначение
Статусное слово
Частота вращения
Управляющее слово
Ток двигателя
Аббр
Адрес
PLC
1CS - адрес
источника(Read)
ЕТА
RER
CMD
LCR
MW5
MW6
MW7
MW8
пМАІ =0С81
пМА2 = 0С82
пМАЗ = 2135
пМА4 = 0С84
Установлены следующие внутренние параметры:
- начальный адрес источника 12741;
- число передаваемых слов 4;
- начальный адрес приемника 5.
ISA - буфер данных
ПЧ (адр 12741)
пМІ
пМ2
пМЗ
пМ4
=>MW5
= > MW6
= > MW7
= > MW8
70
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Числовые значения считываемой информации записываются в слова кон
троллера MW5, MW6, MW7, MW8 и отображаются на дисплее панели оператора.
Считывание активизируется тактом по переднему фронту сигнала М27 и
блокируется при занятом канале в процессе записи.
Сигнал М3 обеспечивает обнуление показаний частоты при останове
привода от кнопки Мб выключения стенда.
Вариант 3.2. Совмещенная команда записи и считывания
Write_Read_Var
Описание алгоритма (рис. 7.34).
Первые пять блоков (RungO...Rung4) аналогичны управлению с раздель
ными инструкциями записи и чтения.
RungO: Формирование вспомогательных сигналов = 1 и = 0.
Rungl-2: Включение и выключение стенда кнопками с панели оператора.
Rung3: Запись числовых значений в буфер команд управления.
Rung4: Формирование сигналов индикации на панели оператора задан
ных направлений вращения.
Rung5: Генератор формирования сигнала М18 периодической активиза
ции инструкции Write_Read_Var.
Рис. 7.341. Алгоритм управления (начало)
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
71
Рис. 7.34 2. Алгоритм управления (продолжение 1)
Рис. 7.34 3. Алгоритм управления (продолжение 2)
Rung6: Совмещенная инструкция записи и считывания контроллером
информации электропривода. Синхронизация процессов записи и чтения обес
печивается путем их последовательного выполнения в одной посылке протоко
лом Modbus. Каких-либо действий в электроавтоматике для этого не требуется.
Установлены следующие внутренние параметры.
Параметры записи:
- начальный адрес источника 8501;
- число записываемых слов 2:
8501 - командное слово CMD,
8501 - частота вращения RER;
- начальный адрес источника 1.
Параметры чтения:
- начальный адрес источника 12741;
- число передаваемых слов 4;
- начальный адрес приемника 5.
72
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Числовые значения считываемой информации записываются в слова кон
троллера MW5, MW6, MW7, MW8 и отображаются на дисплее панели оператора.
При необходимости, в электроавтоматике могут использоваться выход
ные сигналы инструкции: Done, Busy, Aborted, Error.
Сигнал М3 обеспечивает останов и обнуление показаний частоты при вы
ключении стенда кнопкой Мб, если двигатель вращается.
Рис. 7.34 4. Алгоритм управления (окончание)
7.7. Управление электроприводом Альтивар 12 по токовой петле
от контроллера фирмы Овен
Программируемый контроллер серии ПР200-24.2.0.0 имеет два аналого
вых токовых выхода.
В технической документации на контроллер можно найти только следу
ющую информацию:
1. Числу 0.5 в формате с плавающей запятой соответствует выходной
ток 12 мА.
2. Аналоговый выход требует отдельного источника питания.
Исходя из этой информации, нарисована принципиальная схема управле
ния (рис. 7.35) и разработан простейший алгоритм проверки на функционирование.
73
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12
Ключевые параметры:
SpD- режим Скорость
СНСА = SEP раздельное задание
и управление
Frl = AI 1 задание скорости по входу AI I
Cdl = ter управление с клеммника
Al 1 = ОА токовая петля
CrLl, СгНІ = пределы изменения
токового сигнала 4-20мА
tCC = 2С 2-х пров. управление
rrS= LI2 назначение входа реверса
Рис. 7.35. Принципиальная схема управления
В приводе установлены следующие параметры:
Назначение Параметра
Режим макроконфигурации CFG
Параметр
StS
Раздельное управление Ctrl-/CHCА
=Scp
Канал задания скорости Ctrl-/Frl
=АН
Тип сигнала задания I O-/AI1/А11 -
=0А
Нижний предел токового задания 10-/А11/А11 -/Al 1 t/CrLl
=4.0
Верхний предел токового задания I_O-/AI 1/AI1-/AI It/CrH 1
=20.0
2-х проводное управление l_O-/tcc
=2С
Сигналы управления с клеммника Ctrl-/Cdl
=ter
Назначение входа Назад Fun-/rrS
=LI2
Управляющий сигнал по токовой петле подается с выхода контроллера
АО1 на вход привода АІ1.
Задание скорости вращения двигателя осуществляется комбинацией дис
кретных входов контроллера 011 и 012.
Направление вращения двигателя задается входами ЬІ1 и Ы2 электропри
вода.
В учебном алгоритме для предварительной установки кода скорости ис
пользована команда присвоения (Беі для чисел с плавающей запятой.
Комбинацией состояния входов II и 12 можно задать три значения кода
для скорости. По умолчанию устанавливается код 0,2.
Убедившись, что система работает, легко разработать любой алгоритм
управления электроприводом [11-16].
74
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 7.36. Учебный алгоритм управления
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
8Л. Общие сведения и классификация
Разработка и функционирование любой системы автоматизированного
управления промышленными, бытовыми или локальными объектами, вне зави
симости от их сложности, немыслимы без измерения параметров регулируемых
величин, без контроля за последовательностью и правильностью выполняемых
действий. Эту роль выполняют различного рода датчики и устройства обработ
ки получаемой от датчиков информации, т. е. измерительные устройства.
Обобщенная блок-схема электроавтоматики управления автоматизированным
объектом (рис. 8.1) включает:
- командные органы;
- систему управления и защиты;
- исполнительные устройства;
- измерительные устройства;
- устройства отображения происходящих процессов.
Рис. 8.1. Обобщенная блок-схема электроавтоматики управления
Приведем классификацию измерительных систем.
Измеряемая величина:
- ток;
- напряжение;
- мощность;
- давление;
76
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
-
температура;
скорость;
положение;
позиция;
угол поворота;
уровень;
расход жидкости и т. д.
Способ измерения:
- прямой;
- косвенный.
Принцип работы датчика:
- механический контакт;
- индуктивный;
- фотоимпульсный;
- магнитный;
- емкостной;
- пьезоэлектрический;
- на основе эффекта Холла;
- тензометрический;
- магнитострикционный;
- радиационный;
- вихревой и др.
Форма представления выходного сигнала:
- замыкание контакта;
- аналоговый;
- цифровой код.
Этот далеко не полный классификационный перечень показывает
насколько сложна и обширна данная тема, тем более, что идет постоянная раз
работка новых методов измерения и совершенствование существующих.
Классической основой теории электрических измерений является измере
ние тока, напряжения, мощности, сопротивления, индуктивности, емкости и
других физических величин.
Процедуры измерения можно разделить на два класса, внутренние и
внешние.
Внутренние измерения выполняются в промышленных структурах специ
ализированных электротехнических изделий, например, регулируемых элек
троприводах, где могут использоваться шунты, датчики тока и напряжения,
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
77
делители напряжения и добавочные сопротивления, схемы преобразования и
согласования сигналов, устройства гальванической развязки и др.
Внешние измерения выполняются при помощи специальных промышлен
ных измерительных приборов, например, амперметров, вольтметров, тесте
ров, частотомеров, осциллографов и т. д.
Адресуем студентов к специальной литературе. Настоящую главу посвя
щаем краткому обзору и области применения наиболее распространенных дат
чиков систем автоматизации. Номенклатура и технические характеристики дат
чиков не приводятся.
8.2. Физические основы работы датчиков
8.2.1. Контактные конечные выключатели и микропереключатели
Несмотря на бурное развитие производства бесконтактных конечных вы
ключателей, контактные выключатели никогда не потеряют свою нишу приме
нения, как по техническим, так и по ценовым критериям.
Область их применения, это в первую очередь, аварийное ограничение пе
ремещения различных механизмов и контроль фиксированных позиций (рис. 8.2).
Рис. 8.2. Применение контактных конечных выключателей
При новом проектировании или модернизации станков, автоматических
линий и другого оборудования, не всегда удается конструктивно встроить со
временные бесконтактные индуктивные датчики, но легко встроить контактный
микропереключатель, надежность работы которого достаточно велика.
Если индуктивный датчик будет плотно окружен металлическими кон
струкциями, то он в принципе не будет работать надежно, т. е. так делать нель
зя и здесь снова ниша микропереключателя.
Если проектируется, например, механизм подачи тары с материалами на
строительной площадке, то это снова ниша простых и дешевых контактных вы
ключателей.
Широкое применение нашли также герконовые, т. е. магнитоуправляемые
контактные датчики.
78
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
8.2.2. Индуктивные датчики
Ведущими производителями индуктивных бесконтактных датчиков в
России являются Челябинская научно-производственная компания «Теко» и
Екатеринбургская фирма «Сенсор», выпускающие широкую номенклатуру дат
чиков с дискретным и аналоговым входом, закрывающих практически всю но
менклатуру возможных применений.
Бесконтактные дискретные индуктивные датчики (рис. 8.3) пришли на
смену контактным в сложных автоматических системах управления, так как
обладают большой надежностью, герметичны и могут работать в окружающей
среде, где применение контактных датчиков недопустимо.
Выходной каскад датчиков может находиться только в двух состояниях,
логического нуля (выключен) или логической единице (включен).
Рис. 8.3. Общий вид бесконтактного индуктивного датчика
Блок-схема внутренней структуры датчика (рис. 8.4) включает:
- чувствительный элемент, расположенный в торцевой части и выпол
ненный в виде катушки индуктивности;
- управляемый генератор;
- демодулятор и триггер Шмидта;
- выходной элемент;
— индикатор состояния.
В не активном состоянии генератор формирует непрерывные колебания, а
выходной элемент находится в «нулевом» логическом состоянии.
При подводе металлического предмета к торцу датчика генерация отклю
чается, срабатывает триггер, а выход датчика устанавливается в состояние ло
гической «единицы».
Генератор
Демодулятор
Триггер Коммутационный
элемент
Рис. 8.4. Упрощенная блок-схема электроники индуктивного датчика
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
79
Номенклатура датчиков огромна, они различаются по конструктивному
исполнению, габаритам, электрическими параметрам. Самое главное, что нуж
но знать разработчику электроавтоматики, это принцип организации выходного
каскада.
Выходами могут быть замыкающие или (и) размыкающие контакты, вы
ходной транзисторный каскад может быть организован, как по РИР, так и по
NPN схеме (рис. 8.5). Это очень важно при организации подключении датчика к
устройству управления, например, к программируемому контроллеру (рис. 8.6).
РИРНО
PNP НЗ
ЫРЫНО
Рис. 8.5. Варианты исполнения выходных каскадов индуктивных датчиков
Рис. 8.6. Варианты подключения датчиков к РЬС
80
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
При разработке механической конструкции встройки датчиков и подвода
механической пластины нужно учитывать характеристику его срабатывания в
зависимости от расстояния между пластиной активизации и торца датчика, а
также гистерезис (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Характеристика срабатывания датчика
Большое применение находит также щелевая конструкция датчиков
(рис. 8.8).
Рис. 8.8. Щелевой датчик фирмы Сенсор
Далее приведены примеры практического применения дискретных индук
тивных датчиков в различных сферах промышленного производства (рис. 8.9) и
для контроля движения манипулятора вверх-вниз и вправо-влево при выполне
нии автоматических операций (рис. 8.10).
81
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
Обнаружен»*
металлических банок
Контроль глубины
Обнаруженіи немагнитных
деталей
Контроль положения
запорной арматуры
Сортировка металлических
объектов по размеру
Обнаружение сломанных
сверления
Обнаружение банок и
крышек
Управление
манипулятором робота
сверл
Контроль числа оборотов
Контроль перемещения
Контроль положения эле
ментов командоапларата
флажка
Позиционирование
объектов на подвесном
конвейере
Обнаружение регулировоч- Определение положения
ных винтов на колесе для
клапана (полностью
определения скорости или открыт или закрыт)
направления вращения
Обнаружение
выкрашивания фрез
Рис. 8.9. Варианты применения дискретных датчиков Теко
82
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 8.10. Применение индуктивных датчиков при управлении
движениями манипулятора
Бесконтактные аналоговые индуктивные датчики (рис. 8.11)
Физический принцип работы таких датчиков аналогичен дискретным, при
изменении расстояния между внесенной в его зону металлической пластины и
торца датчика изменяется амплитуда колебания генератора. Отличие в способе
обработки сигнала. На выходе формируется сигнал напряжения, пропорцио
нальный амплитуде колебаний генератора, т. е. пропорциональный величине
зазора, что позволяет измерять непрерывные перемещения.
Рис. 8.11. Варианты применения аналоговых датчиков Теко
8.2.3. Емкостные датчики
Конструктивно, датчик может быть выполнен в виде цилиндра с резьбо
вым креплением, наподобие широко используемых при автоматизации индук
тивных датчиков, что очень удобно при его встройке в объект. Подобный дат
чик китайской фирмы КІРРЯІВОИ показан на рис. 8.12.
Принцип действия таких датчиков основан на изменении емкости его
чувствительного элемента под воздействием изменения измеряемой величины
(рис. 8.13).
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
83
Рис. 8.12. Емкостной датчик фирмы КірргіЬог
Блок-схема внутренней структуры датчика (рис. 8.13) включает:
- чувствительные электроды, расположенные в торцевой части датчика;
- управляемый генератор;
- демодулятор и триггер Шмидта;
- выходной элемент;
- индикатор состояния.
Рис. 8.13. Блок-схема емкостного датчика
Диэлектрическая проницаемость воздуха близка к единице и при отсут
ствии каких-либо внешних материалов перед чувствительными электродами
датчика колебания на выходе генератора отсутствуют или имеют незначитель
ную амплитуду. Выходной сигнал имеет уровень логического нуля.
Если в зоне чувствительного элемента оказывается какой-либо внешний
материал с диэлектрической проницаемостью отличной от единицы, то емкость
конденсатора увеличивается, в генераторе возникают колебания, сигнал которо
го преобразуется в напряжение постоянного тока. Триггер Шмидта переключа
ется и вызывает появление сигнала логической единицы на выходе датчика.
Амплитуда сигнала колебаний генератора зависит от его диэлектрической
проницаемости объекта измерения, его размеров и степени приближения к дат
чику.
Бесконтактные емкостные датчики предназначены для обнаружения объ
ектов из различных материалов и применяются в пищевом и химическом произ
водстве, в бытовой технике, автомобилестроении, различных автоматических
производственных линиях и т. д. С их помощью можно контролировать уровень
84
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
жидких материалов, определять уровень влажности материала, контролировать
обрывы ленточных материалов, одним словом, их область применения чрезвы
чайно обширна. Главное правильно выбрать и встроить датчик в систему
управления.
Ниже на рис. 8.14 и 8.15 приведены примеры промышленного примене
ния емкостных датчиков.
Рис. 8.14. Обнаружение неметаллического объекта
Рис. 8.15. Определение уровня жидкости в резервуаре
Пример электрической схемы подключения датчика показан на рис. 8.16.
Обращаем внимание, что так же, как и у индуктивных датчиков, выход
ные каскады, в зависимости от исполнения, могут быть РИР или NPN типов,
что важно при подключении датчика к программируемому контроллеру.
Рис. 8.16. Схема подключение емкостного датчика фирмы КірргіЬог
85
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
8.2.4. Датчики Холла
Принцип работы датчиков основан на явлении, открытом американским
физиком Э. Холлом (рис. 8.17).
Рис. 8.17. Принцип работы датчика Холла
При пропускании тока через пластину, изготовленную из полупроводни
кового материала и помещенную в магнитное поле, на ее гранях индуцируется
э. д. с., пропорциональная индукции магнитного поля В и величине тока I:
где
Е - выходное напряжение;
Кх - коэффициент Холла, зависящий от материала пластины;
I - величина тока;
В - индукция магнитного поля;
А - толщина пластины.
Общий вид датчиков фирмы Honeywell приведен на рис. 8.18.
SOT-89
SOT-23
ЗГЗ
SMM
Рис. 8.18. Общий вид датчиков Холла
Структурная схема промышленного датчика (рис. 8.19) включает элемент
Холла, усилитель, триггер Шмидта и выходной транзистор с открытым коллек
тором.
86
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 8.19. Структурная схема промышленного датчика Холла
Датчик имеет три вывода: два для питания (Ѵсс, GRD) и один выход
(OUT).
Область применения датчиков обширна, это: измерение тока, скорости,
положения, угла поворота, формирование датчиков вибрации, расхода газа или
жидкости, считыватели магнитных карточек и др.
В современных регулируемых электроприводах переменного тока с век
торным управлением датчики Холла применяются для измерения значения
проекций вектора главного потокосцепления на оси неподвижной системы ко
ординат, для чего устанавливаются в зазоре двигателя.
8.2.5. Пьезоэлектрические датчики
Принцип их работы основан на явлении формирования электрических за
рядов на поверхности диэлектриков (например, кварца или титаната бария) и
электрической поляризации зарядов при механических воздействиях и дефор
мациях.
При разработке пьезоэлектрических датчиков наибольшее применение
нашел кварц, имеющий высокие механическую прочность и изоляционные ка
чества, независимость характеристик от изменения температуры.
Характерной структурой кварца является призма (рис. 8.20).
Различают следующие оси структуры кристаллов кварца:
- продольная оптическая ось Z;
- электрическая ось X, нормальная к оптической оси и проходящая че
рез ребра призмы;
- механическая ось У, нормальная к граням призмы.
Для изготовления датчика из кристалла вырезается пластина, грани кото
рой (а, Ь, с) параллельны перечисленным выше осям.
87
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
Поперечный
пьезоэффект
Рх
— Рх
Продольный
пьезоэффект
Рис. 8.20. Оси симметрии в кристалле кварца
В конструкции датчиков кварцевые пластины располагаются между ме
таллическими прокладками, передающими давления на кварц.
Под влиянием сил Рх и Ру, воздействующих на пластину, кристалл элек
тризуется и на плоскостях перпендикулярных электрической оси образуется
электрический заряд, интенсивность которого пропорциональна механической
деформации. Этот эффект и используется при измерениях. Различают продоль
ный и поперечный пьезоэффекты.
8.2.6. Магнитострикционные датчики
Магнитострикция, это изменение линейных размеров и объема ферро
магнитных материалов (железо, никель, кобальт и их сплавы) при изменении их
степени намагниченности.
Существует и обратный эффект изменения степени намагниченности ма
териала под воздействием упругих деформаций его сжатия или растяжения.
Эффект магнитострикции позволяет генерировать и отражать механиче
ские волны в волноводе и путем измерения времени прохождения этих волн в
волноводе вычислять линейное положение магнита. На этом принципе и стро
ятся магнитострикционные датчики.
Производителем магнитострикционных датчиков в России для различных
сфер применения являются фирмы «ОКБ Вектор», «КТ Сенсоре», «ТрайсЛайн». Для примера на рис. 8.21 приведена гамма датчиков измерения линей-
88
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
ных перемещений фирмы «ТрейсЛайн». Фирма «ОКБ Вектор» производит ши
рокую гамму магнитострикционных уровнемеров.
Рис. 8.21. Датчики линейных перемещений фирмы ТрейсЛайн
8.2.7. Тензометрические датчики (тензорезисторы)
Принцип работы подобных датчиков основан на свойстве материалов из
менять свое электрическое сопротивление при воздействии на него механиче
ской силы.
На рис. 8.22 приведена конструкция проволочного тензометрического
датчика.
Проволочная спираль клеевым способом встраивается между двух тонких
слоев бумаги и крепится на деталь, подверженную упругим деформациям.
При сжатии или растяжении детали происходит пропорциональная дефор
мация проволоки, т. е. изменение ее длины, сечения, удельного сопротивления.
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
89
Как следствие, изменяется электрическое сопротивление проволоки, что и ле
жит в основе промышленных датчиков деформации.
Относительное изменение сопротивления при деформации
где
а - напряжение в детали.
Широкое применение получили фольговые и полупроводниковые тензо
датчики.
8.2.8. Термосопротивление (термисторы)
Термосопротивление, это полупроводниковый элемент, изменяющий свое
электрическое сопротивление под воздействием температуры.
Разделяются на две группы:
Позисторы, сопротивление которых при нагреве корпуса возрастает и
Термисторы, сопротивление которых при нагреве уменьшается.
Материалом для изготовления термосопротивлений служат смеси поликристалических оксидов переходных металлов (кобальт, марганец, медь, никель
и др.).
Термопара - это устройство для измерения температуры, основой рабо
ты которого является термоэлектрический эффект.
Термоэлектрический эффект заключается а том, что если два спаянных
разнородных проводника подвергнуть изменению температуры, то на их выхо
де возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС), что можно использовать для
измерения температуры. Величина ЭДС зависит от разницы температур кон
тактов и от материала проводников.
8.3. Промышленные датчики
8.3.1. Датчик давления
Датчик давления предназначен для измерения производимого компрес
сором давления и использования выходного сигнала в системах автоматическо
го контроля, регулирования и управления технологическими процессами.
Общий вид датчика давления типа Метран-55 приведен на рис. 8.23.
Датчики Метран-55 выпускаются в различных исполнениях, в зависимо
сти от используемой рабочей среды: жидкости, пара, газа, воздуха. В состав
датчика входит электронное устройство, на выходе которого формируется уни
фицированный токовый сигнал 4-20 мА. Это достаточно сложное устройство
(рис. 8.24), содержащее следующие функциональные узлы:
90
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
-
стабилизатор напряжения (СН);
термопреобразователь (ТП);
источник опорного напряжения (ИОН);
аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
кнопочные переключатели (КП);
микропроцессор (МП);
преобразователь напряжения в ток (ПНТ);
энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ЭПЗУ).
Рис. 8.23. Общий вид датчика давления типа Метран
Рис. 8.24. Блок-схема датчика давления типа Метран
Для измерения давления используется металлическая мембрана, на внеш
ней поверхности которой установлен чувствительный элемент, представляю
щий собой монокристаллическую сапфировую пластину с кремниевыми плё
ночными тензорезисторами.
Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измеритель
ной мембраны вызывает изменение сопротивления тензорезистора и разбаланс
мостовой схемы. Формируемый при этом в АЦП сигнал, обрабатывается мик
ропроцессором, где вычисляется фактическое значение давления.
91
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
Выходное напряжение МП, соответствующее измеренному давлению, в
блоке ПНТ преобразуется в стандартный токовый сигнал.
При математических вычислениях используется калибровочная информа
ция, хранящаяся в ЭПЗУ.
Предусмотрен также фильтр защиты от радиопомех. Кнопочные пере
ключатели предназначены для плавной настройки выходного сигнала.
На рис. 8.25 приведена схема подключения прибора с пассивным датчи
ком, рекомендуемая в сопроводительной документации.
Рис. 8.25. Схема подключения датчика давления типа Метран
с пассивным датчиком
8.3.2. Расходомер
Расходомер - это прибор, предназначенный для измерения расхода воз
духа в системе управления. В данной главе рассматривается расходомер типа
РИ20 фирмы Winsen (рис. 8.26). Прибор выпускается в различных модификаци
ях (рис. 8.27).
Рис. 8.26. Общий вид датчика расхода типа РИ20
Прибор включает в себя электронное устройство, преобразующее вели
чину расхода в потенциальный сигнал, изменяемый в пределах (0-5 )В постоян
ного тока. Распайка выходного разъема показана в табл. 8.1.
Таблица 8.1
PIN Definition
Ѳ
Ф
Ф
GND
ѵсс
оит
92
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Принципиальная схема в сопроводительной документации не приводится.
Ниже приведена расшифровка заказного обозначения прибора.
Е X XX X X g ш
Рис. 8.27. Расшифровка обозначения расходомера FR20
Технические характеристики прибора:
3.2Electrical Index
Model No.
FR20
Full Scale(SLM)
150/200/300
Drift diameter
DN20
Output Mode
Linearity 0.5V ~ 4.5V(Customized)
Output
impedance
Working
Voltage
Working
Current
Accuracy
2000
DC5V ~ 14V
«10mA
±(2+0.5FS)%
Repeatability
0.50%
Output Drift
0.12%/°C
△ Pmax
«200Pa
@200SLM
Подключение прибора к аналоговому входу программируемого контрол
лера осуществляется через преобразователь (рис. 8.28), формирующий стан
дартный токовый сигнал (4-20) мА.
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
93
0-5Ѵ Ю 4-20тА
Рис. 8.28. Общий вид платы преобразователя уровня сигнала
8.3.3. Шаровой кран с моторной задвижкой
Шаровой кран с регулируемой задвижкой применяется для регулирова
ния расхода воздуха в пневмосистеме на основе информации, полученной от
датчика расходомера. Общий вид крана типа CWX-15Q приведен на рис. 8.29.
Рис. 8.29. Шаровой кран типа CWX-15Q
Технические характеристики кранов разных исполнений приведены ниже
в табл. 8.2.
Управление поворотом задвижки крана осуществляется встроенным элек
тродвигателем постоянного тока, управляемого напряжением ±24 В.
В схему управления двигателем встроены концевые выключатели, огра
ничивающие крайние положения заслонки. Принципиальная электрическая
схема в сопроводительной документации не приводится.
94
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Таблица 8.2
.........................................
Модель
Рабочий ток
изделия
Выходной
Открывания/
крутящий
закрывания
момент
времени
Max1.5NM
<3s
DN8-DN20
<5s
DN8-ON32
Номинальное
напряжение
Размер
DC3-6V
CWX-15Q
DC12V
МахЮОтА
Переменного
CWX-15N
тока/ОС9-24Ѵ
(CR04, кроме
АС220Ѵ
Мах150тА)
Max2.0NM
Средняя
Режим
температура
управления
АС85-265Ѵ
Степень
Рабочее
Мощность
давление
Специальная
защиты
функция
оболочки
МахІОМра
<3 Вт
0-90 °C
CR01CR02
CR01 CR02
CR02 + CR03
CR03 CR04 (с
CR03A CR04
CR05
IP65
обратной
связью)
8.4. Измерительные датчики систем числового управления
Подобные датчики могут использоваться как в качестве измерительных,
так и в качестве задающих устройств.
В первом случае они позволяют определять угловое или линейное положе
ние движущегося механизма, направление и скорость перемещения, а во втором
случае, наоборот, служить задатчиком скорости и величины перемещения.
Существуют многочисленные группы датчиков положения, обобщенно
их можно классифицировать следующим образом:
По конструктивному исполнению:
- круговые,
- линейные,
- специальные, например, гибкие ленточные.
По физическому принципу работы:
- фото-импульсные,
- синус-косинусные,
- сельсинные,
- индуктивные,
- магнитные,
- емкостные,
- механические.
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
95
По способу кодирования сигнала:
- относительные,
- абсолютные.
По набору генерируемых сигналов:
- только прямые сигналы,
- прямые и инверсные,
- с нуль-меткой и без нее.
По числу импульсов на оборот кругового датчика:
- с десятичным числом, например, 500, 1000, 2500 и др.,
- с двоичным числом, например, 512, 1024, 2048 и др.
По напряжению питания и уровню сигналов
- 5 вольт постоянного тока,
- 24 вольта постоянного тока,
- другие напряжения.
Датчики различаются также по классу точности и климатическим услови
ям применения.
Используется следующая терминология:
Энкодер - круговой датчик с прямоугольной формой выходных сигна
лов.
Резольвер - круговой датчик с синус-косинусной формой выходных сиг
налов.
Линейка - линейный датчик с любой формой выходных сигналов.
Бегунок - считывающее устройство линейного датчика.
Штурвал - круговой датчик конструктивно дополненный измерительной
шкалой и удобной ручкой для вращения вала.
Широкую гамму датчиков положения выпускают многие ведущие зару
бежные фирмы, например, Хайденхайн, Фанук, Сименс, Фагор, Марпос и др.
В отечественной промышленности здесь первую роль играет С.-Петербургское
Специальное конструкторское бюро измерительных систем (СКБ ИС).
Считывание и обработка сигналов датчиков положения осуществляется:
- системами числового программного управления:
- системами позиционного управления механизмами;
- устройствами цифровой индикации;
- программируемыми контроллерами со встроенными блоками позици
онирования;
- регулируемыми электроприводами с цифровым управлением;
- специализированными микропроцессорными устройствами.
96
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Ниже рассматривается принцип работы наиболее характерных датчиков.
8.4.1. Линейные относительные датчики: ЛИР-7, -8, -9, -ЮМ
На рис. 8.30 приведена схема конструкции линейного датчика, включаю
щего:
1. Стеклянную линейку (1) с нанесенной на ней штриховой растровой
шкалой и
2. Подвижное считывающее устройство, состоящее из:
- инфракрасного излучателя (4);
- растрового анализатора (3).
Рис. 8.30. Схема конструкции линейного датчика
Растровый анализатор (рис. 8.31) включает три группы функциональных
окон:
- окна считывания инкрементальных рабочих прямых и инверсных сиг
налов А и В;
- окно считывания референтной метки Б;
- прозрачное окно Г.
Рис. 8.31. Растровый анализатор
97
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
Периоды нанесения штриховых меток на линейке и растровом анализато
ре одинаковы (20 или 40 мкм), а рабочие окна А и В смещены на четверть пе
риода (90 градусов) относительно друг друга, что дает возможность определить
как величину, так и направление перемещения.
При перемещении считывающей головки относительно растровой линей
ки (1) происходит модуляция потоков излучения, генерируемых излучателем
(4) и их прием платой фотоприемников (2). В результате, в фотоприемнике
формируются (рис. 8.32)
- синусный сигнал Іа,
- косинусный сигнал ІЬ и
- сигнал референтной метки Іг.
III
III
III
ІІІІІІІІІІІИІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІ
Рис. 8.32. Форма сигналов в фотоприемнике
При совмещении окна Б на растровом анализаторе (3) с окном Б растро
вой линейки (1) и с учетом опорного сигнала Г, формируется итоговый анало
говый референтный сигнал.
В зависимости от типа заказанного датчика, после окончательной обра
ботки, могут быть следующие типы результирующих выходных сигналов дат
чика:
- синус-косинусный токовые сигналы типа СТ (~ 11 мкА);
- синус-косинусный сигналы напряжения типа СН (~ 1 В);
- прямоугольные импульсные типа ПИ (ТТЬ, +5 В);
На рис. 8.33 приведены форма и схема подключения датчика с ТТТвыходными сигналами.
Количество и расположение формирования референтных сигналов опре
деляется при заказе.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
98
ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ ТИПА ПИ (гиПІ)
Напряжение питанияипит.=+(5,О±О,3) В
Уровень выходных сигналов:
Ш >2,4 В при Івых^< 20 мА;
1Ю<0,5 В при Івых ^ 20 мА
Выходная нагрузка: Івых $20 мА; Сн < 1000 пФ
Длительность фронтов выходных сигналов нс более 100 нс.
Время задержки сигнала референтной метки
относительно основных сигналов не более 100 нс.
Приемное устройство
Канал А
Канал А
АМ26С31-1
АМ26Ь832
АМ26С32
7= 120 Ом( волновое сопротивление кабеля преобразователя)
Каналы В и R аналогичны каналу А
Напряжение питания ипит.= +(5,0±0,3)В; ипит.= +(12,0±0,6)В
Приемное устройство
ЛИР
Канал А
300 нФ ±
Ю2
Каналы В и R
аналогичны каналу А
илі
I
__ і
R- ІП/Іоптрона
Вариант подключения с гальванической развязкой
Рис. 8.33. Форма выходных сигналов и схема подключения ТТЬ-датчика
На рис. 8.34, в качестве примера, показано конструктивное исполнение
линейного датчика типа ЛИР-7М.
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
Оснобное исполнение
99
Разрешавшая способность преобразователей бо 0,1 мкм
А - установочные базы головки преобразователя
△ - устонобочная база корпуса преобразователя (Вариант 1)
• - направлявшая ПО
Рис. 8.34. Конструктивное исполнение датчика типа ЛИР-7М
8.4.2. Круговые относительные датчики
Выпускаются следующие модификации круговых инкрементальных дат
чиков:
ЛИР-112А, -119А, ... , 1170А - круговые относительные с цельным
выходным валом, всего 13 наименований;
ЛИР-212А, -219А, ... , 285А - круговые относительные с полым выход
ным валом, всего 11 наименований;
ЛИР-337А, -350А, ... , 3200А - круговые относительные со встроенной
соединительной муфтой, всего 8 наименований;
ЛИР-601 А, Б, -620А, -640А - круговые специальные.
На рис. 8.35 приведена схема конструкции кругового датчика, включаю
щего:
1. Диск с радиальной растровой шкалой (1).
2. Вращающееся считывающее устройство, состоящее из:
- двух излучателей (3, 4);
- растрового анализатора (2);
- конденсора (7);
- двух квадратных фотоприемников (5, 6).
100
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 8.35. Схема конструкции кругового датчика
Растровый анализатор, рис. 8.35 (2), включает три группы функциональ
ных окон:
- окна считывания инкрементальных рабочих прямых и инверсных сиг
налов А и В (рис. 8.36);
- окна считывания референтной метки Д и Б;
- прозрачное окно Г.
Рис. 8.36. Растровый анализатор сигналов А, В
Принцип действия кругового датчика в основном аналогичен рассмот
ренному ранее принципу для линейного датчика. При повороте вала датчика
относительно его корпуса, т. е. растрового диска (1) относительно считываю
щего устройства (2) происходит модуляция потоков излучения, генерируемых
излучателями (3, 4) и их прием фотоприемниками (5, 6).
В результате в фотоприемнике формируются (рис. 8.37):
- синусный сигнал Іа,
- косинусный сигнал ІЬ и
- сигнал референтной метки Іг.
В стандартном варианте формируется один референтный сигнал (Нульметка) на один оборот датчика. По заказу может быть изготовлен датчик с не
сколькими Нуль-метками.
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
101
Рис. 8.37. Форма сигналов в фотоприемнике
В зависимости от типа заказанного датчика, после окончательной обра
ботки, могут быть реализованы следующие типы результирующих выходных
сигналов датчика:
- синус-косинусный токовые сигналы типа СТ (~ 11 мкА);
- синус-косинусный сигналы напряжения типа СН (~ 1 В);
- прямоугольные импульсные с открытым коллектором типа ОС (+5 В);
- прямоугольные импульсные типа ПИ (ТТЬ, +5 В);
- прямоугольные импульсные типа ПИ (НТЬ, +10.0 ...+ 30.0 В).
На рис. 8.38 приведены форма и схема подключения датчика с ТТЬвыходными сигналами.
Напряжение питания Спит.- +(5,О±О,3) В
Уровень выходных сигналов:
ІІі > 2,4 В при Івых.З 20 мА;
ио < 0,5 В при Івых.і 20 мА
Выходная нагрузка: Івых. 5 20 мА; Сн < 1000 пФ
Длительность фронтов выходных сигналов
не более 100 нс.
Время задержки сигнала референтной метки
относительно основных сигналов нс более 100 нс.
ЛИР
Капал А
АМ26С31
Каналы В и R аналогичны каналу А
Инверсные сигналы нс показаны
Приемное
устройство
Канал А
АМ26Ь832
АМ26С32
^ -волновое сопротивление используемого кабеля
волновое сопротивление кабеля преобразователя -120 Ом
Рис. 8.38. Форма выходных сигналов и схема подключения ТТЬ-датчика
На рис. 8.39 в качестве примера показано конструктивное исполнение
кругового датчика типа ЛИР-158.
102
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
• -технические требования для всех модификаций
•-размеры для всех модификаций
Рис. 8.39. Конструктивное исполнение кругового датчика типа ЛИР-158
8.4.3. Круговые абсолютные датчики
Выпускаются следующие модификации круговых абсолютных датчиков:
ЛИР-ДА119А, -ДА136А, ... , ДА395А - круговые абсолютные, всего 8 наиме
нований.
На рис. 8.40 приведена схема конструкции абсолютного кругового датчи
ка, включающего:
1. Вращающийся диск с радиальной растровой шкалой, выполненной в
коде Грея (3).
2. Неподвижное считывающее устройство, состоящее из:
- излучателя (1);
- конденсора (2);
- анализирующей маски (4);
- фотоприемника (5).
Абсолютные датчики позволяют осуществлять жесткую привязку меха
низмов перемещающихся координат станка в их статическом положении, эта
привязка сохраняется при включении питания. На выходе датчика каждому по
ложению координаты с точностью до используемой дискретности соответству
ет строго определенный позиционный код. Как правило, это код Грея, реализо
ванный на растровом диске, в данном случае используется 9 кодовых дорожек.
Блок фотоприемников представляет собой матрицу, конструкция которой зави
сит от используемого кода и конструкцией датчика.
Выходной код является бинарным со значениями сигналов, равными ну
лю или единице. Характерной особенностью кода Грея и других позиционных
кодов является то обстоятельство, что при переключении значения кода проис-
103
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
ходит изменение только в одном разряде кода, что обеспечивает высокую
надежность считывания. Для облегчения последующей обработки после считы
вания позиционный код преобразуют в двоичный.
Рис. 8.40. Схема конструкции абсолютного кругового датчика
Для передачи выходных сигналов датчика к устройству индикации или
позиционной системы управления, в зависимости от типа датчика может
использоваться как параллельный, так и последовательный код. На рис. 8.41
приведен пример передачи последовательным кодом.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ 551 (К)
стандарт И8422
Выходные сигналы
+5 В t
ЛИР-ДА119А,
ДА136А, ДА 158A,
ДА190А, Ф,
ДА219А, ДА395А
DATA
DATA
+5 B.
120 0м 04,7 кОм
_____ I—
1,8 нФ
SP490
+5 В
4,7 кОм п
І20Ом^
j
CLOCK !
Ц8нФ
4,7 кОм
MAX490
LTC490
SP490
CLOCK !
4,7 кОм І і
^
Приемное
устройство
Рис. 8.41. Схема подключения абсолютного датчика в коде 881
104
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
8.4.4. Устройства цифровой индикации
и линейные датчики фирмы Newall
Устройства цифровой индикации фирмы «Newall Measurement Systems
Ltd» в комплекте с линейными датчиками перемещения, разработанными на
новых принципах, позволили создать чрезвычайно надежный комплекс, спо
собный работать в сложных механических и атмосферных условиях (обеспечи
вается класс защиты IP67) и на высоких скоростях. Они получили широкое
распространение при модернизации различных универсальных станков.
Общий вид УЦИ и датчиков приведен, соответственно, на рис. 8.42
и рис. 8.43-8.46.
Рис. 8.42. Общий вид устройств индикации фирмы NEWALL
Фирма выпускает три серии датчиков перемещения:
1. Місговуп (рис. 8.43). Это малогабаритные линейки, применяемые на
станках, где невозможно установить полноразмерные линейки. Изготавливают
ся в углепластиковом корпусе или корпусе из нержавеющей стали. Применяет
ся в абразивной или химически агрессивной среде, а также в пищевой промыш
ленности.
Рис. 8.43. Общий вид датчика Microsyn
2. 8рЬего8уп (рис. 8.44). Это цифровые абсолютные линейки, предна
значенные для установки на станки с ЧПУ или универсальные станки с УЦИ
других производителей. Линейки 8рЬего8уп изготавливаются из нержавеющей
стали и полностью герметичны согласно требованиям ІР67.
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
105
Рис. 8.44. Общий вид датчика Spherosyn
Индуктивные линейки ЗрЬегозуп и Мюговуп имеют повышенную механи
ческую прочность, просты в установке и не требуют регулярного обслуживания.
3. Magnasyn (рис. 8.45). Линейка Magnasyn состоит из плоской магнит
ной ленты, защищенной нержавеющей пластиной с обеих сторон, и считываю
щей головки (декодера). Эти цифровые линейки могут наклеиваться на корпус
станка длинной до 22 метров, на криволинейной поверхности радиусом до
200 мм и обеспечивать дискретность измерения 5 мкм и 10 мкм. Линейки
Magnasyn можно использовать с любой системой ЧПУ, работающей со стан
дартным 5 TTL сигналом или цифровыми УЦИ Newall серии Topaz Digital или
SA100. Линейки Magnasyn соответствуют требованиям IP66, применяются в
распиловочной и деревообрабатывающей промышленности.
Рис. 8.45. Общий вид датчика Magnasyn
Конструкция линеек Spherosyn и Microsyn включает следующие элементы
(рис. 8.46):
- подвижная калиброванная трубчатая линейка, выполненная из нержа
веющей стали (Stainless steel tube) для линеек Spherosyn и из угле
волоконного материала (Carbon fiber tube) для линеек Microsyn. Внутри
линейки (трубки) находятся высокоточные сферические хромо
никелевые элементы и специальные вкладыши (Nicel-chrome ball
bearings). Эта конструкция затягивается, калибруется и заваривается до
полной герметичности;
- неподвижное считывающее устройство, в корпусе которого расположе
ны первичная (Primary Coil) наводящая и вторичная считывающая
(Secondary Coil) катушки, а также электронная гибридная плата (Hybrid
printed circuit bord) обработки информации;
106
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- крепежные элементы (Scale support brackrts) с обеих сторон линеек для
ее установки на подвижном механическом узле;
- электрический армированный кабель (Stainless steel armored cable) связи
сУЦИ.
Рис. 8.46. Общий вид датчиков фирмы NEWALL
Принцип работы линеек Місгозуп и 5рЬегозуп основан на электромагнит
ной индукции. Считывающая головка состоит из шести медных витков, намо
танных вокруг катушки из композитного материала и электроники (рис. 8.47).
снимающие катушки
линейка в разрезе
наводящие катушки
корпус декодера
Рис. 8.47. Внутренний разрез считывающей головки
107
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
При подаче тока на первичную катушку, она создаёт электромагнитное
поле, которое проходит через шарики. При движении оси декодер считывает
изменения в поле и с помощью АЦП преобразует их с частотой 2,000,000 Гц.
Вся конструкция заливается специальной смолой для обеспечения полной
герметичности электроники от внешних воздействий и соответствия требова
ниям ІР67. Линейки могут работать даже при полном погружении в жидкость,
что недопустимо для оптических и магнитных систем. Они имеют высокую
надежность, точность, долговечность и неприхотливость к условиям работы, не
требуют регулярного ухода и чистки. Гарантированная рабочая температура от
0 до 55 °С. Обеспечивают высокую стойкость к кратковременным ударам и
вибрации. Линейки противостоят охлаждающим жидкостям, маслу.
Считывающие головки (декодеры) выпускаются двух типов: аналоговые работающие только с УЦИ Newall и цифровые - работающие с цифровыми
УЦИ и системами ЧПУ, совместимыми со стандартным ТТГ-сигналом (диффе
ренциальный квадратичный сигнал).
8.5. Механический энкодер
Общий вид механического энкодера приведен на рис. 8.48.
Сигнальная линия А
Общий (GND) С
Сигнальная линия в
Контакт кнопки Е
Рис. 8.48. Общий вид механического энкодера
Основу конструкции энкодера (рис. 8.49) составляют две пары кодиро
ванных круговых механических контактов и вращающаяся металлическая пла
стина с засечками.
При вращении вала энкодера формируется пара прямоугольных импуль
сов А и В, смещенных друг относительно друга на 90 электрических градусов.
Последовательность выдачи сигналов зависит от направления вращения вала.
108
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Против часовой стрелки
По часовой стрелке.
К мк
Рис. 8.49. Принцип работы и форма выходных сигналов энкодера
Число импульсов на оборот, например, 20 или 24, и напряжение питания
(обычно = 5 В) определяется конкретной моделью энкодера.
Кроме информационных сигналов в энкодере, при нажатии на ось вала,
формируется также вспомогательный сигнал кнопки управления. Для согласова
ния уровня сигнала энкодера с устройством обработки его сигналов, а также для
электрической развязки обычно применяют оптронную микросхему (рис. 8.50).
Рис. 8.50. Принципиальные схемы энкодера (а) и оптронной развязки (б)
Подключив механический энкодер к счетчику контроллера или непосред
ственно к цифровому электроприводу, можно управлять скоростью вращения
двигателем или реализовать функцию позиционирования.
ГЛАВА 9. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ 2ТРМ1
9Л. Общие сведения
Регулятор 2ТРМ1 (рис. 9.1) российской фирмы Овен предназначен для
измерения и автоматического регулирования температуры, а также других фи
зических параметров, например, давления, влажности, расхода, уровня и др.
Рис. 9.1. Общий вид регулятора температуры типа 2ТРМ1
Основные функции прибора:
- измерение температуры, давления, влажности, расхода, уровня и т. п.
по двум независимым каналам;
- цифровая фильтрация, коррекция и масштабирование входного сигнала;
- вычисление и индикация:
квадратного корня из измеряемой величины;
взвешенной суммы значений двух каналов;
взвешенной разности значения двух каналов;
средневзвешенной суммы значений двух каналов;
- работа с датчиками, подключенными через барьер искрозащиты;
- анализ динамики входных сигналов (рост, падение, удержание);
- питание активных датчиков от встроенного источника питания (только
для модификации с ИП24);
- настраиваемая логика работы ЛУ («нагреватель», «холодильник», сиг
нализатор, регистратор);
- независимое регулирование двух каналов по двухпозиционному (ре
лейному) закону;
110
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- регулирование одной измеряемой величины по трехпозиционному за
кону;
- формирование выходного тока 4...20 мА или напряжения 0... 10 В для
управления по П-закону;
- погодозависимое регулирование.
9.2. Модификации и схема подключения
Модификации прибора приведены ниже в таблице расшифровки условно
го обозначения.
2TPM1-X.y2.XX.RS
Тип корпуса:
Щ1 - щитовой, 96x96x53 мм, ІР54 со стороны передней панели;
Щ2 - щитовой, 96x48x100 мм, ІР54 со стороны передней панели;
__________
Щ5 - щитовой, 48x48x103 мм, ІР54 со стороны передней панели;
Д - ОІЧ-реечный, 90x88x59 мм, ІР54 со стороны передней панели;
Н - настенный, 129x110x69 мм, ІР54
Тип входа:
У
2 - универсальные измерительные входы, два индикатора красного цвета;-----------------
УЗ - универсальные измерительные входы, два индикатора зеленого цвета
Тип выхода:
Р - электромагнитное реле 8 А 220 В;
К - транзисторная оптопара п-р-п типа 400 мА 60 В;
С - симисторная оптопара 50 мА 250 В;
Т - выход 4....6 В 40 мА для управления внешним твердотельным реле;
И - ЦАП «параметр - ток 4...20 мА»;
У - ЦАП «параметр - напряжение 0...10 В».
----------------------------
Дополнительный выход:
К8
- интерфейс К5-485;
----------------------------------
<нет> - встроенный ИП24.
На лицевой панели прибора расположены:
- два четырехразрядных семисегментных индикатора (ЦИ);
- четыре кнопки управления:
возврат,
курсор вперед,
курсор назад,
выбор меню и подтверждение;
- семь светодиодов индикации состояния прибора.
Блок-схема регулятора приведена на рис. 9.2.
111
ГЛАВА 9. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ 2ТРМ1
■ Данные для графика уставки берутся без учета вычисляемой функція.
Рис. 9.2. Блок-схема регулятора
Прибор имеет два канала подключения входных датчиков и два канала
релейных выходов. В качестве входных сигналов могут использоваться:
- термосопротивления (ТС);
- термопары (ТП);
- токовые сигналы (Івх) 0.. .5, 0.. .20, 4.. .20 ма;
- сигнал напряжения (Пвх) 0... 1 В.
Схема подключения прибора приведена на рис. 9.3.
Выход 1 Выход 2
а)
1
2
3
4
5
6
7
Сеть
8
п
Внутренные клеммы
1 2 3 3 2 1
I I I
I I
I
0 24Ѵ
9 10 И 12 13 14 15 16
Вход 1
Вход 2
=24
б)
ТП
Ивх
Івх
Рис. 9.3. Схема подключения регулятора:
а - внешний разъем, б - локальное подключение датчиков
112
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Датчики измерения температуры могут быть как пассивными, т. е. требу
ющими внешнего источника питания, так и активными, в которых источник
питания интегрирован в датчик.
9.3. Режимы работы и параметры
Регулятор может работать в следующих режимах:
- автоматическое регулирование температуры путем сравнения задан
ной уставки с ее фактическим значением;
- ручное управление выходами по закону широтно-импульсной модуля
ции (ШИМ);
- режим пассивного сигнализатора, т. е. без регулирования.
Выбор режима и настройка прибора на решение различных задач осу
ществляется при помощи системы темы параметров.
Процедура выбора режима работы
- включить прибор;
- нажать и удерживать в течение 2-х секунд клавишу «Возврат». В глав
ном верхнем дисплее появится надпись ОгЬ, а в нижнем аббревиатура
текущего установленного режима;
- кнопками курсоров выбрать необходимый режим:
гип - автоматической режим;
пАп - ручной режим;
8іоР - режим останова;
- нажатием кнопки «Мепи/ОК» активизировать режим. При установке
ручного режима загорается светодиод РУЧ.
Параметры разделяются на следующие группы:
- входной сигнал 1 (іп. 1);
- входной сигнал 2 (іп.2);
- выходной сигнал 1 (оЩ.І);
- выходной сигнал 2 (оЩ.2);
- параметры индикации (іпб);
- параметры связи (г485);
- графика уставок (ОгАР);
Процедура выбора группы параметров
- установить ручной режим;
- нажать и удерживать в течение 5-ти секунд клавишу «Меню/ОК».
В главном верхнем дисплее появится надпись іп.1, а в нижнем оста
нется аббревиатура пАп ручного режима;
ГЛАВА 9. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ 2ТРМ1
113
- кнопками курсоров выбрать необходимую группу параметров (іп.1,
in.2, out.l, out.2, ind, GrAF):
- нажатием кнопки «Menu/ОК» активизировать режим внутренних па
раметров группы. В главном верхнем дисплее появится надпись tYPE,
а в нижнем аббревиатура установленного ранее параметра типа датчи
ка, например, U 0.1.
Внимание! Установка параметров всегда начинается с указания типа
датчика (табл. 9.1).
Выбор типа датчика:
- вызвать заголовок tYPE типов датчика;
- кратковременно нажать кнопку «Меню/ОК»;
- кнопками курсоров выбрать параметр установленного на входе датчи
ка;
- кнопкой «Меню/ОК» активизировать параметр.
Примеры параметров датчиков:
С100 - термопреобразователь сопротивления CulOO, —50...+200 гр;
tCt - термоэлектрический преобразователь ТМК(Т), —250.. .+400 гр;
и 0.1 - сигнал напряжения 0-1 В;
4. . .20 mA - токовый сигнал І4.20;
и-5.5 - сигнал напряжения +/—50 мВ.
Ниже приводится перечень основных параметров для входных сигналов.
Подробное назначение параметров приведено в технической документации на
прибор. Сохранена терминология документации фирмы Овен.
Параметры входов
FiL.b - полоса фильтра;
FiL.t- постоянная времени фильтра;
dPt - положение десятичной точки;
ind.L - инд. при минимальном значении сигнала (для Івх, Ubx);
ind.H - инд. при максимальном значении сигнала;
FUnC - математические функции;
Соог - параметры коррекции расчета мат. функций;
Funl - математические функции;
CF. 1 - коэффициенты расчетов;
CF.2 - коэффициенты расчетов;
din.t - период анализа динамики изменения сигнала;
din.d - дельта динамики сигнала;
ЬАгг - подключение барьера искрозащиты.
114
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Таблица 9.1
Тип
Отсутствует
Условное
обозначение
oFF
Наименование датчика
Диапазон отображения*
Не подключен
Термопреобра-
С SO
ТОМ (Cu50)
зователи
С S3
ТСМ (Cu53)
-50. . .+200 °C
сопротивления
С 00
ТОМ (Си 100)
-50...+200 °C
CSX
ТСМ (Си500)
-50. +200 “С
С 10
ТСМ (СиЮОО)
-50...+200 °C
so с
юос
ТСМ (50М)
-180 . .+200 °C
ТСМ(ЮОМ)
-180 .+200 °C
500C
ТСМ (500М)
-180...+200 °C
юс
ТСМ (1000М)
-180...+200 °C
PSD
ТСП(Р150)
-200...+850 °C
POO
ТСП(РПОО)
-200...+850 °C
PSOO
ТСП(Р1500)
-200...+850 °C
P 1.0
ТСП(РПООО)
-200
SOP
ТСП (50П)
-200...+850 °C
Термопары
Пирометры
OOP
ТСП (100П)
-200. . .+850 °C
ТСП (500П)
-200 . .+850 °C
ЮР
ТСП (1000П)
-200...+850 °C
•uu^
ТСН (1 ООН)
-60...+180 °C
SOOn
ТСН(бООН)
-60...+180 °C
Юп
ТСН(ЮООН)
-60. . .+180 °C
tCL
ТХК (L)
-200...+800 °C
ьсня
ТХА (К)
-200. . .+1300 °C
tC.J
TWK(J)
0...+900 °C
к Су
ьсь
ТНН(N)
-200 .+1300 °C
ТМК (Т)
-200...+400 °C
tes
ТПП (S)
0. . .+1600 °C
tu. г
ТПП (R)
0. . .+1600 °C
tc.b
ТПР(В)
+600...+1800 °C
tCPI
ТВР (А-1)
+1000. . .+2500 °C
tCK
ЬСЯЗ
ТВР (А-2)
+1000 . .+1800 °C
+1000. . .+1800 °C
tCdL
ТВР (А-3)
Typ.L (DIN 43710)
tCE
ТХКн (Е)
-200 .. +900 °C
Pc. 1
Пирометр РК-15
+400...+1500 °C
Pc.O
Pc3
Пирометр РК-20
+600. . .+2000 °C
+900...+2000 °C
Пирометр РС-20
Пирометр РС-25
+1200. ..+2500 °C
Диапазон отображения*
.000
.400
u-SS
Ток0...5 мА
Ток 0...20 мА
Ток 4..20 мА
Напряжение -60..50 мВ
0...5 мА
0...20МА
4.20 mA
-50...+50 мВ
uO l
Напряжение 0. .1 В
0 .1 В
обозначение
сигналы
Ш
0. . .+900 °C
Наименование датчика
Условное
Универсальные
+850 °C
5ODP
P c.4
Тип
-50...+200 °C
.as
ПРИМЕЧАНИЕ
* В данном столбце указан диапазон отображения показаний на ЦИ для выбранного типа
датчика, который может быть шире диапазона измерения. Диапазон измерения для всех типов
датчиков определяется по таблице 2.2.
115
ГЛАВА 9. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ 2ТРМ1
Ниже приведена последовательность настройки параметров, на примере
параметра dpt (см. табл. 9.2):
1) кнопка Возврат. Установка ручного режима;
2) кнопка Меню/OK. Вызов группы параметров ini;
3) кнопка Меню/OK. Вызов текущего параметра (здесь U 0.1);
4) кнопки курсоров. Поиск необходимого параметра;
5) кнопка Меню/OK. Разрешение изменения параметра;
6) кнопки курсоров. Установка нового значения параметра (2);
7) кнопка Меню/OK. Запись нового значения параметра;
8) кнопка Возврат. Выход в исходное положение.
Таблица 9.2
1
№№
2
3
4
5
6
7
2 сек
5 сек
Кратко
Кратко
Кратко
Кратко
Кратко
Кнопка
Возврат
Меню
Меню
Курсоры
ОК
Курсоры
ОК
Верхний
экран
CtrL
Іп.1
Туре
dpt
dpt
dpt
Dpt
Нижний
экран
пАп
пАп
U 0.1
1
1
моргает
2
Моргает
2
Действие
Параметры выходов out.l и out.2 (см. табл. 9.3)
Таблица 9.3
Параметры дискретных выходов
Расшифровка
параметра АЬгп
АДУР - тип логики
ALm - сигнализатор
сигнализатора
LoG.d - тип логики
A.bnd - порог
(*)
срабатывания
Базовые параметры
HYSt - гистерезис (*)
d.on — задержка
включения
регулятора
d.off- задержка
выключения
регулятора
Параметры
аналоговых выходов
Общие параметры
А.НУБ - гистерезис
out.L - нижняя
граница регистрации
АДУР - тип логики
сигнализатора
БР - уставка
регулятора (*)
БР.Ьо - нижняя
граница 8Р (*)
Е.ЬЬС - блокировка
1 -го срабатывания
out.H - Верхняя
граница регистрации
БР.Ні - верхняя
граница БР (*)
LoG.d - тип логики
(*)
HYSt - гистерезис (*)
Cnt.P - верхняя
граница регистрации
Cnt.p - период
ручного управления
Err. А - реакция
в режиме Авария
Err.d - реакция
в режиме Авария
StP.d - реакция
в режиме Стоп
(*) - настроить в первую очередь
StP.A - реакция
в режиме Стоп
ЬЬАД - время
диагностики обрыва
контура
ЬЬА.Ь - зона
диагностики обрыва
контура
5гС - выбор
источника данных
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
116
Параметры индикации ind, связи г485 и графики GrAF (см. табл. 9.4)
Таблица 9.4
Параметры
Индикация - ind
Настройка связи - г485
Графика-СгАР
SCrl - настройка экр. 1
Prot - тип протокола связи
ОгЕ.п - количество точек
графика уставок
SCr2 - настройка экр. 2
Adrr - адрес прибора
ш.1 - коорд. 1-й точки
SCr3 - настройка экр. 3
bAUd - скорость обмена
8Р.1 - коорд. 1-й точки
SCr4 - настройка экр. 4
dPS - скорость обмена
т.2 - коорд. 2-й точки
SCr5 - настройка экр. 5
idLE - задержка ответа
8Р.2 - коорд. 2-й точки
SCr6 - настройка экр. 6
b.ord - порядок байт
........
Out.5 - выбор единиц
отображения
rEt.t - время возврата
в рабочий режим
ChG.t - время
автоматической смены
экранов
APLY - применение настро
ек
........
1п. 10 - коорд. 10-й точки
8Р. 10 - коорд. 10-й точки
Значения по умолчанию приведены в сопроводительной документации
9.4. Автоматическое поддержание температуры
Последовательность работы:
- собрать принципиальную схему согласно рис. 9.4;
- задать ручной режим пАп;
- в параметрах входа, к которому подключен датчик (Іпі), установить
тип датчика, например, РТ100;
- отключить второй (Іп2) неиспользуемый вход, установив параметр Off;
- в зависимости от задания, в выходных параметрах (Outl), установить
тип регулирования температуры:
Log.d / Heat - нагреватель или
Log.d / Cool - охладитель;
- в параметре SP установить требуемую температуру, например, 23.0;
- в параметре SP.Lo установить нижнюю границу допустимой темпера
туры, например, 21.0;
- в параметре SP.Hi установить верхнюю границу допустимой темпера
туры, например, 25.0;
- перейти в автоматический режим run.
117
ГЛАВА 9. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ 2ТРМ1
За счет автоматического управления Нагревателем (рис. 9.5, а и 9.6) или
Охладителем (рис. 9.5, 6 и 9.7) обеспечится поддержание заданной температу
ры в диапазоне 23-25 градусов Цельсия.
Вкл
а)
------>|<
Ю ,
НУ&і
-----=►
НУ8{ .
НУ&
Выкл
Вкл __
б)
Выкл
8Р
Рис. 9.5. Гистерезисные характеристики в режиме Нагревателя (а) и Охладителя (б)
В режиме Нагревателя выход прибора включается, если контролируемая
температура меньше (8Р-НУСЦ и выключается при температуре больше чем
(ЗР+НУСЦ.
118
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
В режиме Охладителя, наоборот, выход прибора включается, если кон
тролируемая температура больше (8Р+НУС0 и выключается при температуре
меньше, чем (8Р-НУСі).
Рис. 9.6. Работа прибора в режиме Нагревателя
Рис. 9.7. Работа прибора в режиме Охладителя
9.5. Режим Сигнализатора (табл. 9.5)
В режиме Сигнализатора используются следующие параметры:
АЕгп - Режим сигнализатора;
Аіур - Тип логики работы сигнализатора.
119
ГЛАВА 9. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ 2ТРМ1
Таблица 9.5
ALrn- Сигнализатор
Atyp- Тип сигнализатора
Off
Выключен
A.bnd
sp.n
1
SP
A.HYS
.
і
A.b d
A.HYS r
A.bnd
SP.u
I
A.HYS
A.HYS »
SP
Ibnd
r
SP.Hi
SP
t
A.bnd
SP.Lo
ді
t
A.HYS ,
A.HYS
1
SP
A.bnd
0.П
A.HYS
1
1
1
0
AHYS
A.bnd
і
,bnd
O.u
A.HYS r
/■HYSr
.bnd
O.Hi
0
t
A.bnd
O.Lo
t
A.HYS r
,і
1
0
A.HYS r
Включение
в зоне 8Р±А.Ьпб
с учетом
гистерезиса
Выключение
вне зоны 8Р±А.Ьп(1
с учетом
гистерезиса
Включение в зоне
больше А.Ьпб
с учетом
гистерезиса
Включение в зоне
меньше А.Ьпб
с учетом
гистерезиса
Включение в зоне
0±А.Ьпб
с учетом
гистерезиса
Выключение
вне зоны 0±А.Ьпб
с учетом
гистерезиса
Включение в зоне
больше А.Ьпб
с учетом
гистерезиса
Включение в зоне
меньше А.Ьпб
с учетом
гистерезиса
Предусмотрен также параметр отключения режима (Off) и восемь гисте
резисных настроек типа логики:
четыре настройки с произвольной уставкой точки отсчета (8Р.П;
SP.u; SP.Hi; SP.Lo) и
120
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
четыре с отсчетом относительно нулевой уставки (0.П; О.и; О.Ні;
ОХо).
Работа настроек ясна из приведенных в таблице рисунков, где:
А Ьпб - величина смещения относительно точки отсчета;
А НУ8 - гистерезис.
9.6. Ручное управления выходом
Ручное управление выходом регулятора осуществляется по методу широт-
Используются следующие параметры:
Cnt.p - период ручного управления выходом;
Out.P - время включения выхода в процентах относительно периода;
Out.S - единица измерения параметра Out.P.
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКОЙ
Разработчику электроавтоматики, использующему в качестве элементной
базы программируемые контроллеры, панели оператора, цифровые электропри
воды, очень важно иметь базовые знания по организации их связи, как с ком
пьютером, так и между собой. Нужно владеть терминологией, уверенно ориен
тироваться в существующих протоколах связи, уметь правильно подключить и
настроить каналы связи между применяемым оборудованием. При этом вовсе
не обязательно досконально знать, и тем более уметь проектировать сами про
токолы, вполне достаточно общих понятий о предмете.
Достаточно знать следующее:
- какие протоколы связи имеют наибольшее распространение, их основ
ные характеристики, терминологию и область применения;
- что каждая модель компьютера, PLC или Панели оператора имеют
свой фиксированный набор портов связи и поддерживаемого ПО, в
рамках которых можно создавать проект;
- тип и распайку разъемов, установленных на оборудовании;
- как распаять кабели связи, или лучше, правильно заказать фирменные
кабели связи;
- как определить, что компьютер увидел подключенный к нему объект;
- какие параметры следует установить со стороны компьютера и под
ключаемого объекта для выбранного протокола связи;
- как, после установки связи, загрузить разработанную программу в
объект, а также обеспечить обмен информацией между объектами.
Из опыта работы с различным оборудованием нужно отметить, что про
цедура организации связи может быть как исключительно простой, так и доста
точно сложной. Все зависит от «дружелюбности» разработчиков протоколов
связи, наличия понятных пошаговых инструкций, ну и от наших с вами знаний.
Ниже рассматриваются наиболее распространенные протоколы связи.
Материал излагается с точки зрения пользователя, т. е. разработчика элек
троавтоматики.
10.1. Краткая терминология и условные сокращения
Hardware - аппаратные электронные устройства.
Software - программное обеспечение.
Firmware - обозначение (код) аппаратного устройства изготовителя.
122
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Операционная система (Operating System) - комплекс программ, предна
значенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодей
ствия с пользователем (DOC, Windows, Linux и др.).
Драйвер - программа, обеспечивающая корректное взаимодействие опе
рационной системы компьютера с подключённым устройством.
Сеть - объединение различных аппаратных устройств в единый ком
плекс.
Master - главное (ведущее) аппаратное устройство сети.
Slave - подчиненное аппаратное устройство.
HUB - аппаратный интерфейс, обеспечивающий обмен информацией
между различными устройствами сети.
Host - любой узел в локальной сети.
Порт - 16-ти битовое число от 1 до 65535, определяющее назначение па
кетов данных в пределах одного ведущего устройства.
Топология - способ организации и схематичного отображение сетей свя
зи, например: шина, звезда, кольцо.
Интерфейс - способ связи между объектами управления.
Протокол - набор правил организации связи.
Фрейм - набор данных, пересылаемых по сети в одном блоке.
Провайдер - компания, предоставляющая доступ в интернет за абонент
скую плату.
Модем - устройство преобразования аналогового сигнала в цифровой и
наоборот (модулятор - демодулятор).
Роутер - аппаратное устройство, соединяющее другие устройства в сеть
и обеспечивающее обмен информацией между ними.
Браузер - это программа преобразования получаемых из сети кодов в по
нятный для восприятия человеком интерфейс, т. е. программа просмотра сайтов.
Сервер - это аппаратное устройство хранения массивов данных и обеспе
чивающее доступ к ним большому числу пользователей.
Маршрутизатор - сетевое устройство, предназначенное для перенаправ
ления пакетов данных в пределах одной или нескольких подсетей/сетей.
ISO - Международная организация по стандартизации (International Or
ganization for Standardization).
OSI - модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnec
tion).
LAN- локальная сеть.
PROFIBUS - промышленный протокол связи с классической шинной то
пологией.
PROFINET - стандарт промышленной сети Ethernet с дополнительными
возможностями, обеспечивающий более быстрый и гибкий обмен данными.
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
123
Дополнительные пояснения будут даны в процессе изложения материала.
10.2. Общие сведения о протоколах связи
Протокол связи это набор правил, используемых в сетевых структурах
при передаче, приеме и обмене различного рода информации.
При организации связи для передачи информации от одного объекта к
другому могут использоваться два принципа организации: параллельный и по
следовательный.
Параллельный способ, при котором одновременно передаются значения
сигналов всех разрядов многоразрядных кодов, обладает высоким быстродей
ствием, однако имеет много существенных недостатков:
- большое число каналов связи (проводников), что увеличивает габарит
ные размеры и стоимость;
- возникает проблема считывания, так как передача многоразрядных ко
дов сопряжена с разбросом быстродействия по отдельным каналам и
необходимо принимать меры по защите от неправильного считывания;
- при высоких скоростях передачи информации, электромагнитные про
цессы в проводниках оказывают взаимное влияние друг на друга, и как
следствие, возникают помехи в соседних проводниках, что может при
вести к искажению передаваемой информации.
По этим причинам данный способ не нашел широкого распространения.
Последовательный способ использует одну и ту же линию связи, по ко
торой, разряд за разрядом, последовательно осуществляется передача инфор
мации. Несмотря на меньшее быстродействие, это, в настоящее время основной
способ, используемый при организации связи.
Для физической передачи информации используются:
- проводные электрические кабели;
- оптоволоконные кабели;
- радиосигналы различной частоты (включая инфракрасный спектр).
Передача битов информации может осуществляться как токовым сигна
лом, так и напряжением. При использовании напряжения способ передачи ин
формации может быть однопроводным или дифференциальным (рис. 10.1).
Передаваемый сигнал может быть модулирован по амплитуде, фазе или
частоте.
Данные по каналу связи могут передаваться в трех режимах'.
- симплексном, при котором передача данных осуществляется только в
одном направлении (рис. 10.2, а);
124
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- дуплексном, предназначенным для передачи данных одновременно в
обоих направлениях (рис. 10.2, б);
- полудуплексном, при котором данные передаются в обоих направлени
ях, но в разное время.
Рис. 10.1. Однопроводной (а) и дифференциальный (б) способы передачи информации
Рис. 10.2. Симплексный (а) и дуплексный (б) способы передачи информации
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
125
Наиболее распространенные способы связи по последовательному каналу
между объектами автоматизации и компьютером, используемые в настоящее
время, это:
- RS232, RS422, RS485;
- USB;
- Ethernet;
- Modbus, Profibus, Profinet, CANOpen, CC-Link и др.
10.3. Последовательные интерфейсы RS
Сокращение «RS» в обозначении интерфейса означает «Recommended
Standard» - рекомендованный стандарт. Аббревиатура была введена на началь
ном этапе разработки сетей и сохранилась до настоящего времени, хотя уже не
отражает современное развитие техники.
Это простейшие способы связи, реализующие так называемую техноло
гию Plug-and-Play (Воткни и пользуйся), при которой параметры связи считы
ваются непосредственно из контроллера и не связаны с программным продук
том высокого уровня.
Изначально, при физической реализации данных протоколов, использо
вались разъемы типа DB9, DB15, DB25 и более 20 различных команд обмена
данными. В настоящее время, в связи с появлением более современных средств
связи, в стационарных компьютерах используются, практически, только разъ
емы DB9 (рис. 10.3), а в контроллерах и панелях оператора можно встретить
самых широкий типаж: DB9, USB, mini-USB, mini-DIN (или PS/2, рис. 10.4), а
также втычное и клеммное соединение, обозначаемое как SL и, наконец, разъ
емы RJ-45.
Число команд управления сведено к минимуму (максимум 9).
Рис. 10.3. Общий вид разъемов DB9
Рис. 10.4. Разъем PS/2
126
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
10.3.1. Интерфейс RS-232
Применяются два варианта управления потоком данных: аппаратный и
программный. Аппаратный вариант обеспечивает высокое быстродействие пе
редачи данных, но требует использования дополнительных линий связи.
Уровни рабочих сигналов для интерфейса И8-232 достаточно высокие:
(-15...-5) V для логической единицы и (+5...+15) V для логического нуля, что
связано с потерями энергии во время передачи.
Для реализации программного протокола достаточно минимального чис
ла линий связи, что предопределяет его преимущественное использование.
Далее на рис. 10.5 - 10.8 приведены примеры аппаратных соединений для
различных устройств по интерфейсу Я8-232. Их цель - показать, что, несмотря
на общность подхода, для каждого конкретного оборудования, аппаратное и
программное подключение различаются и необходимо изучать сопроводитель
ную техническую документацию.
RS232 communication cable of HMI connecting to controller
HMI terminal
9pin B-SliB femalc/male
RS232 programming cable (Also can use USB, Power is +5v/±12v)
PC terminal
Controller terminal
9pin B-SCB female
9 pin D-SUB (male)
7
—I
8
8
2RXD
—
7
—
—
—
2RXD
5 GND
3TXD
5 GND
-
Рис. 10.5. Кабели связи PLC фирмы Дельта с разъемами DB9
DVP RS232 communication cable
HMI terminal
9pin B-SUB femnleXniale
Controller terminal
coinO/coml
com2
ЗТХ
2RX
5 GND
8ТХ
7RX
5 GND
Spin Mini Bin (male)
4RXD
5TXD
8 GND
Рис. 10.6. Кабель связи PLC фирмы Дельта с разъемом Mini-DIN
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
127
На рис. 10.7 приведено два примера распайки, так называемых, нульмодемных кабелей обмена данными (Handshake): простейший 3-х проводной
без использования сигналов управления и продвинутый с их использованием.
На рис. 10.8 приведена распайка универсального кабеля с разъемами DB9
и DB25 со стороны компьютера и разъемом Mini-DIN со стороны программи
руемого контроллера.
Соединительные кабели
Нуль-модемный кабель
для Handshaking = О
(None)
Нуль-модемный кабель
для любых режимов
Handshaking
Рис. 10.7. Варианты распайки нуль-модемных кабелей
8PNMNDh
PW1. 2 5V
РМЗ. 6. 8:GND
PIN4RX
PIN5:TX
Рис. 10.8. Вариант распайки универсального кабеля с разъемами DB и Mini-DIN
128
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Основные технические характеристики протоколов:
- скорость передачи сигналов через канал связи;
- скорость передачи данных;
- ширина полосы канала связи;
- отношение сигнал/шум;
- пропускная способность;
- частота появления ошибок.
Команды организации связи разделяются на два типа: обмена данными и
управления.
Назначение команд обмена данными:
TD (Transmitted Data) - Передача данных, вход;
RD (Received Data) - Прием данных, выход;
RTS (Request То Send) - Запрос на передачу данных, выход;
DTR (Data Terminal Ready) - Готовность терминала данных, выход;
DSR (Data Set Ready) - Набор данных готов, вход;
CTS (Clear То Send) - Очищен для передачи, вход;
DCD (Data Carrier Detected) - Данные обнаружены, вход;
RI (Ring Indicator) - Индикатор, вход;
GRD (Ground) - Общий.
Активизация связи по интерфейсу RS-432 достаточно простая.
После подключения оборудования к компьютеру, необходимо убедиться,
что компьютер увидел подключенный к нему объект. Для этого необходимо от
крыть «Диспетчер устройств» компьютера и найти там соответствующую за
пись с указанием номера рабочего СОМ-порта.
Рис. 10.9. Вариант окна установки параметров
129
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
Параметры связи устанавливаются в программных пакетах используемого
оборудования в соответствии с приведенными в документации инструкциями.
Как правило, возможна также их установка из программы электроавтоматики.
Пример окна установки параметров приведен на рис. 10.9. Параметры связи с
обоих сторон должны быть одинаковыми.
После установки связи тип подключенного оборудования и номер СОМпорта появятся в нижней статусной строке программного обеспечения.
Ниже в таблице показано, как изменяется допустимое расстояние переда
чи в зависимости от установленной в параметрах скорости передачи.
Таблица 10.1
Скорость передачи, бит/с
Длина кабеля, м
ПО
850
300
800
600
700
1200
500
2400
200
4800
100
9600
70
19 200
50
115 200
20
Для того, чтобы не иметь особых проблем при организации связи реко
мендуется одновременно с оборудованием покупать также фирменный кабель и
драйвер.
Могут применяться также специальные кабели со встроенными адапте
рами, обеспечивающие обмен данными между объектами с отличающимися
протоколами.
Область применения интерфейса И8-232, это локальная автоматизация
при небольшой длине соединительных кабелей и ограниченном быстродей
ствии.
При повышенных требованиях применяются интерфейсы И8-422 и Я8485.
10.3.2. Интерфейс RS-422
Схема обмена данными по интерфейсу Я8-422 и диаграмма рабочих сиг
налов приведена на рис. 10.10. Данный интерфейс применяется достаточно
редко.
130
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Интерфейс 115-422
Компьютер
Устройство
Рис. 10.10. Интерфейс И8-422
10.3.3. Интерфейс RS-485
Интерфейс К8-485 отличается исключительной простотой организации и
настройки связи, поэтому получил большое распространение. На рис. 10.11 и
10.12, соответственно, приведены варианты 2-х и 4-х проводных кабелей связи
по интерфейсу К8-485. Обращаем внимание, что в варианте рис. 10.11 даже не
используется общий провод (но лучше его также соединять!).
На рис. 10.13 приведены взятые из сопроводительной документации таб
лицы распайки кабелей для интерфейов Я8-422 и К8-485 фирмы Сименс, на
рис. 10.14 для интерфейсов К8-232 и К8-485 фирмы Weintek, а на рис. 10.15 ре
альная распайка 2-х проводного кабеля связи по последовательному каналу
между контроллером ТМ200СТ24К и панелью оператора МТ8102ІЕ фирмы
Weintek.
сомо/сомг
НМІ terminal
9pin D-SUB female/male
comO/coml
Controller
RS485 germinal
1 RX-
DATA-
6RX+
DATA+
Рис. 10.11. Двухпроводной кабель протокола К8-485 панели оператора Кіпсо
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
131
RS485-4 communication cable
HMI terminal
9pin B-SIB female\mnle
Controller terminal
Рис. 10.12. Четырехпроводной кабель протокола RS-485 панели оператора Кіпсо
1
5
о^о
9
Номер
контакта
6
Назначение для ИЗ 422
Назначение RS 485
1
п.с.
П.С.
2
С№ 24 В
GND 24 В
Канал данных В (+)
3
ТхО+
4
ИхО+
RTS
5
ѲЫО 5 В (изолированный выход)
GND 5 В (изолированный выход)
6
+5 В (изолированный выход)
+5 В (изолированный выход)
7
+24 В. макс. вых. ток 100 мА
+24 В. макс. вых. ток 100 мА
8
ТхО-
Канал данных А (-)
9
ИхО-
NC
Рис. 10.13. Распайка кабелей RS-422 и RS-485 фирмы Сименс
^^Communication Connections
NOTE: COM2 and COM3 [RS485] 2W eupport MPI 187.5K, ріаам им ona at a lima.
СОМІ [RS232] 8 Pin, Mala, D-aub
COM2/COM3[RS485] 8 Pin, Femala, D-sub
12 3 4 5
*789
PINS
СОМІ (RS232)
1
2
RxD
3
TxD
.4
5
GND
7
RTS
8
CTS
9
Рис. 10.14. Распайка кабелей RS-422 и RS-485 фирмы Weintek
132
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Видно, что фирмы-производители заранее предусматривают различные
варианты организации связи своей продукции с компьютером и другим объек
том автоматизации, что очень удобно для инженеров проектировщиков.
Ниже в таблице рис. 10.16 для справки приведен пример рабочей инфор
мации фирмы Дельта по вариантам применения интерфейсов и СОМ-портов
для разных типов программируемых контроллеров.
С
О
М
1
Тип ПЛК
Тип порта
Режим работы
Протокол
Скорость (бит/с)
Подкл. устройства
ES/EX/SS
RS-232
Ведомый (Slave)
Modbus ASCII
9600
ПК, панель оператора
SA/SX
RS-232
Ведомый (Slave)
Modbus ASCII/RTU
9600-115200
ПК. панель оператора
RS-485
RS-485
Тип порта
Режим работы
С
о
м
2
Протокол
Скорость (бит/с)
Подкл. устройства
С
О
м
3
Тип порта
Режим роботы
Скорость (бит/с)
Подкл. устройства
Ведущий
Modbus или
формат опре
деленный
пол», в RS
инструкциях
9600/19200/
38400
ПЛК. ПЧ и
ДР.
•
Ведомый
Как в
СОМІ
9600
Как в
СОМІ
Ведущий
Modbus или
формат опре
деленный
полы, в RS
ипструкших
Ведомый
Как в
СОМІ
9600-115200
Как в
СОМІ
ПЛК, ПЧ и
др.
•
ЕН
RS-232
Ведомый (Slave)
Modbus ASCII/RTU
9600-115200
ПК. панель оператора
RS-485
(может быть итмснсн на
RS-232, RS-422)
Ведущий
Ведомый
Modbus или
формат опре
Как в
деленный
СОМІ
полы, в RS
инструкциях
9600-115200
ПЛК, ПЧ и
Как в
СОМІ
др.
RS-422. RS-232
Ведомый/ Modbus
9600/19200/38400
ПК. панель оператора
Рис. 10.16. Назначение СОМ-портов и параметры PLC фирмы Дельта
Важно! Для связи по интерфейсу RS-485 могут использоваться также
простейшие втычные двух-трех пиковые разъемы (контроллеры фирмы Дельта)
и винтовые соединения (контроллер ТМ200 фирмы Шнайдер).
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
133
10.4. USB (Universal Serial Ви8)-интерфейс
USB - это универсальный стандарт последовательного интерфейса для
подключения к компьютеру различных, как промышленных, так и бытовых
электронных устройств: программируемых логических контроллеров, панелей
оператора, электроприводов, клавиатуры, мыши, принтеров, плейеров и др. При
этом компьютер автоматически определяет тип устройства и устанавливает
необходимый драйвер.
При использовании USB-интерфейса, в зависимости от конкретного обо
рудования, используются стандартные USB-разъемы типа А, квадратные разъ
емы типа В, Mini/-USB и Micro-USB разъемы, а также специальные конструк
тивные исполнения разъемов (рис. 10.17). Соединение компьютера с перифе
рийными устройствами, как правило, осуществляется стандартными покупны
ми кабелями (рис. 10.18).
Квадратные разъемы типа В обычно используются при подключении
принтеров и сканеров.
Интерфейсы USB, в зависимости от версии исполнения, имеют различное
быстродействие обмена данными:
USB 2.0 обеспечивает скорость передачи до 480 Мбит/сек. Это наиболее
распространенная версия интерфейса;
USB 3.0 обеспечивает скорость передачи до 5 Гбит/сек.
В компьютере их можно отличить по цвету.
134
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
В последнее время появились новые версии с еще большей скоростью пе
редачи данных. Уровень сигналов и структура последовательных пакетов об
мена информацией, с точки зрения пользователя, особого значения не имеет, не
стоит терять на это время. Важно уметь активизировать связь!
The blowing lustration shows tie USB connection to a PC on a TM221M Logic Contrôler.
Рис. 10.18. Соединение компьютера и контроллера ТМ221М
стандартными USB-кабелями
Фирмы-производители выпускают также специальные кабели, позволя
ющие выполнять соединение объекта с контроллером при помощи различных
интерфейсов, например, USB со стороны компьютера и RS-485 со стороны кон
троллера, для чего в кабель встраивается соответствующий адаптер.
На рис. 10.19 приведена распайка USB-кабеля.
Маркировка интерфейса на НМІ-устройстве: USB Х60.
Разъем USB типа гнездо
1
4
Номер контакта
Назначение
1
+5 В, макс. вых. ток 500 мА
2
USB-DN
3
USB-DP
4
GND
Рис. 10.19. Распайка стандартного USB-разъема
Особенности процедуры установки связи следует находить в сопроводи
тельной документации.
10.5. Ethernet-интерфейс
Общие сведения
Ethernet (аббревиатура от Ether - эфир и Network - сеть) - это стандарт
формирования локальных сетей LAN и передачи данных, имеющий наиболь
шее распространение в настоящее время. Основным преимуществом Ethernet
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
135
является стабильность и высокая скорость передачи данных. В качестве аппа
ратных средств соединения компьютера, PLC и панелей оператора используют
ся 8-ми контактные разъемы типа RJ45 (рис. 10.20).
Рис. 10.20. Общий вид разъемов RJ45
Пример распайки разъема приведен на рис. 10.21.
The following table describes the RJ45 Ethernet connector pins
NOTE: The controller support* the MDI/MOtX auto-crossover cable function. It is not necessary to
use special Ethernet crossover cables Io connect devices directly to this port (connections without
an Ethernet hub or switch).
Рис. 10.21. Распайка разъема RJ45 интерфейса Ethernet контроллера ТМ221
При организации связи по интерфейсу Ethernet используются следующие
параметры:
IP-адрес;
Маска, представляющая собой набор из четырех цифр (Mask);
Шлюз (Gate).
IP (Internet Рго1осо1)-адрес - это идентификатор аппаратных устройств,
образующих локальную сеть. Он указывает на местоположение объекта в сети
и позволяет им обмениваться данными.
IP-адрес представляет собой набор из четырех цифр, например 192.168.1.2.
Каждое число может находиться в диапазоне 0-255.
136
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Таким образом, может быть определено адресное пространство в диапа
зоне О.О.О.О-255.255.255.255. Такой формат представления адресного простран
ства обозначается IPv4 и имеет наибольшее распространение. Общее число ад
ресуемых устройств достигает 294 967 296.
Существует также формат IPv6.
Первые три числа IP-адреса (например, 192.168.1.2) определяют номер сети
192.168.1, а четвертое число номер адресуемого устройства (здесь Хост № 2).
Таким образом, все аппаратные устройства единой локальной сети долж
ны иметь общий идентификатор 192.168.1 и отличаться индивидуальными ад
ресами в четвертой цифре (1, 2, 3 и т. д.).
Назначение сетевых IP-адресов не случайно. Адреса распределяются по
регионам мира Управлением по присвоению номеров Интернета (IANA) и под
разделением Интернет-корпорации по присвоению имен и номеров (ICANN),
находящимся в США, при регистрации работы в Интернете.
Маска подсети предназначена для выделения сетевым программным
обеспечением из общего адреса, адреса номера сети и номера аппаратного
устройства.
Маска подсети также имеет формат четырёх чисел 255.255.255.0.
В двоичном коде она представляет собой набор единиц и нулей:
111111111111111111111111 00000000.
При выполнении операции логического И между IP-адресом и маской
определяется номер сети, а при операции логического И с инверсным значени
ем маски определяется номер устройства.
Шлюз - сетевое устройство, обеспечивающее обмен данными между раз
личными компьютерными сетями. При работе с локальной сетью, адрес шлюза,
установленный по умолчанию, изменять не следует.
DNS (Domain Name System) - это каталог с цифровыми адресами каждо
го сайта. При работе с локальной сетью, адрес каталога, установленный по
умолчанию, изменять не следует.
Важно!
1. IP-адрес обеспечивает только адресацию включенных в сеть аппарат
ных устройств, его главная задача, чтобы передаваемые данные были направ
лены к нужному приемнику.
2. Для управления последовательностью обмена информацией между
устройствами связи и контроля выполнения операции предназначены специ-
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
137
альные протоколы. В связке с интерфейсом Ethernet, как правило, применяется
протокол TCP (Transmission Control Protocol).
Протоколы TCP и IP реализуют стековую передачу данных.
3. Таким образом, общее название протокола - TCP/IP.
Наиболее применяемая версия: 4, т. е. ТСР/ІРѵ4.
Установленные по умолчанию IP-адреса можно прочитать как на компь
ютере, так и многих аппаратных устройствах, например:
Компьютер.
Связать компьютер и контроллер Ethernet-кабелем, включить питание.
Пройти по следующей цепочке:
- Панель управления;
- Сеть и интернет;
- Центр управления сетями и общим доступом. Если компьютер увидел
контроллер, то появится запись «Неопознанная сеть»;
- Изменение параметров адаптера;
- Ethernet. Неопознанная сеть. В открывшемся окне «Состояние
Ethernet» отметить IP версии 4 (ТСР/ІРѵ4) и щелкнуть по клавише
«Свойства»;
- В окне «Свойства IP версии 4 (ТСР/ІРѵ4)» прочитать:
* использовать следующие ІР-адреса
ІР-адрес
192.168.1.3
Маска подсети 255.255.255.0
Основной шлюз 192.168.1.1
* использовать адрес DNS-сервера
Предпочитаемый адрес 192.168.1.1
Альтернативный адрес .................
Компьютер обозначен как устройство № 3.
При необходимости, исправить номер. Чтобы избежать в дальнейшем
одинаковых IP-адресов для разных устройств сети, записать установленные ад
реса и щелкнуть клавишу ОК.
Панель оператора Weintek.
IP-адрес панели по умолчанию 192.168.1.4 кратковременно высвечивает
ся на панели при ее включении. Если времени для запоминания адреса недоста
точно, то его можно считать, сделав следующие действия, согласно инструк
ции, приведенной в технической документации:
- щелкнуть на иконку в нижнем правом углу панели;
- в открывшемся меню щелкнуть на иконку «шестеренка»;
- в открывшемся окне ввести пароль 111111 и нажать клавишу ОК;
138
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- в окне «Network» прочитать и, при необходимости, исправить адреса
ІР-адрес 192.168.1.4
Mask
255.255.255.0
Gate
192.168.1.1
DNS
192.168.1.1
- для сведения прочитать установленный номер порта.
Итак, для компьютера и панели оператора задействованы номера 3 и 4.
Если в сеть Ethernet дополнительно включается контроллер, то ему следует
установить IP-адрес с ближайшим номером 2 (или 5), т. е. 192.168.1.5.
10.6. Modbus-протокол
Общие сведения
Modbus - это промышленный протокол, применяемый в связке с прото
колами передачи данных RTU (Remote Terminal Unit) и TCP (Transmission Con
trol Protocol) при организации локальных сетевых структур.
Основными преимуществами протокола являются его открытость, отсут
ствие необходимости лицензирования и относительная простота реализации.
Существенным недостатком является отсутствие какой-либо унификации ре
шений разных фирм. В каждом конкретном случае необходимо внимательно
изучать сопроводительную документацию.
Для связи между устройствами по протоколу Modbus RTU на физиче
ском уровне, как правило, использует последовательный интерфейс RS-485.
Протокол передачи данных основан на принципе master-slave. Устройствомастер инициирует обмен данными с подчинёнными устройствами.
Протокол TCP в связке IP-адресом используется при организации связи
по Ethernet- интерфейсу. Общее название Modbus TCP/IP. Протокол TCP
обеспечивает обмен данными, а протокол IP определяет адреса связываемых
устройств.
Наиболее широко протокол используется в оборудовании фирмы Шнай
дер Электрик. На рис. 10.22 приведен пример распайки кабеля связи между
контроллером TM200CE24R и электроприводом Altivar-12. Согласно докумен
тации, привод поддерживает 2-х проводной интерфейс RS-485 по протоколу
Modbus RTU.
139
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
ТМ200
Dl(+)
DO(-)
Shield
COM
ATV12
RJ45
Modbus
Рис. 10.22. Кабель связи контроллера с приводом
Для установки связи в контроллере и электроприводе необходимо уста
новить одинаковые параметры последовательного интерфейса: Type, Baud Rate,
Data Bit, Parity, Stop Bit, Slave№.
10.7. Прочие протоколы
Помимо рассмотренных применяются также многие специализированные
типы протоколов, например:
Profibus / Profinet - промышленные протоколы фирмы Сименс;
CC-Link - (Control&Communication Link) промышленный протокол
фирмы Mitsubishi Electric;
Ю-Link - протокол передачи состояния дискретных входов и выходов
PLC фирмы Фанук;
CANOpen - сетевой протокол высокого уровня, работающий поверх
физического протокола CAN-шины (Controller Area Network) и обеспе
чивающий обмен данными между устройствами разных производите
лей и другие протоколы.
140
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
10.8. Примеры организации локальной связи
В зависимости от числа используемых устройств и физического наличия
на них коммуникационных разъемов могут быть организованы различные ло
кальные соединения (можно сказать мини-сети). Приведем несколько приме
ров, постепенно усложняя задачу и используя разные протоколы.
Во всех примерах будем использовать программируемый контроллер ти
па ТМ200СЕ24К фирмы Шнайдер и сенсорную панель оператора типа
МТ8102ІЕ фирмы Weintek.
10.8.1. Разработка проекта и организация связи между компьютером
и программируемым контроллером по USB-uнmepфeйcy
Постановка задачи: разработать проект управления нерегулируемым ре
версивным асинхронным приводом от программируемого контроллера и кно
почного аппаратного пульта (рис. 10.23). Формирование источников питания
для упрощения на принципиальной схеме не показано.
Рис. 10.23. Принципиальная схема проекта
Управление приводом осуществляется от кнопок, подключенных к дис
кретным входам контроллера:
10.0 - Кнопка включения двигателя Вперед (по часовой стрелке);
10.1 - Кнопка останова вращения. Включена инверсно;
10.2 - Кнопка включения двигателя Назад (против часовой стрелки);
10.3 - Вход нулевой защиты, осуществляющий отключение памятей
контроллера при срабатывании автоматического выключателя QMIh
тепловой защиты FR1.
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
141
Два дискретных выхода Q0.0 и Q0.1 обеспечивают включение силовых
пускателей КМ1 и КМ2, соответственно, для направления вращения по и про
тив часовой стрелки. В аппаратной схеме управления и в PLC-программе
предусмотрены взаимные блокировки, исключающие их одновременное вклю
чение. Кроме того, следует применять реверсивный пускатель с механической
блокировкой.
Связь компьютера с контроллером осуществляется по USB-интерфейсу.
Последовательность разработки проекта:
1. Открыть на компьютере программную среду Eco Struxure Machine
Exspert-Baisic.
2. Активизировать создание нового проекта (New project).
- наблюдать четыре красных предупреждающих знака со следующи
ми надписями:
х) Properties;
х) Application Protection;
х) An application protection must be selected;
x) Display;
3. Отключить требование установки защиты, для чего:
- в меню Properties / Application Protection дважды отключить:
Read Protection
* Inactiv
Write Protection
* Inactiv
- щелкнуть по клавише Applay.
Останется только одна предупреждающая надпись х) Display;
4. Перейти в меню Configuration и конфигурировать проект:
М200 Logic Controller
TM200CE24R
Replace? -> ответить Yes;
Присвоить проекту имя и сохранить, например, как :D / Chernov / Связь /
РЕС-АД-USB. Проект сохраниться с расширением smbp.
5. Перейти в меню Programming и набрать и сохранить программу, в
данном случае, согласно рис. 24 (показана в режиме ON-Line).
Совет! При начальном освоении материала не проектируйте сложных
программ, начинайте с простейшей цепочки, например, Q0.0 = 10.0 + М5.
В подменю Propeties / Tools, при необходимости, можно посмотреть до
ступные адреса для проектирования адреса.
142
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 10.24. Принципиальная схема проекта
6. Включить программируемый контроллер и подсоединить стандарт
ный кабель USB - MiniUSB между компьютером и контроллером. Если в Дис
петчере устройств компьютера появилась запись libUsb-Win32 / М200
Controller, то компьютер увидел контроллер.
«Диспетчер устройств» открывается по цепи:
Панель оборудования
Оборудование и звук
Диспетчер устройств
7. В меню Configuration проверить установленные по умолчанию пара
метры связи (рис. 10.25). При необходимости сделать исправления.
Modbus
Serial line configuration
Device settings
Protocol Settings
Protocol
Device
Modbus
None
*
inrt command
Serial line settings
Baud rate
9600
Protocol Settings
Parity
Even
Transmission mode
Data bits
8
Stop bits
1
Q RTU
ASCII
O Slave
Address (1 „247]
Addressing
1
Master
Response timeout (« 100 ms) 10
Physical medium
Time between frames (ms)
W
О PS-485
Polarization No
Ф RS-232
Рис. 10.25. Параметры связи по умолчанию
8. Загрузить проект в контроллер, для чего:
- открыть меню Commissioning;
- наблюдать две записи М200 (USB). Если в строке Ethernet Devices
установлен IP-адрес, то его необходимо убрать;
143
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
- щелкнуть по кнопке Login. Убедиться, что программа видит кон
троллер (рис. 10.26);
- щелкнуть по клавише PC to Controller (download) и следуя подсказ
кам наблюдать процесс загрузки;
- по окончании загрузки щелкнуть по клавише Start Controller.
9. Перейти в меню Programming и проверить работу программы в режи
ме On-Line (см. рис. 10.24).
10. Отключить компьютер и проверить автономную работу контроллера.
ic D £ 0 - â • X % "A
nnfiguration
Local Devices
® ’ 0 □ <» A [S] 2 мда«як;
tf
Ж
н^ . >^ {• •*’
’ g| ® !w
Commissioning
Programming
Ethernet Devices @ ^
^
>. w' uvuts
Options
^
Logout
Remote Lookup
Unit ID
PC to Controller (download)
Found.
Controller
Reference
Firmware
TM200CE24R
1.12.1.0
t No protocol Is enabled
Keter to Ethernet configuration view
^ PC and controller applications are different
Compare computer and controller applications
^ Application protection is not active on either both
upload or download
You should set active both application protections
Refer to Application Protection view
Controller to PC (upload)
Рис. 10.26. Процесс загрузки программы в PLC
10.8.2. Разработка проекта и организация связи между компьютером,
программируемым контроллером и панелью оператора
по разным интерфейсам
Постановка задачи: Спроектировать проект управления с панели опера
тора фирмы Weintek нерегулируемым реверсивным асинхронным приводом и с
использованием программируемого контроллера типа TM200CE24R фирмы
Шнайдер. Использовать три различные системы связи (рис. 10.27):
USB между компьютером и контроллером,
Ethernet между компьютером и панелью оператора,
RS-485 между контроллером и панелью.
144
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 10.27. Обобщенная схема связи трех устройств по разным интерфейсам
Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 10.28, а проект
панели управления на рис. 10.29.
Силовая схема предусматривает реверс вращения (пускатели КМ1 и
КМ2), максимальную (автомат 9М1) и тепловую (реле) защиты.
Органы управления расположены на панели оператора:
Кнопка задания направления вращения Вперед (CW - по часовой стрелке)
с адресом М5;
Кнопка задания направления вращения Назад (CCW - против часовой
стрелке) с адресом М7;
Кнопка останова вращения Стоп с адресом Мб;
Рис. 10.28. Принципиальная схема управления реверсивным нерегулируемым АД:
а - силовая схема, б - подключение контроллера, в - органы управления панели оператора,
г - аппаратная схема управления
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
145
Питание схемы управления пускателями КМ 1 и КМ2 осуществляется без
опасным напряжением 110В переменного тока. Реле КЗ предназначено для реа
лизации нулевой защиты в алгоритме контроллера.
Контроллер питается напряжением 220В переменного тока.
Задействованы:
- один дискретный вход защиты 10.0 и
- два дискретных выхода Q0.0 (Вперед) и Q0.1 (Назад).
Контроллер имеет USB и Ethernet разъемы, а также клеммное подключе
ние последовательного 2-х проводного интерфейса RS-485.
Управление реверсивным АД
Система связи
Serial Line
RS-485(2W)
Рис. 10.29. Проект панели управления асинхронным двигателем
РКС-алгоритм (рис. 10.30) обеспечивает прямой пуск в любом направле
нии, останов, реверс как с предварительным остановом, так и на ходу и нуле
вую защиту.
Рис. 10.30. РКС-алгоритм управления АД
146
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Ниже приведена последовательность выполнения проекта и организации
связи по разным протоколам между компьютером, контроллером и панелью
оператора.
а) Разработка проекта и организации связи по USB-интерфейсу, за
грузка программы электроавтоматики в программируемый кон
троллер.
Выполняется аналогично предыдущему проекту (раздел 10.8.1).
б) Разработка на компьютере проекта панели оператора, организа
ция связи по Ethernet-интерфейсу и загрузка проекта в физиче
скую панель.
Выполняется в следующей последовательности:
1. Установить и открыть на компьютере программное обеспечение Easy
Builder Pro (программирование панели Weintek).
2. Активизировать создание нового проекта.
3. Выполнить конфигурацию проекта, для чего:
- в каталоге «ІЕ серия» указать тип панели МТ8102ІЕ и щелкнуть
клавишу ОК;
- в открывшемся окне «Системные параметры» (рис. 10.31) добавить
новое устройство, т. е. тип протокола, по которому будет связана
панель. В данном случае, это RS-485 Modbus RTU для контроллера
фирмы Шнайдер Электрик.
Произвести следующие действия:
• щелкнуть по клавише «Новое устройство/Сервер»;
• установить тип устройства (рис. 10.32):
Schneider Electric Industries / Modbus RTU
(установлено по умолчанию);
• щелкнуть по клавише ОК. В списке окна системных параметров по
явится протокол Modbus RTU (рис. 10.33);
• записать параметры COM-порта, установленные по умолчанию, так
как они должны совпадать с аналогичными параметрами контрол
лера;
• щелкнуть по клавише ОК, появится наборное поле панели.
4. В меню «Домой» спроектировать содержимое панели, в данном слу
чае согласно рис. 10.29.
Атрибуты кнопок управления: Битовая кнопка, моментально.
Адреса кнопок М5, Мб, М7 (см. алгоритм PLC, рис. 10.30).
Присвоить проекту имя и сохранить.
147
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
Системные параметры
Сотовая сеть передачи данных
Настройки печати и резервного копирования
Устройство
Модель
Общие
Синхронизация вреиени/летнее время
Удаленный
Система
e-пий
Расширенная память
Безопасность
М май JP?
Список устройств:
Имя
Местоположение
■■■■■■ local НМ Локально
Интерфейс
Тип устройства
Протокол VF
МТВ102ІЕ (1024 х 600) •
Новое устройство/сереер...
Ном
0
Настройки/безопасиость...
удалять
* Настройки, сделанные на этой вкладке, будут сохранены напрямую (без отмены)
Описание проекта:
Программное обеспечение SCADA может обращаться к данным устройства через MODBUS TCP/IP Server на
панели. (Сначала добавьте сервер MODBUS TCP/IP и включите [MODBUS TCP/IP шлюз))
ОК
Отмена
Справка
Рис. 10.31. Окно «Системные параметры»
5. Установить связь между компьютером и панелью, записать проект в
физическую панель:
• соединить панель с компьютером ЕіЬегпеІ-кабелем;
• перейти в меню «Проект» и щелкнуть по клавише «Загрузить (ПКПанель)»;
• в открывшемся одноименном окне «Загрузить (ПК-Панель)» щелк
нуть по надписи «Найти все (Е)», убедиться, что программное
обеспечение нашло панель (рис. 10.34);
148
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
• щелкнуть по клавише «Загрузить» и наблюдать процесс загрузки до
появления надписи «Загрузка заверена». Проект панели появится на
ее дисплее.
Поскольку связь панели с контроллером еще не установлена, загрузка
может завершиться не полностью, а на дисплее появится надпись «Нет связи».
Параметры устройства
Имя:
X
•
~
~
Schneier MODBUS
RK
О Панель
Расположение: Локально
@ устройство
~
Параметры
* Выберите локальный для устройства, подключенного к этому НМІ, или удаленный для устройства,
подключенного через другой НМІ
J ►
Schneider MODBUS RTU
Тип устройства:
устройство Ю : 507, Ѵ.3.80, SCHN£lDER_MOOBUS_RTU.e30
интерфейс: rs-485 2w
v
Отбыть рук-во го »жму...
* Поддерживается оффлайн симуляция на панели (используйте Ш-12358)
* Поддержка связи между НМІ и устройством в сквозном режиме
* Установите LW-9903 в значение 2 для повышения скорости загрузки / выгрузки программы
устройства в сквозном режиме
Параметры
СОМ: СОМ1 (9600,Е,8,1)
Откройте ру^гадолонтрмон НМІ ,
Номер станции по-умолчанию: [ 1
О Использовать широковещательные
Q Использовать переменную в качестве адреса устройства
Кацнашамій^шиіісвам^^
Интервал блоков (слов): : 3
ѵ
Макс размер команды чтения (слов): 120
Макс, размер команды записи (слов): 120
OK
I [
Отмена
Рис. 10.32. Окно «Параметры устройства»
Список устройств:
Какой НІЙ F
Имя
Местоположение
Тип устройства
Интерфейс
Local НМІ Локально
МТ8102іЕ (1024 X 600) -
Schnei... Локально
Schneider MO06US ...
COM 1(96...
Протокол VF
Номер
-
0
RS485 2W
1
Рис. 10.33. Полный список устройств проекта
149
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
}Все завершено
®По сети
Пароль/NO порта загрузить/выгрузить :
Задать...
Рис. 10.34. Фрагмент окна загрузки проекта
в) Установка связи между панелью и контроллером
Для установки связи выполнить следующие действия:
• соединить контроллер и панель оператора 2-х проводным интер
фейсным кабелем RS-485. На панели установлен разъем DB9, а на кон
троллере винтовое соединение. Распайка кабеля приведена ранее на
рис. 10.15;
• щелкнуть по клавише «Загрузить» и наблюдать процесс загрузки до
появления сообщения «Все завершено»;
• выйти из проекта панели и открыть проект PLC-программы;
• проверить работу программы в On-Line режиме;
• отключить компьютер и проверить работу в автономном режиме.
10.8.3. Разработка проекта и организация связи между компьютером,
программируемым контроллером и панелью оператора
по общему Ethernet-протоколу
Постановка задачи: Адаптировать предыдущий проект управления нере
гулируемым реверсивным асинхронным приводом с использованием только
кабелей связи по Ethernet-интерфейсу.
В связи с тем, что на каждом используемом устройстве имеется только по
одному разъему RJ45 для связи по Ethernet, принимается решение использо
вать активный НиВ-разветвлитель фирмы D-Link с внешним питанием 220 В.
Для связи используются три Ethernet-кабеля (см. общий вид панели рис. 10.35).
Принципиальная электрическая схема (рис. 10.36) и органы управления
на панели аналогичны.
Общий вид панели оператора также унифицирован (рис. 10.37).
150
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
-220В
RJ45
PC
RJ45I Ethernet
Щ-------C
нив □
Ethernet
RJ45
USB
RJ45
Панель
оператора
Е
RJ45
PLC
ТМ200
L
USB
Serial
Рис. 10.35. Блок-схема связи
Рис. 10.36. Принципиальная схема управления реверсивным нерегулируемым АД
Управление реверсивным АД
Связь: Schneider Modbus TCP/IP
Рис. 10.37. Общий вид панели оператора с топологией связи по Ethernet
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
151
Разработку проекта и установку связи рекомендуется проводить последо
вательно:
Компьютер - контроллер,
Компьютер - панель оператора,
Контроллер - панель.
Предварительно, где это просто, следует определить IP-адреса, установ
ленные по умолчанию, например:
В компьютере выполнить следующие действия, последовательно щелкая
мышкой по указателям:
- Панель управления;
- Сеть и интернет;
- Центр управления сетями и общим доступом;
- Изменение параметров адаптера;
- В окне «Сетевые подключения» наблюдать сообщение
а) «Ethernet. Сетевой кабель не подключен», если компьютер не со
единен с контроллером;
б) «Ethernet. Неопознанная сеть», если компьютер соединен с кон
троллером. Эта запись означает, что компьютер увидел контроллер.
- Щелкнуть по надписи «Ethernet. Неопознанная сеть»;
- В окне «Ethernet: Свойства» отметить (зачернить) запись «ІР версии
4(ТСР/ІРѵ4)» и щелкнуть по кнопке «Свойства»;
- Наблюдать установленные по умолчанию адреса
ІР-адрес
192.168.1.3
Маска подсети
255.255.255.0
Основной шлюз
192.168.1.1
Предпочтительный DNS-сервер 192.168.1.1
- При необходимости, исправить и щелкнуть ОК;
- Записать адреса и все закрыть.
В физической панели оператора:
- Карандашом щелкнуть по иконке в нижнем правом углу;
- В открывшемся меню щелкнуть по аппликации «Шестеренка»;
- В открывшемся окне набрать пароль 111111 (шесть единиц) и щелк
нуть ОК;
- Прочитать IP-адреса, установленные по умолчанию
ІР-адрес
192.168.1.4
Маска
255.255.255.0
Шлюз
192.168.1.1
DNS-сервер 192.168.1.1
- Записать адреса.
152
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Процедура разработки проекта PLC-программы и установки связи
Компьютер -> Контроллер:
1. Установить на компьютер программное обеспечение
- Eco Struxture Machine Expert-Baisic (программирование контроллера
ТМ200).
2. Выполнить конфигурацию контроллера, написать PLC-программу.
В данном случае программа аналогична предыдущему примеру (рис. 10.38).
Рис. 10.38. РКС-алгоритм управления АД
3. Соединить компьютер и контроллер Ethernet-кабелем (номера 1 и 3 на
структурной схеме).
4. Установить в контроллере IP-адрес, близкий, но отличающийся от
установленных адресов компьютера (192.168.1.3) и панели оператора
(192.168.1.4), например, 192.168.1.5.
Адреса Масок и Шлюзов должны совпадать.
Для установки IP-адреса выполнить следующие действия:
- в среде Eco Struxure Machine Expert-Baisic компьютера открыть ра
бочий проект PLC-программы;
- открыть меню «Configuration»;
- в меню «Propeties» (Свойства) установить следующие параметры:
ЕТН1
Fixed IP-Address
IP-адрес 192.168.1.5
Маска
255.255.255.0
Шлюз
192.168.1.1
5. Активизировать разрешение передачи данных (рис. 10.39)
Programming protocol enable и Modbus server enable
153
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
Ethernet
Device name
IP address by DHCP
IP address by BOOTP
O Fixed IP address
IP address
192
168
1
5
Subnet mask
255
255
255
0
192
168
1
1
Gateway address
Transfer Rate
Auto *
Security Parameters
Q Programming protocol enabled
Q Modbus server enabled
Auto discovery protocol enabled
Рис. 10.39. Установка IP-адреса контроллера
6. Запомнить. Канал загрузки PLC-программы готов.
7. Загрузить и автономно проверить работу PLC-программы, для чего:
- активизировать меню «Commissioning»;
- отметить IP-адрес 192.168.1.5 и щелкнуть по кнопке Login;
- в окне Found по сообщению TM200CE24R 1.12.1 убедиться, что си
стема связи видит контроллер;
- щелкнуть по клавише «PC to Controller (Download)» и следуя даль
нейшим подсказкам загрузить проект;
- по окончании загрузки щелкнуть по клавише Start controller и пе
рейти в меню «Programming»;
- проверить программу в On-Line режиме
Внимание! При первой загрузке программы через Ethernet, она может
блокироваться. Это означает, что в контроллере уже установлен IP-адрес, не
совпадающий с адресом 192.168.1.5, заданным в проекте. В этом случае необ
ходимо переключиться на разовую связь через USB-интерфейс и «как бы» пе
реформатировать контроллер, после чего вернуться к связи по Ethernet. Дальше
все будет штатно работать.
8. Отключить контроллер от компьютера (не обязательно)
154
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Процедура разработки проекта панели оператора и установки связи
Компьютер -> Панель:
1. Установить на компьютер программное обеспечение
- Easy Builder Рго (программирование панели Weintek)
2. Разработать проект панели оператора согласно техническому зада
нию, для чего:
- активизировать создание Нового проекта;
- в каталоге ІЕ серии указать тип панели МТ8102ІЕ;
- в открывшемся окне «Системные параметры» добавить новое
устройство, т. е. контроллер, с которым будет работать панель:
Новое устройство / север
Тип устройства: Schneider Electric Industries / Modbus TCP/IP.
3. В меню «Домой» спроектировать содержимое панели, в данном слу
чае согласно рис. 10.37. Атрибуты кнопок управления: Битовая кнопка, момен
тально. Адреса кнопок М5, Мб, М7 (см. алгоритм PLC, рис. 10.38).
4. Установить связь между компьютером и панелью оператора, для чего:
- соединить компьютер и панель Ethernet-кабелем (номера 1 и 2 на
структурной схеме);
- в меню «Домой» установить (проверить) необходимые системные
параметры и внести их в список устройств проекта (рис. 40).
Связь панели с контроллером, в отличие от предыдущего примера, осу
ществляется по сети Ethernet протокола Modbus ТСР/ІР, поэтому должно
быть установлено:
Локальное устройство 4 / Schneider Modbus ТСР/ІР / Локально /
Schneider Modbus ТСР/ІР / Сеть (IP = 192.168.1.5, порт 502)
Имя
Местоположение
|LocalHMJ
Локально
I Schneider MODBUS Тф/Р Локально
Тип устройства
МТВ102Є (1024 х МО)
Schneider MOOBUS ТФ/Р
интерфейс
Протокол VF
Сеть (Р«192.1М.1.5, Порт=502) Тф/Р
Момер станции.
0
1
Рис. 10.40. Список устройств проекта
5. Загрузить проект в физическую панель оператора, для чего:
- открыть программу панели в среде Easy Builder Pro;
- в меню «Проект» щелкнуть по клавише «Загрузить (ПК -> Панель»
и наблюдать процесс загрузки до появления надписи «Загрузка за
верена». Проект панели появится на ее дисплее. Поскольку связь
панели с компьютером еще не установлена загрузка может завер
шится не полностью, а на дисплее появится надпись «Нет связи».
155
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
Процедура установки автономной связи Контроллер -> Панель:
1. Соединить оба Ethernet-кабеля связи контроллера (3) и панели (2) с
HUB. Если IP-адреса и параметры заданы правильно, то связь установится ав
томатически.
2. При необходимости, перезагрузить контроллер и дать команду Start
(или перещелкнуть тумблер Run/Stop).
3. Проверить работу комплекса в On-Line режиме с открытой програм
мой на компьютере.
4. Отключить компьютер и проверить работу комплекса в автономном
режиме.
10.8.4. Разработка проекта управления регулируемым электроприводом
по протоколу Modbus и с использованием панели оператора
Постановка задачи:
Разработать проект управления электроприводом типа Altivar 12 по про
токолу Modbus RTU от программируемого контроллера и панели оператора.
Связь между компьютером, контроллером и панелью оператора организо
вать по Ethernet-интерфейсу, аналогично предыдущему примеру (рис. 10.41).
-220В
Рис. 10.41. Обобщенная схема связи четырех устройств
с использованием HUB для Ethernet протокола
156
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Алгоритм решения подобной задачи и основы протокола Modbus RTU
для электропривода Альтивар 12 подобно рассмотрен в главе 7, посвященной
разным способам его управления. Здесь рассмотрим только ключевые моменты
реализации проекта, позволяющие понять главные принципы разработки про
екта и отличие от ранее приведенных примеров. Интерфейс панели управления
приведен на рис. 10.42.
Управление ATV12 по Modbus
£5»»^^
Рис. 10.42. Панель управления
Привод Альтивар 12 поддерживает 2-х проводной интерфейс RS-485 по
протоколу специализированному Modbus RTU. Распайка кабеля приведена ра
нее на рис. 10.21.
При разработке алгоритма управления приводом используются специаль
ные инструкции для записи и чтения параметров управления и диагностики
электропривода Альтивар 12: ReadVar, Write_Var и Read_Write_Var.
Команды Write передают в привод информацию о заданной с преднабора
на панели оператора скорости вращения двигателя и команды с кнопок, опре
деляющие направление вращения и останов.
Команды Read считывают информацию о фактической скорости враще
ния и различную диагностическую информацию о его состоянии.
Необходимо также помнить, что:
при работе с Ethernet-интерфейсом используется протокол TCP/IP, а
при работе с интерфейсом RS-485 протокол Modbus RTU.
Последовательность разработки проекта следующая:
Общие положения
1. Установить на компьютер программное обеспечение
- Eco Struxture Machine Expert-Baisic (программирование контроллера
ТМ200);
- Easy Builder Pro (программирование панели Weintek).
157
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
2. Определить IP-адреса компьютера (192.168.1.3) и панели оператора
(192.168.1.4), установленные по умолчанию.
3. Присвоить IP-адрес контроллеру, находящийся в той же сети и отли
чающийся последней цифрой (192.168.1.5), на данном этапе только теоретиче
ски.
4. Определить концепцию управления приводом, продумать эскиз распо
ложения на панели органов управления и контроля, составить таблицу адресов.
Компьютер - Контроллер.
5. Открыть программную среду - Есо Struxture, выполнить конфигура
цию контроллера и написать PLC-программу.
6. В окне «Propeties» (Свойства) меню «Configuration» установить ІРадрес контроллера (рис. 10.43).
Ethernet
Device name
IP address by DHCP
IP address by BOOTP
О Fixed IP address
IPaddress
192
168
1
5
Subnet mask
255
255
255
0
Gateway address
192
168
1
1
Transfer Rate
Ante ♦
Security Parameters
Q Programming protocol enabled
Ц Modbus server enabled
Q Auto discovery protocol enabled
Рис. 10.43. Установка IP-адреса контроллера
7. Соединить через HUB компьютер с контроллером и через меню
«Commissioning» загрузить программу.
8. Перейти в меню «Programming» и проверить работу программы.
Компьютер - Панель оператора
9. Открыть программную среду Easy Builder Pro, выполнить конфигура
цию панели оператора и написать ее программу.
Связь панели оператора с компьютером осуществляется по сети Ethernet
протокола Modbus TCP/IP, поэтому в список системных параметров должно
быть добавлено новое устройство (рис. 10.44):
Локальное устройство 4 / Schneider Modbus TCP/IP / Локально / Schneider
Modbus TCP/IP / Сеть (IP = 192.168.1.5, порт 502).
158
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Имя
Местоположение
Local НМІ
Локально
Schnextet MOOBUS ТСР/Р Локально
Тип устройства
Интерфейс
MT810M(1024xW0)
Schneider MOO8US ТСР/Р
Сеть (Р»19Х1МЛД Порт-502) ТСР/Р
Протокол VF
Номер станции
О
1
Рис. 10.44. Список устройств проекта
10. Загрузить проект в физическую панель до появления надписи «За
грузка заверена». Проект панели появится на ее дисплее. Поскольку связь пане
ли с компьютером еще не установлена загрузка завершится не полностью, а на
дисплее появится надпись «Нет связи».
Контроллер - Панель оператора
11. Установить связь по Ethernet между контроллером и панелью, для
чего:
- соединить все три кабеля Ethernet:
- если все предварительные действия сделаны правильно (соедине
ние, IP-адреса, загрузки, список устройств), то связь установится
автоматически. Обращаем внимание, что на настоящем этапе связь
с электроприводом отсутствует;
- открыть проект PLC-программы и проверить наличие взаимодей
ствия панели и контроллера.
Контроллер - Электропривод
12. Установить связь контроллера с электроприводом, для чего:
- подключить электропривод к контроллеру кабелем связи RS-485
протокола Modbus;
- установить в электроприводе общие параметры связи, определяю
щие управление по протоколу Modbus;
- установить в электроприводе параметры последовательного порта
Modbus address: 1
Band rate:
9600
Format:
8E1
Timeout:
10
- установить параметры протокола Modbus в меню «Configuration»
контроллера (одинаково с приводом!):
* SL1 (Serial Link)
Protocol: Modbus
Bond rate: 9600
Parity:
Even
Data bits: 8
Stop bits: 1
RS-485
159
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
* Modbus
Devise: None
Transmission mode: RTU
Addressing: Master
Обращаем внимание, что контроллер для привода является Масте
ром.
- в программной среде Easy Builder Pro настроить общую связь пане
ли оператора с контроллером и электроприводом.
Поскольку связь панели с электроприводом осуществляется по сети
RS-485 протокола Modbus RTU в список рабочих устройств панели
необходимо добавить запись:
Локальное устройство 1 / Schneider Modbus RTU / Локально
/ Schneider Modbus RTU / Coml (9600, E, 8, 1)
Окончательная запись уставок связи панели приведена ниже.
Местоположение
Local НМІ
Локально
Schneider MOOBUS RTU
Локально
Schneider MOOBUS Тф/F Локально
Тип устройства
Интерфейс
МТВІОЗЕ (1024x600)
Schneider MOOBUS RTU
Schneider MODBUS TCP/IP
COM 1 (9600,Е,8,1)
RS485 2W
Сеть (Fsl92.168.L5, Порт=502) TCP/IP
Протокол I/F
Номер станции.
0
1
1
- связь налажена. При необходимости, перезагрузить PLC-проект,
или перещелкнуть тумблер Run-Stop.
Компьютер, Контроллер, Панель оператора, Электропривод
13. Проверить работу комплекса: Компьютер, контроллер, панель опера
тора и электропривод в режиме On-Line;
14. Отсоединить компьютер и проверить автономную работу проекта.
10.9. Инструкция по восстановлению связи
При работе к контроллером ТМ200 иногда возникает ситуация, когда
«слетает» какая-то часть внутреннего программного обеспечения и загрузка но
вого проекта невозможна. Контроллер требует пароль. В этом случае следует
поступить следующим образом.
Записать на чистую отформатированную карту MicroCD заведомо рабо
чий проект с отключенным требованием пароля, для чего:
- открыть программу в среде Есо Struxure;
- активировать меню Commissioning;
- перейти с подменю Connect на Memory Management;
- активизировать параметр создания образа контроллера (Action) и объ
ект назначения (Destination) при переписи:
160
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Action:
Create Controller Image
Destination: PC
- вставить флешку (MicroCD) в компьютер и указать путь записи;
A
ComHUSSlOning
Controller Memory Management
Connect
Controller Update
Memory Management
Controller Info
О Create Controller image
RTC Management
Read image
Destination
ЕдЛароль
Д Include fumware ЧжСопбдигаЪОп\М200М100\Ѵ1.12.1 0^
...
И Include program
S ”кл^- тепчлу values
«in^fc^
Q Erase post configuration file
- записать «Образ контроллера» в MicroCD, щелкнув по клавише «Сгеate Controller Image» в нижнем правом углу компьютера;
- вытащить флешку MicroCD из компьютера и вернуть активизацию ра
бочего подменю Connect;
- вставить флешку MicroCD в программируемый контроллер и вклю
чить его питание. Программа автоматически запишется в контроллер и
его переформатирует. Требование пароля устранено.
Можно программировать и записывать новые PLC-программы.
Выводы:
1 . Установка связи между локальными промышленными установками
требует наличия определенных базовых знаний.
2 . После нескольких установок приходит навык и понимание последова
тельности выполнения процедур.
3 . Однако приобретенный опыт для конкретного оборудования нельзя
машинально переносить на оборудование других фирм, необходимо обращать
ся к сопроводительной документации. Процедурные работы по установке связи
для оборудования разных производителей принципиально отличаются.
Чтобы убедиться в сказанном, в заключение, без каких-либо комментари
ев, приведем сжатые инструкции по организации связи компьютера по различ
ным протоколам для программируемого контроллера фирмы Дельта.
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
161
10.10. Инструкция по записи проекта электроавтоматики управления
станком в память PLC типа AS324MT-A фирмы Дельта
Аппаратные и программные средства
- Компьютер: hp, Windows 7 максимальная, SP1, 64-х разрядная ОС.
- Контроллер: AS324MT-A (Расширение - AS04DA-A, AS16AM10N-A,
AS16AN01R-A).
- Программное обеспечение:
ISP Soft ѴЗ.04
HWCONFIG V4.01 (Конфигуратор аппарата)
COMMGR VI. 12 (Коммуникационный менеджер)
Общие сведения
1. Разработка проекта электроавтоматики управления станком для ПЛК
типа AS324MT осуществляется при помощи программного обеспечения типа
ISP Soft V3.04 или V3.ll, предварительно загружаемого в персональный ком
пьютер.
Программа проекта имеет расширение «.isp»;
2. Загрузка проекта в панель может быть выполнена несколькими спосо
бами:
- по каналу RS-485
- через mini USB-порт;
- через Ethernet;
Предварительные действия
1. Загрузить в компьютер программное обеспечение ISP Soft V3.04 или
V3.ll.
2. Выполнить конфигурацию проекта, получить адреса входов и выхо
дов.
3. Разработать проект электроавтоматики, сделать сохранение (File ->
Save).
4. Выполнить операцию компиляции (Compile -> Compile АП), проверив
проект на отсутствие ошибок.
5. Проверить в папке hp-PC наличие портов связи (мой компьютер ->
свойства системы -> диспетчер устройств).
Загрузка по каналу RS-485
1. Подготовить кабель связи:
- купить на фирме Дельта кабель 1FD6500W953019 (Delta Electronics
Inc) с адаптером USB;
162
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- или купить адаптер и распаять кабель самостоятельно (разъем ПЛК Разъем RJ45).
2. На компьютер поставить драйвер IFD6500-Drievers.exe (поставляется
на диске при покупке фирменного кабеля).
3. На компьютере открыть проект электроавтоматики, выполнить ком
пиляцию.
4. Включить контроллер.
5. Сделать аппаратное соединение по каналу USB.
6. В меню диспетчера устройств ПК наблюдать появление папки Порты
(СОМ + LPT) с файлом Silicon Labs СР210Х USB to UART Brige (COM6). ПК
увидел контроллер.
7. На ПК присвоить имя драйвера связи:
Tools / Communication Setting
Driver
Driver 1 (или DRVRS)
Station Address 1
IP Address
нажать OK!
8. Открыть COMMGR (менеджер связи), активизировав иконку (open/
close).
- В открывшемся окне Drive Properties установить параметры протоко
ла передачи:
Driver Name
Driver 1 (или DRV RS)
RS232/422/485
Type
Virtual COM Name
6
COM Port
COM6
Data Length
Parity
Stop Bit
Band Rate
8
e
2
9600
ASCII
RTO
Auto-detect
Default
Connect Retries
Connection Time Out
З
30
нажать OK!
- В открывшемся окне COMMGR наблюдать параметры протокола:
Name
Description
State
Driver 1
RS232/422/485, COM6, ASCII,
Protocol-9600, 8, e, 2.
Retry OK(Start)
- Закрыть окно, щелкнув мышкой вне его пределов
Внизу экрана наблюдать
Offline
Driveri, [RS232: СОМ6] AS324MT
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
163
9. Активизировать RUN и режим Online. Ранее загруженная PLCпрограмма электроавтоматики активизируется в режиме связи.
Выключить режим Online, исправить (или написать новую) программу,
сохранить и откомпилировать.
10. Активизировать процесс загрузки программы из ПК в ПЛК - Down
load to PLC, наблюдать появление окна загрузки PC => PLC Download с пара
метрами передачи, отмеченными «Галочкой».
Щелкнуть на клавишу Transfer. Если ПЛК не переведен в состояние
Stop, то появится предупреждение о невозможности выполнения операции (од
нако все работает и в режиме RUN).
Перевести ПЛК в режим Stop и вновь нажать Transfer again, наблюдать
процесс загрузки;
11. Активизировать режим Online. Программа заработает на экране.
12. Активизировать режим RUN. Программа заработает в контроллере.
Кабель связи можно отключить.
Загрузка через USB-nopm
1. Подготовить стандартный покупной кабель связи USB -> mini USB.
2. Записать на компьютер папку DVP-SE-USB-driver EN с программой
драйвера delta-iabu.inf, например в С:\ Chernov\ ПилаМеба\Драйверы.
3. На компьютере открыть проект электроавтоматики, выполнить ком
пиляцию.
4. Включить контроллер.
5. Сделать аппаратное соединение по каналу USB.
6. В меню диспетчера устройств ПК наблюдать появление папки Порты
(СОМ + LPT) с файлом Delta PLC (СОМ5). ПК увидел контроллер.
7. Установить драйвер на компьютер, для чего выполнить следующие
операции:
- Щелкнуть мышкой на файл Delta PLC (СОМ5) в диспетчере устройств.
В появившемся окне «Свойства: Delta PLC (СОМ5)» выполнить или
проверить:
Общее -> Устройство работает нормально;
Параметры порта: 9600, 8, нет, 1, нет;
Драйвер:
а) обновить;
б) выполнить поиск драйверов вручную: строку
C:\User\hp\Downloads\CHS41SER в режиме Обзор (Browse) за
менить на адрес папки, где находиться файл драйвера, напри
мер, диск С:\ Chernov\ ПилаМеба\Драйверы;
в) нажать Далее (Next). Наблюдать сообщение о завершении уста
новки;
164
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
г) нажать Закрыть (Close)
Драйвер поставлен.
PS. Процедура установки драйверов описана в следующей документации:
- ISPSoft User Manual (Приложение А. 1. Установка USB драйверов для
контроллеров AS);
- AS Series Operation Manual (Приложение А. Установка USB
драйверов).
8. На ПК присвоить имя драйвера связи:
Tools / Communication Setting
Driver
Driver 2 (или DRVUSB)
Station Address
1
IP Address
нажать OK!
PS. Если используется только один канал связи, то нужно указать Driveri,
если два канала, то Driver?.
9. Открыть COMMGR (менеджер связи), активизировав иконку (open/
close)
- В открывшемся окне Drive Properties установить параметры протокола
передачи:
Driver Name
Driver 2 (или DRV RS)
USB (Virtual COM)
Type
COM
COMS
Connect Retries
3
Connection Time Out 30
нажать OK!
- В открывшемся окне COMMGR наблюдать параметры протокола:
Name Description State
Driver 2 USB,COM5,Retry=3,Time 0ut=3000
OK(Start)
Закрыть окно, щелкнув мышкой вне его пределов.
Внизу экрана наблюдать
Offline Driver2, [USB: СОМ5] AS324MT
10. Активизировать RUN -> Да.
11. Активизировать Online. Связь установлена. PLC-программа на экране
работает. Исправить (написать новую) программу.
12. Выключить режим Online, перевести ПК в режим Стоп.
13. Активизировать передачу проекта в ПК: Download to PLC -> Transfer
again.
14. Активизировать режим Online. Программа заработает на экране.
15. Активизировать режим RUN. Программа заработает в контроллере.
Кабель связи можно отключить.
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
165
Загрузка через Ethernet
1. Подготовить стандартный покупной Ethernet кабель связи (Распайка
прямая).
2. Включить компьютер и программируемый контроллер.
3. В компьютере посмотреть состав сетевых адаптеров (плат).
Путь поиска: Мой компьютер / Свойства системы / Диспетчер устройств.
Открыть папку «Сетевые адаптеры»
Сетевые адаптеры:
- Realtek PCIe FE Family Controller
- Адаптер мини-порта ...
- Плата адаптера 1*111 b/g/n Wieless LAN PCI Exper Half Mini Card
- Устройство Bluetooth
4. Задать сетевой адрес компьютера, для чего:
- открыть окно «Просмотр основных сведений о системе и настроек
подключений»;
- соединить ПК и ПЛК Ethernet-кабелем;
- наблюдать процесс Идентификации и ее результат «Неопознанная
сеть»;
- в окне «Просмотр...» щелкнуть по надписи «Подключение по локаль
ной сети»;
- наблюдать появление окна «Состояние - подключение по локальной
сети (Ethernet)»;
- в открывшемся окне щелкнуть «Свойства»;
- наблюдать появление окна «Подключение по локальной сети (Ethernet) Свойства». В строке «Подключение через:» на данный момент может
стоять имя какого-либо сетевого адаптера;
- в перечне «Компоненты, используемые при подключении» поставить
галочку и отметить: Протокол Интернет в версии 4 (ТСР/ІРѵ4).
Щелкнуть «Свойства», Наблюдать появление окна «Свойства: Прото
кол интернета версии 4 (ТСР/ІРѵ4);
- в открывшемся окне активизировать (*) и установить ІР-адреса:
Получить IP-адрес автоматически
* Использовать следующие ІР-адреса
ІР-адрес:
192.168.1.20
Маска:
255. 255. 255. 0
Шлюз:
192. 168. 1. 1
166
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
После установки адресов щелкнуть «ОК!);
- закрыть (свернуть) все окна.
5. Открыть на ПК ISP Soft V3.04 и рабочую PLC-программу.
6. В окне Tools / Communication Setting установить номер драйвера и ІРадрес контроллера
Driver
Driver3 (или Drv_Eth)
Station Address
0
IP Address
192. 168. 1. 5
и нажать OK!
PS.
6.1. Если используется только один канал связи, то нужно указать Driveri,
если два канала, то Driver2, если три канала, то Driver3;
6.2. В IP-адресе ПЛК от IP-адреса ПК должна отличаться только послед
няя цифра.
7. Открыть COMMGR -> Open;
Наблюдать появление окна Drive Propetis;
В открывшемся окне указать:
Drive name
Drive3
Тур
Eternet
Ethernet Card
Realtek PCIe FE Family Controller
и нажать OK!
Наблюдать
Description Realtek PCIe FE Family Controller 192. 168. 1. 20
и нажать OK!
167
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ...
Name
В открывшемся окне COMMGR наблюдать параметры протокола:
Description
State
Driver 3
Ethernet, Realtek PCIe FE Family Controller, Local IP Adrress
OK(Start)
Закрыть окно, щелкнув мышкой вне его пределов;
Внизу экрана наблюдать Offline Driver3, [Ethernet] AS324MT
8. Активизировать RUN -> Да.
9. Активизировать Online. Связь установлена.
PLC-программа на экране работает.
10. Исправить (написать новую) программу.
11. Выключить режим Online, перевести ПК в режим Стоп.
12. Активизировать передачу проекта в ПК: Download to PLC -> Transfer.
13. Активизировать режим Online. Программа заработает на экране.
14. Активизировать режим RUN. Программа заработает в контроллере.
Кабель связи можно отключить.
PS. Если при многоканальной связи возникнут проблемы, то следует попереключать каналы в окне «Communication Setting».
Итак, мы убедились, что процедуры организации связи для разных типов
контроллеров значительно отличаются и при первом освоении являются доста
точно трудоемкой работой, занимающей много времени. Как правило, в техни
ческой документации, организация связи описывается непонятно и недостаточ
но. Разработчики считают, что это всем известно, но это не так. Поэтому совет,
не тратьте время на самостоятельное освоение, не стесняйтесь спрашивать сер
висных инженеров.
ГЛАВА И. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
11.1. Что такое SCADA? Общие сведения
SCAD A (Supervisory Control And Data Acquisition - Диспетчерское управ
ление и сбор данных), это программная среда, предназначенная для разработки
систем управления различными промышленными объектами с использованием
в качестве элементной базы, например, программируемых логических контрол
леров и панелей оператора. При этом обеспечивается сбор, обработка, отобра
жение и архивирование необходимой информации об автоматизируемом объек
те (механизме).
Область применения систем SCADA практически не ограничена, они мо
гут применяться в любой отрасли промышленности, где требуется проведение
оперативного контроля и управления технологическими процессами в реальном
масштабе времени.
За рубежом и в отечественной промышленности разработано и применя
ется большое количество пакетов программной среды SCADA, отличающихся
цел евой направленностью и техническими возможностями.
В зависимости от решаемой задачи системы SCADA могут строиться, как
по многоуровневому, так и по одноуровневому принципу.
В первом случае, как правило, это системы, состоящие из двух уровней
управления: верхнего и нижнего.
Верхний уровень - это автоматизированное рабочее место оператора, со
стоящее и одного или нескольких компьютерных станций, задачей которых яв
ляется хранение баз данных об объекте, оперативного управления и отображе
ния на экране хода технологического процесса или работы какого-либо меха
низма. Это рабочее место диспетчеров. Решаются следующие задачи:
- сбор и обработка данных с локальных контроллеров;
- организация архивов по выбранным признакам;
- синхронизация и обмен данными между локальными контроллерами и
станциями верхнего уровня;
- поддержание единой системы времени в архитектуре SCADA;
- обеспечение автономной работы локальных контроллеров при неис
правности системы связи;
- резервирование каналов связи и др.
Нижний уровень - это система датчиков контроля работы механизмов
или технологического процесса, программируемые логические контроллеры,
реализующие функцию электроавтоматику управления, электроприводы, дру
гие исполнительные механизмы и аппаратные станции управления.
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
169
Нижний уровень может содержать несколько автономных контроллеров
управления, информация от которых может передаваться на верхний уровень,
как напрямую, так и через программируемые контроллеры более высокого
уровня, т. е. путем организации некой сетевой структуры.
В случае одноуровневого принципа решаются, как правило, задачи ло
кальной автоматизации.
Находят применение также SCADA-системы со всеми признаками систем
верхнего уровня, но решающие узкоспециализированные задачи в определен
ной отрасли промышленности. Такие системы называют системами МісгоSCADA.
В зависимости от числа объектов управления, наличия или отсутствия до
ступа к коммерческим каналам связи, требованиям по пропускной способности
и надежности, многоуровневые системы различаются большим разнообразием
архитектуры их построения и типами каналов связи. Принимаемые решения
при проектировании подобных систем зависят также от субъективных привя
занностей разработчиков.
Специализированное программное обеспечение SCADA-систем устанав
ливается как на компьютеры, так и на программируемые логические контрол
леры.
Для связи с объектом управления используются драйверы ввода-вывода
или OPC/DDE серверы. ОРС расшифровывается как OLE for Process Control,
где OLE - Object Linking and Embedding (связывание и встраивание объектов).
Если SCADA-система включает в себя дополнительное программное
обеспечение для непосредственного программирования контроллеров, то ее
называют интегрированной (SoftLogic SCADA-система).
В настоящей главе рассматривается управление из программной среды
SCADA электроприводом Альтивар 12 с использованием программируемого
контроллера типа ТМ200 фирмы Шнайдер.
11.2. Управление электроприводом Altivar 12, постановка задачи
Цель проекта: Получить начальные знания по применению Скадасистемы на примере управления регулируемым электроприводом.
Исходные данные: Проект управления электроприводом Альтивар 12 от
программируемого контроллера типа ТМ200 и панели оператора типа Weintek
по последовательному каналу, рассмотренному в гл. 7.
Ниже приведены блок-схема проекта (рис. 11.1), исходные органы управ
ления панели оператора (рис. 11.2) и PLC-программа (рис. 11.3).
170
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
На панели оператора предусмотрены следующие органы управления:
- кнопка включения стенда (присвоен адрес М5);
- кнопка выключения стенда, адрес Мб;
- индикатор включенного состояния стенда, адрес М7;
- кнопка направления вращения Вперед, адрес М8;
- кнопка останова вращения Стоп, адрес М9;
- кнопка направления вращения Назад, адрес М10;
- три индикатора режима: Вперед (МП), Стоп (М13) и Назад (М12);
- сенсорный задатчик частоты (слово MW2);
- индикатор слова состояния (адресное слово MW5);
- индикатор фактического значения частоты (слово MW6);
- индикатор командного слова (слово MW7);
- индикатор тока двигателя (слово MW8).
Установка параметров связи между объектами проекта и параметров
электропривода Альтивар приведена в главе 7.
При реализации данного проекта физическая панель оператора отключе
на, а ее роль, в различных способах управления, играют программные модели.
Чтобы показать дополнительные возможности Скада-системы, приведен
пример проектирования осциллографа для контроля изменения частоты в ONЬіпе режиме.
Рис. 11.1. Блок-схема проекта
171
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
Управление ATV12 no Modbus
112/04/24WED 10:50:50 |
Рис. 11.2. Исходный проект панели оператора
Для реализации проекта на компьютер необходимо установить следую
щее программное обеспечение:
- Master ОРС Universal Modbus Server
- Master Scada 4D 1.3.
Проектирование разделяется на два этапа:
- создание в среде ОРС-сервера программной «виртуальной модели»
панели оператора;
- разработка в среде Мастер-Скада органов управления и диагностики
автоматизируемого объекта, т. е. электропривода Альтивар.
Рис. 11.3. PLC-программа контроллера (начало)
172
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 11.3. РЬС-программа контроллера (окончание)
Предварительно следует проверить управление приводом от симулятора
панели управления. Это позволит убедиться в следующем:
- аппаратная схема собрана правильно;
- связь между компьютером, контроллером и электроприводом установ
лена;
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
173
- РЬС-программа загружена и не имеет ошибок;
- адресное пространство контроллера и панели совпадает;
- параметры электропривода установлены корректно.
Таким образом, исключится много вопросов, если что-то пойдет не так
при разработке ОРС-сервера.
11.3. Проектирование в среде ОРС-сервера
В среде ОРС-сервера указываются:
- Коммуникационный модуль, в данном проекте - программируемый
контроллер ТМ200;
- Устройство управления, в данном случае - электропривод АТѴ12;
- Теги (Адреса используемых операндов панели оператора и РЬС-программы).
Конечным результатом является создание Дерева проекта ОРС-сервера.
Важно! Проект ОРС-сервера позволяет автономно управлять объектом
автоматизации, т. е. имеется возможность проверки правильности его создания,
прежде чем приступить к проекту непосредственно в среде Ска да.
Последовательность выполнения работ следующая.
11.3.1. Создание шаблона и имени проекта
1. Открыть программную среду ОРС-8егѵег.
Начальное окно может быть, как пустым, так и с загруженным ранее про
ектом (рис. 11.4).
Ma$wOK universal Modbus Server Demo 32 Вино 50 3 J
Конфигурация
Общие настройки
Помощь
Г Создать
В Сохранить как...
\ Добавить узел
Добавить тег
Переименовать
X
• Открыть
* Сделать стартовым
• Добавить устройство
£ Переместить вверх
Копировать
^
^Сохранить
Q Импорт из версии 2.0 1 Добавить группу
> Переместить вниз
Вставитъ
Файл конфигурации
Сервер
Текущая конфигурация :
■^ть?•< Server
~
і^^
I Сервер
МК-------------------
____
с»
Правка
1МЯНМННВГ
Рис. 11.4. Начальное окно ОРС-сервера
;
174
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
2.
-
Создать новый проект, для чего:
щелкнуть по клавише «Сохранить как»;
присвоить имя проекту, например, Альтивар12;
сохранить проект, появится окно «Текущая конфигурация: Альтивар12.тЬр (рис. 11.5).
jg
МэмегОРС Universal Modbus Serve» Demo 32 Budd 5.0 33
Конфигурация
Общие настройки
Помощь
• Создать
В Сохранить как...
ѵ Добавить узел
Добавить тег
* Открыть
^Сделать стартовым
^ Добавитъ устройство
і
1 'Сохранить □ Импорт из версии 2.0
Добавить группу
» Переместить вниз
Переименовать X
•*
Колировать
Д Вставить
Сервер
Файл конфигурации
* Server
Переместить вверх
■*
Правка
Сервер
Общие настройки
Комментарий
Показ окна из трея
True
Парольный доступ к редактированию
False
Функции редактирования Отменить/Вернуть
True
б
Точность
Таймаут драйверных потоков
200
= Журнал
False
Разрешение записи
ОРСОА Сервер
Отключение опроса при отсутствии активных тегов False
OPCUA Сервер
False
Подключение
Свойства объекта
Режим
Теги : Разрешено • 32. Загружен ■ О
Конфигурирование
Рис. 11.5. Сохраненный начальный проект Альтивар.тЬр
11.3.2. Создание «Коммуникационного модуля»
Для этого следует выполнить следующие действия:
- пройти по цепочке Server / Добавить / Коммуникационный модуль;
- щелкнуть по надписи «Коммуникационный модуль» (рис. 11.6).
Текущая конфигурация : Альтивар12.тЬр...............................
Коммуникационный узел
Добив И ’ b
Групповые операции
Импорт узла
Узлы в работе
,
і
Общие настройки
Комментарий
Показ окна из трея
Парольный доступ к редактированию
Рис. 11.6. Добавление Коммутационного модуля
True
False
175
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
- расширить окно «Редактирование коммуникационного модуля» и за
дать его имя и параметры (рис. 11.7):
Имя узла: ТМ200
Тип узла
TCP/IP
ІР-адрес
192.168.1.5
ІР-порт
502
'
- щелкнуть ДА.
^
МаИеЮРС Univewl MoObus S«»rve< Demo 32 8uiR> - 50 И
Конфигурация
Общие настр
НСохранить как...
■.Создать
I •Открыть
- Сделать стартовым
I ^Сохранить О Импорт из версии 2.(
і
Файл конфигурации
_
Текущая конфигурация^, Альтивар12
Объекты |
< » Sarver
Сервер
Общ»
Комм
Показ
Паре/
Функе
Точна
Тайма
Журь
Разре
ОРСО
Опеля
ОРСи
Подкг
9 Ред*<»ироымис воммуииюцуюммсио уїли
Имя уїла
ТЙ200
Общие настройки
Комментарий
включен в работу
Тип узла
Настройки TCP/IP
True
TCP/IP
1192.168.1.5
IP адрес
IP порт
502
Время ожидания соединения (с)
10
Повторы при ошибке
З
Межсимвольный таймаут (мс)
100
Скрипт
False
выполнение скрипта
Дополнительные настройки
False
Slave подключение
Modbus поверх TCP
False
Принудительный разрыв соединения в каждом цикле False
True
Отслеживать Transaction ID
False
Подключение в режиме TCP сервера
U Тиражировать
1
;
Да
Нет
Рис. 11.7. Установка параметров Коммутационного модуля
11.3.3. Задание типа используемого Устройства
Для задания типа устройства необходимо выполнить следующие действия:
- пройти по цепочке Server / ТМ200 / Добавить / Устройство;
- щелкнуть по надписи «Устройство»;
- расширить открывшееся окно «Редактирование устройства» и устано
вить его параметры
Имя устройства ATV12
Тип устройства
Modbus
Адрес
1
и щелкнуть по клавише ДА;
- наблюдать появление дерева проекта
Объект
ТМ200
ATV12
176
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Текущая конфигурация : Альтивар12.тЬр
Объекты
I Узел <<ТСР/ІР RTU Master>> : ТМ200
ѳ » Server
^пж
встройки
I Комментарий
Переименовать
Рис. 11.8. Добавление Устройства
в .
МамКЖ Univers*! Modbus Server Demo 32 Build S O 33
Конфигурация
Общие H ® *M«O1W«»» устройом
HСохранить как., имя устройства
С Создать
* Открыть
Сделать craprot
^Сохранитъ 0 Импорт из вера
Файл конфигурации
атѵіі
Общие настройки
Комментарий
Включено в работу
True
MODBUS]
■г устройства
Гекущая конф
Объекты
M
» Server
* *ТМ200
2
! Ч
ГS
Адрес
Время ответа (мс)
Повторы при ошибке
Повторы при ошибке записи
Сброс команд записи при разрыве соединения
Повторное соединение после ошибки через (с)
Реинициализация узла при ошибке
Период опроса
Размерность периода опроса
Начальная фаза
Размерность фазы
Старт после запуска
Задержка запроса после получения ответа (мс)
Перестановка байтов в значении
(0x01)
[modbus
PROGRAM
З
З
True
10
False
1000
ms
0
ms
True
Вызов реда.
Нет
Да
Рис. 11.9. Установка параметров Устройства
11.3.4. Введение в проект типов используемых операндов
В сервере они обозначаются под именем «Тег».
Список операндов (тегов) следует подготовить заранее, согласно выполненному проекту. В данном случае, это:
Кнопки
Индикаторы
Регистры
Назнач
Адрес
Тип
Назнач
Адрес
Тип
Назнач
Адрес
Тип
КнВкл
М5
W
И В кд
М7
R
Задан
MW2
W
КнВыкл
Мб
W
Факт
MW6
R
КнВп
М8
W
И_Вп
МП
R
CMD
MW7
R
КнСтоп
М9
W
ИСтоп
М12
R
ЕТА
MW5
R
КнНаз
МІО
W
И Наз
М13
R
Токз
MW8
R
Для создания тегов необходимо:
- пройти по цепочке Server / ТМ200 / ATV12 / Добавить / Тег;
- щелкнуть по надписи «Тег» (рис. 11.10);
177
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
Текущая конфигурация : Альтивар12.тЬ|
Объекты
я » Server
В * ТМ200
Устройство <<MODBUS>> : AVR12
— Обшиє настоойки
t«0EE
Добавить
I Тег
Переименовать
Дублировать
Группу
Подустройство
Рис. 11.10. Добавление Тега
последовательно заполнить окна параметров, подтверждая кнопкой
ДА.
Для кнопок (пример для кнопки включения стенда):
Имя тега
КнВкл
Регион
Coils
Адрес
5
Тип данных в устройстве
bool
Тип доступа в сервере
WriteOnly
название тега появляется в дереве проекта.
Примечание: «Регион» - это тип используемого операнда:
Coils - битовый операнд (катушка или ее контакт, т. е. М5),
Holding Registers - (слово, например MW2)
MwrOK ипіупмі Modbus Server Demo U BuiM • SO Зі
Конфигурация
.
Создать
;: *
# ОТКРЫТЬ
Открыть
I ’ Сохранить
Общие
ні
HСохранить как..
Сделать старта
□ Импорт из вере
Файл конфигурации
Текущая к
Объекты
ГМ2ОО
• AVR12
в Редактором»Имя тега
КнВкл
Общие настройки
Комментарий
Включен в работу
Регион
я : Альти
«
к
в
А
в
п
п
с
п
п
р
И
R
С
Адрес
Тип данных в устройстве
Тип данных в сервере
Тип доступа
Скрипт
True
COILS
(0x0000)
0
bool
bool
WriteOnly
Разрешение выполнения скрипта перед записью False
Дополнительно
Наличие отдельного регистра записи
Чтение сразу после записи
Сброс команды записи
НОА
НОА доступ
False
False
True
False
L I Тиражировать
Рис. 11.11, а. Установка параметра кнопки
178
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
'■
*
MMCfOKUnMmlMMWSwwO'meUBuM-ia»
Конфигурация
Создать
Общи* настройки
Добавить узел
И Сохранить как...
• Открыть
'; Добавитъ тег
’•Сохранить О Импорт и» версии 2.0
< Добавить гру пн у
Общие настройки
Комментарий
Включен а работу
Адрес
Тил данных а устройстве
« Кн№ш
•
«
«
«
»
•
»
»
«
»
»
•
»
КнВыкл
КнВп
КиСтол
КиНаз
И Вкл
И Вп
И Стоп
И Наз
Задан
Факт
смо
ЕТА
Ток
Скопировать
* Переместить вниз
_^й/^ конфигурации____________ ______ _____ Сервер _____
X Server
а ТМ200
• AVR12
ЙПереименовать X
-тДобавить устройство * Переместить вверх
• Сделать стартовым
-ах
Помощь
(0x0005)
__
вставить
_
»'
"
J2P£8Ka____
True
5
Скрипт
Разрешение выполнения скрипта перед записью
Дополнительно
Наличие отдельного регистра записи
Чтение сразу после записи
False
Сброс команды записи
True
НОД
HDA доступ
Свойства объекта Таблица тегов
ІМИ P»j(m>iim-wo - 3? Загружено
14. В ІеЖуцфМ ЖВУНЄНТЧ • і
Рис. 11.11, б. Тег кнопки в режиме просмотра (редактирования)
Для индикаторов (пример)
Имя тега
Регион
Адрес
Тип данных в устройстве
Тип данных в сервере
Тип доступа
ИВкл
Coils
7
bool
bool
Readonly
MpiWfOPC Universal Modbu» Server Demo 12 BcMd - 5 011
Конфигурация
Общие
I. Создать
Н Сохранить как.
• Открытъ
^Сделать старто!
ЦСохранить
0 Импорт из
Файл конфигурации
н
• ЄАУЯ12
Общие настройки
Комментарий
включен в работу
Регион
Адрес
(0x0000)
Тип данных в устройстве
Тип данных в сервере
Тип доступа
Скрипт
Разрешение выполнения скрипта после чтения
HDA
HDA доступ
True
COILS
0
bool
bool
Readonly
False
False
нет
Рис. 11.12. Установка параметра индикации
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
179
Для регистров (пример)
Имя тега
Регион
Адрес
Тип данных в устройстве
Тип данных в сервере
Тип доступа
Задан
Holding Registers
2
inti 6
int32
WriteOnly
MtmtOPC Соіустыі Ммнм Sm* Demo М Bt>W 501)
Конфигурация
Общие ні
Создать
НСохранитъ как..I
• Открыть
•' Сделать стартов
’ Сохранить О Импорт из евро
Файл конфигурации
Текущая «
Объекты
< ГМ2ОО
Общие настройки
Комментарий
Включен в работу
Регион
Адрес
Тип данных в устройстве
Тил данных в сервере
EDZSSS! : .
(0x0000)
True
HOLDING REGISTERS
0
intl6
int32
-""<" / '■■ ■ -■ HHMHHBB^*^^^
Использовать перестановку байтов устройства
Последний тег в групповом запросе
Пересчет (А*Х + 8)
Скрипт
Разрешение выполнения скрипта перед записью False
Дополнительно
Извлечение бита из данных
Наличие отдельного регистра записи
Чтение сразу после записи
Сброс команды записи
False
False
False
True
. Тиражировать
Рис. 11.13. Установка параметра Слова (Регистра)
11.3.5. Общее дерево ОРС-сервера
Конфигурация
Общие настройки
і Создать
В Сохранить как...
> Открыть
^Сделать стартовым
* Сохранить Q Импорт из версии 2.0
Файл конфигурации
Помощь
'В Добавитъ тег
; Добавить узел
^ Добавить устройств*?
Ч Добавить группу
- Переименовать X
£ Переместить вверх
V Переместить вниз
Сервер
Копировать
’ Вставить
Правка
Устройство <<MODBUS>> : AVR12
Общие настройки
*
*
*•
КнВкл
КнВыкл
КнВп
КмСтоп
КнНаз
И Вкл
Задан
- СМО
- ETA
* Ток
Комментарий
Включено в работу
Адрес
Время ответа (мс)
Повторы при ошибке
Повторы при ошибке записи
Сброс команд записи при разрыве соединения
Повторное соединение после ошибки через (с)
Реинициализация узла при ошибке
Период опроса
Размерность периода опроса
Начальная фаза
Размерность фазы
Старт после запуска
Задержка запроса после получения ответа (нс)
Перестановка байтов в значении
True
(0x01)
1000
True
10
False
Вызов редакт...
Скрипт
Выполнение скрипта
False
Настройка запросов
Максимальное количество HOLDING регистров в запросе чтения 125
Свойства объекта Таблица тегов
Рис. 11.14. Полное дерево объектов
180
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
По завершении задания параметров всех тегов (операндов) формируется
общее дерево проекта (рис. 11.14). Щелкнув по любому имени тега, можно про
смотреть его параметры, после чего запомнить проект.
11.3.6. Запуск и проверка работы ОРС-сервера
- соединить в локальную сеть компьютер, контроллер и электропривод;
- запустить работу ОРС-сервера, щелкнув по зеленой кнопке в верхнем
левом углу и затем по надписи «Старт» (рис. 11.15).
Рис. 11.15. Окно запуска ОРС-сервера
При этом откроется таблица полной конфигурации разработанного про
екта (рис. 11.16).
MBtfW Universal Modbus Server Demo 32 Bmid • 5.0 B
Объекты
Устройство < <AVR12 > >
* тмгоо
«млей
*
■*
*
*
*
к
*
КнВм
КнѲыші
КиВл
КнСтоп
КнНаз
И„Вкл
И Вл
* Зший
► CMD
A ETA
H Том
Теги
Имя
ТМ200.АѴР12.КнВкл
ТМ200.АѴР12.КнВы...
TM200.AVR12.KH8n
TM2OO.AVR12.КнСтоп
TM2OO.AVR12.КнНаз
TM2OO.AVR12H Вкл
TM2OO.AVR12.M-Bn
ТМ200.АѴР12ИСтоп
TM2OO.AVR12.H.Ha»
TM2OO.AVR12.Задан
ТМ200.АѴК12.Факт
TM200.AVR12.CMD
і TM2OO.AVR12.ETA
TM200.AVR12.Tok
Регион
COILS
COILS
COILS
COILS
COILS
COILS
COILS
COILS
COILS
HOLDING_REGISTERS
HOLDING-REGISTERS
HOLDING-REGISTERS
HOLDING-REGISTERS
HOLDING REGISTERS
Адрес
(0x0005)5
(0x0006)6
(0x0008) 8
(0x0009)9
(OxOOOA) 10
(0x0007)7
(OxOOOB) 11
(OxOOOC) 12
(OxOOOD) 13
(0x0002)2
(0x0006) 6
(0x0007)7
(0x0005)5
(0x0008)8
Значение
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
Кач...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT...
OUT..
Сообщения Запросы Сообщения скриптов
Режим вывода: Запущен Фильтр: AVR12
Клиент» НА - О О Клиент» НОА О
Рис. 11.16. Рабочая конфигурация ОРС-сервера
Время(
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
2025-0.
181
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
- проверить автономную работу проекта от симулятора панели операто
ра. Если проект ОРС-сервера разработан без ошибок, то в таблице бу
дут отображаться числовые значения параметров управления двигате
лем;
- проверить управление двигателем непосредственно из таблицы полной
конфигурации проекта. Графа «Регион» таблицы позволяет изменять
задание частоты вращения и управлять «нажатием» кнопок (рис. 11.17).
Задание частоты, ее фактическое значение, а также диагностические
сообщения будут отображаться как на симуляторе панели, так и в гра
фе «Значение» таблицы конфигурации;
Имя
’егион
ТМ200.АѴЯ12.КнВкл
ZOUS
Адре с
(0x0 005)
ТМ200.АѴИ12.КнВыкл Ввод знамения
006)
TM200.AVR12.KHBn
)08)
TM200.AVR12.KHCron <
)09)
)0A)
TM200.AVR12.KHHa3 (
False
ТМ200.АѴИ12.И_Вкл
007)
TM200.AVR12.M_Bn
( 1 Да 1 Нет
DOB)
TM200.AVR12.H Стоп
DOC)
5
6
8
9
10
7
11
12
Значение
True
EMPTY
EMPTY
EMPTY
EMPTY
True
False
False
Качество
GOOD
OUT_OF_£
OUT_OF_£
OUT_OF_S
OUT_OF_S
GOOD
GOOD
GOOD
Рис. 11.17. Ввод команды включения стенда из ОРС-сервера
- по завершении проверки установить значения всех кнопок в состояние
«False» и красной кнопкой (рис. 11.15) выключить ОРС-Сервер.
11.4. Проектирование в среде Мастер Скада
Основные этапы работы следующие;
- создание автоматизированного рабочего места АРМ;
- создание, открытие и подключение «дерева» протокола ОРС-сервера в
среде Скада (зеленые иконки);
- создание «дерева» объектов среды Скада (красные иконки) и перепись
в него содержимого «дерева» протокола ОРС;
- проектирование графического окна управления и диагностики объек
том с привязкой адресов (тегов), заданных в ОРС-сервере;
- активизация и проверка работы проекта.
Последовательность проектирования следующая:
182
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
11.4.1. Создание имени проекта
- Открыть программную среду Master Scada 4D 1.3 (рис. 11.18);
Рис. 11.18. Начальное окно Мастер-Скада
- Активизировать создание нового проекта, для чего:
• щелкнуть по надписи «Новый проект»;
• присвоить проекту имя, например «Альтивар12» (рис. 11.19);
Назеанив
А/игивэр!..
XpBW '.-•:;.■
< ,. |,.;
Тип сервер і
ёс;г нныи
;ь >. Ч
■■;" ви.
*
’
'ИГ'ТіГ ’ '
,
С( /;иіь проект
Отмена
Рис. 11.19. Процедура создания имени проекта
• щелкнуть по надписи «Создать проект», наблюдать создание стар
товой страницы редактора проекта (рис. 11.20).
Стартовая страница включает:
горизонтальную панель инструментов;
левое окно Дерева проектов;
среднее окно Редактирования;
правое окно Свойств.
Окно свойств открывается автоматически и динамично отражает пара
метры объектов, вызываемых из дерева проекта.
- запомнить проект. Проект будет сохранен в каталоге:
c:\LJser\Public\Documents\MasterScada4D 1.3\Рго)есІ8\Альтивар12
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ 5СА0А
183
Рис. 11.20. Стартовое окно редактирования
11.4.2. Создание АРМ (автоматизированное рабочее место)
В стартовой странице редактора проектов создать автоматизированное
рабочее место АРМ, для чего пройти по цепи:
Система / Добавить / АРМ и щелкнуть по надписи «АРМ» (рис. 11.21).
^ Система
’ ЕД Бетон
Е^) По/
* 0 Рол
Г; л- •
Добавить
>
АРМ
Справка
»
Ко-~рсл-тер
Дерево
►
Сервер
Масштаб
►
Поиск
►
Открыть в пакете веток
Рис. 11.21. Вызов АРМ
Появится иконка и рабочая папка АРМ1 (рис. 11.22).
Рис. 11.22. Папка АРМ1
184
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
11.4.3. Создание списка параметров ОРС-сервера
- Вызвать иконку протокола ОРС DA (Data Access), для чего пройти по
цепи:
Система / АРМ1 /Добавить / Протокол / ОРС DA
и щелкнуть по надписи «ОРС DA» (рис. 11.23).
Рис. 11.23. Вызов протокола ОРС DA
Иконка ОРС DA появится в дереве Системы (рис. 11.24);
Рис. 11.24. Формирование иконки ОРС DA
- открыть папку ОРС ВА, для чего пройти по цепи:
Система / АРМ1 / ОРС В А / Открыть ОРС В А
и щелкнуть по надписи «Открыть ОРС ВА» (рис. 11.25);
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ 5СА0А
185
Рис. 11.25. Открытие папки ОРС В А
- в открывшемся окне «Поиск ОРС ПА серверов» стартовой страницы
редактирования выделить имя сервера InSAT.ModbusOPCServer.DA и
щелкнуть по надписи «Выбрать» (рис. 11.26). Наблюдать появление
пустого окна списка параметров (рис. 11.27);
Рис. 11.26. Выделение имени сервера
186
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 11.27. Окно списка параметров
- активизировать команду «Подключиться», наблюдать появление спис
ка параметров ОРС-сервера (рис. 11.28);
Рис. 11.28. Список параметров ОРС-сервера
- В «Списке параметров», отметить «Галочками» все параметры ОРСсервера и активизировать команду «Применить».
В дерево проекта Скада-системы перепишутся (рис. 11.29) и будут хра
ниться все созданные в ОРС-сервере параметры (зеленые иконки).
Рис. 11.29. Перепись дерева проекта ОРС-сервера в окно дерева Мастер Скада
(зеленые иконки)
187
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ 5СА0А
11.4.4. Создание списка объектов Скада-системы
Для создания списка необходимо выполнить следующие действия:
- Создать папку объектов (красные иконки) для переписи параметров
ОРС-сервера в параметры Скада-системы, для чего пройти по пути:
Объекты / Добавить / Объект (рис. 11.30).
Добавить
► О Ь’К
»
ь>
Г
К* '^аз
Справка
Дерево
н> Ошибка
Масштаб
►
1 ‘оис*-
*
» ^3 Безопасность
►
>
Открыть в панели веток
^і Объекты
Библиотеки
Рис. 11.30. Добавление папки объекта
В каталоге Скада появится красная иконка папки «Объект 1» (рис. 11.31),
куда будут переписываться параметры ОРС-сервера.
* О безопасность
▼ © Объекты
Рис. 11.31. Формирование иконки Объекті
- Сформировать иконку параметров Скада-системы:
Объекті / Добавить / Параметр и щелкнуть по надписи «Параметр»
(рис. 11.32). В дереве появится иконка Параметрі и окно его редак
тирования (рис. 11.33).
- Установить параметры первого объекта (КнВкл на рис. 11.33) и щелк
нуть по надписи «Применить».
Параметры объекта запишутся в окно Свойства, а в дереве название
иконки «Параметрі» заменится на «КнВкл» (рис. 11.34).
188
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 11.32. Вызов окна установки параметров
Рис. 11.33. Окно редактирования Параметра 1
Внимание! Для всех параметров установить тип доступа «Чтение/
Запись».
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ 5СА0А
189
Рис. 11.34. Окно введенного параметра КнВкл
Аналогично формируются параметры всех остальных объектов:
Кнопки и индикаторы:
Имя
КнВкл
Доступ
Чтение/Запись
Простые типы
Bool
Логические
Регистры:
Имя
Факт
Доступ
Чтение/Запись
Простые типы
Int
Целые знаковые
При этом они последовательно записываются в Дерево Объекта 1
(рис. 11.35). На этом же рисунке показано окно установки параметров слова
(регистра).
Рис. 11.35. Полное дерево Объекта 1
Внимание! Данной процедурой формируется только аналогичное ОРСсерверу дерево параметров. Адреса рабочих операндов (тегов) в них отсут-
190
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
ствуют. Следующий шаг - запись адресов ОРС-сервера в параметры Скадасистемы.
11.4.5. Перепись параметров ОРС-сервера в адреса параметров
Скада-системы
Выполняется последовательно следующим образом:
- Открыть входимость первого параметра КнВкл ОРС-сервера (рис. 11.36).
Рис. 11.36. Окно входимостей параметра КнВкл
- Щелкнуть по иконке «Status Code» и в его свойствах установить
начальное значение «Good». Активизировать действие, щелкнув по
надписи «Применить».
- Перетащить мышкой значение Выхода «Value» в красную иконку ана
логичной кнопки Скада-системы. У кнопки должен появиться значок
со стрелкой, а в правой стороне экрана открыться окно свойств кнопки
(рис. 11.38).
- Щелкнуть по надписи «Применить».
Проделать аналогичную процедуру по всем используемым параметрам
(рис. 11.39).
Все параметры ОРС-сервера переписаны в Скада-систему, можно при
ступать к графическому проектированию на компьютере виртуальной панели
управления объектом, т. е. приводом Альтивар 12.
При необходимости, исправить другие параметры.
191
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
Свойства
»
ц х
StatusCode
?F 1^
Общие-
I' Pi v
*■
Чс^с-t ,-MP
Good
GoodLocalOvcrridc
GoodEdited
Шкала
Uncertain
UncertainSubNormal
Шка/
UncertainScnsor Not Accurate
UnccrtainEngineeringUnitsExceeded
Отношег Uncertain LastUsablcValue
UnccrtainSubstitutcValue
Имес UncertainNoCommunicationLast Usable Value
Bad
SadConfigurationError
BadNotConnectcd
BadNoCom munication
BadDeviceFailurc
BadSensorFailure
BadOutOfService
BadWaitingForlnitialData
BadUnexpcctcdError
Рис. 11.37. Установка начального значения Good
Рис. 11.38. Окно свойств кнопки включения стенда (КнВкл)
192
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 11.39. Полное дерево объектов Скада-системы
11.4.6. Проектирование графической панели управления
Последовательность создания графического экрана Скада-системы;
- Открыть окно проектирования, для чего пройти по цепочке:
Система/АРМІ/Графический интерфейс/Добавить/Окно
и щелкнуть по надписи «Окно» (рис. 11.40).
Откроется рабочее «Окно 1» формирования органов управления автома
тизируемым объектом (рис. 11.41).
Рис. 11.40. Вызов графического окна
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ 5СА0А
193
Рис. 11.41. Окно проектирования органов управления
- Назначить Окно1 стартовым, для чего пройти по пути
Окна/Окно1/Назначить стартовым окном и щелкнуть по надписи
АРМ1. Шаблон экрана;
Рис. 11.42. Назначение стартового окна
В стартовом окне формируются необходимые органы управления и диа
гностики.
Среда Мастер Скада предоставляет пользователю большую библиотеку
стандартных графических элементов для различных областей промышленности
и позволяет создавать собственные элементы графики.
Ниже, для справки, приводятся некоторые выдержки из библиотеки.
- Изучить возможности графики среды Скада
Выдержка из библиотеки графических элементов:
Рис. 11.43 - меню Диалог.
Рис. 11.44 - меню Кнопки.
Рис. 11.45 - меню Базовые кнопки.
Рис. 11.46 - меню Индикаторы.
194
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 11.47 - меню Примитивы.
Рис. 11.48 - меню Контролы.
Рис. 11.49 - меню Аппараты.
Графические элементы выбираются из общего каталога, вызываемого из
меню «Палитра».
Рис. 11.43. Рисунки меню Диалог
Рис. 11.44. Рисунки меню Кнопки
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ 5СА0А
Рис. 11.45. Рисунки меню Базовые кнопки
Рис. 11.46. Рисунки меню Индикаторы
Рис. 11.47. Рисунки меню Примитивы
195
196
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 11.48. Рисунки меню Контролы
1
8
ільааи-
8
8
Рис. 11.49. Рисунки меню Аппараты
- Спроектировать рабочую панель управления согласно техническому
заданию
В данном учебном проекте реализуются следующие органы управления и
диагностики (рис. 11.50):
Кнопки включения ОМ и выключения ОРР стенда;
Кнопки управления вращением двигателя (CW - по часовой, ССШ против часовой, СТОП - останов);
Лампы-Индикаторы включения стенда и кнопок управления вращени
ем двигателя;
Задатчик частоты вращения;
Индикатор фактической частоты вращения;
Индикатор управляющего слова СМО;
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
197
Индикатор диагностического слова ETA;
Индикатор величины тока двигателя;
Вращающийся индикатор направления вращения Вперед (CW);
Осциллограф фактической частоты двигателя.
Рис. 11.50. Проектируемая панель управления
Последовательность проектирования стандартных элементов покажем
на примере кнопки включения стенда ОН (параметр КнВкл):
- открыть окно графических элементов;
- выбрать тип кнопки и перетащить его иконку на экран;
- отметить и «растащить» иконку на нужный размер;
- щелкнуть по аппликации иконки, появится окно ее свойств;
- установить основные свойства кнопки:
Имя
КнВкл
Текст
ON
Размер текста
50
Цвет текста
Black
Заливка фона
Зеленый
- «зацепить» мышкой красную иконку КнВкл в дереве Скада и перета
щить ее на надпись «Нажата» окна «Свойства». Появится зеленый
квадратик с двумя стрелками, графическая кнопка привязана к ОРСсерверу;
198
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 11.51. Проектирование кнопки
Любые другие типы элементов проектируются аналогично, отличия в
свойствах.
Внимание! Нельзя копировать образы кнопок с уже заданными пара
метрами и последующим их исправлением.
Копировать нужно пустые шаблоны до внесения в них параметров.
Основные свойства ламп-индикаторов:
Имя
ИВкл
Работа
Off
Цвет корпуса
Белый
Цвет вкл. состояния Зеленый
Основные свойства задатчика частоты:
Имя
Задан
Шаг инкремента
1
Минимум
О
О
Текущее значение
Максимум
600
ѵ
Использовать вход
40
Размер текста
Цвет текста
Black
Светло-зеленая
Заливка фона
ѵ
Показать кнопки
Пояснение: Параметр «Показать кнопки» определяет наличие или отсут
ствие на аппликации во включенном состоянии панели условных знаков
(-| и +|), позволяющих при нажатии на них мышкой однократно увеличивать и
уменьшать введенное числовое значение.
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
199
Основные свойства инд. фактической частоты:
Имя
Факт
Шаг инкремента
1
Минимум
-600
Текущее значение
о
Максимум
600
ѵ
Использовать вход
40
Размер текста
Цвет текста
Black
Заливка фона
Светло-зеленая
Показать кнопки
нет
Основные свойства индикаторов CMD, ЕТА и Ток это: имя и максималь
ное числовое значение.
Индикатор вращения CW вызывается из меню Турбина (см. рис. 11.48) и
активизируется лампой-индикатором И_Вп. Вращение против часовой стрелки
в иконке не предусмотрено.
Проектирование графического осциллографа выполняется в той же по
следовательности, но отличается большим количеством устанавливаемых па
раметров в окне его свойств. Подбор параметров, это достаточно трудоемкая
работа, необходимая для получения практичного и хорошо читаемого графика
изменения частоты при пуске, реверсе и остановке:
- открыть окно графических элементов;
- в меню «Контролы» выбрать элемент «Тренд» и перетащить его на
экран;
- отметить и «растащить» шаблон на нужный размер;
- открыть окно свойств осциллографа (Тренда), щелкнув по аппликации
шаблона;
- установить основные параметры (рис. 11.52):
Перья
Элемент 1
Имя
Частота
МіпУ
-600
МахУ
600
Цвет пера
Стиль линии
Непрерывный
Единица измерения Гц
Количество делений 12
Тип графики
Ступенька
200
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 11.52. Основные параметры осциллографа
- установить основные осевые параметры (рис. 11.53);
Рис. 11.53. Установка осевых параметров осциллографа
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA
201
- «зацепить» мышкой красную иконку Факт в дереве Скада и перета
щить ее на надпись «Значение» окна «Свойства». Появится квадратик
со стрелками, графический осциллограф привязан к ОРС-серверу (см.
рис. 11.52);
- в среде ОРС-сервера установить величину периода опроса (в данном
случае 10).
Текущая
: Альтивар12.тЬр------------------Объекты конфигурация
4
Л Server
® < ГМ200
« AVR12
** КиВкл
* КиВыкл
* КнВл
* КнСтол
* КнНаз
Н И.вкл
* И_Вл
* ѴТ Стол
И И_Наі
К смо
* ЕГА
И Ток
------------------------------------------------
Устройство «MODBUS» : AVR12
Общие настройки
Комментарий
Включено в работу
True
Адрес
(0x01)
1
Время ответа (мс)
1000
Повторы при ошибке
3
Повторы при ошибке записи
3
Сброс команд записи при разрыве соединения
True
Повторное соединение после ошибки через (с)
10
Реинициализация узла при ошибке____________________________ False
ІЮ
Размерность периода опроса
Начальная фаза
ms
0
Рис. 11.54. Установка периода опроса осциллографа в ОРС-сервере
11.4.7. Запуск и отладка проекта
- Выполнить аппаратное подключение стенда;
- Запустить ОРС-сервер;
- В Скада-системе перейти в режим «Исполнение» и нажать левую зеле
ную кнопку Пуск (рис. 11.55);
Рис. 11.55. Запуск Скада-системы
- Наблюдать процесс запуска и на запрос системы о режиме исполнения
ответить ДА (рис. 11.56). По окончании процесса запуска откроется
окно рабочей панели управления (рис. 11.57);
- Кнопкой ОН включить стенд;
- Задать необходимую частоту;
- Кнопками CW, CCW и Стоп проверить работу привода.
В дереве проекта, как ОРС-сервера, так и среды Скада отображается
реальное состояние всех параметров проекта;
202
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 11.56. Выбор режима загрузки
9 Алыимр12
Упмблен* преобразователей частоты от СКАДА
Стенд
Q
Q
Частота
Q
7
563
о
Рис. 11.57. Рабочее окно спроектированной панели управления
- Включить осциллограф и зафиксировать переходные процессы
(рис. 11.58);
- По окончании работы корректно выключить привод и стенд.
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ 5СА0А
203
Рис. 11.58. Панель управления в ON-Line режиме
11.5. Выводы
1. Скада-система является мощным инструментом автоматизации, как
сложных разветвленных структур в различных отраслях промышленности, так
и автоматизации простых локальных установок.
2. Проектирование в среде Скада является достаточно сложным процес
сом, требующим серьезных профессиональных знаний и постоянного навыка в
работе. Ее область применения - централизованные диспетчерские пункты
управления автоматизированными технологическими процессами.
3. Следует помнить, что удаленное управление объектом от компьютера
осуществляется Мышкой, со всеми вытекающими неудобствами.
По этой причине, там, где не требуется удаленное управление и кон
троль, а управление локальным автоматизируемым объектом осуществляется
оператором непосредственно на рабочем месте следует применять аппаратную
панель оператора.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
12.1. Общие сведения
CoDeSys (Controllers Development System) - это универсальная про
граммная среда, предназначенная для программирования различных типов PLC
не имеющих собственных средств разработки программ логики.
При программирования осуществляется адаптация (привязка) среды
CoDeSys к конкретному типу контроллера (Target-файлы).
Обеспечивается программирование контроллеров на стандартных языках
МЭК и с использованием дополнительных библиотек команд, значительно
расширяющих возможности программирования.
Среда CoDeSys - это инструмент программирования контроллеров, обла
дающий огромными возможностями, освоение которых возможно только при
профессиональной постоянной работе с его использованием. Мы постараемся
сжато изложить только начальные сведения, но они позволят читателю само
стоятельно разрабатывать PLC-программы средней сложности.
Материал рассматривается на базе среды CoDeSys версии V2.3 для про
граммирования контроллеров российской фирмы Овен. Цель настоящего разде
ла - первое представление об используемой терминологии, общих возможно
стях среды, применяемых языках, структуре программы, доступных типов пе
ременных, системе адресации переменных, что позволит легче воспринимать
конкретный материал.
Доступны следующие стандартные языки программирования:
LD - Ladder Diagram. Графический язык представления программ в виде
релейно-контактных символов;
IL - Instruction List. Текстовый язык, некоторый аналог ассемблера;
FBD - Function Block Diagram. Графический язык отображения програм
мы в виде бесконтактных логических элементов;
ST - Structured Text. Текстовый язык, некоторый налог языков высокого
уровня Бейсик, Паскаль, СИ;
SFC - Sequential Function Chart. Графический язык отображения последо
вательности работы алгоритма, некоторый аналог языков типа Графсет;
CFC - Continuous Function Chart. Вариант графического языка FBD.
Среда CoDeSys включает встроенный эмулятор, позволяющий произво
дить отладку программы без использования аппаратного контроллера и систему
визуализации, позволяющую создавать виртуальную программируемую па
нель оператора, т. е. разрабатывать и проверять работу органов управления ме
ханизмом.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
205
Приведем терминологию и основные компоненты системы программиро
вания в среде CoDeSys.
Проект электроавтоматики включает:
POU (Program Organization Unit - устройство организации программ). При
разработке программы первый блок POU автоматически помещается в проект и
получает название PLC_PRG. Это главная программа проекта, ее имя изменять
нельзя. Она может быть как одна, так и содержать команды вызова различных
программных блоков, например: Программы, Функциональные блоки, Функции.
Примечание'. Здесь и далее будет применяться терминология, принятая в
технической документации и литературных источниках.
Главная программа, вне зависимости от используемого языка програм
мирования, состоит из двух разделов:
- раздела объявления переменных и
- раздела логической части программы.
Шаблон раздела объявления переменных автоматически устанавливается
при открытии проекта. В зависимости от версии программного обеспечения
здесь могут быть следующие варианты:
PROGRAM PLC PRG
// Определение всех локальных переменных программы
VAR
Список переменных
ENDVAR
// Определение входных переменных
VAR_ INPUT
ENDVAR
// Определение выходных переменных
VAROUTPUT
ENDVAR
// Определение переменных, являющихся входом и выходом
VAR_IN_OUT
ENDVAR
Примечание: Знак // - это комментарий.
В версии V2.3 комментарий записывается в виде скобок:
(* Текст комментария *).
Синтаксис определения переменных будет рассмотрен далее при изуче
нии языков программирования.
Функция - это программный блок, определяющий однозначную зависи
мость выходного операнда от значений входных переменных.
206
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Структура объявления функции
FUNCTION Fct: INT;
ENDFUNCTION
Функциональный блок - это автономная (законченная) подпрограмма
управления каким-либо механизмом, например, реверсивным АД, смазкой,
охлаждением и т. д.).
Структура объявления функции:
FUNCTIONBLOCK
END_FUNCTION_BLOCK
Библиотеки - место хранения доступных для программирования ин
струкций, функциональных блоков и др.
В стандартную поставку входят следующие библиотеки:
"standard.lib" и
"util.lib".
Библиотеки хранятся в «Менеджере библиотек».
Ресурсы - содержат список компонентов, отвечающих за конфигурацию
проекта:
Глобальные переменные, используемые во всем проекте.
Менеджер библиотек (Library manager), позволяющий подключать из
базы данных необходимые для выполнения проекта библиотеки;
Журнал записи действий во время исполнения;
Конфигуратор тревог (Alann Configuration), т. е. сообщений об ошибках
проекта;
Конфигуратор ПЛК (PLC Configuration), обеспечивающий подключение
к проекту используемого типа программируемого контроллера;
Конфигуратор задач (Task Configuration), определяющий решаемые про
ектом задачи;
Менеджер рецептов (Watch and Receipt Manager), позволяющий выпол
нять просмотр переменных;
Опции целевой системы (Target Settings).
В зависимости от версии ПО могут подключаться дополнительные объек
ты:
Sampling Trace - задание графической трассировки значений перемен
ных;
Parameter Manager - взаимодействие с другими контроллерами в сети;
PLC-Browser - монитор ПЛК;
Tools - вызов внешних, специфичных инструментов;
SoftMotion - компоненты системы управления движением.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
207
Используемые типы переменных:
Логические переменные (BOOL)
Могут принимать только два значения
логическую единицу (TRUE) или
логический ноль (FALSE).
Целочисленные переменные
Типы доступных переменных и их числовые значения приведены ниже в
таблице 12.1.
Таблица 12.1
Типы переменных
Тип
Пределы изменения
Нижний
Верхний
Размер памяти
BYTE
0
255
8 бит
WORD
0
65535
16 бит
DWORD
0
4294967295
32 бит
SINT
-128
127
8 бит
USINT
0
255
8 Ббт
16 бит
INT
-32768
32767
LINT
0
65535
16 бит
DINT
-2147483648
2147483647
32 бит
UDINT
0
4294967295
32 бит
Целочисленные переменные
8Десятичное число 8
2# 1010_0011 Двоичное число 163
8# 36
Восьмеричное число 36
16# В
Шестнадцатеричное число 11
Действительные переменные:
REAL - 32-х разрядные числа с диапазоном изменения от
1.17549435 le-38F до 3.402823466e+38F и
LREAL - 64-х разрядные числа с диапазоном изменения от
2.2250738585072014е-308 до 1.7976931348623158е+308.
Строковые переменные (STRING)
Определяют переменные, содержащие текстовую информацию.
Переменные интервалов времени (TIME)
Временной интервал, в общем случае, состоит из часов (h), минут (т), се
кунд (s) и миллисекунд (ms), например, T#5s или T#lh_25m_3s_45ms.
208
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Переменные даты и времени суток
ДатаD (DATA)
Дневное времяTOD (TIMEOFDAY)
Дата и время суток- DT (DATAANDTIME)
Все переменные разделяются на два типа:
Глобальные (GLOBAL). Глобальные переменные определяются толь
ко один раз и действуют во всех программных компонентах;
Локальные (LOCAL). Локальные переменные определяются в каждом
программном компоненте и действуют только в нем.
Система адресации переменных
Для адресации переменных используются следующие буквы латинского
алфавита:
I - дискретный вход (Input)
Q - дискретный выход (Output)
М - оперативная память (Memory)
X - бит информации (Bit)
В - байт (Byte)
W - шестнадцатиразрядное слово (Word)
D - тридцатидвухразрядное слово Double Word)
L - длинное слово (Long)
Адресация переменных может осуществляться двумя способами:
1. Непосредственно в разделе определения переменных. В том случае
применяется следующий синтаксис:
имя переменной АТ %адрес переменной: тип переменной;
Например:
VAR
by Perl AT %MB0: BYTE;
Ini
AT %IX0.0: BOOL:
(* AT и % - обязательные идентифи
каторы,
X - признак бита *)
Outl
AT %QX0.0: BOOL;
END VAR
2. В таблице определения переменных при разработке логической части
программы. В этом случае при указании имени переменной, например, у кон
такта, у катушки, на входе или выходе логического элемента, в уравнении, си
стема автоматически заносит в таблицу определения переменных его имя и тип.
Программист указывает только адрес, например, %ІХ0.0. Правильная синтак-
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
209
сическая запись (Ini АТ %ІХ0.0: BOOL;) переносится в раздел определения пе
ременных. Это значительно облегчает работу.
12.2. Последовательность проектирования
1. Изучить (или разработать) техническое задание на проект, определить
органы управления, составить таблицу входных и выходных сигналов, выбрать
тип программируемого контроллера.
2. Установить на компьютер версию программной среды CoDeSys, соот
ветствующую используемому программируемому контроллеру, например, V2.3
для контроллеров серии ПЛК100, ПЛК 150, ПЛК 160 или V3.5 для контроллера
ПЛК210, скачав ее с официального сайта фирмы Овен.
3. Скачать и установить на компьютер соответствующий Target-файл.
4. Ознакомиться с технической документацией на программную среду и
программируемый контроллер.
5. Выбрать тип языка программирования и изучить его синтаксис.
6. Разработать принципиальную электрическую схему.
7. Разработать и набрать в среде CoDeSys алгоритм управления автома
тизируемым объектом.
8. Загрузить программу в контроллер и отладить его работу на стенде.
При необходимости, в процессе набора, проверить некоторые моменты на си
муляторе.
9. Отладить работу программы на реальном объекте.
12.3. Открытие проекта
Последовательность открытия нового проекта следующая:
— открыть программную среду CoDeSys V2.3.
При появлении окна о невозможности открытия проекта (рис. 12.1) отве
тить ОК;
X
CoDeSys
Невозможно открыть проект,'библиотеку (ошибка в файле
е
проекта'’6иблиотеки)
:
ок
I
Рис. 12.1. Окно невозможности открытия проекта
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
210
- в меню панели инструментов Файл активизировать команду Создать;
- в открывшемся окне «Настройка целевой программы» (рис. 12.2)
определить конфигурацию проекта.
Настройки целевой платформы
Конфигурация
щ^|
X
Г*] ;
OK
I
Отмена J
Рис. 12.2. Окно настройки целевой платформы
При конфигурации выбирается тип программируемого контроллера.
Начальное освоение синтаксиса языка и процедуры набора программы, как
правило, выполняется на компьютере при отсутствии аппаратного контрол
лера с использованием программного симулятора. По этой причине, в конфигу
раторе устанавливаем значение «None» и даем команду ОК;
- в открывшемся окне «Новый программный компонент (POU)» устано
вить (рис. 12.3):
Имя программы:
PLC PRG
Тип POU:
Программа
Язык:
LD
Рис. 12.3. Окно «Новый программный компонент (POU)
- щелкнуть по клавише ОК, наблюдать появление начального окна про
екта CoDeSys (Untitled);
- по цепи Файл / Сохранить как присвоить проекту имя и определить
место его хранения, например, диск D / CoDeSys / V2.3 / Ladder-язык /
Chern 1_LD. Используется расширение .pro;
- наблюдать открытие стартового рабочего окна проекта (рис. 12.4) с его
именем.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
211
Рис. 12.4. Рабочее окно проекта
Можно набирать программу.
Стартовое окно включает:
- панель инструментов, т. е. набор имен падающих окон (Файл, Правка,
Проект, Вставить, Дополнения, Онлайн, Окно, Справка);
- набор командных иконок проектирования;
- дерево проекта POU / PLCPRG (POU);
- наборное поле программирования;
- нижние иконки выбора содержимого левого окна проекта (POU, Тип
данных, Визуализация, Ресурсы).
Программа, вне зависимости от типа языка, состоит из двух частей:
- верхний блок определения переменных и
- нижний блок набора логической части проекта.
По умолчанию:
- в дереве проекта POU устанавливается имя главной программы
PLC_PRG (PRG);
- в первой верхней части окна программирования приводится шаблон
определения переменных:
Program PLC PRG
VAR
ENDVAR
- во второй нижней части окна программирования открывается первая
строка 0001 набора программы.
212
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Имя главной программы изменять не следует. По желанию, пользователь
может сделать проект только из одной главной программы, либо добавить до
полнительные подпрограммы, присвоив им понятные имена.
Напомним, POU (Program Organization Unit) - Блок организации програм
мы), это, в сущности, заголовок папки, в которой можно оставить только одну
главную программу, либо добавить подпрограммы управления какими-либо от
дельными узлами (или действиями) механизма, например, общей процедурой
включения механизма, гидравликой, смазкой, насосом 1, насосом 2 и т. д.).
Теперь можно приступать к рабочему проектированию. При открытии
среды мы выбрали язык релейно-контактных цепочек LD, с него и начнем.
12.4. Программирование на языке LD
Синтаксис языка предоставляет возможность программирования, как ба
зовых, так и функциональных команд. Набор доступных функциональных ко
манд определяется подключенными библиотеками.
Для набора команд, по умолчанию, установлены следующие иконки:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Рис. 12.5. Иконки набора программы на языке LD
Назначение иконок:
1) добавление новой цепи (выше);
2) добавление новой цепи (ниже);
3) вставка замыкающегося контакта;
4) вставка размыкающегося контакта;
5) параллельное подключение замыкающегося контакта;
6) параллельное подключение размыкающегося контакта;
7) вставка катушки реле;
8) вставка катушки с памятью;
9) вставка катушки отключения памяти;
10) вставка функционального блока;
11) вставка функционального блока со входом EN;
12) вставка блока формирования такта по переднему фронту;
13) вставка блока формирования такта по заднему фронту;
14) вставка шаблона таймера TON;
15) инверсия релейного операнда;
16) изменение состояния катушек S и R на противоположное.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
213
12.4.1. Предварительные процедуры проектирования РѢС-программы
- вызвать окно Ресурсы и в Конфигураторе ПЛК посмотреть систему ад
ресации дискретных входов, выходов и оперативной памяти (рис. 12.6).
В связи с тем, что при открытии проекта не был задан конкретный тип
контроллера (см. рис. 12.2), дальнейшая работа будет выполняться с адресами,
указанными в окне. При работе с конкретным контроллером, следует обратить
ся к его сопроводительной технической документации;
^ CoOSys ■ Chern 1_lD pro
Файл
Прае**
Проект
Вствввд
Онлайн
Дополнен*#
Огне
Справка
^g iteigm мя
& Рес урс®?
9 Бортж^ндл
гхж_юила__
IГ «Ф^г^рация задач
I конфигурация тревог
I Менеджер библиотек
Идент модуля
4* Настройки ив левой платформ
; ^Л ПЛ». Браузер
рво
: Я Рабочая область
1Ц Цмфраив трее сирое» а
Адрес мкам [ГОВО
Рис. 12.6. Конфигурация ПЛК
- в Менеджере библиотек окна Ресурсы подключить необходимые для
реализации проекта библиотеки (рис. 12.7), для чего:
• открыть Менеджер библиотек;
• щелкнуть по окну Менеджера библиотек;
• активизировать команду «Добавить библиотеку»;
• отметить и загрузить необходимые библиотеки (рис. 12.8).
Как правило, достаточно двух основных библиотек Standard.lib и Util.lib.
^Ресурсы
Ѳ 2J Г лобапьные переученные
I eg Бортжурнал
Д Конфигурация ППК
ЗИЙ Конфигурация завам
£ Конфигурация тревог
Добавитъ библиотеку...
Удалитъ
Л» Настройки целевой платформы
Свойства...
Д|ППК Браузер
;
^ Рабочая область
JH Цифровая трас сирое», а
Рис. 12.7. Процедура подключения библиотек
Im
Def
АЛ:* Enter
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
214
% Открыть
Петые
[
X
ЬЬгагу
Ц ♦• 8Э е^ О’
Дата изменения
Им*
0 Іес^с.ІіЬ
13.04.2006 1&51
□ ЯаптЗакШВ
04.102005 12:14
О*»»
18Д5-2О1О16:14
0ЦЫ_8О51.ІіЬ
29.08.2007 12:43
[
Util_no.Real.lib
01.06.20071041
Им* Файла
[тйІО" -йаптіалб ИВ'
Тип файлов
[СоОеЗуі библиотека СМ))3
Г Открытъ
Отмена
[
Директория библиотек: [с^годгапГрІе7ї>йіі6Г35''$оіЙ^
Рис. 12.8. Выбор библиотек
В окне менеджера библиотек можно посмотреть справочный материал по
доступному ресурсу и примеры программирования (рис. 12.9).
Рис. 12.9. Окно Менеджера библиотек
12.4.2. Набор релейных цепочек
Приведем пример программирования простейшей релейной памяти
У=(8+У)*/Я. Назначение и аббревиатуры операндов:
Іпі - входной сигнал включения памяти (8);
Іп2 - входной сигнал выключения памяти (R);
Оші - выходной сигнал памяти (У).
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
215
Последовательность набора следующая:
- отметить мышкой курсор исходной цепи;
- перетащить иконку замыкающегося контакта на наборное поле;
- набрать над контактом имя сигнала включения памяти Іпі и щелкнуть
мышкой (рис. 12.10);
- в открывшемся окне «Объявление переменной» задать адрес сигнала
первого входа %ІХ0.0 и щелкнуть по клавише ОК. В верхней части
программы автоматически появится запись Іпі АТ %ІХ0.0 : BOOL;
определения переменной Іпі и, что важно, с правильным синтаксисом
(рис. 12.11);
%
PROGRAM PLC PRG
«
VAR
END.VAR
J [Бич
і
КоьменгаемА І
г CONSTANT
Г RETAIN
Г PERSISTENT
Рис. 12.10. Набор и задание адреса контакта реле
Рис. 12.11. Автоматическое заполнение раздела определения переменных
- аналогичным образом набрать все остальные операнды проекта
(рис. 12.12).
Примечание:
1. Синтаксис языка допускает как общее, так и раздельное определение
переменных.
2. Допускается редактирование адресов в разделе определения.
216
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 12.12. Программа релейной памяти
- запомнить проект, выполнить компиляцию и убедиться в отсутствии
ошибок;
- проверить работу набранного алгоритма на симуляторе, для чего:
• в меню Онлайн щелкнуть по команде Подключение;
• перевести подготовку переключения сигнала включения памяти Іпі
в состояние TRUE, щелкнув по номеру его строки 0001;
Рис. 12.13. Подготовительная операция
• командой Ctrl + F7 перевести состояние входа Іпі в активное со
стояние и командой F5 активизировать симулятор. Выход памяти
Outl встанет в состояние TRUE (рис. 12.14);
Рис. 12.14. Режим Онлайн
217
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
• аналогично перевести вход Іпі в состояние FALSE, т. е. как бы от
пустить кнопку включения. Выход памяти Outl останется на самопитании;
• выключить симулятор.
Допускается отображение следующей дополнительной информации:
- комментарии в разделе определения переменных, например,
(* Machine *) (рис. 12.15);
- дополнительное отображение адресов (Дополнить / Опции) в релейной
цепи (рис. 12.16);
- заголовок в релейной цепи, например, Memory (щелчок по верхнему
левому углу цепи).
Опции FBD и Ю
X
Мин размер комментарію
§
строг
Маге размер комментарии
[Г
строк
;
ОК
Отмена
|
Альтернативный вид отображения целей Ю
Р Комментарии над контактами
Строк на комментарий
(і
строк
Строк на переменную
fl
строк
П Перенос целей
Г" Замена адресов на имя переменной
Г Взять комментарии от переменные
Р Отображать адреса переменных
Г Отображать информацию о переменных цепи
I Г Отображать вызовы действий без параметров
Применить
везде
Рис. 12.15. Окно параметров комментария переменных
Рис. 12.16. Программа с комментариями
218
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Допускается проектирование в одной логической строке сложных релей
ных цепочек с общей выходной катушкой.
Процедура рисования сложных параллельных цепей (рис. 12.17):
- нарисовать, в зависимости от необходимости, параллельное соедине
ние двух или нескольких контактов.
Примечание:
1. Для упрощения работы и быстроты, всю начальную топологию слож
ной цепи рекомендуется рисовать используя только замыкающиеся контакты.
2. По окончании рисования, проинвертировать необходимые контакты,
используя специальную иконку.
- отметить контакт цепи, в которой требуется последовательное соеди
нения нескольких контактов и щелкнуть по его изображению. После
довательный контакт вставиться с левой стороны;
- для параллельного соединения двух катушек отметить первую катуш
ку и щелкнуть по иконке катушки в командной строке. Вторая катушка
подключится параллельно первой. Вставить контакт внутри парал
лельного соединения катушек не разрешается, только слева от общей
цепи.
Рис. 12.17. Разрешенные цепи
Не разрешается:
Проектирование в одной логической строке нескольких независимых ре
лейных цепей, например:
У1 =Х1, У2 = Х2ит. д.;
Проектирование сложных разветвленных цепей с общим операндом и не
сколькими независимыми выходными катушками, например:
У1 =Х1*Х2иУ2 = Х1*ХЗит. д.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
219
12.4.3. Формирователи тактов
Формирователи тактов - это логические цепи, формирующие выходной
сигнал длительностью в один вычислительный цикл (скан, такт) по переднему,
заднему или обоим фронтам входного сигнала.
Классический алгоритм формирования такта по переднему фронту приве
ден на рис. 12.18, где:
Іпі - входной сигнал;
ті - промежуточный сигнал;
тО - тактированный выходной сигнал по переднему фронту.
і і--------------------------------------------------------------------- ()—
Рис. 12.18. Классический формирователь такта по переднему фронту
Алгоритм реализован на двух логических цепях, так как синтаксис языка
не позволяет объединение входного сигнала ІпЗ в общую цепь.
Синтаксис CoDESys предусматривает два формирователя тактов:
R-Trig по переднему фронту и
F_Trig по заднему фронту.
Обращаем внимание, что это инструкции формирования тактов, но не
триггеров. Здесь R (Rising Front) - набегающий фронт, a F (Falling Front) - спа
дающий фронт.
На рис. 12.19 показан алгоритм Т-триггера с использованием тактирова
ния входного сигнала, где:
Іп4 - входной сигнал;
RScanl - пользовательское имя инструкции тактирования;
m2 - тактированный входной сигнал;
Out2 - выход Т-триггера.
При использовании тактированного входного сигнала счетный Т-триггер
формируется как функция неравнозначности (Исключающее ИЛИ) тактирован
ного входа и выходного сигнала, т. е. Out2 = (m2 ^ Out2).
Вызов функции R TRIG в строку набора осуществляется иконкой 12 (см.
рис. 12.5) в командной строке.
Принцип программирования инструкции F_Trig тактирования заднего
фронта входного сигнала аналогичен.
220
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 12.19. Т-триггер с использованием инструкции R_TRIG
12.4.4. Инструкции катушек S (Установка) и R (Сброс)
Инструкции катушек 8 (Установка) и R (Сброс) предназначены для реа
лизации варианта И8-триггера (рис. 12.20), где:
Іп5 - вход установки катушки ОиіЗ;
Іпб - вход выключения катушки ОиіЗ;
ОиіЗ - выходная катушка.
Рис. 12.20. Катушечные инструкции Set / Reset
12.4.5. Таймеры
Предусмотрено четыре вида таймеров:
RTC - часы реального времени;
TOF - задержка заднего фронта входного сигнала;
TON - задержка переднего фронта входного сигнала;
ТР - формирователь импульса заданной длительности.
Принцип работы таймеров задержки переднего и заднего фронтов приве
ден на рис. 12.21.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
221
Рис. 12.21. Принцип работы таймеров:
а, б - задержка переднего фронта, в, г - задержка заднего фронта
На рис. 12.22 в режиме Онлайн приведен алгоритм формирования им
пульса заданной длительности (одновибратора) по короткому входному сигна
лу с использованием таймера TON, где:
Іп7 - импульсный входной сигнал;
Out4 - выход алгоритма;
Tmrl - пользовательское имя таймера TON;
m3 - выходной сигнал таймера.
Рис. 12.22. Одновибратор на таймере TON
Вставка таймера в строку набора осуществляется из:
- меню Вставить / Таймер (TON) и изменением его названия на TOF или
ТР, при необходимости;
- меню Менеджера библиотек:
222
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
• щелкнуть по иконке «Функциональный блок»;
• в окне «Ассистент ввода» открыть библиотеку Standard.lib;
• отметить имя нужного таймера и щелкнуть клавишу ОК.
Аппликация таймера вставится в наборную цепь.
12.4.6. Счетчики
Предусмотрено три вида счетчиков:
СТО - счетчик на вычитание;
СТи - счетчик на сложение;
СТІЮ - реверсивный счетчик.
Топология и диаграммы работы счетчиков на сложение и вычитание при
ведены, соответственно, на рис. 12.23 и рис. 12.24.
Іп2д Сброс
т
,
2
1
3
4
5
6
7
ІПІ Входа А АДд\ А. А____
сѵНЗДЖтй
CV=PV,f
Outl
б)
Рис. 12.23. Топология (а) и диаграммы работы (в) счетчика на сложение
Counter 2
Мл Установка
1234567
ІП2
Входа А А А А^4\______
сѵБЕ±®і£^
Out5
сѵ=о£
б)
Рис. 12.24. Топология (а) и диаграммы работы (в) счетчика на вычитание
Для счетчика СТѴ при достижении уставки счета битовый выход Q оста
ется включенным до активизации сигнала Сброс. Текущее значение счетчика
продолжает увеличиваться.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
223
Для счетчика CTD при достижении уставки счета битовый выход Q так
же остается включенным до активизации сигнала Сброс. Текущее значение
счетчика не изменяется и остается нулевым.
Вставка счетчика в строку набора (рис. 12.25) осуществляется из Мене
джера библиотек:
• щелкнуть по иконке «Функциональный блок»;
• в окне «Ассистент ввода» открыть библиотеку Standard.lib;
• отметить имя нужного счетчика и щелкнуть клавишу ОК.
Аппликация счетчика вставится в наборную цепь.
Ассистент ввода
^Ь Стандартные функциональные блоки
Пользовательские Фрикциона
Стандартные программы
Пользовательские протремъ*
Ф ІВ С ^OSM** ^^ MM>F3S SoltwaieXCoOeSys V2 3\Libiaiy\Utilb
Й Ф С ^'^^ ^^ |x86^3S SoftwateXCoDeSys V2 ЗЧ-іЬгаіуКЗlanded LIB
7 Sb Bistable Function Block s
: цветя
Ц пищт)
Рис. 12.25. Вставка счетчика
На рис. 12.26 в режиме Онлайн приведен алгоритм формирования счет
чика на сложение, где:
Іп8 - счетный вход (CU);
Іп9 - вход сброса счетчика (Reset);
РѴ - уставка счета;
Cntl - пользовательское имя счетчика;
Out5 - битовый выход счетчика (Q);
СѴ - текущее значение счетчика.
щита
діГди
Ш8(ЧІХ0 7) =
outs (%охо
Спи
________________
і м ЯД
;
си
RESET=HH
!—РѴ = 2*0000000000000101
і о=ЕШ
— СѴ = 2*0000000000000010
me (%ixo 8) -
ЯВІ
Рис. 12.26. Счетчик на сложение в режиме Онлайн
224
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
12.5. Программирование на языке IL (Instruction List)
Это так называемый аккумуляторный язык, в котором текст программы
записывается в виде последовательности текстовых инструкций, записываемых
в порядке выполнения алгоритма программы.
Результат выполнения каждой инструкции записывается в буферную па
мять - Аккумулятор. Следующая операция выполняется с содержимым акку
мулятора, а результат вновь записывается в аккумулятор.
В общем случае текст программы включает четыре поля:
Метка
Инструкция
Операнд
Комментарий
Основные инструкции, применяемые для простейших релейных алгорит
мов:
LD - считывание прямого логического операнда и его запись а аккуму
лятор;
LDN - считывание инверсного логического операнда и его запись в ак
кумулятор;
AND - логическое умножение прямого логического операнда на со
держимое аккумулятора и запись результата умножения в аккумулятор;
ANDN - то же инверсного значения адресуемого операнда;
OR - логическое сложение прямого логического операнда с содержи
мым аккумулятора и запись результата сложения в аккумулятор;
ORN - то же инверсного значения адресуемого операнда;
ST - посылка результата вычисления на выход;
(,) - скобки.
Предусмотрен также большой набор функциональных инструкции для
программирования более сложных алгоритмов.
В связи с тем, что в среде CoDeSys нельзя использовать в одной програм
ме различные типы языков, откроем новый проект, выберем язык IL
(рис. 12.27), дадим ему имя Chern 1_IL .pro и создадим первую программу ана
логичную релейной памяти, рассмотренной ранее на языке LD (см. рис. 12.12).
Рис. 12.27. Выбор языка IL
225
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В СООЕ5У5 ВЕРСИИ Ѵ2.3
Рабочая программа так же будет состоять из двух частей: определения
переменных и логической части.
Ь СоОе5уї - Chern1.IL.pro
Файл
Правка
Проект
Вставить
Дополнение
Онлайн
Окно
Справка
Рис. 12.28. Начальное окно программирования
12.5.1. Программирование релейной памяти
Сохраним те же логические операнды
N1
0и11=(Іп1+0иН)*/Іп2
і Ш2
б)Н+
ПЛ
0Ш2
>-т'Ош2-'1п2*(Іп1+Ош2)
Рис. 12.29. Различное изображение релейной памяти
Программа на языке ІЬ в текстовом виде непосредственно записывается в
нижней части наборного поля. На рис. 12.30 приведена программа, соответ
ствующая рис. 12.29, а.
Описание программы:
шаг 0001 Комментарий
шаг 0002 Считывание прямого (ЬО) операнда Іпі и запись его значе
ния в аккумулятор, т. е. Акк=Іп1;
шаг 0003
Логическое сложение (ОЯ) значения операнда ОиП с со
держимым аккумулятора (Іпі) и запись результата сложе
ния снова в аккумулятор, т. е. Акк=Іп1+ОиН;
шаг 0004
Логическое умножение инверсного (АЫОК) значения опе
ранда Іп2 и содержимого аккумулятора (ІпІ+ОиН) и за
пись результата сложения снова в аккумулятор, т. е.
Акк=(Іп1+ОиН)*/Іп2;
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
226
шаг 0005
Посылка результата вычисления (8Т) из аккумулятора ад
ресуемый выход, т. е. Ош1=Акк=(Іп1+Ош1)*/Іп2.
Ь Со05у$ - СКегпІ Л-рю*
Файл
Правка
Проект
Вставить
Дополнения
Онлайн
Окно
Справка
ЯЯЯ !»Из>Ййг1ЙЯ АЙММЯ
Рис. 12.30. Рабочая программа алгоритма рис. 12.29, а
Каких-либо трудностей в ее понимании и наборе быть не должно, все ло
гично и понятно.
Теперь обратимся к тому же алгоритму, на нарисованному в другой по
следовательности (рис. 12.29, б). Считав первый операнд /Іп2 и отправив его в
аккумулятор мы должны умножить содержимое аккумулятора на результат ло
гического сложения (ІпІ+ОиП), но у нас его нет. В таких случаях используются
скобки и стековая память.
^ СоЭе$у$ • СЬет! Лрго1
Файл
Правка
Проект
Дополнения
Вставитъ
Онлайн
Окно
Справка
>МЯ М*И1ИИЯ АИЙ»М
% HCMtGWtG.fi)
•ООЙѴАЯ
Ш1 АТЧІХОО воос.
ОРОЙ
ОиП АТ *0X0.0:8001»
Іп2 АТ 41X0 1 ВООС
Out2AT4QXO.-i . BOOL.
СКпОИ')
С Масйіпе *)
(• КпОРР ’)
Г МасЬте_2")
рой ЕМО^АЯ
«21
С ОиП =(1П 1-0^1 ГЛП2-)
СО
Іп1
0002
0Я
ОиП
АМОМ ІП2
ЗТ
ОиП
00*
С0Ш2= / Ш2 • (1п1-0и12) •)
ши
АМО
оя
001С
щ
Іп2
(Ш1
Оиі2
от2
Рис. 12.31. Рабочая программа алгоритма рис. 12.29, а и 12.29, б
227
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
К сожалению, в языке СоЭеЗуз, это довольно сложная процедура и чет
ких правил в сопроводительной документации найти не удалось. Ниже приво
дится несколько примеров программирования таких цепей, которые помогут
читателю понять, как это нужно делать.
Программа памяти приведена на рис. 12.31.
12.5.2. Программирование Таймеров
Добавим в программу таймер задержки переднего фронта.
■- ilj PLC.PRG (PRG|
M®|program plc.prg
0004
In1 АТЧІХ0 0: BOOL.
Out1 AT%QX0 0 BOOL.
POPS
Ш2АТЧІХ0 l .BOOL.
мм
Out2AT%QX01 BOOL:
0007 END.VAR
C KnON ')
(• Machine ')
Г KnOFF ’)
Г Machine_2 *)
MM'.AR
OOM
Tmrl TON1
WK
ln3AT%IX02: BOOL;
0011
Out3AT%QX0 2 BOOL;
0012 END.VAR
0001
C0ut1=(m1’0ul1)•Zln2■)
000Д
LD
0003
OR
0004
OOM
OOM
0007
оми
Ш1
Out1
ANON ІП2
ST
Out1
C0ut2= / Ш2 ' (ln1*Out2)')
LDN
Ш2
AND
( ln1
0009
OR
OOH
)
ST
Out2
(• Timer. TON •)
0011
0012
0013
0014
0015
CAL
LD
ST
Out2
Tmrl (IN ;= m3. PT := T#5s)
Tmrl Q
Out3
Рис. 12.32. Добавление таймера TON
Процедура набора следующая:
1. Присвоить таймеру пользовательское имя, например, Tmr 1.
2. Указать таймер в разделе определения переменных Tmrl : TON.
3. Написать программу таймера в разделе логики программы.
Программа состоит из четырех строк:
0012
(* Timer*)
0013
CAL Tmr 1 (IN := ІпЗ, PT := T#5s)
0014
LDTmrl.Q
0015
ST0ut3
Строка 12 - комментарий.
228
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Строка 13 - вызов таймера инструкцией CAL из библиотеки. Синтаксис
строки вызова стандартный: В скобках, следующих за пользовательским име
нем Tmrl указывается адрес входа активизации IN := ІпЗ и далее через запя
тую (,) величина выдержки времени PT := T#5s.
Строка 14 - считывание инструкцией LD значения битового выхода тай
мера Tmrl.Q.
Строка 15 - посылка выходного бита командой ST таймера на выход кон
троллера Out3.
На рис. 12.33 показана работа всей программы в режиме Онлайн
Рис. 12.33. Программа на языке IL в режиме Онлайн
Синтаксис программирования других функциональных инструкций све
ден в таблицы, приведенные далее. В них же дан синтаксис тех же инструкций
на языках 8Т и РВО.
Обращаем внимание, что синтаксис программирования одних и тех же
инструкций на разных языках и, несмотря на общую схожесть заметно отлича
ется. Необходимо внимательно следить за правильностью расстановки знаков
двоеточия, равенства, точки с запятой, заглавных и прописных букв. Отыскать
подобные ошибки чрезвычайно трудно.
Объявление
(*SR-Tpnrrep*)
Trig 1: SR;
Синтаксис программирования функциональных инструкций
FBD- язык
IL- язык
ST- язык
CAL
Trigl(SET
1
:=Inl,
Trigl
Trigl(SET1 := Ini,RESET := In2);
RESET := In2)
SR
LD Trigl.Q
Outl
Inl_
SET1
Q
ST Outl
In2
RESET ET
(*RS-Tpmrep*)
Trigl:RS;
Trigl
Ini
In2
(*Перед_фронт*)
CLK: BOOL;
Q : BOOL;
Outl
Pulsl_R
R-TRIG
Inl_
(*3адн_фронт*)
CLK: BOOL;
Q : BOOL;
SR
SET
Q
RESET1 ET
CAL Trigl(SET :=Inl,
Trigl (SET := InLRESETl := In2);
RESET1 :=In2)
LD Trigl.Q
ST Outl
CLK
Q
Outl
CAL Pulsl_R(CLK:= Ini)
LD Pulsl R.Q
ST Outl
Puls I F
F-TRIG
Inl_
CLK
Q
Outl
CAL Pulsl_F(CLK:= Ini)
LD Pulsl F.Q
ST Outl
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
Таблица 12.2
PulslR(CLK:= Ini);
Outl :=Pulsl_R;
Pulsl_F(CLK:=Inl);
Outl :=Pulsl_F;
229
Объявление
*Зад.пер.Фронта*)
Ттг1:ТОМ;
*Зад.зад.Фронта*)
Тгпгі
ТОЕ
Тшг1:ТОЕ;
ІПІ
пч о
Т#4з РТ ЕТ
*Одновибратор*)
ОиП
Ттг_1
ТР
Ттг1:ТР;
ІПІ
пч о
Т#4з РТ ЕТ
ОиП
САЕ Ттг_1(І1Ч := ІпІ,
РТ ~ Т#3з)
ЕО ТтгЕО
8Т ОиП
Тшг 1(І\ ~ Іп1,РТ := Т#3в);
САЕ Ттг_1(ПЧ := ІпІ,
РТ := Т#3в)
ЕО Ттг Ер
8Т ОиП
Ттг_1(І1Ч := Іп1,РТ ~ Т#3з);
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Синтаксис программирования функциональных инструкций
ІЬ- язык
8Т- язык
ЕВР- язык
САЕТтг_1(І1Ч
:=
ІпІ,
Ттг_1(І1Ч := Іп1,РТ := Т#3з);
Ттг_1
РТ ~ Т#3в)
TON
ЕО ТтгЕО
Оиіі
ІПІ
ж 0
8Т Оиіі
Т#4з РТ ЕТ
230
Продолжение таблицы 12.2
Объявление
(*Сч.Сложение*)
CntLCTU;
Синтаксис программирования функциональных инструкций
FBD- язык
IL- язык
ST- язык
Cntl
CAL Cntl(CU := Ini,
Cntl(CU := Ini, RESET - In2,
сти
RESET - In2, PV := 5)
PV := 5);
Outl
іпі_
LD Cntl.Q
CU
Q
Outl ;= Cntl.Q;
іп2_
ST Outl
VARInt2
VARlnt2 := Cntl.CV;
RESET CV
LD Cntl.CV
5_ PV
ST VARInt2
Cntl
(*Сч.Вычитание*)
CTD
Cntl:CTD;
іпі_
Cntl
(*Сч.Реверсивный*)
CTUD
Cntl:CTUD;
_Outl
CD
Q
Іп2_
V_ARInt2
RESET CV
5 PV
ы_
CU
In2_
CD
ІпЗ
RESET CV
Іп4 LOUD
5_
PV
Outl
QU
_Out2
QD
VARInt2
CAL Cntl(CD - Ini,
RESET := In2, PV := 5)
LD Cntl.Q
ST Outl
LD Cntl.CV
ST VARInt2
Cntl(CD := Ini, RESET := In2,
PV := 5);
Outl := Cntl.Q;
VARInt2 := Cntl.CV;
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
Продолжение таблицы 12.2
CAL Cntl(CU := Ini,CD := ln2, Cntl(CU :=Inl,CD := In2,
RESET := In3, LOUD := In4,PV := 5)
RESET := In3, DOUN := In4,
PV := 5);
LD Cntl.QU
Outl
:=
Cntl.QU;
ST Outl
Out2 := Cntl.QD
LD Cntl.QD
VARInt2 := Cntl.CV;
ST Out2
LD Cntl.CV
ST VARInt2
231
Инструкция
Синтаксис программирования функциональных инструкций
IL- язык
Назначение
Арифметические инструкции
Сложение
MUL
Умножение
SUB
Вычитание
DIV
Деление
MOD
Остаток
от деления
MOVE
Присвоение
ST- язык
LD 10
ADD 2,5,3
ST VARI
VARI := 10+2+5+3;
LD 10
MUL 2,5,3
ST VARI
VARI := 10*2*5*3;
LD 10
SUB 2
ST VARI
VARI := 10-2;
LD 10
DIV 2
ST VARI
VARI := 10/2;
LD 10
MOD 3
ST VARI
VARI :=10 MOD 3
LD iVARl
MOVE iVAR2
ST iVAR2
iVAR2 := MOVE (iVAR);
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
ADD
232
Продолжение таблицы 12.2
Инструкция
Синтаксис программирования функциональных инструкций
Назначение
IL- язык
Битовые операции
ADD
Побитное
логическое сложение
OR
XOR
Сложение
NOT
Побитная инверсия
Исключающее ИЛИ
VARI ~ BYTE;
LD 2#1001 001
AND 2#1000_0011
ST VARI
Аналогично
VARI := BYTE;
LD 2#1001_001
NOT
ST VARI
ST- язык
VARI -2#1001 0011 AND
2#1000_1010;
Аналогично
VARI :=NOT 2#1001_0011;
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
Продолжение таблицы 12.2
Операции сдвига
SHL
Сдвиг влево
SHR
Сдвиг вправо
ROL
Круговой сдвиг влево
ROR
Круговой сдвиг вправо
LD 16#45
SHL 2
ST resbyte
VAR
in byte : BYTE := 16#45;
res byte : BYTE;
n : BYTE ~ 2;
END VAR
233
(* Logic *)
res byte := SHL(in_byte,n);
Инструкция
СТ(>)
ЬО 20
СТ 30
8Т ѴАЯ1
Больше
8Т- язык
ѴАЯІ := 20 >30;
Результат: ѴАК1=РаІ8е
Меньше
Больше или равно
Аналогично
Аналогично
Больше
Равно
Неравно
Инструкции выборки (см. техн, документацию)
8ЕЬ
2-х битовый
мультиплексор
МАХ
мш
ЫМ1Т
Выбор мин. значения
мих
Выбор макс, значения
Определение мин/мах
границ
Мультиплексор
Пример мультиплексора
ОПТ :=
2
МиХ(к, ІпО,...,Іпп);
мих 30,40,50,60,70,80
ЬО
8Т Ѵаг 1
Результат: ѴАЯ1=50.
Результат:
к-0, то ОиТЧпО
к=1.то ОиТ=Іп1
ит.д.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
ЬТ(<)
ѲЕ (>=)
ЬЕ (<=)
Е9(=)
N£(0)
Синтаксис программирования функциональных инструкций
Назначение
1Ь- язык
Инструкции сравнения
234
Продолжение таблицы 12.2
Инструкция
ABS
SQRT
LN
LOG
EXP
SIN
COS
TAN
ASIN
ACOS
ATAN
EXPT
Синтаксис программирования функциональных инструкций
Назначение
ІЬ- язык
Математические инструкции
Абсолютное значение
Квадратный корень
Натуральный логарифм
Десятичный логарифм
Экспонента
Синус
Косинус
Тангенс
Арксинус
Арккосинус
Арктангенс
Степень числа
LD -20
ABS
ST
і
8Т- язык
і := ABS(-20);
Примеры
LD
25
SQRT
ST
q
q := SQRT(25);
LD 30
SIN
ST q
q :=SIN(30);
LD 3
EXP 2
ST VARI
VARI := EXP(3,2);
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
Продолжение таблицы 12.2
Прочие инструкции (см. техн, документацию)
CAL
Прямое и обратное
преобразование кодов
CAL Puls 1_R(CLK:- Ini)
LD TRUE
BOOLTOINT
ST
і
CAL Pulsl_R(CLK
Ini);
і := BOOL_TO_INT (TRUE);
235
BOOLTO
TO_BOOL
Вызов ФП
236
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
12.5.3. Разветвленные релейные цепи
В заключение раздела приведем программу сложной разветвленной ре
лейной цепи (рис. 12.33), описываемой следующим логическим уравнением:
ОЩ4= (Іп1+Іп2*/ІпЗ+Ощ4*/Іп4)*(/Іп5+Іп6)*/Іп7.
Программа на языке ІЬ приведена на рис. 12.35
Определение переменных
<ххи VAR
OOPS
Іпі АТ %1Х0Л BOOL
0004
Ш2АТ %ІХ0.1; BOOL;
ШЗАТ %М,2: BOOL;
ІП4 АТ ЧІХО.З: BOOL;
ln5AT%M.4:BOOL
ln6AT%IX0 5:BOOL.
ІП7АТЧІХ0.6: BOOL;
al BOOL;
Out4AT%QXO O: BOOL;
ND_VAR
ООО*
Логическая часть
С Разветвленная цепь •)
LO
іпі
OR
(Ш2
ANDN ШЗ
)
OR
(Out4
ANDN ІП4
)
ST
LDN
OR
ANDN
AND
ST
al
InS
ІП6
Ш7
al
Out4
Рис. 12.35. Программа сложной релейной цепи на языке ІЬ
Описание программы
Шагі
Комментарий;
Шаг2
Считывание и запись (ЬО) в аккумулятор операнда Іпі, т. е.
Акк = Іпі;
ШагЗ
Проталкивание ОК(Іп2 значения аккумулятора Іпі в стек, счи
тывание и запись в аккумулятор адресуемого операнда Іп2,
т. е. Стек = Іпі и Акк = Іп2;
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В СООЕ5У5 ВЕРСИИ Ѵ2.3
Шаг4
Шаг5
Шагб
Шаг7
Шаг8
Шаг9
Шаг 10
Шаг 11
Шаг 12
Шаг 13
Шаг 14
237
Умножение (АНОН) инверсного значения операнда ІпЗ на со
держимого аккумулятора Іп2 и запись результата снова в ак
кумулятор, т. е. Акк = Іп2*/ІпЗ;
Сложение содержимого аккумулятора с содержимым стека и
запись в аккумулятор, т. е. Акк = Іпі + Іп2*/ІпЗ;
Проталкивание ОК (значения аккумулятора в стек, считыва
ние и запись в аккумулятор адресуемого операнда Оиі4, т. е.
Стек = Іпі + Іп2*/ІпЗ и Акк = Ои14;
Умножение (АН ОН) инверсного значения операнда Іп4 на со
держимого аккумулятора Ош4 и запись результата снова в ак
кумулятор, т. е. Акк = Ош4*/Іп4;
Сложение содержимого аккумулятора с содержимым стека и
запись в аккумулятор, т. е. Акк = Іпі + Іп2*/ІпЗ + Оиі4*/Іп4;
Запись 8Т аі содержимого аккумулятора в промежуточную
память, т. е. аі = Іпі + Іп2*/ІпЗ + Ои14*/Іп4;
Считывание и запись (ЬОН) в аккумулятор инверсного значе
ния операнда Іп5, т. е. Акк= /Іп5;
Считывание и логическое сложение (СЖ) адресуемого опе
ранда Іпб с содержимым аккумулятора /Іп5, запись результата
снова в аккумулятор, т. е. Акк = /Іп5+Іпб;
Считывание и логическое умножение (АНОН) инверсного
значения адресуемого операнда Іп7 с содержимым аккумуля
тора /Іп5+Іпб, запись результата снова в аккумулятор, т. е.
Акк = (/Іп5 + Іпб)*/Іп7;
Считывание и логическое умножение (АНО) содержимого
промежуточной памяти аі с содержимым аккумулятора
и запись результата снова в аккумулятор, т. е.
Акк = (Іпі + Іп2*/ІпЗ + Ош4*/Іп4)* (/Іп5 + Іпб)*/Іп7;
Посылка (8Т) результата вычисления из аккумулятора на вы
ход, т. е. Оиі4 = (Іпі + Іп2*/ІпЗ + Ои14*/Іп4)* (/Іп5 + Іпб)*/Іп7.
В отличие от программы простейшей релейной памяти, рассмотренной в
начале раздела, правильно написать такие программы, разобраться в «чужой»
подобной программе и тем более их отладить очень сложно. Язык ІЬ явно не
выдерживает конкуренции с языком релейно-контактных схем.
238
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
12.6. Программирование на языке FBD (Function Block Diagram)
Это графический язык отображения программы в виде функциональных
бесконтактных логических элементов И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-HE, НЕ, Исключа
ющее ИЛИ и др.
Доступны следующие основные элементы;
AND - логическое умножение;
OR - логическое сложение;
Знак Инверсии - формирование функций И-НЕ, ИЛИ-НЕ;
XOR - Исключающее ИЛИ;
GT - сравнение на большее значение;
LT - сравнение на меньшее значение;
MOD - вычисление остатка от деления и др.
Более подробный список инструкций приведен выше в сводных таблицах.
Для изучения синтаксиса языка создаем новый проект, выбираем язык
FBD и присваиваем программе имя Chernl_FBD.pro (рис. 12.36).
% CoDeSys - Chemi JBD.pro
Файл
Правка
Проект
Вставить
Дополнение
Окно
Онлайн
Справка
Начальное окно программирования содержит шаблон определения пере
менных и наборное поля программы с предустановленным курсором.
В командной строке программной среды предусмотрены следующие
иконки набора программы, показанные на рис. 12.37.
1
2
3
4
5
6
7
8
Рис. 12.37. Иконки набора программы на языке FBD
Назначение иконок:
1) вход;
2) выход;
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
3)
4)
5)
6)
7)
8)
239
логический элемент;
присвоение;
переход;
возврат;
инверсия;
ЗеІ/ЯезеС
Приведем несколько программ.
12.6.1. Программа 1. Таймер задержки переднего фронта
с логическим запуском
Постановка задачи:
Условие запуска:
Выдержка времени:
Выход:
IN = (Inl*In2)+In3
Зсек
Q = Outl
Процедура набора:
- отметить курсор и щелкнуть по иконке «Элемент».
В наборном поле появится шаблон с надписью AND.
Щелкнуть по наборному полю, первый элемент набран;
- отметить курсор и щелкнуть по иконке «Элемент».
В наборном поле вновь появится шаблон с надписью AND.
Переименовать надпись AND в OR и щелкнуть мышкой, второй эле
мент набран;
- снова щелкнуть по иконке «Элемент».
Переименовать надпись AND в TON и щелкнуть мышкой.
В наборном поле появится шаблон с черной надписью TON, это не
правильный шаблон таймера (рис. 12.38).
Рис. 12.38. Ошибочный набор таймера
Мы намеренно сделали такую ошибку, которая говорит о том, что в про
екте не установлены библиотеки. Для исправления ошибки необходимо сделать
следующие шаги:
• стереть набранный таймер;
240
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
• установить библиотеки Standard.lib и Util.lib;
• выполнить вновь процедуру установки таймера (рис. 12.39).
Рис. 12.39. Правильный набор таймера
- установить аббревиатуры и адреса входных сигналов вместо ???;
- присвоить пользовательское имя таймера;
- отметить курсор на выходе таймера и щелкнуть по иконке «Присвое
ние», на выходе таймера появятся знаки вопроса, вместо которых вве
сти аббревиатуру и адрес выходного сигнала.
Набор программы строки 0001 закончен. Заполнение окна определения
переменных происходит автоматически (рис. 12.40).
Рис. 12.40. Рабочая программа таймера TON на языке FBD
- запомнить и откомпилировать программу. Сделать исправления, если
обнаружены ошибки;
- проверить работу программы на симуляторе.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
241
12.6.2. Программа 2. Разветвленная логическая цепь
0ш2 = (Іп4 /= Іп5)*Іп6*(Іп7+Іп8).
Синтаксис языка не позволяет набрать в одной строке такую цепь, поэто
му принимается решение ввести вторую строку для выражения а1= Іп7+Іп8 и
связать их между собой перекрестной связью.
Последовательность проектирования:
- набираем шаблон первой строки Ои12 = (Іп4 /= Іп5)*Іп6;
- набираем шаблон второй строки аі = ОиіЗ = (Іп7 + Іп8), рис. 12.41;
Рис. 12.41. Предварительный набор разветвленной релейной цепи
- указываем аббревиатуры и адреса сигналов;
ОМІ
Ш4 AT 41X0 3: BOOL,
OOM
Ш5АТ4ІХ0 4 BOOL
OOM
Ш6 AT 41X0 5: BOOL.
OOH
Ш7 AT 41X0.6. BOOL.
0012
In8 AT 41X0 7: BOOL:
00«
a1 AT4MX0 0 BOOL.
0014
Out2 AT 40X01 BOOL.
Out3AT%QX0 2 BOOL.
0016
OOM END_VAR
Рис. 12.42. Рабочая программа разветвленной релейной цепи
- запомнить и откомпилировать программу. Сделать исправления, если
обнаружены ошибки;
- проверить работу программы на симуляторе.
242
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
12.6.3. Программа 3. Тактируемый Т-триггер
На рис. 12.43 приведены алгоритмы и циклограммы работы тактируемых
Т-триггеров с использованием инструкций ИТгіз / F_Trig и логической функ
ции Исключающее ИЛИ (ХОЛ).
Pulse 1
Ini
Выч. цикл
Scan
Оиіі
б)
Pulse 2
Іп2
Г
Scan
Выч. цикл
д
Ои12
Рис. 12.43. Примеры Т-триггеров:
а - запуск по переднему фронту, б - запуск по заднему фронту
Рабочая РЬС-программа с запуском по переднему фронту входного сиг
нала показана на рис. 12.44.
іп9АТ%ІХ0 8
Puis r_trig
8
BOOL.
Out4AT%QXÛ3 BOOL,
END_VAR
Рис. 12.44. Т-триггер на языке FBD
12.6.4. Процедурные вопросы
Расширение входов
- щелкнуть по иконке элемента;
- в открывшемся падающем меню активизировать команду «Вход».
Установка инверсии
- щелкнуть по иконке элемента;
243
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
- щелкнуть по иконке «Инверсия» командной строки.
Важно: При добавлении следующего элемента знак инверсии перехо
дит на его вход;
- для отмены инверсии необходимо ее отметить и вторично щелкнуть по
иконке «Инверсия».
999999999999-
Рис. 12.45. Расширение входов и добавление знака инверсии
Расширенный список инструкций языка РВО приведен выше в сводных
таблицах.
12.7. Программирование на языке ST (Structured Text)
Это текстовый язык, созданный на базе языков высокого уровня.
Для разработки программы необходимо открыть новый проект, выбрать
язык, подключить библиотеки и присвоить проекту имя.
Программирование на языке структурированного текста ST осуществля
ется в виде выражений, написанных с использованием инструкций языков вы
сокого уровня, например, IF...THEN...ELSE или WHILE...DO.
Вычисление выражений выполняется в соответствии с установленными
правилами приоритета, приведенными в табл. 12.3
Таблица 12.3
Приоритеты команд
Обозначение
Выполняемая операция
Приоритет
(Выражение)
Выражение в скобках
Наивысший
Имя функции
Вызов функции
ЕХРТ
Возведение в степень
*
Замена знаков
Умножение
/
Деление
MOD
Остаток от деления
+
Арифметическое сложение
-
Арифметическое вычитание
<. >. <=. >=
Функции сравнения
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
244
Окончание таблицы 12.3
Обозначение
Выполняемая операция
<>
Сравнение на неравенство
=
Сравнение на равенство
AND
Логическое И
XOR
Исключающее ИЛИ
OR
Логическое ИЛИ
Приоритет
Наименьший
В табл. 12.4 приведены примеры синтаксиса наиболее применяемых инструкций языка ST.
Таблица 12.4
Синтаксис языка ST
Инструкция
Присваивание :=
Синтаксис
А:=В;
CV :=CV+1;
С := SIN;
Varl: = Var2 * 10;
Вызов FB
А: = CMD_TMR.Q
RETURN (Возврат)
RETURN;
IF (Если)
THEN (Тогда)
ELSIF (Если Еще)
ELSE (Еще)
IF D: =B*B;
IF D<0.0 THEN
C: =A;
ELSIF D=0.0 THEN
C: =B;
ELSE
C: =D;
END IF;
CASE INTI OF
1: BOOL1: - TRUE;
2: BOOL2: = TRUE;
ELSE
BOOL1: = FALSE;
BOOL2
END CASE;
J:=101;
FORI:=1 TO 100 BY 2 DO
IF ARR [I] = 70 THEN
J: = I;
EXIT;
ENDJF;
END FOR;
J:=l;
WHILE J<= 100 AND ARR [J] о 70
DO
J: = J + 2;
END WHILE;
CASE (В случае)
FOR (Для)
WHILE (Пока)
Комментарий
Оператору Приемника
(слева) присваивается
значение Источника
245
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
Окончание таблицы 12.4
Инструкция
REPEART (Повтор)
EXIT (Выход)
Синтаксис
J: =-1;
REPEAT
J: = J+2;
UNTIL J= 101 OR ARR [J] = 70
END REPEAT;
EXIT;
5
Пустая инструкция
Комментарий
Доступны также стандартные функциональные инструкции, синтаксис
программирования которых приведен выше в своднных таблицах.
Ниже приведен алгоритм (рис. 12.46) и рабочая программа классического
счетного Т-триггера (рис. 12.46)
Тактируемый Т-триггер
Рис. 12.46. Алгоритм Т-триггера на языке 8Т
Дополнительную информацию по работе на языке 8Т можно посмотреть
в главе 4 (Интеллектуальное реле ПР200 фирмы Овен) первого тома книги.
Там же приведены примеры программирования функций, функциональ
ных блоков и макросов.
Если у разработчика программ электроавтоматики имеется опыт работы
на языках высокого уровня, таких как Бейсик, Паскаль или СИ, то особых за
труднений при программировании контроллеров на языке 8Т не возникнет. По
явятся новые возможности. Тем не менее, для большинства инженеров-
246
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
электриков, занимающихся программированием контроллеров, и тем для более
цеховых наладчиков, предпочтительней будет язык релейно-контактных цепей.
ROGRAM PLC_PRG
POP^VAR
0003
In1 AT%IX0 0 BOOL
(ХИМ
at BOOL.
0005
Out1 AT %QX0 0: BOOL;
OOM ENO_VAR
лай
Ж’
0001 IF ini AND NOT a1 THEN
0002
Out1 ;= NOT Out!
0003
a1 := TRUE;
0004 END_IF
000g IF NOT In1 THEN
al := FALSE;
0001ENDJF
0006
Рис. 12.47. Рабочая программа Т-триггера на языке ST
12.8. Программирование на языке SFC (Sequential Function Chart)
Это графический язык высокого уровня, построенный по принципу рабо
ты счетчиков последовательности, т. е. наподобие языков типа ОгаТзеІ или
Hifgaf.
Начальное окно программирования на языке 8РС показано на рис. 12.48,
используемые при этом иконки на рис. 12.49.
Ъ CoDeSys - Chern 1_SFC.pro
Файл
Правка
Проект
Вставить
Дополнения
Онлайн
Окно
Справка
ШЯ ЯЯдШШЯ А1ЯЯЯЯ І^~3 1ШШ£ІЯк1 £
Рис. 12.48. Начальное окно программирования на языке SFC
247
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
12345678
9
Рис. 12.49. Иконки программирования на языке SFC
Назначение иконок:
1) шаг - Переход (сверху);
2) шаг - Переход (снизу);
3) альтернативная ветвь (справа);
4) альтернативная ветвь (слева);
5) параллельная ветвь (справа);
6) параллельная ветвь (справа);
7) безусловный переход;
8) переход - Условный переход;
9) использовать МЭК шаги.
В классической литературе подобные структуры называют графами.
Язык SFC позволяет формировать как линейные, так и параллельные гра
фы с различными типами входимости и расходимости по логическим И и ИЛИ
(см. главу 1 первого тома книги).
Программа состоит из последовательности Шагов (Step), разделяемых пе
реходами (Trans). Первый шаг, называемый Init и первый переход TransO, авто
матически рисуются в наборном поле при открытии программы (см. рис. 12.48).
Следующий шаг, по умолчанию, называется Step2. При желании, название ша
гов и переходов можно переименовать.
Выполнение каждого последующего шага возможно только при условии
активного состояния предыдущего шага и наличия сигналов контроля о его за
вершении, т. е. формирования условий перехода (Trans).
Ниже приведен пример реализации линейного графа.
12.8.1. Пример 1. Возвратный цикл движущегося объекта
Последовательность работы цикла (рис. 12.50):
- выдача стартовой команды;
- проверка начальных условий;
- движение вправо на быстром ходу до датчика замедления;
- движение вправо на рабочей подаче до датчика реверса;
- движение влево на быстром ходу до исходной позиции.
Тип привода движения принципиальной роли не играет, это может быть:
- реверсивный регулируемый электропривод;
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
248
- асинхронный реверсивный нерегулируемый привод с изменением ве
личины скоростей за счет переключения электромагнитных муфт;
- гидравлический привод с управлением направлением перемещения и
скоростью при помощи электро-гидравлических золотников.
На механизме установлены следующие контактные датчики:
- контроль исходного положения;
- датчик замедления;
- датчик реверса.
I БшВДД І1ПЕРЙ
Рис. 12.50. Диаграмма формализации движений механизма
На рис. 12.51 приведена последовательная циклограмма работы механиз
ма, на которой показаны применяемые при программировании аббревиатуры
сигналов, номера шагов и переходов.
TransO
КпСус1е/Г~\
Kish
Trans3
* к
CYCLE i<
VPER
Kzam
Transi
і
ZAM
апв2
Krev
ИА7
Step2
Step3
CYCLE=1
VPER=1
ZAM=1
|^tep4
|"VPER=O
ZAM=0
NAZ=1
Рис. 12.51. Циклограмма работы механизма
I _Step5
I CYCLE=0
NAZ=0
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
249
Последовательность набора программы
1. Формирование условий перехода к первому Шагу программы:
- щелкнуть по имени перехода ТгапзО;
- в падающем меню активизировать команду «Действие-Переход»;
- в окне «Новый переход» выбрать язык 8Т и щелкнуть ОК (рис. 12.52).
Примечание: Формировать условия перехода, по желанию, можно и на
другом языке, например, ЬО;
Рис. 12.52. Формирование первого перехода TransO
- в окне Transition TransO (ST) набрать логическое уравнение условия
перехода, т. е. TransO=Kish AND KnCycle. где:
Kish - сигнал датчика исходного положения;
KnCycle - кнопка Цикл.
Рис. 12.53. Условие перехода TransO
- щелкнуть по главному окну набора программы и в окнах «Объявление
переменной» последовательно назначить адреса задействованных опе
рандов.
Адрес пользовательской переменной Kish -> %ІХ0.0 (рис. 12.54).
Адрес переменной KnCycle -> %IX0.1.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
250
Позиции Класс (VAR), Имя (Kish) и Тип (BOOL) переменных уста
навливаются автоматически.
При активизации кнопки ОК также автоматически заполняется поле
определения переменных в верхнем блоке программы (рис. 12.55).
Имя
Класс
Список
Тип
|B00L
3
[ѵАЯ
Нм значение
[______ _і і
Адрес
і [йййГ
Комментарий.
Г CONSTANT
Г RETAIN
Г PERSISTENT
Рис. 12.54. Задание адреса переменной Kish
Аналогично указать адрес стартовой кнопки.
Переход TransO - безадресный.
Рис. 12.55. Определение переменных перехода TransO
2. Формирование первого шага программы Step2:
- щелкнуть по перекрестью перехода TransO;
- в меню панели инструментов «Вставить» активизировать команду
«Шаг-переход (снизу)». На диаграмме появится шаблон шага Step2 и
перехода Transi (рис. 12.56);
- щелкнуть по шаблону Step2. в открывшемся меню активизировать ко
манду» «Добавить выходное действие» (рис. 12.57);
- в окне «Новое выходное действие» выбрать язык ST;
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
251
mit
Рис. 12.56. Добавление шага Step3 и перехода Transi
Шаг-переход (сверху)
Ctrl»!
Шаг-переход (снизу)
Ctr1*E
Альтернативная ветвь (справа)
СМ» А
.Альтернативная ветвь (слева)
Параллельная ветвь (справа)
Ctrl»L
Параллельная ветвь (слева)
бег^слсвный переход
СМ» 0
Переход-Бегу слоеный переход
Добавить входное действие
Добавить выходное действие
Рис. 12.57. Добавление Выходного действия шага Step2
Рис. 12.58. Выбор языка программирования шага Step2
252
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- щелкнуть по кнопке ОК. В открывшемся окне «Действие Step2-Entry
(ST)» набрать программу шага (рис. 12.59):
CYCLE := TRUE; - включить Цикл
VPER := TRUE; - включить движение Вперед
- в окне переменных задать рабочие адреса операндов. В процессе набо
ра они автоматически перепишутся в верхний блок определения пере
менных. Программа первого шага набрана.
Рис. 12.59. Набор программы шага Step2
Аналогично сформировать остальные шаги и переходы в соответствии с
последовательность работы механизма. Итоговое определение переменных
приведено на рис. 12.60, а рабочая программа с комментариями на рис. 12.61.
При разработке подобных программ очень трудно избежать синтаксиче
ских ошибок, где-то будет пропущен пробел, где-то пропущен знак равенства
или вместо двоеточия будет указана точка с запятой и т. д. и тому подобное.
Комментарии ошибок в окне сообщений, как правило, дают только об
щие, но не конкретные подсказки. Как показывает опыт, найти такие ошибки на
экране компьютера очень сложно. Поэтому не нужно торопиться и внимательно
набирать программу с контролем каждой строки.
Возможны варианты, когда синтаксических ошибок нет, но программа не
работает. Значит, перепутаны адреса, ошибки в разделе определения переменных.
На рис. 12.62 приведен процесс отладки программы в режиме Онлайн с
выводом всех окон подпрограмм набора шагов и переходов. Этот рисунок по
казывает, насколько сложен процесс отладки программы на языке SFC, даже
такой простой задачи. Спроектируйте более сложную программу и сами сде
лайте выводы.
253
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
OOOIILrOGRAM PLC_PRG
0002 VAR
TransO BOOL;
Kish АТЧІХ0 0 BOOL.
0005
KnCyde AT%IXO 1 BOOL;
CYCLE AT%MX0 0: BOOL.
VPER AT %QX0 0 BOOL.
Trans 1; BOOL;
Kzam
0010
ООН
0012
0013
at %ixo 2:
ZAM AT %QX0 1
BOOL.
BOOL
Trans2 BOOL.
Krev AT %IX0 3 BOOL
NAZAT%QX0 2 BOOL.
Trans 3; BOOL;
Trans4 BOOL;
001*END_VAR
1
ллп
Рис. 12.60. Итоговое определение переменных
Графическое отображение
Текст переходов и шагов (ST)
^tC.PRG^-SFO
nit
■ч -TransO
Step2
5 -Trans 1
steps
ч-Trans2
Stepi
i -Trans?
Step5
TransO = Kish AND KnCyclc
Stcp2:
CYCLE := TRUE;
VPER := TRUE;
Transl=VPER AND Kzam
Stcp3:
ZAM := TRUE;
Trans22=ZAM AND Krcv
Stcp4:
VPER := FALSE;
ZAM := FALSE;
NAZ := TRUE;
Trans3=NAZ AND Kish
Stcp5;
NAZ := FALSE;
CYCLE := FALSE;
1 -Trans4
Trans4=N0T CYKLE AND Kish
inn
Рис. 12.61. Рабочая программа с комментариями
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 12.62. Отладка программы в режиме Онлайн
254
255
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
12.9. Программирование на языке CFC (Continuous Function Chart)
Это вариант графического языка функциональных схем, позволяющий
программировать в одной строке несколько автономных логических цепей.
Используемые при программировании иконки приведены на рис. 12.63.
^1«Н-^^
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
И
12
13
14
15
16
Рис. 12.63. Иконки программирования на языке CFC
Назначение иконок:
1) дискретный вход;
2) дискретный выход;
3) элемент;
4) переход;
5) метка;
6) возврат;
7) комментарий;
8) инверсия;
9) Set / Reset;
10) EN/ENO;
11) создать Макрос;
12) вход Макроса;
13) выход Макроса;
14) переход на верхний уровень;
15) возврат на предыдущий уровень;
16) показать содержимое Макроса.
Создание начального окна проекта, конфигурация, загрузка библиотек
осуществляется аналогично рассмотренным ранее языкам и здесь не рассмат
ривается.
Процедура набора программ осуществляется путем перетаскивания соот
ветствующих иконок в наборное поле. Присвоение аббревиатур и адресов так
же аналогично.
Отличительными особенностями языка являются:
- возможность набора в общем рабочем поле любых законченных ло
кальных функциональных схем;
- размещение локальных схем в любом месте наборного поля;
- отображение входов и выходов логических элементов в виде прямо
угольников;
256
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- гибкая возможность «проводного» соединения логических элементов
между собой;
- допустимость перекрестных соединений между элементами;
- автоматическое отображение очередности сканирования (цифры в
окружности);
- легкое перетаскивание элементов по наборному полю, т. е. возмож
ность рисования «красивых» и понятных схем.
Пример набора программы на языке CFC приведен на рис. 12.63, а про
цесс его отладки на симуляторе в режиме Онлайн на рис. 12.64.
PROGRAM PLC PRG
Ivar
ln1 AT%IX0 0 BOOL
In2 AT%!X0 1 BOOL.
ln3AT%lX0 2 BOOL
ln4AT%IX0 3 BOOL
і12ш|
Out1 AT%QX0 0 BOOL.
Out2AT%QX01 BOOL
Out3AT%QX0 2 BOOL.
;œ ENO.VAR
Рис. 12.64. Пример программ на языке CFC
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В СООЕ5У5 ВЕРСИИ Ѵ2.3
257
Ш1 (4ІХ0 0) Ш2 (ЧІХО1)
ІПЗ (41X0 2)
№4 (41X0 3) =
ОиИ (40X0 0)
Ои12 (40X01)
ОШЗ (40X0 2)
Рис. 12.65. Отладка программы на симуляторе
12.10. Проектирование виртуальной панели оператора
(режим Визуализации)
12.10.1. Подготовительные операции
Режим визуализации позволяет создавать на экране компьютера вирту
альные окна управления автоматизируемым механизмом, что очень удобно при
проверке РЬС-программ в режиме Онлайн.
В данном разделе приводится пример проектирования РЬС-программы и
панели управления реверсивным нерегулируемым асинхронным приводом.
За основу принята аппаратная схема управления, показанная на рис. 12.66.
Схема управления рис. 12.66 обеспечивает:
- прямой пуск и останов двигателя в обоих направлениях;
- реверс вращения как через останов, так и на ходу;
- тепловую, максимальную и нулевую защиту двигателя.
Она будет служить прототипом при реализации алгоритма управления на
программируемом контроллере в среде СоОеЗув.
258
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Вперед
Назад
Рис. 12.66. Аппаратная схема управления реверсивным нерегулируемым АД
На рис. 12.67 приведена принципиальная схема управления приводом при
реализации на PLC. Она включает:
- силовую часть (а);
- схему подключения контроллера (б);
- аппаратную схему управления (в);
- кнопки управления виртуальной панели оператора.
Рис. 12.67. Принципиальная схема управления реверсивным нерегулируемым АД
от программируемого контроллера и виртуальной панели оператора
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
259
Предусмотрено:
- независимое параллельное управление, как от аппаратных кнопок,
подключенных к контроллеру, так и от кнопок панели;
- максимальная и тепловая защита непосредственно в цепи управления;
- нулевая защита привода при помощи реле К1, отключающая внутрен
ние памяти управления в контроллере при срабатывании защиты;
- невозможность одновременного включения силовых пускателей;
- контроль обрыва провода в цепи кнопки Стоп (инверсное включение
на входе контроллера).
РЕС-программа управления АД на языке релейно-контактных символов
ЬО приведена на рис. 12.68.
Рис. 12.68. PLC-программа управления реверсивным АД
Адреса аппаратных и виртуальных кнопок на панели включения двигате
ля по (КпѴрег) и против (KnNaz) часовой стрелки одинаковы. Изображать их
параллельное соединение на алгоритме необязательно.
Кнопки останова включены последовательно и имеют разные адреса. Это
связано с тем, что программная кнопка KnST_Screen имеет прямое действие, а
аппаратная кнопка KnSt на входе контроллера включена инверсно.
Аппаратный вход защиты Alarm (Реле К1) также подключен инверсно,
поэтому на алгоритме показан открытым контактом.
260
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
12.10.2. Последовательность разработки виртуальной панели управления
1. Открыть на компьютере разработанную РЬС-программу.
2. Открыть окно «Визуализация», для чего использовать иконку, нахо
дящуюся в левом нижнем углу проекта (рис. 12.69).
12
3
4
Рис. 12.69. Иконки управления окнами
Назначение иконок:
1) POU;
2) Tools;
3) визуализация;
4) ресурс.
3. Щелкнуть по пустому полю окна «Визуализация» и активизировать
команду «Добавить объект» (рис. 12.70).
Файл Правка
Проект Вставить Дополнения
W 8 МИНИ » мм
Добавить объектПереименовать обьекі...
Редактировать объект
Копировать объект
Удалить объект
Конвертировать объект...
ТОООЮЬ)еИ ехрогііегеп...
Свойства объекта-
База данных проекта
Добавить действие
Новая папка
Раскрыть узел
Свернуть узел
Просмотр экземпляра..
Просмотр дерева вызовое
Сохранить как шаблон...
Исключить из компиляции
Рис. 12.70. Добавление объекта
261
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В СООЕ5У5 ВЕРСИИ Ѵ2.3
4. В открывшемся окне «Новая визуализация» задать имя окна, напри
мер, БсгеепАЭ и дать подтверждение ОК (рис. 12.71).
Рис. 12.71. Окно задания имени проекта визуализации
Появится наборное поле виртуальной панели (рис. 12.72).
=" а
В 5сгееп_АО
я
Рис. 12.72. Наборное поле панели
Можно приступать к проектированию органов управления. При этом ис
пользуются иконки, приведенные на рис. 12.73.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
13
14
Рис. 12.73. Иконки проектирования панели
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
прямоугольник;
скругл. прямоугольник;
эллипс;
полигон;
ломаная линия;
кривая;
сектор;
растровый рисунок;
15
16
17
18
19
262
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
9) визуализация;
10) кнопка;
11) WMF-файл;
12) таблица;
13) тренд;
14) таблица тревог;
15) элемент ActiveX;
16) ползунок;
17) индикатор;
18) столб, указатель;
19) гистограмма;
12.10.3. Проектирование кнопок управления
1. Щелкнуть по иконке 10 - кнопка.
2. Щелкнуть по иконке «Режим выбора» и перетащить шаблон кнопки
на наборное поле.
3. Дважды щелкнуть по шаблону иконки, при этом появится окно «Кон
фигурирование элемента (#0), рис. 12.74.
Конфигурирование элемента (*
Категория:
энязяяжня
Текст
Вид текста
Переменные цвета
Переменные
Ввод
Текст подсказки
Безопасность
Программируемость
Рисунок
Г
Переменная
Отмене
Рамка —
(• Произвольно
С Пропорционально
’ С Не изменять
Цвет
Г"
I
Тревожный цвет
No frame around bitmap
[связь с файлом
Рис. 12.74. Окно «Конфигурирование элемента»
4.
5.
Выбрать категорию «Текст», где
задать текст надписи на кнопке, например, Ѵрегеб;
шрифт и размер.
нажать ОК.
Выбрать категорию «Растровый рисунок» и задать цвет кнопки.
263
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
6. Выбрать категорию «Ввод», где
- отметить галочкой тип кнопки, в проекте «Переменная кнопка»;
- в окне справа от установленной отметки поставить курсор;
- щелкнуть по кнопке Р2 компьютера.
7. В открывшемся окне «Ассистент ввода» (рис. 12.75) задать адрес
кнопки, здесь КпѴр и щелкнуть ОК. Адрес кнопки перепишется в окно «Кон
фигурирование элемента» (рис. 12.76).
Ассистент ввода
Spьраженил просмотра
Ш
Й-g) И-C.PRG |PRG|
Отмена
0 Alarm (BOOL)
k >KnNaz(BOOL)
I
0 KnS< (BOOL)
I
f KnSt_Scieen (BOOL)
гаее*гч*жшамее
[КпѴр
(BOOL)
I- - I Naz (BOOL)
L ^VpefpOOL)
Рис. 12.75. Выбор адреса кнопки
і категория
j
і
Рас»роѳый рисунок
Текст
Вид текста
Переменные цвета
Ввод
П Пер-я переключения
j
р" Переменная-Кнопка
|Hc_PRGKnVp|
Г* Нажатие fALSE
! (Текст подо а эк и
I Безопасность
j Программируемость
Г" Переход в виз
Г* Выл программы
Г~ Ввод в переменную 'Выв.текста'
|Текст
МиГ
Г” Оры %-’'>'ри Мак
Заглавие панели
[
Рис. 12.76. Завершение конфигурации кнопки
8. В категории «Ввод» щелкнуть клавишу ОК. Проектирование кнопки
завершено (рис. 12.77).
Рис. 12.77. Спроектированная кнопка команды Вперед
264
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
9. Проверить работу кнопки в режиме симулятора. Убедившись в пра
вильности выполненной работы, можно по аналогии спроектировать другие ор
ганы управления.
12.10.4. Проектирование индикации включенного состояния привода
1. Щелкнуть по иконке 3 - эллипс.
2. Щелкнуть по иконке «Режим выбора» и перетащить шаблон эллипса
на наборное поле.
3. Дважды щелкнуть по шаблону иконки, при этом появится окно «Кон
фигурирование элемента (#1), рис. 12.78.
Конфигурирование зі
Категория:
Форма
Текст
Вид текста
Ширина линии
Цвета
Переменные цвета
Положение
Деформация
Переменные
Ввод
Текст подсказки
Безопасность
Программируемость
Прямоугольник
Скругл прямоугольник
а
Эллипс
Пиния
Рис. 12.78. Окно конфигурирования элемента индикации
4. Выбрать категорию «Цвета» и последовательно установить цвет
иконки в исходном и включенном состоянии:
Цвет / Заливка - желтый (ОК) и
Трев. Цвет / Заливка - зеленый (ОК).
Рис. 12.79. Выбор цветов индикатора
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В СООЕ5У5 ВЕРСИИ Ѵ2.3
265
5.
-
Выбрать категорию «Переменные»
в строке «Изм. цвета» сделать отметку мышкой;
на жать на компьютере клавишу Р2;
в открывшемся окне «Ассистент ввода» выдрать адрес активизации
индикатора. В данном случае - выход Ѵрег (см. рис. 12.75) и щелкнуть
по клавише ОК. Адрес индикатора перепишется в окно «Конфигури
рование элемента» (рис. 12.80);
- щелкнуть по клавише ОК. Проектирование индикатора завершено.
Рис. 12.80. Завершение проектирования индикатора
6. Проверить на симуляторе правильность выполненной работы и по
аналогии спроектировать индикатор направления Назад.
Окончательный проект в исходном режиме и режиме симулятора показан,
соответственно, нарис. 12.81 ирис. 12.82.
Рис. 12.81. Проект управления АД
266
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 12.82. Проект управления АД в режиме Онлайн
12.11. Приложение. Подключение контроллеров
При работе в среде СоВеЗув с реальным контроллером необходимо без
ошибок выполнить его аппаратное подключение и разобраться с его конфигу
рацией.
Фирма Овен выпускает большую гамму программируемых контроллеров
различной конфигурации и назначения. Каждый конкретный тип контроллера
может иметь несколько модификаций и всегда нужно обращаться к сопроводи
тельной технической документации.
Рассмотрим пример подключения контроллера типа ПЛК110.
Расшифровка заводского обозначения:
ПЛКПОХ.Х.Х.Х
! ! ! ! !____ лицензионное ограничение (Ь, М)
! ! ! !тип выходов: Р-релейный
! ! !
К - транзисторный
! ! !общее число входов / выходов (30, 32, 60)
! !напряжение питания (220АС, 24ВС)
!тип контроллера
Общий вид контроллера показан на рис. 12.83.
Контроллер ПЛК110 предназначен для автоматизации различного техно
логического оборудования создания систем автоматизированного управления
технологическим оборудованием в энергетике, на транспорте, сельском хозяй
стве, а также в различных областях промышленности.
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В СООЕ5У5 ВЕРСИИ Ѵ2.3
267
Рис. 12.83. Общий вид контроллера ПЛК110
Заводские схемы подключения контроллера на 60 входов и выходов пока
заны на рис. 12.84 и рис. 12.85.
■220 В
іиаиииииі
ПЛК110-60.Р
^даррріФФфШрІІОетрЖ
"^И л л л тт МП МП МП МП
Рис. 12.84. Клеммы подключения контроллера ПЛК110-60.Р
с релейными выходами
220 В
24 8
Ййжй^^іоіг^кш^^
ПЛК110-60.К
Рис. 12.85. Клеммы подключения контроллера ПЛК110-60.Р
с транзисторными выходами
268
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Принципиальная схема подключения контроллера с транзисторными вы
ходами приведена на рис. 12.86. Контроллер имеет 32 входа и 24 выхода.
Напряжение питания дискретных входов = 24 В.
Полярность подключения входов может быть любая.
Полярность и величина питающего напряжения выходов зависят от типа
модификации контроллера. Транзисторные выходы питаются напряжением
= 24 В с фиксированной полярностью. Напряжение и полярность питания ре
лейных выходов может быть различная.
Особое внимание следует обратить на подключение аналоговых, а также
быстрых входов и выходов. Ошибок при подключении не должно быть.
Рис. 12.86. Принципиальная схема подключения дискретных входов и выходов
В комплекте с контроллером поставляется диск с программным обеспе
чением CoDeSys и Target-файлом, содержащим информацию о ресурсах кон
троллера, количестве входов и выходов, интерфейсах и др. В них можно найти
информацию о аппаратной адресации входов и выходов контроллера, которая
может заметно отличаться от принятой в данной главе при установке в конфи
гураторе записи «None».
269
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3
При конфигурации аппаратной части применяется две системы адреса
ции:
Плоская модель определения МЭК адресов, без указания иерархии мо
дулей.
Например:
%QB0, %IB26, %MW4.
Иерархическая модель определения МЭК адресов, при которой адрес
определяется путем указания модуля, подмодуля и номера канала.
Например:
%QW2.4.6 : карта CAN bus в VME Slot 2, CAN-модуль Id 4 и канал 6.
%QX2.4.6.10 : 10й бит этого канала.
Для иллюстрации сказанного, приведем фрагмент реальной конфигура
ции (рис. 12.87). Видно, что первый вход аппаратного контроллера имеет адрес
%ІХ0.0.0 : BOOL;
Если при проектировании, в окне конфигуратора вместо «None» указать
тип контроллера ПЛК110, то система потребует именно такой тип адреса. Ад
рес %ІХ0.0 : BOOL; покажет ошибку адресации.
1
Э PLC100K
В Discrete input 8 bit(FIXJ
ф AT %IB0.0: BYTE; Г 8 discrete inputs *) [CHA
■
Й- TngerfVARl
AT %K0 0.0: BOOL; C Tnger output *) [C
ф
Discrete output 2 bitJFIX]
Ѳ
Discrete output 2 blt(FIX)
I— AT %OX2 0 BOOL, C First *) (CHANNEL (Q)]
- AT %QX2 1 BOOL, Г Second *) [CHANNEL (•
ЁГ iPulse wide modulator|VAR|
t—AT %QW2 0 0 WORD. Г Value *) [CHAt
В
Ф
Discrete output 2 bltJFIXJ
Discrete output 2 bitJFIX]
0
Discrete output 2 bitJFIXl
ФDiscrete output 2 bitJFIX]
Ф... Special output(FIX|
Рис. 12.87. Пример конфигурации контроллера ПЛКИО.К
В заключение сделаем некоторые выводы:
- в главе рассмотрены только начальные сведения о возможностях сре
ды программирования CoDeSys, причем только для упрощенной вер
сии 2.3;
- приведены конкретные рабочие программы на всех доступных языках,
которые дадут уверенность при освоении более «крутых» версий,
270
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
например, Ѵ3.5. Авторы в этом уверены, так как проверили это на соб
ственном опыте;
- за кадром остались программирование функций, макросов, функцио
нальных блоков, процедурные вопросы организации связи и др. Но до
рогу осилит идущий, нужно только начать и все получится;
- анализируя программирование на различных языках, делаем следую
щий вывод: самый простой, наглядный и легкий в отладке, это язык
ЬВ-язык релейно-контактных схем. На нем можно быстро решить,
практически, любые задачи локальной автоматизации. В более слож
ных случаях следует применять язык 8Т. Однако, безусловно, необхо
димо знать основы программирования на всех языках, чтобы уметь чи
тать и отлаживать такие программы, написанные другими специали
стами. Желаем успехов!
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
13.1. Введение в проблему
Электрооборудование современных промышленных механизмов, в том
числе и станкостроительных отраслей, включает целый комплекс различных
систем: электроприводы подачи, главного двигателя и вспомогательных меха
низмов; силовое электрооборудование; различного рода датчики, измеритель
ные и регистрирующие устройства; устройства программного управления и
цифровой индикации, как правило, выполненные на базе микро-ЭВМ; перифе
рийное оборудование вводом и выводом информации; и наконец, устройства
электроавтоматики, осуществляющие управление и координацию работы меха
низмов.
Устройства электроавтоматики на основе информации, заданной управ
ляющим устройством более высокого уровня или оператором, и информации о
фактическом состоянии механизма, получаемой от датчиков, формируют
управляющие воздействия на исполнительные элементы - электроприводы,
электромагнитные муфты, электромагниты управления гидравлическими зо
лотниками и т. д.
Входные и выходные сигналы и сами электроавтоматические устройства мо
гут быть двух видов: аналоговые (непрерывные) и дискретные.
В настоящей главе рассматриваются дискретные электроавтоматические
устройства, наиболее широко применяемые в промышленности.
Для успешного синтеза дискретных устройств электроавтоматики необ
ходимо решить следующие основные задачи:
1. Определить способ графической формализации условий работы про
мышленного механизма или какой-либо типовой схемы вычислительной техни
ки. Критериями выбора являются простата и наглядность отображения реаль
ных процессов, удобство математического анализа. Применяют диаграммы
Венна (рис. 13.1) и Вейча, карты Карно, таблицы состояний, графы автоматов
Милли и Мура, диаграммы и циклограммы работы, классические структурные
алгоритмы и др.
2. Выбрать математический аппарат, позволяющий описать принятые
способы графической формализации условий работы. Обычно это алгебра ло
гики и теория дискретных автоматов.
3. Выбрать элементную базу и способ реализации. Применяют жесткие и
гибкие структуры реализации электроавтоматики. Жесткие структуры выпол
няются в релейно-контактном или бесконтактном варианте, гибкие структуры -
272
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
на программируемых логических матрицах (ПЛМ), программируемых логиче
ских контроллерах (ПЛК), фоновых контроллерах встроенных в устройство
ЧПУ, на базе персональных компьютеров (ПК).
4. Выбрать метод минимизации и приведения полученных логических
уравнений, описывающих работу синтезируемого устройства, к принятой эле
ментной базе. Здесь применяют законы алгебры логики, методы матриц Карно,
Квайна, Мак-Клакси, теорию дискретных автоматов и др.
Выбор метода формализации и синтеза, как правило, субъективен, во
многом зависит от первоначальных привязанностей конструктора, традиций и
школы коллектива, в котором он работает, и других факторов.
Многолетний опыт авторов и анализ технической литературы позволяет
сделать следующие выводы. Диаграммы Венна носят чисто иллюстративный
теоретический характер познаний первых шагов в мире логической алгебры;
метод матриц (или карт) Карно практически неприемлем при числе логических
переменных более пяти, дальнейшее его совершенствование - методы Квайна и
Мак-Клакси также приемлемы лишь при ограниченном числе логических пере
менных, что однозначно признается в публикациях по данной тематике. Заме
тим, что реальные промышленные механизмы имеют десятки и сотни логиче
ских переменных (входных и выходных сигналов).
Во многих случаях (синтез шифраторов, дешифраторов, преобразовате
лей кодов, сумматоров и т. д.) очень удобны таблицы состояний из-за простоты
и наглядности.
Теория дискретных автоматов позволяет решить любую задачу, однако
она очень сложна и трудоемка, требует высоких и постоянных профессиональ
ных навыков и в практической инженерной деятельности конструкторских бю
ро промышленных предприятий также малопригодна.
Наиболее доступный математический аппарат - это теория алгебры логики.
Весьма наглядны диаграммы работы, также представленные на рис. 13.1,
однако, они малопригодны для непосредственного синтеза.
При использовании гибких методов реализации электроавтоматики с ис
пользованием языков программирования, допускающих структурирование,
весьма эффективно применение стандартных классических алгоритмов.
Наиболее полно требованиям простоты и наглядности, возможности
непосредственного использования математического аппарата алгебры логики
отвечают циклограммы, и в наибольшей степени в начертании, используемом
при описании работы средств микропроцессорной техники. Видно, что подоб
ная циклограмма представляет собой развернутую во времени картину работы
механизма, четко определяет время действия любого входного, промежуточно
го или выходного сигнала, при этом учитываются фронты сигналов, временные
задержки, любые начальные условия и блокировки и т. д. Данный способ
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
273
графической формализации в сочетании с использованием аппарата алгебры
логики хорошо зарекомендовал себе на практике, позволил за короткое время
подготовить большое число высококвалифицированных специалистов в обла
сти станочной дискретной электроавтоматики.
диаграммы
нарта
Парно
Венна
ДЦАГМППА
ВЕЙЧА
ТАБЛИЦА СОСТОЯНИЙ
©х-ф^л)
Автомат МиЛЛИ
Цн|0>_
Ими .
<л__
4
Диаграмма
Автомат МУРА
' Н₽и
работы
Циклограмма
Рис. 13.1. Способы графической формализации работы электроавтоматики
Рис. 13.2. Основные этапы процесса проектирования электроавтоматики
274
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
вдХхлХскэ
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
275
Что касается способов реализации электроавтоматических устройств, то
безусловное предпочтение следует отдать применению гибких перепрограмми
руемых структур, в большей части выполняемых на ПЛК. Гибкие структуры
позволяют осуществлять оперативную настройку системы управления на раз
ные условия работы.
На рис. 13.2 показаны основные этапы процесса проектирования электро
автоматики при использовании жесткой и гибкой структуры. Видно, что при
применении ПЛК, по сравнению с использованием жестких структур, исключа
ется большой объем работ, связанных с выбором и специфицированием элек
трических аппаратов используемой элементной базы, разработкой конструкций
блоков, размещением и крепежом аппаратуры в электрошкафе, составлением
сложных монтажных схем, так как большая часть этой рутинной работы заме
няется составлением алгоритмов и программированием.
Работы, связанные с программированием, могут выполняться параллель
но и независимо от процесса изготовления электрооборудования в производ
стве, что сокращает срок его внедрения и является одним из важнейших пре
имуществ ПЛК. Из этого не следует, что разработка конструкций, составление
спецификаций и вычерчивание монтажных схем исключается полностью. Эти
работы выполняют, их объем и сложность сводятся к минимуму. Кроме того,
применение ПЛК обеспечивает большие функциональные и диагностические
возможности, более высокие показатели надежности, сокращения сроков про
ектирования.
Итак, ПЛК дают возможность создавать высокоэффективные устройства
управления промышленными механизмами с малыми затратами на проектиро
вание, отладку и эксплуатацию.
В заключение вводной части скажем, что метод синтеза электроавтомати
ческих устройств на основе циклограмм и математического аппарата алгебры
логики полностью пригоден при использовании в качестве элементной базы
программируемых логических контроллеров.
13.2. Краткие сведения из теории алгебры логики
Логическое дискетное управляющее устройство с промышленным меха
низмом можно представить в виде условного прямоугольника (рис. 13.3) с п
входными и т выходными сигналами.
Входные сигналы %ь Х2...Хп - это сигналы, поступающие от кнопок
управления, различного рода переключателей, контактных и бесконтактных пу
тевых датчиков, датчиков температуры, давления и т. д.
276
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Выходные сигналы Уь У2...Ут - это сигналы, управляющие исполнитель
ными устройствами, т. е. электродвигателями, электромагнитами, электромаг
нитными муфтами.
д
Х2 „ Логическое
ХЗ * дискретное
УЗ.
Х4
* устройство
управления
а)
Рис. 13.3. Дискретное устройство комбинационного (а)
и последовательностного (о) типа
Тип функциональной зависимости между выходными и входными сигна
лами определяет дискретные устройства управления:
Комбинационные устройства, в которых значение выходных сигналов
Уі, У2...Ут определяется конкретными значениями входных сигналов Х\, Х2...Хп
в рассматриваемый момент времени и не зависит от их состояния в предыду
щие моменты времени и от последовательности появления в процессе работы.
К данному классу устройств, или логических схем относятся: шифраторы, де
шифраторы, преобразователи кодов, схемы сравнения, сумматоры и т. д.
Последовательностные устройства, в которых значения выходных сиг
налов определяется не только состоянием входных сигналов на рассматривае
мый момент времени, но и их состоянием на более ранние моменты времени.
Для запоминания предыдущих состояний последовательностные устройства
содержат элементы памяти.
Практически все схемы управления реальных промышленных механиз
мов являются последовательностными [1,2, 11-15].
Для формального описания комбинационных логических схем применя
ют аппарат алгебры логики. При определенных допущениях процедуры синтеза
комбинационных схем пригодны и для синтеза последовательностных схем,
поэтому знания основ алгебры логики исключительно важны.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
277
Аппарат алгебры логики оперирует логическими переменными, кото
рые могут принимать только два значения: 0 (нуль) или 1 (единица). Примени
тельно к дискретным схемам управления электроавтоматики значение 1 соот
ветствует выдаче командного сигнала, наличию сигнала от датчиков контроля,
замкнутому состоянию контакта реле, включенному состоянию усилителя, вы
сокому уровню потенциального сигнала промежуточного логического элемента
вне зависимости от полярности питания и т. д. Значение 0 соответствует отсут
ствию перечисленных сигналов, разомкнутому состоянию контакта реле, низ
кому (нулевому) уровню потенциального сигнала логических элементов схемы.
Логической функцией называют зависимость выходных логических пе
ременных от входных. Логическая функция также может принимать только два
значения: 0 или 1. При формальном рассмотрении законов алгебры логики ло
гические переменные и функции обычно обозначают буквами латинского алфа
вита, например:
Аь Х2.. .Х„ - входные логические переменные;
У), ¥2...Ут~ выходные логические переменные;
Д,/2...Д - логические функции.
Функционирование комбинационной логической схемы в этом случае од
нозначно описывается семейством логических функций
Г^Жь^-.-ХАгде /=1,2...т.
Важнейшей задачей синтеза электроавтоматики является получение этих
функций в виде, удобном для анализа, минимизации и практической реализа
ции принципиальных схем. По этой причине при синтезе реальных схем всем
логическим переменным вместо обезличенных букв следует присваивать легко
читаемые условные обозначения (аббревиатуры), например: КнП - кнопка
«Пуск», ОТЖ - операция отжима, Котж - контроль отжатого состояния и т. д.
Логические функции в зависимости от числа входных переменных и ло
гики работы устройства могут быть функциями одной, двух или многих пере
менных. Реальная схема электроавтоматики всегда является функциями многих
переменных, однако, используя принцип суперпозиции, она может быть описа
на при помощи элементарных логических функций одной или двух перемен
ных. Рассмотрим более подробно эти функции.
Логические функции одной переменной ДА) представлены в табл. 13.1.
Так как входная логическая переменная X может принимать только два значе
ния 0 или 1, то существует четыре элементарные логические функции одной
переменной.
Из анализа табл. 13.1 можно сделать следующие выводы: логическое
умножение любого значения функции на его инверсное состояние всегда равно
278
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
нулю (Х-Х = 0), а логическое сложение любого значения функции с его ин
версным состоянием всегда равно единице (X + X = 1
Таблица 13.1
Логические функции одной переменной Г(Х)
Название
функции
Таблица
состояний
0
1
Логическое
уравнение
Описание выходного значения
логической функции
всегда равно нулю, каким бы не было
значение входной логической
переменной
Нулевая
/і
0
0
Л=о=хх
Единичная
/2
1
1
/2=1 = Х+Х
всегда равно единице
/з=^
повторяет значения входной
логической переменной
Повторение
/з
0
1
Инверсия (НЕ)
/4
1
0
/4=^
инверсно значению входной
логической переменной
Примечание:
- знак логической инверсии;
• знак логического умножения;
+ знак логического сложения.
Логические функции двух переменных ДХЬ Х2) представлены
в табл. 13.2. Так как каждая входная логическая переменная X и Х2 может при
нимать два значения, то возможны 16 различных логических функций двух пе
ременных. Таблица 13.2 может служить первым шагом к освоению инженерно
го метода синтеза логических схем управления, основанного на формализации
работы механизмов при помощи циклограмм.
Описание логических функций 1-6 (нулевая, единичная, повторения X и
Х2, инверсии Хі и Х2) аналогичны функциям одной переменной логической пе
ременной.
Функцию И (7) называют функцией логического И, логического
умножения, конъюнкцией и обозначают символами *, л , п , &. Запись
/7 = X] * Х2 означает, что логическая функция /7 принимает значение 1 только
тогда, когда значение логической 1 одновременно принимают входные логиче
ские переменные Хі иХ2. Это легко проследить по циклограмме 7 табл. 13.2.
Функцию И-НЕ (8) называют инверсией логического произведения или
штрихом Шеффера. Запись /8 = Х,Х2 означает, что логическая функция /8
принимает значение 1 во всех случаях, кроме состояния, когда обе логические
переменныеХі иХ2 равны единице (табл. 13.2, циклограмма 8).
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
279
Таблица 13.2
Логические функции двух переменных
№
Функция
Входные
сигналы
Циклограмма
Логическое
урабнение
Хі /
Х2
/1=0 =Хі-ХІ
1
Нулебая
2
Единичная
3
Повторение XI
4
Инберсия Х1
f4=)(І
5
Повторение Х2
f5=X2
6
Инберсия Х2
д_
f 2=1 =Х1+Хі
fЗ=X1
__
f6=X2
у------------
7
И
8
И-НЕ
9
Запрет Х2
10
Запрет Х1
11
ИЛИ
12
ИЛИ - НЕ
f12=X1+X2
13
Импликация XI
f13=X1+X2
14
Импликация Х2
15
Равнозначность
16
Неравнозначность
f7=X1•X2
f8=X1•X2
f9=X1•X2
__ і
f10=XÏ•X2
__ і
X
\
Л1=Х1+Х2
\X
f 14=ХІ+Х2
Г-3
__ 5
f15=X1•X2+XÏ•X2
f16=X1•X2+XІ•X2
Функция /9 = ^ • X 2 (запрет Х2) принимает значение 1, если значение Х}
равно 1 и значение Х2 равно 0 (знак инверсии над Х2) (табл. 13.2, циклограм
ма 9).
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
280
Функция /10 = А] • І2 (запрет А) принимает значение 1, если А] = 0 (знак
инверсии над А) и А2= 1 (табл. 13.2, циклограмма 10).
Функцию ИЛИ (11) называют функцией логического ИЛИ, логическо
го сложения, дизъюнкцией и обозначают символами +, ѵ , и ,1.
Запись/1 = А + А2 означает, что функция/1=1, если А = 1 или А2 = 1.
Функцию ИЛИ-НЕ (12) называют инверсией логической суммы или
стрелкой Пирса. Запись /і2 = А, +/2 означает, что логическая функция /г
принимает значение 1, если обе логические переменные А", и А2 имеют значение
нуля (табл. 13.2, циклограмма 12).
Функция /3 = А + А2 (импликация А) принимает значение 1, если А = 1
или А2 = 0. Аналогично, функция ^4 = / +/2 (импликация А2) принимает зна
чение 1, если А = 0 или А2 = 1.
Функцию равнозначность (15) называют также функцией эквивалент
ности
и
обозначают
символом
«=»
(тождество).
Запись
/5 = (А] ■ І2 +А[-Х2) = (А, = А2) означает, что функция /5 принимает значе
ние 1 при равенстве значений входных логических переменных А и А2, т. е. ко
гда обе они равны единице или нулю.
Функцию неравнозначность (16) называют также функцией неэквива
лентности, исключающим ИЛИ, сложением по модулю 2 и обозначают сим
волом «Ф» и «^».
Запись/6 = (А • А2 + А[ • А2) = (А] Ф А2) = (А( * А2) означает, что функ
ция /6 принимает значение 1 при неравенстве значений входных логических
переменных А, и А2, т. е. если А = 1, А2 = 0 или Аі = 0, А2 = 1.
Следует подчеркнуть, что функции равнозначность и неравнозначность в
силу своего определения взаимоинверсны, т. е.
(А, = А2) = (А^А2) и (А, * А2) = (А^А).
13.3. Основные законы алгебры логики
Как уже отмечалось, логическая переменная может принимать только од
но из двух возможных значений:
А= 0, если А ^ 1, или А = 1, если А^ 0.
Таким образом, значения переменных 1 и 0 взаимно инверсны:
1 = о и 0 = Т.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
281
Принимается также, что:
0-0 = 0;
0-1=0;
1-1 = 1;
0 + 0 = 0;
0+1 = 1;
1 + 1 = 1.
В табл. 13.3 приведены основные законы алгебры логики и их релейно
контактные эквиваленты. Для упрощения написания логических уравнений там,
где это очевидно, знак логического умножения «•» можно опустить.
Знание законов алгебры логики совершенно необходимо для минимиза
ции логических уравнений и их приведения к используемой элементной базе.
Приведем доказательства справедливости перечисленных в табл. 13.3 за
конов. Законы 1-5 доказывают путем прямой подстановки значений логической
переменной X, равных 1 или 0, что приводит к принятым аксиомам.
Закон 8
X, (Х2 + Х3) = Х1Х2 + Х[Х3;
(X, + АГ2ХАГ, + АГ3) = Х^ + АГ,АГ3 + /2І, + АГ2АГ3 =
= X] + А^ + Х2Х, + А^з =
= У, (1 + А'з + АГ2) + Х2АГз = АГ, + АГ^з.
Закон 9
АГ, (Х} +Х^ = Х}Х} + Х} Х2 =
= X, + АГ,АГ2 = Х,(1 + Х2) = X,;
і,+Ѵ2=АГ1(1 + А2)
= АГ1 =
= Х}Х3 + Х2 X, + Х2Х3 = АГ,АГ3 + х}х2.
Закон 10
%,(%, + %2) = Х,А;, +ХіА2=Х1%2;
АГ, + А,А2 = АГ,(1 + АГ2) + А^ =
- х, + у, х2 + а,а2 =А'1 + аг2(аг, +!,) = !,+ аг2.
Закон 11
І^ + І.^^САз+І,)^;
(АГ, + Х2)(Х} + Х2) = АГ, АГ, + А|А2 + Х2Х} + Х2Х2 =
= АГ, + Х^2 + Х2Х} = Х,(1 + ~Х2 + АГ2) = АГ,
Закон 12
Х}Х2 + X, У3 + А2%з = АГ2(АГ, + АГ3) + А,А3 =
= Х2(Х} + А,А3) + А,А3=А2А,+А2А,А3 + ^,АГ3 =
= А,А2+ Х,Х3(Х2+1) = А,А2 + А,А3.
Закон 13
(АГ, + АГ2Х^, + АГ3) =
= АГ, ^, + А,А3 + У2Х, + АГ2АГ3 =
= А,Х3 + Х2 X, + А2А3 = А,А3 + А, АГ2.
№
Принципиальная схема
Логическое
уравнение
3
Исходная
4
2 Закон
1 ♦ X = X
универ
сального
1+Х1+Х2+. .. +Хп=1
множества 1 + X = 1
3 Закон
X ♦ X = X
повторения Х»Х»Х . . . *Х = X
X + X = X
Х+Х+Х ... +Х = X
4 Закон
двойной
инверсии
X =“
(б = X. У = й
Р
Р
х ^
| X /
т
|
X/
У1
4
4
4
н
Эквивалентная
5
в
*—
□4
0■Ц
□4
с4
1
Т
1
1
|Х
т
IX,_____
ч
_£^
61
УІ
—4
X/
н
Формулировка
закона
6
Произведение любого
числа логических перемен
ных равно нулю, если какаялибо одна переменная
имеет значение ноль
Сумма любого числа
логических переменных
равна единице, если какаялибо одна переменная
имеет значение единицы
Логические произведение
или сумма двух или несколь
ких одинаковых переменных
равны самой переменной
Двойную инверсию
можно исключить
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
1
2
0*0 = 0
1 Закон
0-Х1-Х2-.. . -Хп=0'
нулевого
множества 0 + X = X
282
Таблица 13.3
Продолжение таблицы 13.3
2
5 Закон
дополни
тельности
3
х^
X * X = 0
X + “= 1
х
I
. X
6 Перемести
тельные
законы
5
4
| X /
Х1 ♦ Х2 = Х2 ♦ Х1
Х1 + Х2 = Х2 + Х1
| ХІ^
Х2^
4
,.хі^
Х2/___ ]
7 Сочетатель
ные законы
4 в«—[в
4 і------ [в
41
Х1х
Х2х
1
„Х1/
N
-В
~
Х1(Х2Хз) = (Х1Х2)ХЗ= Х1Х2ХЗ
Х1+(Х2+Хз) = (Х1+Х2)+ХЗ = Х1+Х2+ХЗ
8 Распредели Х1Х2+Х1Хз=
тельные
=Хі(Х2+Хз)
законы
(Х1+Х2МХ1+ХЗ)=
Х1/ ХЗ/
I Сі:
„Х1/
,.хі^ хі^
,.Х2/ ХЗ/
=Х1+Х2ХЗ
9 Законы
поглощения
Х2г
Х1(Х1+Х2)=Х1
Х1(Х1+Х2)(Х1+ХЗ)=Х1
,Х1/
,Х1/ Х2/
1 в
х>_______ “
хі^
Результаты выполнения
логических операций
умножения и суммы
не зависят от после
довательности переменных
При логических умноже
нии или сложении
скобки можно опустить
Разрешается вынос
общих логических
переменных за скобки
с последующей
минимизацией
уравнений
283
Х1+Х1Х2=Х1
Х1+Х1Х2+Х1ХЗ=Х1
I
В
с
ВЙЙ
I
В
IВ
в
в
6
Логические произведение
или сумма любой
логической перемен
ной с ее инверсией
равны нулю
13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
1
1
2
10
4
3
Х1 • (Х1+Х2) =Х1-Х2'
Х1
+7і-Х2 =
Х1 + Х2 ,ху
11 Законы
склеивания
12 Законы
обобщен
ного
склеивания
1X1^ Х2/
Х1-Х2 + Х1-Х2 =Х1 •
(Х1+Х2МХ1+Х2) =Х1
. Х2/р2
Х1-Х2*Х7ХЗ+Х2-ХЗ
1X1^ Х2/
=Х1-Х2+Х1-ХЗ
(Х1+Х2)(хйхз)(Х2+ХЗ
=(Х1+Х2)(Х1+ХЗ)
13
х2 Т*г
(Х1+Х2)ШХЗ)=
=Х1-ХЗ+Х1-Х2
Х2/ ХЗ/ I
в
л
Б
6
В
н
в
>
Х2Х Г
-
Х2/
| Х^
| Х1/______
Г
,Х1/ Х2/
1
т
Г-тѴ-тІ
^Т^ШЛ
,Х1
Х2/ I
При логическом сложении
двух переменных любое
слагаемое можно умножить
на инверсное значение
другой переменной
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
, Х1
Г
Х2х I I-
Б
?
Б
5
| ХІ^
284
Продолжение таблицы 13.3
1
2
14 Законы
инверсии
15 Теорема
разложения
4
3
5
6
Х1-Х2-ХЗ - Х1+Х2+Х2
хк&ъ
-У
Х2-1__ 1
-У
Инверсия логического
произведения есть сумма
инверсий переменных
Х1+Х2+Х3 = Х1-Х2-ХЗ
-У
-У
Инверсия логической
суммы есть произведение
инверсий переменных
НХ1,Х2...... Хп)=
ИйО*
=ХН1.Х2...... Хп)+
+ХИ(0,Х2...... Хп)
Xу Х2/ ху
XV Х2
тШ
ХУ
Ху Х2
ХЗ
Пример разложения
на конституенты
единицы
НХі.Хг...... Хп)=
4X1 + 1(0,Х2...... Хп)]•[Х14(1,Х2...... Хп)]
16 Следствие
теоремы
разложения
Х14(Х1,ХГХ2...... Хп)=
ро. х?
ХД Я*
1X1/ Х2/
=ХМ(1,0,Х2...... Хп)
ГЩ
129 и
ХН(Х1,ХІ.Х2„ . „Хп)=
У=Х1 • К10,Х2,Хз.Х4)
=Х1-КОДХ2...... Хп)
Х1 4(х“1Х2,...... Хп)=
=Х1 4(01X2...... Хп)
ХгьКХЇХіХг...... Хп)=
=Х1ДИ.О.Хг...... Хп)
Л1_ _ _ _ _ _ _ _ _
ЛІс__х2/_
Х1
_ Х2
хз^
¥1
Пу і
р5^
У=Х1 * К1.О.Х2.ХЗ)
Примеры упрощения
релейных цепей
ЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
Окончание таблицы 13.3
285
286
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Законы 6 и 7 очевидны из сравнения исходных и эквивалентных уравне
ний и схем.
Последующие законы доказываются при помощи последовательных пре
образований на основе аксиом и ранее доказанных законов путем приведения
обеих частей логического выражения к одному виду.
Закон 14 доказывают на основе перебора всех возможных значений логи
ческих переменных в соответствии с таблицей состояния.
Проинвертировав обе части логического уравнения табл. 13.3, получим:
х{х2-...-хпл~^х~Г7хп
и /1+/2+...+%„=ОГ^„>
т. е. для перехода от логического произведения к логической сумме необходимо
взять общую инверсию от суммы инверсий всех логических переменных. И,
наоборот, для перехода от логической суммы переменных к логическому про
изведению необходимо взять общую инверсию от суммы инверсий всех пере
менных.
Законы 15 и 16 мало пригодны для инженерной практики и мы опускаем
их рассмотрение. Их подробное изложение приведено в [1].
Приведем только выводы, следующие из закона 16:
• если прямая логическая переменная X какой-либо функции вынесена
за скобки (в релейной схеме в общую цепь), то оставшиеся в скобках
значения X могут быть приняты равными единице (в случае релейной
схемы закорочены), а инверсные значения X приняты равными нулю
(в случаи релейной схемы последовательная с X цепь удаляется);
• если инверсная логическая переменная X какой-либо функции выне
сена за скобки (в общую цепь), то оставшиеся в скобках прямые зна
чения X могут быть приравнены к нулю (удалены), а инверсные значе
ния X приравнены к единице (закорочены);
• если прямая логическая переменная X логически сложена с какой-либо
сложной функцией (в случае релейной схемы включена параллельно), то
все остальные прямые значения X имеющиеся в этой функции, могут
быть приравнены нулю (в случае релейной схемы последовательная с X
цепь удаляется), а инверсные значения X приравнены единице (закоро
чены);
• если инверсная логическая переменная X логически сложена с какойлибо сложной функцией (включена параллельно), то все остальные
прямые значения X могут быть приравнены единице (закорочены), а
инверсные значения X приравнены нулю (удалены).
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
287
13.4. Правила формального построения принципиальных схем
по уравнениям алгебры логики
В связи с тем, что синтез схем электроавтоматики с использованием ап
парата алгебры логики является универсальным средством, пригодным для лю
бой элементной базы, основные правила рассмотрим как для бесконтактных,
так и релейных схем. Последние имеют большое практическое значение, так
как при использовании в качестве элементной базы ПЛК, алгоритмы программ
электроавтоматики чаще всего выполняют в релейном варианте.
13.4.1. Правила для построения релейно-контактных схем
1. Исходное логическое выражение преобразуется к виду, содержащему
только элементарные логические функции И, ИЛИ, НЕ и минимизируется. Под
знаком инверсии не должно быть более одной логической переменной, так как
в противном случае ее реализация возможна только при введении дополни
тельных промежуточных реле.
2. Прямому значению логической переменной X логического уравнения
в принципиальной схеме соответствует замыкающий контакт реле (табл. 13.4).
3. Инверсному значению логической переменной X логического урав
нения в принципиальной схеме соответствует размыкающийся контакт реле.
4. Логическому произведению переменных в принципиальной схеме со
ответствует последовательное соединение контактов реле.
5. Логической сумме переменных в принципиальной схеме соответству
ет параллельное соединение контактов реле.
6. Знаку равенства «=» соответствует катушка выходного реле У.
Принцип формального построения релейно-контактных схем по логиче
ским уравнениям поясняет рис. 13.4, а.
Рис. 13.4. Формальное вычерчивание релейно-контактных (а) и бесконтактных (б) схем
288
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рассмотрим несколько примеров:
а) ^хХгХ + ХПод знаком инверсии находится две логические переменные. Формально
схема может быть построена с применением дополнительного промежуточного
реле. Сделаем подстановку XX = я, тогда ^ =Ха + Х’ что реализуется, со
гласно изложенным ранее правилам на двух выходных реле л и Л. Очевидно,
что это решение не является оптимальным.
Выполним преобразование исходного уравнения, используя законы ин
версии Х^XX + X ~ Х(^2 + ^з)+ X’ что реализуется на одном выход
ном реле.
б) У2=ХХ^3+ХЛогическое выражение также не удовлетворяет первому пункту правил,
так как содержит элемент И-НЕ с двойной входимостью.
Каких-либо четких правил приведения исходного уравнения к виду И,
ИЛИ, НЕ сформулировать практически невозможно. Следует действовать ме
тодом проб и ошибок. При хорошем навыке решение находится очень быстро.
Заменим знак логического умножения между X и XX на знак логической суммы. Тогда У2 = ХХХ +Х = Х + ХХ + Х’ т. е. сразу найдено ре
шение.
Предположим, мы пошли другим путем, решив заменить знак логическо
го умножения между переменными X И X.
Тогда К2 = ХХХ = Х(Х +А,3) + Т4. Решения нет.
Заменим знак логического произведения между X и (X + X) •
Тогда У2 = X + X + X + X- Решения нет.
Заменим знак логической суммы между X и X •
Тогда У2 = X + XX + X, т- е- пришли к первоначальному решению.
в) у5=хХХ+^4-
Заменим знак логического умножения между X и XX на знак логиче
ской суммы.
Тогда К3 = X + XX + X- Решения нет.
Заменим знак логической суммы между X, + XX и X на знак логиче
ского произведения.
Тогда У3 = (X + XX)' X • Решение найдено.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
289
г) г^сх^з + л;).
Заменим знак логической суммы между У2У3 и Ад на знак логического
произведения. Тогда У4 = X, • Х2Х3 • Х4. Решение найдено.
Принципиальная схема приведена на рис. 13.5.
У1 = Х1-Х2-ХЗ +Х4 = Хі-(Х2+Хз)+Х4
У2 = Х1-Х2-ХЗ +Х4 = Хі+Х2-Х3+Х4
УЗ = Х1-Х2-ХЗ +Х4 = (Х1+Х2-Хз)-Х4
У4= Х1-(Х2-ХЗ +Х4) = Х1-Х2-ХЗ-Х4
Рис. 13.5. Релейно-контактная реализация принципиальной схемы
13.4.2. Правила построения бесконтактных схем
1) исходное логическое уравнение приводится к виду, состоящему только
из элементарных логических функций, реализуемых элементами вы
бранной проектировщиком элементной базы, и минимизируется;
2) каждой элементарной логической функции логического уравнения в
принципиальной схеме соответствует типовой элемент, реализующий
эту функцию (табл. 13.4);
3) при многократной входимости в уравнении одной элементарной логи
ческой функции в другую по логическим сумме, произведению или
инверсии начертание принципиальной схемы следует начинать от по
следней внутренней входимости и заканчивать внешней.
Принцип формального построения бесконтактных схем по логическим
уравнениям поясняет рис. 13.4, б.
Рассмотрим несколько примеров реализации бесконтактных схем на базе
логического уравнения
у=^2+^з+а'4+75.
290
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
1. На элементах типа И-НЕ.
Выполним преобразование исходного уравнения на основании закона инвер
сии, перейдя от логического суммирования к логическому умножению
Г = ^^ +Х + ^4 + ^5 = (^1^2 + *3 )(^4 + ^5 ) = ^2^4*5-
Решение найдено, функция У описывается только элементарными функ
циями И-НЕ, многократно входящими друг в друга.
Таблица 13.4
Элементы контактных и бесконтактных схем
Реализуемая
функция
Элемент
логического
уравнения
Прямая
переменная
Инверсная
переменная
Логическое
произведение
XI -Х2
Логическое
сложение
XI +Х2
Выходная
переменная
=У или (У = )
Логическая
функция
Элемент
логического
уравнения
X
X /
X
X
У=Х1 -Х2
ИЛИ
У=Х1 +Х2
НЕ
у="х
И-НЕ
У=Х1 -Х2
И-ИЛИ-НЕ
Х2
Х1х
І Х2
__
ПУ
1-і
И
ИЛИ-НЕ
РКС-эквивалент
в принципиальной
схеме
Эквивалент
в бесконтактной
схеме
Хи &
—У
Х2Хи
У=Х1 +Х2
У=Х1-Х2+ХЗ-Х4
Исключающее
У=Х_1^Х2 _
ИЛИ
У=ХЬХ2+Х1-Х2
—У
Х2-
Х-^-У
Х-^-У
XI- П-У
Х2- _ _ 1
Хи 1
иу
Х2XIХ2хзХ4-
хи
хи
-У
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
291
2. На элементах типа ИЛИ-НЕ.
Преобразуем логическое произведение между Т1 и/2 в логическую сумму
У^! +Х2 +Х, +Х4 + Х5.
Функция У описывается только элементарными функциями ИЛИ-НЕ,
многократно входящими друг в друга.
Принципиальные схемы, построенные по полученным логическим урав
нениям, приведены на рис. 13.6.
Рис. 13.6. Бесконтактная реализация принципиальной схемы
на элементах И-НЕ (а) и элементах ИЛИ-НЕ (б)
В заключение приведем наиболее часто применяемые практические при
емы по преобразованию логических уравнений:
- переход от логической суммы к логическому произведению
а + Ь = аЬ;
- переход от логического произведения к логической сумме
аЬ-а + Ь\
- логическое умножение любого слагаемого логической суммы двух пе
ременных на инверсное значение другого слагаемого
а + Ь = а + аЬ = аЬ + Ь',
- логическое умножение на единицу
/(Х) = ДХу\ = ДХуХ + Ху
- логическое суммирование с нулем
/т = /(%) +О = /Ш + %%;
292
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- взятие двойной инверсии
Ж) = Ж);
- раскрытие скобок, например
а(а + Ь) = аа + аЬ = аЬ.
13.5. Инженерная методика синтеза схем электроавтоматики
на основе циклограмм работы
Одним из важнейших факторов, определяющих выбор метода синтеза
электроавтоматики, является простота и наглядность способа формализации
работы промышленного механизма или типовой схемы вычислительной техни
ки, позволяющего без особых усилий описать их работу семейством логических
функций ¥і=/і(Х\,Х2, ..., Хп), приводимых к любой элементной базе.
Наиболее эффективным и полно отвечающим этим требованиям спосо
бом формализации являются циклограммы, представляющие собой разверну
тую в безразмерном масштабе времени последовательность командных, испол
нительных и контролирующих сигналов в порядке их появления в процессе ра
боты механизма. Преимущества циклограмм:
- простота построения и наглядность;
- возможность учета любых начальных условий и взаимных блокировок
с другими схемами;
- возможность учета фронтов и временных факторов;
- простота нахождения неисправностей на любой временной момент ра
боты механизма и реализации систем диагностики;
- простота описания циклограммы средствами математического аппара
та алгебры логики;
- возможность формирования исходных данных для автоматизирован
ного синтеза.
Очевидный недостаток - громоздкость при очень большом числе логиче
ских переменных - легко преодолевается разбитием общей циклограммы на за
конченные логические узлы.
Что касается математического аппарата, то речь может идти о классической
теории дискретных автоматов, однозначно устанавливающей связь между мно
жествами входных и выходных переменных, и внутренних состояний автомата и о
математическом аппарате алгебры логики, однозначно описывающем только
класс комбинационных логических схем.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
293
Изначально принятая ниша применения излагаемого в учебном пособии
метода - это конструкторские бюро промышленных предприятий, представля
ющих самую многочисленную среду проектных организации, среду, где на пе
редний план выдвигаются требования простоты и наглядности, обеспечиваю
щие короткие сроки проведения проектных работ и внедрения в производство.
Теория дискретных автоматов сложна и ее применение в инженерной
практике станкостроения и других отраслей промышленности в большинстве
случаев неоправданно. Классическая теория алгебры логики однозначно решает
лишь задачи комбинационной логики, поэтому при разработке метода ее тре
буется адаптировать к синтезу последовательностных схем, какими являются
практически все реальные электроавтоматические системы. При определенных
инженерных допущениях эта задача легко решается.
На основании изложенного при разработке инженерного метода синтеза
станочной электроавтоматики принимается:
- формализация при помощи циклограмм;
- применение аппарата алгебры логики, решающего задачу любой ре
альной сложности и на любой реальной элементной базе.
13.5.1. Формализация работы механизмов при помощи циклограмм
Основа для построения циклограммы - последовательность работы во
времени командных (кнопок, тумблеров и т. д.), исполнительных (управляю
щих электродвигателями, электромагнитами, электромагнитными муфтами
и т. д.) и контролирующих (путевых переключателей, различного рода датчиков
и т. д.) элементов электроавтоматики. В процессе синтеза в исходную цикло
грамму могут вводиться промежуточные и временные сигналы.
На оси ординат циклограммы показывают сигналы, поступающие от ука
занных элементов, в порядке их появления в процессе работы механизма с
начала цикла, а на оси абсцисс - время в безразмерном масштабе. Факт наличия
сигнала (единичный уровень) изображается высоким уровнем с производной
амплитудой, а его отсутствия (нулевой уровень) - совпадает с осью времени.
Воздействие сигналов друг на друга изображают стрелкой, направленной
от переднего или заднего фронта управляющего сигнала к управляемому. Вре
мя выполнения какой-либо операции, а также временные задержки, показывают
горизонтальной линией произвольной длины, начинающейся от командного
сигнала, с переходом в вертикальную стрелку в конце операций или выдержки
времени.
Наклон фронтов сигналов может быть произвольным, однако для
наглядности чтения циклограммы рекомендуется наклон 60°.
294
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Пример построения циклограммы приведен на рис. 13.7. Поскольку она
является основой для описания условий работы механизма (или типовой схемы
вычислительной техники), то для упрощения процесса синтеза входным, про
межуточным и выходным сигналам присваивают легко запоминающиеся
условные обозначения - аббревиатуры.
КнЦЗ
1. Быстра Дней
Дисх^
Медленно
>
Дзам
N.
Дрей
Быстро назаО
рц
КнЦ
ЦИКЛ
БВп
Дисх
Дзам
МВп
Древ
БНаз
СбрЦ
Рис. 13.7. Пример циклограммы
Любая реальная циклограмма должна начинаться с сигнала, учитывающего
различные начальные условия и блокировки, назовем его РЦ - разрешение цик
ла, и заканчиваться сигналом, определяющим окончание работы данного цикла и
служащим разрешением для работы другого узла. Сигнал тела цикла (ЦИКЛ)
может использоваться для блокирования других несовместимых циклов.
Принятые в циклограмме аббревиатуры:
- командные сигналы:
КнЦ - кнопка пуска цикла (начало движения);
- исполнительные команды:
БВп - движение быстро вперед;
МВп - движение медленно вперед;
БНаз - движение быстро назад;
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
295
- контролирующие сигналы:
РЦ - разрешение цикла;
Дисх - контроль исходного положения механизма;
Дзам - датчик замедления;
Древ - датчик реверса;
- промежуточные сигналы:
ЦИКЛ - сигнал тела цикла;
СбрЦ - сигнал сброса цикла.
В зависимости от конкретного механизма, его движения вперед и назад,
на быстром или медленном ходу могут осуществляться как от гидропривода
путем включения соответствующих электрогидравлических золотников, так и
от регулируемого электропривода путем формирования соответствующих сиг
налов управления. В данном случае это не имеет значения, так как показывает
ся лишь общий подход к построению циклограммы.
Циклограмма рис. 13.7 отражает следующую последовательность работы
механизма:
- нажатие кнопки КнЦ, проверка наличия разрешающего сигнала РЦ;
- формирование сигнала тела цикла ЦИКЛ. Все последующие рабочие
операции осуществляются внутри тела цикла;
- формирование сигнала БВп, обеспечивающего быстрое перемещение
механизма вперед. В начале движения пропадает сигнал контроля ис
ходного положения Дисх;
- замедление движения по сигналу датчика Кзам;
- считывание сигнала датчика реверса Древ и формирование сигнала
БНаз, обеспечивающего реверс на быстром ходу;
- останов движения при возврате в исходное положение;
- формирование сигнала сброса цикла СбрЦ;
- отключение сигнала тела цикла ЦИКЛ;
- автоматический сброс сигнала СбрЦ.
Специально приведем рис. 13.8, показывающий правильные и неправиль
ные связи в циклограмме. Это позволит избежать ошибок при построении цик
лограмм.
।4 Правильно ІV
I Правильно і
I Неправильней
I Неправильно
'___^к
—-^.---——^УI
б)
а)
Рис. 13.8. Правильные и неправильные связи в циклограмме
296
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Следует также различать функции логического повторения (рис. 13.9, а)
и функции копирования, т. е. параллельного соединения (рис. 13.9, б).
Рис. 13.9. Пример циклограммы
Как уже отмечалось, одним из преимуществ формализации при помощи
циклограмм является возможность учета влияния фронтов на работоспособ
ность схем на первом этапе синтеза. Рассмотрим этот вопрос более подробно.
13.5.2. Учет влияния фронтов при явлениях состязания
в логических схемах
При рассмотрении основных законов алгебры логики было условлено,
что значения всех логических переменных изменяются мгновенно и одновре
менно, что соответствует статическому установившемуся режиму. Только
в этом случае справедливы соотношения XX = 0 и 1 + ^ = 1 для сигналов X,
измеряемых в различных точках реальной принципиальной схемы. Очевидно,
что в реальной релейно-контактной или бесконтактной схеме изменения сигна
лові по мере их прохождения по схеме будет проходить с задержкой, определя
емой быстродействием используемой элементной базы.
В релейно-контактных схемах будет сказываться и неодновременное пе
реключение контактов одного и того же реле. Таким образом, если в схеме
управления имеется несколько параллельных путей активизации какого-либо
выхода, то при их различном быстродействии на выходе возможно появление
сигнала, не соответствующего статическому состоянию логических перемен
ных, т. е. возможно нарушение работы схемы в соответствии с заданным алго
ритмом. Обратимся к анализу характерных ситуаций (табл. 13.5).
1. Логическое уравнение У = ХХ = 0.
Для бесконтактной схемы изменения фронтов сигналов X и X проис
ходит последовательно и переходный процесс занимает два фронта. Из цикло
граммы следует, что в момент изменения значения сигнала X с 0 на 1, на выхо-
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
297
де У из-за задержки перехода сигнала X с 1 на 0 возможно кратковременное
появление сигнала У = 1, т. е. в переходном режиме может оказаться, что
Таблица 13.5
Характерные примеры явления состязания
Логическое
ура&нение
Бесконтактная
реализация
Релейно-контактная
реализация
Для релейно-контактной схемы изменения фронтов сигналов X \\ X
происходит одновременно, так как используются контакты одного и того же
реле. Процесс в этом случае занимает один фронт. Чтобы определить поведение
схемы (а), необходимо знать конкретную ее реализацию. При использовании
298
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
разных групп контактов с общим выводом (б) поведение схемы в переходных
процессах непредсказуемо, так как зависит от разброса времени переключения
групп контактов. Ложный импульс может возникнуть при любой коммутации
сигнала X, либо не возникнуть вообще. В случае использования одной группы
контактов с раздельными выводами (в) возникновение ложного импульса прин
ципиально невозможно. Наоборот, в случае применения специальных реле с
перекрытием формирование единичного импульса при переключении гаранти
ровано.
2. Логическое уравнение У = X X = 1.
Для бесконтактной схемы возможно кратковременное появление нуле
вого импульса У = 0 при переключении входного сигнала X с 1 на 0.
Для релейно-контактной схемы (а) ее поведение не предсказуемо. Для
случая (б) формирование ложного импульса на выходе контактной группы га
рантировано при любой коммутации реле X. Для случая (в) возможны разные
ситуации, зависящие от разброса времени переключения групп контактов. При
использовании реле с перекрытием возникновения ложного импульса принци
пиально невозможно.
Таким образом, в переходном режиме может оказаться, что X + X ^ 1.
Явление, когда в переходных режимах возникают ситуации типа XX ^0
и X + X *1 получили название состязания (или риска) сигналов в комбина
ционных схемах и учет его влияния очень важен при проектировании.
Рассмотренные в табл. 13.6 явления в действительности гораздо сложнее
и глубже, так как на них влияют: число элементов в схеме; число параллельных
путей формирования сигналов; различное быстродействие разных типов логи
ческих элементов; разное время срабатывание разных типов реле; количество
промежуточных логических элементов или реле, используемых при формиро
вании сигналов; разброс времени изменения сигналов на разных входах и т. д.
В случае использования программируемого логического контроллера имеет
значение последовательность написания программы, особенности процесса
сканирования конкретного ПЛК.
Итак, в результате состязаний на выходе или в промежуточных точках
принципиальной схемы возможно несанкционированное появление:
а) одного или нескольких единичных импульсов при нулевом уровне
статического состояния (единичный всплеск);
б) одного или нескольких нулевых импульсов при единичном уровне
статического состояния (нулевой всплеск);
в) одного или нескольких разнополярных импульсов перед окончатель
ным изменением уровня коммутационного сигнала с 1 на 0 или с 0 на 1
(дребезг).
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
299
Появление всплесков иногда называют статическим состязанием, а дре
безга - динамическим состязанием.
Если в результате состязания нарушения алгоритма работы схемы управ
ления не происходит, то такие состязания называют допустимыми или некри
тическими. Примером могут служить повторные импульсы установки S(Set)
для RS-триггера во время его единичного состояния или повторные импульсы
сброса R(Reset) во время его нулевого состояния.
Состязания, приводящие к нарушению алгоритма работы, называют не
допустимыми или критическими.
Следует сказать, что схемы, построенные с возможностью возникновения
состязаний, как правило, неработоспособны, поэтому допускать состязания
нельзя. Это нужно учитывать с первого шага синтеза.
Теория выявления условий возникновения состязаний и методов их
устранения достаточно сложна и малопригодна в инженерной практике.
Учет влияния фронтов сигналов на переходный процесс, а следовательно,
и возможность избежать явления состязаний в большинстве случаев просто и
наглядно обеспечивает рассмотренный метод циклограмм. Рассмотрим цикло
грамму рис. 13.10.
Рис. 13.10. Анализ циклограммы на явление состязания
300
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Предположим, что при ее построении поставлена задача гарантированно
го обеспечения действия логических уравнений: Уі = А + А2 = 1 (а) и У2 = А А2 =
0 (б). Управление рабочими сигналами А и А2 осуществляется некоторыми
вспомогательными сигналами аир. Это могут быть как путевые, так и времен
ные сигналы.
Поскольку в обеих циклограммах (рис. 13.10) имеются зоны перекрытия А
сигналов А) и А2 либо по единицам (а), либо по нулям (б), гарантированно пре
вышающих по времени длительность фронтов сигналов А и А2, то поставленная
задача явно обеспечивается. Ни о каких состязаниях речи быть не может.
Будем уменьшать длительность промежуточного сигнала Р за счет
уменьшения выдержки времени или длины кулачка, формирующего этот сиг
нал, уменьшая тем самым зону перекрытия А. Очевидно, что в какой-то момент
достигнем критической точки, приводящей к состязанию.
Рассмотрим крайний случай, когда сигнал р равен нулю, а управление рабо
чими сигналами А и А2 осуществляется непосредственно фронтами вспомога
тельного сигнала а. Возможны следующие синтаксические варианты (рис. 13.11):
1) последовательное управление при включении и при выключении сиг
нала а, т. е. а -> А —> А2.
Логические уравнения формирования рабочих сигналов
А] = а; А2 = А і.
Из циклограмм видна вероятность нулевого всплеска в
Уі = А + А2 и единичного в сигнале У2 = А] А2;
2) одновременное управление сигналами Аі и А2, т. е. а —> А А2.
Логические уравнения
сигнале
А = а; А2 = а.
Наблюдается вероятность сдвоенных всплесков в обоих выходных сигна
лах;
3) обратная последовательность управления, т. е. а —> А2 -> А.
Логические уравнения
А=А2; А2=а.
Наблюдается вероятность нулевого всплеска в сигнале Уі = А + А2 и еди
ничного всплеска в сигнале У2 = АіА2;
4) прямая последовательность управления при включении, т. е.
а —> А —> А2, и обратная при включении, т. е. а —> А2 —> А.
Логические уравнения:
Для сигнала Аі - решения нет, требуется введение промежуточного
сигнала. Кажущееся решение А=аА2 не учитывает заштрихованной зоны.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
301
Сигнал ^2 =ХІа = А'1 + а. Наблюдается вероятность двух единичных всплес
ков для выходного сигнала К2 = ^Л;
5) обратная последовательность при включении управляющего сигнала а
и прямая при включении.
Логические уравнения:
X, =
а.
Для сигнала Х2 - требуется введение промежуточного сигнала. Кажущее
ся решение X, = а + %! не учитывает заштрихованную зону. Имеется вероят
ность двух отрицательных всплесков для выходного сигнала У( = ^ + Х2 •
Рис. 13.11. Варианты управления фронтами
Итак, выявление по циклограмме вероятных зон возникновения состяза
ний, затруднений не вызывает. Для обеспечения полной гарантии к зонам риска
отнесем и случаи, когда установившийся статический режим по циклограмме
сводится в точку, что показано на рис. 13.12. Для исключения зоны риска ис
ходную циклограмму следует преобразовать таким образом, чтобы статический
режим в зонах риска циклограммы был бы не менее одного фронта рабочего
сигнала (рис. 13.12,6).
При одинаковом быстродействии компонентов элементной базы это, как
правило, гарантирует устранение явления состязания.
302
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
XI
■-НА 1
1 і/тИН
Х2
Х1+Х2 '
Х1-Х2
б)
-41 1 1
111/11 II
И11
N 1/
ЩІ
НН
1111
О
1
2
'Я
Г1 н
1111 иг 1—
“1\І 1
1 1 11
ПН
II II
і/ГКі
IIII
3
4
Рис. 13.12. Точечные зоны риска («) и их устранение (б)
Во многих случаях циклограмма позволяет избежать вероятностей воз
никновения состязаний на этапе синтеза ввиду очевидности, что затруднитель
но при использовании только законов алгебры логики.
Рассмотрим следующий пример. Пусть логическая функция при словесном
описании работы механизма определяется следующим У = аХ + ЬХ. Причем до
пускается одновременное равенство единице переменных я и 6. В этом случае в
статическом режиме У = 1Х + 1А' = / + / = 1. Однако в динамическом режиме
при переключении контактов реле Xвозможен нулевой всплеск (рис. 13.13).
Рис. 13.13. Пример учета влияния фронтов при анализе циклограммы
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
303
Его можно ликвидировать, преобразовав уравнение в соответствии с за
коном обобщенного склеивания У = аХ + ЬХ + аЬ (рис. 13.13, б), однако прийти
к этому решению не так-то просто.
Если же синтез выполнялся по циклограмме (рис. 13.13, в), то запись
уравнения У = аХ + ЬХ + аЬ однозначно вытекает из ее анализа.
Перейдем к изложению основных материалов методики.
13.6. Рекомендуемая последовательность синтеза
1. Изучить принцип работы механизма, для которого необходимо разра
ботать принципиальную схему или алгоритм работы ПЛК. Вычертить харак
терные упрощенные состояния механизма, отображающие его основные этапы
работы и состояния датчиков контроля.
2. Составить таблицы исполнительных и контролирующих элементов с
указанием их состояний по этапам работы механизма. Логическим переменным
следует присвоить легко читаемые условные обозначения.
3. Составить исходную циклограмму работы механизма. Входные и вы
ходные логические переменные по оси ординат рекомендуется вычерчивать в
порядке их появления в процессе выполнения цикла работы. Циклограмма
должна начинаться с блокировочных сигналов от других схем и содержать от
ветные сигналы о процессе действия данного цикла или его окончании для пе
редачи в другие связанные с ним схемы.
4. Проанализировать циклограмму и описать выходные переменные
уравнениями алгебры логики. Алгоритм анализа будет рассмотрен далее.
5. Привести полученные логические уравнения к виду используемой
элементной базы и минимизировать.
6. Вычертить принципиальную схему и составить спецификацию ис
пользуемых элементов.
Прежде чем рассмотреть проблему синтеза принципиальных схем в ком
плексе - от изучения принципа работы механизма до формального вычерчива
ния схемы, рассмотрим методы поэтапного анализа циклограмм.
13.7. Обобщенный алгоритм анализа циклограмм
Анализ циклограмм следует выполнять в соответствии со следующим
обобщенным алгоритмом (рис. 13.14):
1. Поиск комбинационного решения, когда синтезируемая выходная ло
гическая переменная однозначно по циклограмме описывается уравнением ал
гебры логики. Если решения нет, то перейти к п. 2.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
304
2. Применение типового элемента памяти с синтезом по циклограмме
только сигналов установки и сброса этой памяти. Если решения нет, то перейти
к п. 3.
3. Введение в исходную циклограмму одного или нескольких промежу
точных сигналов, исключающих неоднозначность решения задачи, и переход к
п. 1 алгоритма.
4. Учет начальных условий и блокировок.
Рассмотрим подробно каждый из этапов синтеза.
(Начало)
Выбор
метода
Изучение
принципа работы
механизма
Субъективный
логический
Формальный
логический
....
Черчение и анализ
циклограммы
Анализ
циклограммы
Разбивка
циклограммы
Поиск комбина-
Поиск
командного
Логическое
описание
зон
Присвоение
аббревиатур
___ на зоны__
сигнала_
Поиск решения
с типовой памятью
Введение промежу
точного сигнала
Поиск
выключающего
Минимизация
логического
сипела._
уравнения—
Поиск
комбинационного
сигнала
Проверка
слева
Проверка
слева
Проверка
справа
I ,
Проверка
справа
Приведение
к заданной
элементной
базе
Формальное
черчение
__ схемы___
Рис. 13.14. Обобщенный
алгоритм
Рис. 13.15. Алгоритм поиска
комбинационного решения
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
305
13.7.1. Методы поиска комбинационного решения
Алгоритм поиска комбинационного решения показан на рис. 13.15.
Результатом поиска должно быть определение по циклограмме логиче
ской комбинации входных, промежуточных и (при необходимости) выходных
сигналов, однозначно определяющих конкретный синтезируемый выходной
или вновь вводимый промежуточный сигнал, т. е. логической комбинации,
имеющей место только во время действия синтезируемого сигнала. Обязатель
но проведение проверок на отсутствие слева и справа от синтезируемого сигна
ла комбинации других сигналов, описываемых тем же логическим уравнением.
Такое решение обеспечивает заданный циклограммой алгоритм работы при
условии правильного функционирования всех аппаратов управления и кон
троля.
Можно использовать два метода: творческий (субъективный) логический
и формальный логический.
1. Используя творческий логический метод, проектант находит реше
ние, мысленно анализируя всю циклограмму, и сразу записывает конечное (не
минимизированное) логическое уравнение. Из циклограммы рис. 13.16 видно,
что:
- выходной сигнал У] равен единице только во II зоне, когда присут
ствует (равен единице) входной сигнал Х\ и отсутствует входной сиг
нал Аг, т. е. У, = А,А,. Ни слева (зона I) от синтезируемого сигнала Уь
ни справа от него (зоны III-V) такой логической комбинации перемен
ных нет, следовательно, найдено единственно правильное решение;
- выходной сигнал У2 равен единице только в зоне III при условии одно
временного наличия входных сигналов А) и А2, т. е. У2 = ^іА2;
- выходной сигнал У3 равен единице в зонах ІІ-ІѴ, когда присутствует
входной сигнал А] или когда присутствует входной сигнал А2, т. е.
у3=а,+а2;
- выходной сигнал У4 равен единице в зонах І-ІІ, когда отсутствует
входной сигнал А2, а также в зонах ІѴ-Ѵ, когда отсутствует сигнал А),
т. е. К4=^ + ^.
Можно найти и другое решение: сигнал У4 равен единице во всех зонах,
кроме зоны III, когда одновременно присутствуют сигналы Ал и Аз, т. е.
У4 = Х,Х2. Очевидно, что эти решения равнозначны, так как по закону инвер
сии А, • А2 = А, + А,.
Заметим, что при поиске решения всегда необходимо посмотреть, какой
сигнал инициирует синтезируемый выходной сигнал и какой его выключает.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
306
XI
\
/
Х2
\
/
1
У1
У2
к
к
УЗ
і
У4
к
I
III
IV
V
Рис. 13.16. Циклограмма
Если найти таким образом решение не удается, то следует применить
формальный метод. При использовании формального метода логическое
уравнение для синтезируемого сигнала записывается по зонам (или тактам ра
боты) в виде канонической суммы (СДНФ), после чего выполняется минимиза
ция и осуществляется проверка на отсутствие полученных условий слева и
справа от синтезируемого сигнала.
Для выходного сигнала Уз (такты II, III, IV)
У3=Х}1Г2 + ХхХ2 + ^2 = УДУ? + У2) + У^У2 = У, + У^У2 = х}+х2.
Для выходного сигнала У4 (такты І, II, IV и V)
= У2-(У, + Х})+Х{-Х2 = У2 + УҐУ2 = Х2 +^1 =ЛТАУ
Получены аналогичные результаты.
Формальный метод - основа для машинной обработки циклограммы, т. е.
автоматизированного синтеза.
Полученные выше логические уравнения, описывающие состояние вы
ходных сигналов К1-У4, являются минимально-достаточными. В практике
проектирования реальных схем управления промышленными механизмами
в минимально-достаточные уравнения вводят дополнительные сигналы, повы
шающие невосприимчивость схемы к действию внутренних и внешних, слу
чайных воздействий, т. е. блокировочные и «помехозащитные» сигналы. Такие
логические уравнения будем называть рабочими. Дать четкое правило введе
ния «помехозащитных» сигналов не представляется возможным. Ясно, что, чем
больше дополнительных сигналов введено в уравнение, тем выше устойчивость
схемы. Однако при этом возрастает ее сложность. Для схем промышленной
электроавтоматики обычно достаточно двух-трех сигналов, так как их одно
временное ложное появление маловероятно. Уже при небольшом навыке ана
лиза циклограмм сразу легко записывается рабочее уравнение.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
307
В табл. 13.6 приведены примеры фрагментов циклограмм, для которых
существует комбинационное решение, т. е. выходной сигнал У однозначно опи
сывается уравнением алгебры логики. Под циклограммами приведены мини
мально достаточные логические уравнения. Читателю предлагается самому про
анализировать правильность уравнений, что поможет получить первые самосто
ятельные навыки в анализе циклограмм. Приведем избранные комментарии:
Циклограмма 2. Возможный ход рассуждений следующий.
Выходной сигнал У включается входным сигналом А. Если принять, что
У = А, то он будет включен во 2 и 3-м тактах.
В третьем такте сигнал А перекрывается с сигналом А2, поэтому, если
написать У = А + А2, то он будет включен со 2-го по 5-й такт.
В пятом такте сигнал А2 перекрывается с инверсным сигналом А3. Если
записать У = %, + А2 + Аз, то он будет включен со 2-го такта по 7-й. Последний
такт необходимо ограничить. Видно, что в седьмом такте выходной сигнал У
выключается появлением выходного сигнала А4, который равен нулю во время
действия синтезируемого сигнала У, следовательно У = (А + А2 + Аз)А4.
Это уравнение минимально достаточно, т. е. самое простое, обеспечива
ющее заданное включение сигнала У при заведомо правильной коммутации
сигналов А-А4 по циклограмме.
Итак, нахождение комбинационного решения очень простое.
При использовании формального метода решения задачи уравнение запи
сывается в виде канонической суммы и минимизируется, т. е.
У = А1А2А3А4+А1А2А3А4 + А1А2А3А4+А1А2А3А4 +А, А2А,А4 =
= (А|А2А3 + А|А2А3 + А1А2А3 + А,А2А3+А1А2А3)А4 =
= ^АА3(А2 +А2) + А1А2(Аз+А3) + А1 A2A3JA4 =
= (А1А3+А,А2 + А1 А2А3)А4 =
[а1а3+а1(а2 + а2а3)]а4=[а1а3 + а1(а2 + а3)]а4 =
А,А3 + А,А2 +А, А, А4.
Дальнейшее преобразование в сторону упрощения по правилам алгебры
логики практически невозможно. Полученное уравнение сложнее минимально
достаточного, однако в него автоматически вошли дополнительные «защит
ные» сигналы. Действительно, выходной сигнал У не включится с появлением
входного сигнала А, если в такте 2 будет отсутствовать сигнал А3. Осуществля
ется как бы проверка начальных условий.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
308
Таблица 13.6
Примеры комбинационного решения
Циклограмма
№
1
2
2
\
XI 2'
Х2
“Л
Х2
4
3
1
XI____ 2
Циклограмма
№
ХЗ
У
Х4
У
У = XI + Х2
и.
1 5
Н 1
6 \ /
У = (Х1 +Х2+ Х3)-Х4
3
1
XI
4
хп_ _
Х2/
Х2
ХЗ_____ /
ХЗ
2
У
XI
У = (Х1+Х2)-ХЗ
6
2
ХЗ
У
У
।Г
XI
Х2
Х2 ~~\
/
ХЗ
■
\
,
У = Х1-(Х2 + ХЗ)
1
У = Х1 или У = Х1
8
XI_______ 2
у
1
\
ХЗ
2
У = Х1-(Х2 + ХЗ)
7
XI
Х2
Х2
У
2
У
У = ХЗ • Х2
5
1_______
ХЗ
у
Х2
2
\
2
к_
У = Х1-(ХЗ + Х2)
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
309
Продолжение таблицы 13.6
Циклограмма
№
Циклограмма
№
А
_______
9
10
XI
Ш
Х2/
Х2_
ХЗ
ХЗ “
Х4
У = Х2-Х1 +ХЗ
У -XI -(Х2 -ХЗ + Х4)
11
12
XI
XI
Х2
хз
У = (Х1 =Х2)
У = Х2 -XI -ХЗ + ХЗ -XI
13
14
Х2
хи:
Х2
ХЗ
У = (Х1 =Х2)
У = ХГХЗ + Х2)
15
16
XI
Х2
XI
Х2
йй
У-ХГХ2-ХЗ
У = (Х1 *Х2)
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
310
Окончание таблицы 13.6
Циклограмма
№
1
2
18
17
Циклограмма
№
3
4
XI
Х2
Х2
ХЗ
ХЗ
У = (Х1 =Х2)ХЗ
19
У = 0; (У = X • X)
20
XI
Х2
Х2
ХЗ
ХЗ
У=1; (У = Х + Х)
У = (XI ^ Х2) • ХЗ
22
21
•
XI
Х2
X 2/
ХЗ /
ХЗ___
Х4
У = (Х1 =Х2)-Х1
У = (XI = Х2) ■ ХЗ • Х4
23
У = (XI = Х2) • Х4 + (XI / Х2) • ХЗ
Циклограмма 6. Очевидно, что выходной сигнал У является инверсией
входного сигнала Уі и формально не зависит от состояния входных сигналов АЗ
и АУ т. е. У = У,. Это минимально достаточная запись. В рабочее уравнение
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
311
следует добавить сигнал У2, т. е. У = У,У2. Такая запись исключит включение
сигнала У при аварийном пропадании сигнала У, если еще не было сигнала У2>
как того требует цикл работы.
Состояние входа У3 безразлично
У = У ,У2У3 + УіУ2У з = У ,У2(У3 + У 3) = У ,У2.
Циклограмма 9. Минимально достаточное уравнение очевидно
У = У2У] + У3, так как выходной сигнал У включен, когда присутствуют оба
сигнала У] и У2 или, когда включается сигнал У3. В рабочие уравнение можно
добавить инверсные сигналы У3 и Уь так как логическая комбинация У]У2 по
условиям циклограммы не может быть при включенном состоянии У3, а вклю
ченное состояние У3 допустимо только при выключенном сигнале Х1, т. е.
У = У2У,У3 + У3УР Необходимость блокировки решается субъективно в каж
дом конкретном случае.
13.7.2. Поиск решения с типовой памятью
Выполним анализ циклограммы рис. 13.17, применив формальный метод.
Рис. 13.17. Пример циклограммы с ложными включениями
Очевидно, что
У = У|У2+У1У2+У,У2 = У2(У]+У,) + У,У2 =У2+У,У2 =
= У2 + У,.
Данное логическое уравнение правильно описывает синтезируемый вы
ходной сигнал У в тактах Ш-ІѴ, где он должен быть равен единице по условиям
циклограммы, однако проверка на отсутствие логической комбинации (Уп + УД
слева (такты I, II) и справа (такты VI, VII) от синтезируемого сигнала дает от
рицательный результат. В тактах I и VII входной сигнал Уі инверсен, т. е. при
312
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
практической реализации уравнения У = Х2 + X,
здесь также произойдет
включение сигнала У. Исходные условия нарушены, решение неправильное.
Подобные случаи всегда имеют место, так как реальные схемы промыш
ленной электроавтоматики в своем большинстве последовательностные, а не
комбинационные. Синтез последовательностных схем может быть выполнен
при помощи теории дискретных автоматов, однако она исключительно трудо
емка и сложна, и ее применение в практической инженерной деятельности кон
структорских бюро, занимающихся промышленной электроавтоматикой, в
большинстве случаев не оправдано.
Предлагаемое здесь инженерное допущение позволяет просто и эффек
тивно выполнить синтез последовательностных схем методами комбинацион
ной логики, т. е. осуществить приведение последовательностных схем к комби
национным.
Известно, что характерной особенностью последовательностных схем явля
ется наличие элементов памяти, так как состояние выходных логических перемен
ных в подобных схемах зависит от состояния входных логических переменных как
на данный, так и предыдущий момент времени.
Принцип приведения последовательностных схем к комбинационным ос
новывается на положении о том, что в инженерной практике применяются ти
повые элементы памяти (Я8, О, Т, V, Ж-триггеры), серийно выпускаемые про
мышленностью в виде законченных микросхем или логических элементов, ли
бо схемы памяти организуются по типовым схемам из отдельных элементов (ИНЕ, ИЛИ-НЕ, реле). Следовательно, нет необходимости заниматься их синте
зом, а нужно применить готовую типовую схему, выбрав ее из каталога.
Алгоритм поиска решения с типовой памятью можно представить в
следующей последовательности (рис. 13.18):
• анализ циклограммы, подтверждение невозможности решения задачи
методами комбинационной логики;
• принятие решения о применении типовой памяти;
• выбор типа и элементной базы схемы памяти;
• синтез по циклограмме методами комбинационной логики условия
включения 5 =^Хі, У;) синтезируемого сигнала;
• проверка на отсутствие сигналов, определяемых функцией 5 =/{X,, У^
до и после (слева и справа) от синтезируемого выходного сигнала У.
Повторное появление включающего сигнала в течение времени дей
ствия сигнала У для КЗ-триггера, Э-триггера и памяти на реле допу
стимо;
• синтез по циклограмме методами комбинационной логики условия
выключения R =ДХ„ У^ синтезируемого сигнала;
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
313
• проверка на отсутствие сигналов, определяемых функцией R =/№, У/)
во время действия синтезируемого сигнала У. Появление выключаю
щего сигнала R до (слева) начала действия сигнала У и его повторное
появление после (справа) окончания действия сигнала У для КЗтриггеров, О-триггеров и памяти на реле допустимо;
• минимизация и приведение синтезированных уравнений 5=ЦХІЬ У/) и
R =ДХ„ У,) к применяемой элементной базе;
• формальное вычерчивание принципиальной схемы.
Рис. 13.18. Алгоритм решения с памятью
В промышленной электроавтоматике в качестве элементов памяти
наибольшее применение находят простейшие асинхронные RS-триггеры.
Асинхронный RS-триггер (табл. 13.7) имеет два выхода: Q - прямой и ^ инверсный, разрешенные сигналы которых в триггерном режиме всегда имеют
противоположные значения, и два входа: S - установка (Set) и /? - сброс (Reset).
Сигнал S записывает в триггер единицу, а сигнал R - нуль.
Для сброса триггера в исходное нулевое положение необходимо подать
кратковременный единичный импульс по входу R. Процесс переключения ана
логичен.
В общем случае, RS-триггеры имеют по несколько R- и S-входов. По
скольку при включении питания триггер может установиться в произвольное
состояние, один из входов всегда должен использоваться для начальной уста
новки триггера в необходимое положение (вход НУ).
314
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Таблица 13.7
Типовые схемы памяти
Элемент
ная база
Принципиальная схема
и условное обозначение
. 1 ....
11122115121111121
Диаграмма
работы
ну
р
R__ і
0 1
_
0 г
И-НЕ
РКС
Приоритет сигнала
выключения R
У=8+УК
Приоритет сигнала
включения 8
—п
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
315
Это может быть как R-, так и 5-вход.
RS-mpuггep на элементах ИЛИ-НЕ (а) в силу логической сущности ячеек
^ = /|+А2), на которых он реализован, управляется единичными сигналами
7? = 1 и 5 = 1. При нормальной работе в режиме асинхронного триггера сигналы
по входам R и 8 должны подаваться поочередно.
Процесс переключения триггера из нулевого исходного состояния ((? = О,
0 = 1), происходит в следующей последовательности:
• подача управляющего импульса 5 = 1 на вход элемента 02 (при этом
предполагается, что 7? = 0 и НУ = 0);
• установка элемента 02 в состояние нуль (0 = 0), так как
0 = 0 + 5 = О+1 = І = О;
• передача состояния выхода 0 = 0 элемента 02 по цепи обратной связи
на вход элемента 01;
• установка элемента 01 в состояние единица (0 = 1), так как
0 = 7? + НУ + 0 = О + О + О = О = 1;
• передача состояния выхода 0 = 1 элемента 01 по цепи обратной связи на
вход элемента 02;
• запоминание (подтверждение) нового состояния 0 = 0 элемента 02, так
как 0 = 0 + 5 = Гм = 0;
• снятие управляющего сигнала 5=1. Новое единичное (0 = 1,0 = 0) со
стояние триггера зафиксировано:
0=0+5 =1+0=0
и (>/?+НУ+0 = 0 + 0 + 0 = 1.
Рассмотрим, что произойдет, если условие поочередной подачи сигналов
по входам 7? и 5 соблюдаться не будет:
1. На входы Ей 8 одновременно поданы единичные сигналы (7? = 1,5= 1).
Очевидно, что оба элемента ИЛИ-НЕ, составляющие триггер 01 и 02,
установятся в устойчивое состояние нуля (0 = 0 и 0 = 0), что можно класси
фицировать как разрыв триггерной связи. КЗ-триггер превратился в два незави
симых инвертора. Допустима такая ситуация или нет, определяется в каждом
конкретном случае индивидуально.
2. На входы R и 8 одновременно поданы нулевые сигналы (R = 0, 8 = 0).
Такая ситуация допустима после сброса или установки триггера, так как в этих
случаях он сохраняет (запоминает) заданное состояние, и недопустима в мо
мент подачи на схему напряжения питания, так как триггер может занять
316
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
произвольное неконтролируемое состояние, что приведет к неправильной рабо
те или аварии. По этой причине один из входов триггеров всегда используется
для его начальной установки в требуемое положение. Варианты формирования
импульсов начальной установки (НУ) при включении питания приведены на
рис. 13.19.
Дополнительная кнопка КнНУ обеспечивает вывод схемы с использова
нием Р8-триггеров в наладочном режиме РН из нерабочего состояния при
сбое.
Рис. 13.19. Принципы формирования сигнала начальной установки
Р8-триггер на элементах И-НЕ (табл. 13.7) в силу логической сущности
ячеек (к = ^^2), на которых он реализован, управляется нулевыми сигналами
(R = 0 и 5 = 0).
При нормальной работе в режиме асинхронного триггера подача сигналов
по входам R и 8 осуществляется поочередно. Процесс переключения триггера
аналогичен. При одновременной подаче на входы Рп 8 нулевых сигналов про
исходит разрыв триггерных связей, превращающих его в два инвертора (^ = 1 и
ё=і)-
Одновременная подача на входы R и 8 единичных сигналов допустима
после штатного переключения триггера в любое состояние и недопустима при
включении питания. Для ориентированной установки КЗ-триггера на элементах
И-НЕ формируется инверсный сигнал начальной установки НУ = 0.
При вычерчивании принципиальных схем управления промышленной
электроавтоматикой удобно изображение КЗ-триггеров в виде, показанном на
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
317
рис. 13.20. Такое начертание понятно для чтения и позволяет более компактно
изобразить всю схему.
а)
б)
Рис. 13.20. Варианты начертания И8-триггера
Релейно-контактные ячейки памяти (аналоги КЗ-триггеров) могут
быть реализованы по двум вариантам: К = (5 + К)й или У = 5 +УТ? (см.
табл. 13.7). Оба варианта функционально равнозначны. При кратковременной
подаче сигнала 8 включается выходное реле У и встает на самопитание. Вы
ключение памяти осуществляется кратковременной подачей сигнала сброса R.
Видно, что включение памяти осуществляется прямым сигналом 5 (замыкание),
а отключение инверсным 7? (размыкание). Сигнала начальной установки в ре
лейном варианте не требуется.
Реализация памяти по уравнению У = (5 + У)/? предпочтительней, так как
в этом случае исключается срабатывание выходного реле У при одновременной
подаче сигналов 5 и /?.
При разработке схем электроавтоматики с использованием рассмотренньгх
типовых ячеек памяти синтезу подвергаются только сигналы установки 5 и сброса
R, после чего (в соответствие с табл. 13.8) определяют необходимость инвертиро
вания сигналов управления. Одновременно осуществляется приведение логических
уравнений к выбранной элементной базе.
Таблица 13.8
Приведение сигналов управления к элементной базе
Входной сигнал
Элементная база
Установка(8)
Сброс(R)
ИЛИ-НЕ
прямой(8)
прямой(8)
И-НЕ
инверсный (3)
инверсный (3)
Релейно-контактная
прямой (8)
инверсный (R)
318
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Вывод: асинхронные КЗ-триггеры не реагируют на многократное по
вторное воздействие по входам R или 8 после завершения процесса установки
или сброса, т. е. не реагируют на «дребезг» входных сигналов. Это обстоятель
ство всегда учитывается при синтезе или специально используется для повышения
помехозащищенности различных счетных схем.
Вновь вернемся к циклограмме рис. 13.17, при анализе которой было вы
яснено, что решение не может быть найдено при помощи комбинационной ло
гики. В соответствии с обобщенным алгоритмом синтеза принимаем решение
использовать типовую память. Кажущееся решение 8 = Х2 и R = Хі неверно, так
как в такте III будет одновременная подача сигналов установки и сброса, что в
триггерном режиме недопустимо.
Неопределенность исключается путем логического умножения сигнала Хх
на инверсный сигнал Х2, т. е. R = Хх Х2.
Дальнейший анализ показывает, что состояние А]А2 имеет место и в
такте II. Однако формирование сигнала сброса R в такте II, предшествующего
включенному состоянию триггера, не изменяет логики работы циклограммы и
допустимо. Найденное решение минимально достаточно. В логическую форму
лу управляющего сигнала включения 8 = Х2 можно ввести логическое умноже
ние на прямой сигнал AG, как бы учитывая начальные условия, т. е. 8 = Х2Хх.
В этом случае включение выхода У при подаче сигнала А2 произойдет только
при условии, что перед этим, как требует циклограмма, был включен сигнал Х\.
Заметим, что при 8 = Х2Хх время действия включающего сигнала ограни
чивается только тактом III. При 8 = Х2 его действие занимает два такта III и IV.
Принятие окончательного решения - субъективно. При синтезе реальных схем
следует учитывать и начальные условия и формировать максимально возможные
по длительности управляющие сигналы, так как при этом возрастает защищен
ность от помех и случайных воздействий.
Для построения принципиальной схемы (рис. 13.21) полученные логические
уравнения необходимо привести к используемой элементной базе.
Сигнал включения:
релейная база
8 = Х2 или 8 = ВД;
элементы И-НЕ
5 = Аг и 8 = Х2.
Сигнал включения:
релейнаябаза
R = ХхХ2п. R = ХхХ2 = Xх+Х2,
элементы И-НЕ
R = ХхХ2 и R = ХхХ2.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
319
б)
Рис. 13.21. Принципиальные схемы на реле (в) и элементах И-НЕ (б),
синтезированные по циклограмме рис. 13.17
В табл. 13.9 приведены фрагменты элементарных циклограмм, реализуе
мых при помощи типовых ячеек памяти. Логические уравнения для сигналов
установки и сброса памяти, приведенные под циклограммами, являются мини
мально-достаточными и не привязаны к какой-либо конкретной элементной ба
зе. Могут быть найдены и другие варианты решений. Подчеркнем, что синтез
этих сигналов следует проводить для прямых значений 5 и R, и только потом
проводить инвертирование в соответствии с требованиями элементной базы
(табл. 13.8).
Приведем некоторые комментарии.
Циклограмма 3. Первое включение выхода У осуществляет входной сиг
нал Хь второе - Х2. Первое выключение осуществляет сигнал Х2, второе - Ір
Неопределенность легко устранится при помощи третьего входного сигнала Аз.
Если такого сигнала в исходной циклограмме нет, то его следует сформировать
искусственно (о чем будет сказано далее).
Приведение к элементарной базе И-НЕ:
5 = Х]Х3 + Х2Х3 = А73 • Х2Х3 = І/3 • Х2Х3,
я=/ г + %? = хТѵ • х2
£
з
і
3
£
з
^
3
^
3
• х2хѵ
^
3
Практическая реализация триггеров возможна с использованием как об
щего, так и раздельных сигналов управления (рис. 13.22, а, б).
Приведение к элементной базе ИЛИ-НЕ:
5 = Х.Х. + Х2Х, =Х. +Х,+ Х, +Х, =Х. +Х +Х2 + Х ,
л = х2х3 + х|х3 =х2 + х3 + х, +х3.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
320
Таблица 13.9
Примеры решения с типовой памятью
Циклограмма
Циклограмма
______ 2_________
8 = Х1 -Х2
R = X1 Х2
8 = Х1
R = X2
XI XX
XI
Х2____
Х2
/...................
ХЗ------
8 = Х1 -ХЗ + Х2 - ХЗ
8 = Х1 -Х2
R = XЗ
R = Х2 • ХЗ + XI • ХЗ
XI
Х2
Х2
ИХ
Г— \
ХЗ
8 = Х2-Х1
R = XЗ
8 = Х1
R = Х2- ХЗ
ХЬИП___________ £Х_
Х2_____ А ................
8 = Х2 XI
R = XЗ
X
Х2___ /Г—"X___________
8 = Х2 -XI
R = ХЗ • Х2
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
321
Окончание таблицы 13.9
1
9
хо:
Х2
Х2
ХЗ
2'
8 = Х1
R = X2
8 = Х1
R = ХЗ • Х2
11
8 = Х1 -Х2
R = X2
Х2
О
8 = Х2
R = XЗ
8 = Х1
R = Х2 • ХЗ
А
или 8 = Х2-Х1
или И = ХЗ Х1
XI Л----- \ А________
Х2____ £ГГ=А_
8 = Х2 -XI
R = XЗ
8-Х2 -XI или 8 = Х2
R = XЗ XI
17
я = хз
8 Х2 • Х1_
R = ХЗ Х2
322
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Синтезированная принципиальная схема дана на рис. 13.22, в.
Приведение к релейно-контактной элементной базе (рис. 13.22, г):
5 = Х,Хз + Х2Х3,
R = Х2Х3 + X Х3 = Х2Х3 • X Х3 = (Х2 + Х3)(Х1 + Х3).
Рис. 13.22. Принципиальные схемы на элементах И-НЕ (а, б), ИЛИ-НЕ (в) и реле (г),
синтезированные по циклограмме 3 табл. 7.13
Циклограмма 6. Выходной сигнал У однозначно включается входным
сигналом Х2 и выключается сигналом X, однако длительность сигнала Х2 пре
вышает длительность сигнала У, что приведет к его повторному включению по
сле пропадания сигнала Х3. Введение логического умножения на сигнал X ре
шает задачу
5 = Х2Х.
Циклограмма 10. Включение выходного сигнала У осуществляет вход
ной сигнал X], а выключение второй сигнал Х3. Выделение второго импульса Х3
легко осуществляется логическим умножением на инверсный сигнал Х2, т. е.
Л = Х3 Х2. В логическое уравнение для сигнала включения может быть введен
учет начальных условий, т. е. 5 = X ■ /Х2.
Полученных теперь знаний достаточно, чтобы вернуться к анализу цик
лограмм рис. 13.10, г, в, объясняющих приемы исключения на этапе синтеза
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
323
явления состязания. Временной принцип управления фронтами здесь заменен
на четкий последовательный процесс управления.
Повторим ее (рис. 13.23). Выходные сигналы легко синтезируются по
рассмотренной методике.
а
Р—
XI
Х2
У
У
а)
Рис. 13.23. Пример циклограммы
Циклограмма а, случай У = Хі+Х2 = 1Сигнал р синтезируется комбинационной логикой Р = оХ, + аХ].
Сигналы Хі и Х2 синтезируются при помощи типовой ячейки памяти.
А): Сигнал установки 8 однозначно описывается уравнением 8 = р-а.
Сигнал сброса R на первый взгляд можно описать уравнениями
R = р а или /? = Р Х2,
но для них существуют зоны риска в точках циклограммы 1 и 2 соответственно.
По этой причине вводим промежуточный сигнал у, легко реализуемый
типовой памятью: 5 = X 2 и R = X
Тогда уравнение для сигнала сброса R = РХ2у.
Х2: Сигнал установки 5 = р а
Сигнал сброса R = РХ]У .
Циклограмма б, случай У2 = ^Х2 = 0 •
Решение находится аналогично:
Р = аХ2 + аХ,;
у: 5 = Х] иЯ = Х2;
X]: £ = рх2у и /? = Ра;
Х2: 5 = РХ]У и/? = Ра.
324
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
В реальной практике проектирования довольно часто встречаются случаи,
когда синтезируемый сигнал активируется несколько раз за цикл работы, при
чем в одном случае он синтезируется при помощи комбинационного логиче
ского уравнения, а в другом только при помощи типового элемента памяти. Та
кой пример показан на рис. 13.24.
Рис. 13.24. Пример неправильного (а) и правильного (б) решения задачи
Первая активация сигнала У] описывается комбинационным логическим
уравнением ^ = X] Х2, а вторая У2 - при помощи использования типовой памя
ти, где 8 = Хз и R = Х4.
Если логически сложить эти два решения
У = (У1 + У2) = Х1 %2 + (Уз + У2) ■ /Х4,
то как следует из схемы рис. 13.24, а в момент единичного состояния сигнала
Т2 выходное реле У включится и встанет на самопитание, работа схемы будет
нарушена.
Это неправильное решение.
Правильное решение показано на рис. 13.24, б. Оно заключается в раз
дельной реализации сигналов У и У2 с последующим их логическим суммиро
ванием, т. е. У= У + У2.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
325
13.7.3. Поиск решения с промежуточными сигналами
Обратимся к анализу циклограмм рис. 13.25, а.
Рис. 12.25. Поиск решения с типовой памятью:
а - постановка задачи, б - циклограмма теоретического решения,
в - циклограмма рабочего решения, г - классический алгоритм,
д - минимизированный алгоритм
Поиск комбинационного решения результата не дает, так как запись
У = X + X = 1 приводит к постоянному включению сигнала У.
Поиск решения с типовой памятью типа И8-триггера дает неопреде
ленность.
Задача легко решается, если применить аппаратный счетный Т-триггер,
но такая элементная база применяется редко, в том числе и в программируемых
логических контроллерах.
Решение легко находится, если бы в зоне 3, между входными сигналами %
имелся промежуточный сигнал а (рис. 13.25, б), но такого сигнала в исходной
циклограмме нет. Следовательно, его нужно ввести, при этом он должен отве
чать следующим условиям:
- обеспечить раскрытие неопределенности, т. е. начинаться в любой
точке между сигналами X;
- не зависеть от длительностей сигналов Хи У, т. е. быть четко привя
занным к их переднему или заднему фронтам.
Этим условиям удовлетворяет промежуточный сигнал а, определяемый
задними фронтами сигналов X(рис. 13.25, в).
Введя в циклограмму промежуточный сигнал, следует вновь попытаться
найти сначала комбинационное решение (в нашем случае его нет), либо реше
ние с типовой памятью:
326
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Память сигнала У:
Память сигнала а:
установка
сброс
установка
сброс
5 = ^а;
Д = Х-а;
5 = XX;
Я = ХУ.
Подобное решение может служить типовой ячейкой счетного триггера
(Т-триггера) на реле (рис. 13.25, г).
Заменив условное обозначение входного сигнала X на Г, получим:
Реле У:
установка
5 = Га;
Реле а:
сброс
7? = Га = Г + а;
установка
5 = ГУ;
сброс
Ц = ТУ = Т + У.
Если для выходного реле У использовать уравнение типа У = (8 + У)И, а
для реле а - типа а = 5 + а/?, то можно уменьшить общее число контактов, ис
пользуемых в релейной схеме
Действительно:
У = (5 + У)/? = (Га + У)(Г + а) = 7а + УГ + Уа =
= а(Г + У) + УГ + ГГ = а(Г + У) + Г(У + Г) =
= (Г + У)(Г + а);
а = 5 + аЛ = ГУ + аГУ = ГУ + а(Г + У) =
= ГГ + ГУ + а(Г + У) = Г(Г + У) + а(Г + У) =
= (Г + У)(Г + а).
Выделив общую цель (Г+У), вычерчиваем схему, показанную на
рис. 13.25, д.
Обобщенный алгоритм синтеза с введением промежуточного элемента
приведен на рис. 13.26.
В табл. 13.10 приведены фрагменты элементарных циклограмм, решение
которых осуществляется путем введения в исходную циклограмму промежу
точных сигналов.
Приведенные решения во многих случаях не являются единственно
возможными. Читателю предлагается самостоятельно выполнить их анализ,
попытаться найти другие варианты. Критерий к решению - последовательное
раскрытие обнаруженных при анализе неопределенностей решения.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
327
Рис. 13.26. Обобщенный алгоритм синтеза
с введением промежуточного сигнала
Дадим некоторые комментарии.
Циклограмма 3. Очевидно, что задача может быть решена по аналогии
предыдущего примера с управлением промежуточным сигналом задними фрон
тами сигнала Х2 Однако наличие в исходной циклограмме сигналов Х\ и Ху дает
более простое решение.
328
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Таблица 13.10
Примеры решений с введением промежуточных сигналов
Циклограммы
Исходная
=^
Преобразованная
№
2
1
1
х_____ /______ \_________
к
У
X
7
а
і
У
а: 8 = Х; К =
У-Х
‘ 3
1
а
а= 8 = XI; Я=...
У = XI + Х2
а
XI л
Х2
Х2
хз
ХЗ
У
а_
а: 8 = XI; Я = ХЗ
у
У: 8 = Х2 • а;
4
XI
/
R = Х2 "а
\
Х2
ХЗ
У
/У
<
аі
/Г\
\
8 = Х1; Я = ХЗ
а2 8 = хз • аз; я-хз • аз
аз
8 = ХЗ -а2; R =30 02
у
8 = хТ- аз; я = хз • аз
ХЗ____
аі V
а2____
аз
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
329
Продолжение таблицы 13.10
Циклограммы____________
=> Преобразованная
Исходная.
№
2
XI
\
/
Г-
Х2
ХЗ
Х2
/У
У
1<
Ш
/X
ХЗ
\
аі
8 = ХЗ- а2; R = ХЗ - а2
а2 8 = хз
аз
з
аі; я = хз-аі
8 = ХЗ • а2; R =...
•
а2
аз
У
<
\
г~
\
у = хі • аз • Х2
X____ 2
У
а
а
у
8 = ха;к = ха
7
ХЕ/
Х2
ХЗ
/
V
-\
г~\
'
О
\
а= 8 = Х2; Я = ХЗХ2
У: 8 = 5а Х2; и-хза
8
У = хі а
ХЗ
а
\
і
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
330
Продолжение таблицы 13.10
Циклограммы
Исходная
=>
Преобразованная
№
2
1
9
/—
X
1
У
/А
хі___ / А
А
XI_____ /Г\
Х2
‘ 3
1
X
Х2_7
аі ■
/
ч
ОСЬ 8 = Х2- а2; R = Х2 • 02
а2
02= 8 = Х2- аі; R = Х2 • аі
-- -------- -Г---------
У:
8 = Х1 О1; R = ХЗ 0С2
хи
XI/
Х2
X
/
X /
Х2
ХЗ
хз
У
а
X
—X
О 8 = Х2 ХЗ; Я = ...
л
'А- —
' \
У 8 = Х2-Х3- О + Х2-ХЗ- а = Х2 • (хз ^ а)
О1 8 = Х2-02 XI; Я = Х2О2Х1
02 8 = Х2-О1 XI; К = Х2О1Х1
У1=Х2-О2-Х1;
У2 = Х2 02 X1
12
XI
Х2
У
Г\ /1гх_____________
Г\ Л
г__________ X
аі- 8 = зЛ • 02; R = Х2 • 02
_
— ---а2= 8 = хі аі; я = Х2-аі
У:
8 = XI 02; Я = Х2О2
хі__ /
Х2
ад
02__
ѵ
- ------
\
і
х
’А
г
х
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
331
Окончание таблицы 13.10
№_______________ Циклограммы____________
Преобразованная
_ _____ Исходная______ ^
1
2
3
аг 8 = Х2 • а2; Я = Х2 а2
а2: 8 = Х2 • Ш; Я = Х2 -аі
У:
8 = Х2а2-Х1 ; Я = Х2-а2Х1
Циклограммы 4 и 5. На них приведены два решения одной и той же за
дачи. Рабочая (с промежуточными сигналами) циклограмма 5 отличается от
циклограммы 4 тем, что формирует выходной сигнал У комбинационными спо
собами, однако его длительность на величину одного фронта больше заданного.
Допустимо это или нет, решается в каждом конкретном случае индивидуально
(как правило, допускается). Кроме того, рабочая циклограмма 5 не допускает
повторного цикла, так как не предусмотрено выключение промежуточного сиг
нала а3. При необходимости это легко реализовать, сформировав сигнал сброса
«(«зЬТЦиклограмма 12. Возможно решение с двумя счетными триггерами,
управляемыми, соответственно, сигналами У] и Х2. Очевидно, что это решение
сложнее, так как потребует не двух промежуточных сигналов, а четырех.
13.8. Определение минимального числа логических переменных,
необходимых для перевода нереализуемых условий работы в реализуемые
Как уже ясно из анализа циклограмм табл. 13.10, нереализуемые условия
работы схемы переводятся в реализуемые введением в циклограмму опреде
ленного числа дополнительных сигналов. Естественно, это необходимо сделать
введением их минимально-возможного числа. Точное определение числа до
полнительных сигналов практически невозможно. Рассмотрим методику, пред
ложенную в [2] и основанную на определении верхней («в) и нижней (ин) оце
нок числа элементов, необходимых для построения схемы. Верхняя оценка ив
332
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
означает, что схема может быть заведомо реализуема с числом элементов, не
превосходящих пв. Нижняя оценка пц означает, что для данных условий, воз
можно, можно построить схему с числом элементов равным «„. Вычисление
оценок пв и пк позволяет существенно облегчить синтез схемы, так как проек
тант заранее знает необходимое число элементов пн<п< пв.
Анализ выполняется в следующей последовательности:
1. Определяется число совпадающих тактов т, для каждой /-й комбина
ции исходных входных сигналов.
Рис. 13.27. Примеры совпадающих тактов
Совпадающими тактами называются такие такты, в которых состояния
выходных сигналов различны, а состояние входных сигналов одинаково.
Например, в циклограмме рис. 13.27, а совпадающими тактами являются 2 и 4
(рис. 13.27, б, 2, 4, 6 и 8, рис. 13.27, в, 2 и 4).
Наличие совпадающих тактов указывает на нереализуемость схемы.
К числу совпадающих тактов относятся также и такты, образующие так
называемую существенную последовательность (рис. 13.28), т. е. входящие в
последовательность входных сигналов счетной схемы.
123456789
10
Рис. 13.28. Существенная последовательность
При определении т, подсчитывается число всех комбинаций входных
сигналов, например, для рис. 13.27, в имеется три комбинации входных логиче
ских переменных А] и ^2. Это 00, 10 и 11. Каждая из комбинаций 00 и 11 ветре-
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
333
чается лишь в одном такте, следовательно, Woo - Wiі = 1. Комбинация 10 встре
чается в двух тактах, причем они являются совпадающими, поэтому т^ = 2.
Комбинация 01 отсутствует, поэтому wOi - 0.
Итак: /цОо = 1; ти = 1; т]0= 2; wOi = 0.
2. Из всех определенных значений т выбирается наибольшее число, ко
торое обозначается wmax. В нашем случае wmax = ^ю = 2.
3. Вычисляется нижняя оценка пи по формуле 2"н> wmax4. Вычисляется верхняя оценка пъ по формуле 2”в > 2m max - 1, т. е. 2"в> 3,
откуда «в - 2.
Из приведенных формул видно, что верхняя и нижняя оценки могут от
личаться друг от друга только на один элемент.
Приведем еще один характерный пример. Пусть необходимо выполнить
схему счета импульсов с выдачей выходного сигнала на десятом входном им
пульсе (рис. 13.28).
Входная комбинация 1=0 встречается 10 раз во всех нечетных тактах, но так
как выходной сигнал здесь одинаков и всегда равен Х= 0, то ш0= 1.
Комбинация X = 1 также встречается 10 раз во всех четных тактах, но
здесь мы имеем существенную последовательность с разными значениями вы
ходных сигналов, относящуюся к совпадающим тактам, так как т\ = 10, откуда
т^- 1; Wi = 10; wmax= т\ = 10.
Нижняя оценка 2™ > wmax, 2"н > 10 и /?н = 4.
Верхняя оценка 2"в > 2m тах -1,2"в > 19, ив= 5, т. е. схема реализуется на че
тырех-пяти элементах.
Следует сказать, что при синтезе реальных схем возникает очень много
вариантов включения дополнительных элементов, и однозначно сказать, какой
из них ведет к их минимальному числу, заранее невозможно. Поэтому вычис
ленные оценки позволяют лишь оценить на сколько выбранный вариант близок
к оптимальному. Например, если счетчик реализован на шести элементах, то
этот результат можно считать приемлемым, а если на восьми-девяти элемен
тах, то следует попытаться найти другое решение. В этом можно убедиться при
синтезе счетчиков и регистров [11-15].
13.9. Синтез временных логических схем
на основе метода циклограмм
Временные логические функции осуществляют преобразование рабочих
сигналов по длительности, а также генерирование одиночных или последова
тельных импульсов и широко применяются в промышленной электроавтомати
ке, в том числе и станкостроении.
334
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Базовые временные логические функции (табл. 13.11) осуществляют:
- задержку переднего, заднего или обоих фронтов входного сигнала Х^\,
- формирование импульса заданной длительности при включении, вы
ключении или по обоим фронтам входного сигнала;
- генерирование одиночного импульса заданной длительности или по
следовательности импульсов заданной частоты и скважности.
Из табл. 13.11 видно, что в формировании выходных логических функций
Уі... У5 участвует сигнал Д?-Ат), задержанный на время Ат по отношению к вы
ходному сигналу Х(1), имеющий чисто теоретический характер. В применяемой
на практике элементной базе такой сигнал отсутствует.
Базовыми элементами для временных логических функций, как правило,
являются:
- для жесткой бесконтактной логики - типовые схемы задержки переднего
или заднего фронта, выполненные на базе конденсаторных задержек;
- для релейных систем - реле времени с замыкающимися и размыкаю
щимися с выдержкой контактами;
- для программируемых логических контроллеров (ПЛК) - выдержка
времени при включении.
Синтез и анализ циклограмм для каждой логической переменной следует
проводить по уже известному нам алгоритму:
1. Вычерчивание исходной циклограммы в соответствии с поставленной
задачей и ее анализ (исходная циклограмма включает только физически суще
ствующие сигналы).
2. Поиск комбинационного решения, однозначно описывающего синте
зируемый сигнал по исходной циклограмме уравнениями алгебры логики. Если
решения нет, то переходим к п. 3.
3. Поиск решения с применением типовой памяти типа ЯБ-триггера. При
этом синтезу по циклограмме подвергаются только сигналы установки памяти 5
и ее сброса R. Если решения нет, то переходим к п. 4.
4. Введение в исходную циклограмму промежуточного сигнала а в щлях раскрытия неопределенностей, не позволяющих найти комбинационное
решение или решение с типовой памятью и переход к п. 2 настоящего алгорит
ма; программа с веденными в нее промежуточными сигналами называется ра
бочей.
5. Минимизация полученных логических уравнений и их приведение к
виду элементной базы, на которой реализуется практическая схема.
6. Вычерчивание принципиальной схемы или алгоритма для программи
рования ПЛК.
Базовые временные логические функции
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
335
336
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
При этом следует также применять понятные для чтения условные обо
значения, например:
Дт - общее обозначение выдержки времени;
Дт (Т) - задержка переднего фронта;
Дт (Ф) - задержка заднего фронта;
ТМ (Timer) - общее обозначение реле времени (таймера) или ВЭ (вре
менной элемент) или РВ (реле времени);
Дт (ТФ) - задержка переднего и заднего фронтов;
тм (Т) - контакт реле с задержкой переднего фронта (момента замы
кания);
ТМ (Ф) - контакт реле с задержкой заднего фронта (момента размыка
ния) и т. д.
При использовании программируемых контроллеров следует применять
условные обозначения, определенные синтаксисом языка.
Варианты начертания циклограмм для временных схем приведены на
рис. 13.29.
Рис. 13.29. Варианты начертания циклограммы (а, б, в)
и схема (г) временного элемента
В связи с тем, что время включенного состояния катушки реле и его кон
тактов не совпадают, то возможны три варианта изображения циклограммы:
1. Раздельное изображение катушки ТМ и замыкающего контакта
ТМ (Т). Сигнал ТМ (Т) синтезу не подлежит (рис. 13.29, а).
2. Отображение на циклограмме только сигнала, относящегося к катуш
ке ТМ. Момент замыкания катушки реле изображается вертикальной стрелкой
с индексом Дт (рис. 13.29, б).
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
337
3. Отображение на циклограмме только сигнала, относящегося к контак
ту реле ТМ (Т). Время включенного состояния катушки реле ТМ определяется
горизонтальной стрелкой с индексом Ат (рис. 13.29, в).
Анализ всех трех циклограмм дает одинаковый результат:
РелеУ:
5 = А;
я = тм (Т)и r = tm(V);
Реле
TM = X-Y.
Многолетний опыт авторов при проектировании различных схем на осно
ве метода циклограмм показал, что при синтезе временных схем на циклограм
ме целесообразно показывать раздельные рисунки для синтезируемого сигнала
ТМ, отражающего катушку реле или сигнал запуска таймера ПЛК и выходного
сигнала реле времени или таймера ПЛК ТМ (Ат), используемого при синтезе
других логических переменных, т. е. вариант а). Еще раз подчеркнем, что в от
личие от обычной логической функции входные и выходные сигналы времен
ной функции не совпадают по времени и их раздельное изображение значи
тельно упрощает синтез и анализ циклограмм.
Там, где результат очевиден, можно применять циклограммы вариантов б
и в.
В практической инженерной деятельности следует иметь набор прове
ренных типовых схем на различной элементной базе и различный диапазон вы
держек времени. Подобные схемы приводятся в справочниках и руководящих
материалах на элементную базу, а также данные по максимально допустимой
выдержке времени в той или иной схеме включения.
В релейном варианте приводится синтез типовых временных схем (алго
ритмов для PLC) по изложенной методике.
Задержка переднего фронта входного сигнала X
В качестве базовой примем циклограмму задержки при включении, отра
жающую реальную работу реле времени (таймера) электронного типа, напри
мер, серии ВЛ, и функции таймера любого программируемого контроллера.
Анализ исходной циклограммы (рис. 13.30, а), состоящей из входного (А)
и выходного (У) сигналов, показывает, что задача не решается ни комбинаци
онным путем, так как нельзя написать однозначное уравнение Y=/(X), ни при
помощи типового элемента памяти, так как нельзя написать однозначные урав
нения S =flX, Y) и R = J(X, И Для сигналов включения и выключения памяти.
Для раскрытия неопределенности принимается решение о введении промежу
точного сигнала, в качестве которого целесообразно использовать временной
сигнал с задержкой ТМ.
338
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Рис. 13.30. Исходная (а), рабочая (б) циклограммы и схема
(в) задержки переднего фронта
Анализ рабочей циклограммы (рис. 13.30, б) показывает, что сигнал
включения катушки таймера ТМ повторяет входной сигнал X, а выходной сиг
нал схемы У повторяет выходной сигнал таймера ТМ (Ат), т. е. ТМ = X п
У= ТМ^х).
Принципиальная релейно-контактная схема, являющаяся одновременно
алгоритмом для написания программы ПЛК, приведена на рис. 13.30, в.
Задержка заднего фронта входного сигнала X
Рис. 13.31. Циклограммы и схемы задержки заднего фронта при использовании
реле с выдержкой при включении (а) и отключении (б)
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
339
Здесь и дальше будем проводить только рабочие циклограммы с уже вве
денными промежуточными сигналами, необходимыми для получения однознач
ного решения задачи, сформированной исходной циклограммой (сигналы X и У).
На рис. 13.31, а приведено решение с реле времени, имеющим задержку
при включении питания.
Входной сигнал У не описывается комбинационным уравнением алгебры
логики, так как нет однозначного решения У = /(Х). Принимаем решение, при
менить типовой элемент памяти.
Сигнал включения памяти 5 = %. Сигнал включения памяти R = ТМ(ДХу
Поскольку типовая память на реле сбрасывается инверсным сигналом, инвер
тируем сигнал сброса R = ТМ (Дт).
Сигнал включения катушки таймера описывается комбинационным урав
нением ТМ= X - У.
На рис. 13.31, б приведено решение с реле времени, имеющим задержку
при выключении питания.
Логические уравнения очевидны: ТМ\ = Хи У = ТМХ^).
Формирование импульса заданной длительности по переднему фрон
ту входного сигнала X(рис. 13.32).
а)
б)
Рис. 13.32. Циклограмма (а) и схема (б) формирования импульса
по переднему фронту
Сигнал включения таймера повторяет входной сигнал, т. е. ТМ = Х.
Выходной сигнал У - X ■ ТМ(Ат).
Формирование импульса заданной длительности по заднему фронту
входного сигнала X
1. Формирование импульса с использованием реле с выдержкой времени
при включении (рис. 13.33). Для раскрытия неопределенности в исходную цик
лограмму введено два промежуточных сигнала а и ТМ.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
340
Логические уравнения решения задачи:
Реле а - память, 8 = X, 11 = ТМ(Дх) и /? = ТМ (Дт);
Реле У и ТМ синтезируются комбинационно:
У = Ха;
ТМ= У.
х/
а)
Рис. 13.33. Циклограмма (а) и схема (б) формирования импульса
по заднему фронту на реле с выдержкой при включении
2. Формирование импульса с использованием реле с выдержкой времени
при отключении (рис. 13.34).
Логические уравнения решения задачи:
Реле ТМІ = Х;
Реле У = Ха.
Рис. 13.34. Циклограмма (а) и схема (б) формирования импульса
по заднему фронту на реле с выдержкой при отключении
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
341
Формирование импульсов равной длительности по обоим фронтам
входного сигнала
Задача легко решается при использовании реле времени с выдержкой при
включении (рис. 13.35).
Выходной сигнал У описывается функцией неравнозначности между
входным сигналом X и промежуточным сигналом а, т. е.
Г = (/^а) = Іа + Та.
Сигнал включения катушки таймера есть функция повторения выходного
сигнала, т. е. ТМ = У.
Промежуточный сигнал а реализуется при помощи типовой памяти
8 = ТМ(М)Х,
Я = ТМ(Дт)Х илиЛ = Ш(Ат) + /.
Рис. 13.35. Формирование импульсов равной длительности
по обоим фронтам входного сигнала
Формирование импульсов разной длительности по обоим фронтам
входного сигнала
Задача может быть решена как с использованием реле разного типа, т. е.
при формировании первого импульса на реле с выдержкой времени при включе
нии, а второго - на реле с выдержкой при отключении так и на реле одного ти
па - с выдержкой только при включении. Приведем второй вариант (рис. 13.36).
Логические уравнения решения задачи:
Выходное реле У = (Х ^ а) = Ха + Ха;
Первый таймер ТМ\ = УХ;
Промежуточное а - память 8 = ГЛЛ(Дт) и R = ТМ 2(Дт);
Второй таймер ТМ2=У X.
342
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
і:
ТМ1 у-------
ТМІ(ДТ)
а
ТМ2
ТМ2(ДТ)
Рис. 13.36. Формирование импульсов по обоим фронтам входного сигнала
с использованием реле одного типа
Задержка обоих фронтов входного сигнала X на одинаковое время,
т. е. сдвиг входного сигнала вправо (рис. 13.37)
Сигнал включения катушки таймера описывается функцией неравнознач
ности входного и выходного сигналов
ТМ=(Х*У) = ХУ + ХУ.
Выходной сигнал У реализуется при помощи типовой ячейки памяти:
Включение
5 = ТМ( Дт)У;
Выключение
R = ТМ (Дт)Х или R = ТМ (Дт) + X.
Рис. 13.37. Формирование импульсов по обоим фронтам
входного сигнала с использованием реле одного типа
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
343
Задержка обоих фронтов входного сигнала X на разное время
(рис. 13.38)
тміу
ТМІ(ДТ)
ТМ2
ТМ2(ДТ)
а)
Рис. 13.38. Задержка обоих фронтов входного сигнала на разное время
Задача решается при помощи двух таймеров с различными уставками вы
держки времени. Логические уравнения решения задачи:
Первый таймер ТМ\ = ХУ;
Выходное реле У - память 5=ТМ 1 (Д1) и R = ТМ 2(Ат);
Второй таймер ТМ 2 = ХУ.
Одновибратор
Схема формирования выходного импульса заданной длительности по ко
роткому входному импульсу X(рис. 13.39).
ТМ ^--------
Ат
ТМ(АТ)
а)
Рис. 13.39. Одновибратор
Задача решается введением в исходную циклограмму промежуточного
временного сигнала ТМ 1.
Логические уравнения:
Выходной сигнал У-память 5 = Х и Н^ТМЦАи);
Реле времени ТМ\ = У.
344
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
В случае, если используемая элементная база не позволяет реализовать
заданное время включения выходного реле, то следует применить каскадное
включение таймеров.
Каскадное включение таймеров (рис. 13.40)
Синтез схемы очевиден:
У:
8 = Х'
К=ТМ2(^нК = ТМ2^);
ТМ\ = Г;
ТМ2 = ТМ\^).
Рис. 13.40. Циклограмма (а) и схема (б) каскадного включения таймеров
Управляемый генератор импульсов (рис. 13.41)
Включение генератора осуществляется кнопкой Пуск (сигнал КнП), а вы
ключение кнопкой Стоп (сигнал КнС). Кнопки управляют схемой памяти (на
схеме не показано) промежуточного сигнала X, определяющего общее время
работы генератора. Основу автономного генератора составляют два таймера
ТМ1 и ТМ2, задающих время длительности выходного сигнала У и время пау
зы соответственно.
Логические уравнения:
Промежуточный сигнал X- память: 8 = КнП и й = КнС;
Первый таймер
М = У-ГМ2(Дт);
Второй таймер
ТМ2 = ХТМ1(Дх);
Выходной сигнал
У = Х -Ш1(Дт).Ш2(Дт).
Очевидно, что, изменив рабочую циклограмму соответственно постав
ленной задаче, легко синтезировать генератор с фиксированным периодом и ре
гулируемой скважностью за счет изменения длительности импульса или време-
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
345
ни паузы. Дополнив генератор счетчиком сигналов У, можно синтезировать ге
нератор заданного числа импульсов и многие другие схемы.
а)
б)
Рис. 13.41. Управляемый генератор импульсов
Синтез приведенных типовых временных схем, конечно, не исчерпывает
все задачи, которые могут возникнуть при проектировании промышленной
электроавтоматики, однако авторы в очередной раз осмеливаются утверждать,
что предложенный инженерный метод на основе циклограмм и аппарата алгеб
ры логики позволяет легко решать любые задачи дискретной автоматики при
любом числе логических переменных и на любой элементной базе, что он го
раздо эффективнее методов типа карт Карно и диаграмм Вейча и гораздо прак
тичнее теории дискретных автоматов.
Все приведенные решения пригодны для любой элементной базы, для лю
бых языков программируемой логики.
346
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
13.10. Комплексное применение методики синтеза
13.10.1. Общие положения
Подробное изложение методологии и последовательность проектирова
ния реальных алгоритмов станочной электроавтоматики на основе приведенной
инженерной методики дано в [13]. Приведем примеры синтеза алгоритмов
управления манипулятором станка с ЧПУ (рис. 13.42) на базе программируемо
го контроллера фирмы «Сименс».
Станок ИР500ПМФ4 - это многооперационный четырехкоординатный
станок с ЧПУ, горизонтальным шпинделем и автоматической сменой инстру
ментов. Инструментальный магазин - горизонтальный реверсивный емкостью
40 инструментов. Смена инструментов осуществляется двуплечим манипулято
ром, рабочие движения которого выполняются при помощи электрогидравлических золотников.
Манипулятор имеет две клешни с подпружиненными захватами, с помо
щью которых инструмент вынимается из магазина и шпинделя и вставляется в
них. Положение магазина всегда четко фиксировано и его расфиксация осу
ществляется только при вращении. В данном станке при поиске инструмента
применен так называемый метод кодирования гнезда, когда каждый инстру
мент однозначно привязан к фиксированному номеру гнезда. Это определяет
двукратный поиск в общем цикле смены, сначала следующего по технологии
обработки инструмента, а затем пустого гнезда для возврата в магазин инстру
мента, находящегося в шпинделе и закончившего работу.
Рис. 13.42. Эскизный общий вид станка модели ИР500ПМФ4
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
347
Общий цикл поиска и смены инструмента включает следующие этапы:
1. Поиск следующего по технологии обработки инструмента по коду
Тхх, заданному в программе обработки детали.
2. Локальный цикл Захват, осуществляющий захват найденного инстру
мента из магазина и его временное хранение в клешне манипулятора до прихо
да команды на смену инструментов.
3. Поиск пустого гнезда для инструмента, находящегося в шпинделе и
производящего обработку детали. Эта операция осуществляется по коду, запи
санному в памяти электроавтоматики.
Эти три операции в целях повышения производительности станка осу
ществляются параллельно с обработкой детали. По окончании обработки и вы
ключения шпинделя по команде Мб выполняются дальнейшие этапы общего
цикла.
4. Отвод шпинделя в позицию смены по оси Z.
5. Ориентация шпинделя.
6. Перемещение шпинделя по оси Y вверх до вставления отработавшего
инструмента в захват свободной нижней клешни манипулятора.
7. Локальный цикл «Смена инструмента» или сокращенно Смена, вклю
чающий следующие операции:
- отжим инструмента в шпинделе;
- выдвижение манипулятора;
- поворот манипулятора на 180°;
- возврат манипулятора в исходное положение;
- зажим нового инструмента в шпинделе;
8. Отвод шпинделя по оси Y вниз на безопасное расстояние.
9. Локальный цикл Возврат отработавшего инструмента в магазин.
10. Выдача ответного сигнала об окончании общего цикла поиска и смены.
в) Возврат
в магазин
Рис. 13.43. Движения манипулятора на этапах Захвата, Смены и Возврата инструмента:
а - захват в магазине; б - смена в шпинделе; в - возврат в магазин
348
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
На рис. 13.43 показаны движения манипулятора на этапах Захвата, Смены
и Возврата инструмента в общем цикле смены.
В качестве примера будет рассмотрен синтез алгоритма локального цикла
Захват.
13.10.2. Организация цикла управления
При разработке алгоритмов управления сложными механизмами (напри
мер инструментальными магазинами, устройствами смены инструментов и
спутников, резцедержками, автоматизированной задней бабки, патроном, пино
лью и т. д.), полный цикл работы которых включает несколько операций, целе
сообразно формировать специальный сигнал, определяющий «тело цикла».
Действие этого сигнала (назовем его Цикл) начинается с команды включения
цикла управления механизмом и заканчивается контролем выполнения послед
ней операции.
В приведенном далее примере цикла Захват выполняется по команде от
кнопки в наладочном (ручном) режиме.
Алгоритм управления циклом и его циклограмма включают четыре части:
1) проверка начальных условий, определяющих, можно ли начинать
Цикл;
2) активизация командного сигнала начала Цикла;
3) рабочее тело Цикла;
4) формирование сигнала Сброс Цикла, определяющего его завершение и
приводящего схему (алгоритм) в начальное исходное положение.
Проверку начальных условий 1 рекомендуется выполнять в несколько ша
гов:
— формирование сигнала Запрет, объединяющего все несовместимые с
данным циклом условия. В нашем случае это режим Автомат, Вклю
ченное состояние шпинделя, Режим прямого управления и др.;
- проверка исходного положения механизмов, связанных с работой цик
ла. В нашем случае манипулятор должен быть в исходном нижнем по
ложении, вдвинут и находиться в вертикальном положении. Если кон
тролируемых сигналов много, то их следует разбить на группы,
например, Кисх (руки), Кисх (шпинделя), Кисх (координаты) и т. д.
В этом случае легче выполнять наладочные работы;
- формирование сигнала разрешения работы цикла РЦ, активизируемого
при отсутствии сигнала Запрет, наличии всех сигналов контроля ис
ходного положения и установки рабочего режима, т. е.
РЦ = РРучн • /Запрет • Кисхі- Кисх2.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
349
Активизация начала работы цикла 2 выполняется при условии наличия
сигнала разрешения цикла РЦ и поступлении командного сигнала, в данном
случае нажатии кнопки Цикл.
13.10.3. Синтез цикла захвата инструмента
На рис. 13.44 и рис. 13.45 приведены движения манипулятора в процессе
захвата инструмента в магазине и циклограмма работы цикла соответственно.
Рис. 13.44. Движения манипулятора в цикле захвата:
1 - вверх (захват); 2 - от станка (магазина); 3 - вниз; 4 - к станку с инструментом
Локальный цикл Захват предусматривают следующую последователь
ность выполнения операций:
- проверка несовместимых циклов (Запр);
- проверка исходного положения (Кисх) и формирование сигнала раз
решения цикла (РЦ);
- формирование сигнала тела цикла Ц(Захв);
- перемещение манипулятора вверх М(|) и захват инструмента в мага
зине;
- перемещение манипулятора с инструментом от станка М(<—), т. е. вы
таскивание инструмента из магазина. Зажим инструмента в магазине
осуществляется пружинным механизмом, и манипулятор преодолевает
его действие. Предусмотрена задержка выполнения операции для
обеспечения полноценного захвата инструмента клешней манипулято
ра при движении вверх;
- перемещение манипулятора вниз М(|);
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
350
- перемещение манипулятора с инструментом к станку в позицию ожи
дания М(—►);
- сброс (СбрЦ) локального цикла захвата;
- формирование ответного сигнала о завершении цикла Ц(Ок!).
РЦ
ВклЦ
Ц(Захв)
Вверх
Вниз
Ш)
Кф
Влево(от ставка)
Вправо
СбрЦ
Захв(Ок!)
Рис. 13.45. Циклограмма операции захвата инструмента манипулятором в магазине
Внимание. Направление стрелок в сигналах горизонтального перемеще
ния манипулятора от станка и к станку весьма условно, так как зависит от места
обзора. В тексте и в алгоритмах принято М(<—) - это выдвижение, т. е. от стан
ка, и наоборот М(—>) - это возврат, т. е. к станку (рис. 13.43).
Синтез алгоритма цикла захвата инструмента в магазине по цикло
грамме рис. 13.44.
Анализ циклограммы дает следующие результаты:
- Глобальный запрет формируется из суммы сигналов всех других
несовместимых циклов (Запрет)
Запрет = Ц(Ноль) + Ц(ПИ) + Ц(ПГ) + Ц(См) + ... ,
т. е. при активных локальных циклах выхода в ноль, поиска инструмента, поис
ка гнезда, смены инструмента и т. д.
- Контроль исходного положения магазина и манипулятора (Кисх)
Кисх = Кфиск(м) • Д1 • Д2 • К( ^) • К( ^) • (К(по) • К(прот)),
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
351
т. е. при зафиксированном магазине, штатном положении датчиков магазина Д1
и Д2, нижнем, вдвинутом и вертикальном положении манипулятора.
- Разрешение цикла
РЦ = Запрет КисхПИ(0к!)У(вне)-Захв(0к!)
т. е. при отсутствии запрета, наличии сигнала исходного положения, закончен
ном цикле поиска инструмента, отсутствии шпинделя в клешне манипулятора,
отсутствии блокировочного сигнала о завершении цикла захвата;
- Сигнал цикла операции захвата Ц(Захв).
Установка памяти сигнала Цикл:
8(Ц) = РЦКнЦ,
т. е. при наличии разрешения и нажатии кнопки активизации.
Сброс памяти:
И(Ц) = СбрЦ + Сбр.
Напомним, что релейная память выключается размыкающимися контак
тами, поэтому все сигналы отключения R необходимо инвертировать.
- Управление движением манипулятора вверх МЦ) реализуется при по
мощи стандартной релейной памяти ¥=($+¥)*/R:
сигнал установки памяти
5(Т)= КнЦ а • Ц(Захв);
сигнал сброса памяти
Я(Ц=К(<—)-М(«—)-К(|)-Ц(Захв);
выходной сигнал
М([)= (8(Т)+МЦ))7Я(|)-Ц(3ахв).
- Управление движением манипулятора вниз МЦ)
М(!)= М(Т)Ц(Захв)
т. е. это инверсия движения вверх.
- Промежуточный сигнал
а = (К(О-М(«-)-К(Т)+а) -Ц(Захв).
Промежуточный сигнал а разделяет циклограмму на две части, позволяя
тем самым устранить неопределенности решения задачи, так как состояния
сигналов в начале цикла и в его конце совпадают.
Следует напомнить, что такой сигнал нужно всегда, не задумываясь, вво
дить в циклограмму при разработке алгоритмов управления подобными циклами.
- Управление движением манипулятора от станка:
сигнал установки памяти 5(<—)- К(Т)Д/ • К(->) М(Т) -а • Ц(Захв);
сигнал сброса памяти
Р(<~) = К(Ф) • К(<—) • а • Ц(Захв);
выходной сигнал
М(<—)= (Х(<-) + М(<-)) • /?(<-) • Ц(Захв).
Выдвижение манипулятора активизируется задержанным сигналом кон
троля его верхнего положения К(|)Д/, чтобы обеспечить полноценный захват
клешней инструмента в магазине перед его вытаскиванием.
352
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
- Управление движением манипулятора к станку (инверсия движения
от станка в теле цикла)
М(^)= М(<-) • Ц(Захв).
- Сигнал сброса цикла формируется при условии завершения всех дви
жений и возврата манипулятора в исходное положение. Сбрасывается
сигналом Захв(ОК!)
Сбр(Ц) = (Ц(Захв) -КЦ)-К(^)-а + Сбр(Ц)) • /Захв(ОК!).
- Вспомогательный сигнал Захват выполнен предназначен для разреше
ния выполнения следующей операции общего цикла смены
Захв(ОК’) = (Сбр(Ц) • /Ц(Захв) + Захв(ОК!)) • /Сбр -Станок.
При необходимости во все уравнения движения манипулятора можно
ввести дополнительные сигналы прерывания для работы в пошаговом режиме,
а также наладочные сигналы прямого управления электромагнитами [11].
Синтезированный по полученным логическим уравнениям релейный ал
горитм для PLC фирмы Сименс приведен на рис. 13.46 - рис. 13.49.
Рис. 13.46. Алгоритм цикла Захват (Network 1 и 2)
Назначение адресов входных сигналов'.
12.0 - кнопка Цикл (КнЦ);
12.1 - манипулятор внизу (К|);
12.2 - манипулятор вверху (Kf);
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
353
12.3 - манипулятор у станка, вдвинут (К—>);
12.4 - манипулятор выдвинут (К«—);
12.5 - сигнал условного контроля фиксации магазина и вертикального
положения манипулятора;
12.7 - кнопка Сброс электроавтоматики (КнСбр).
Network 3:
Цикл
W2.7
-И-
Network 4:
Манипулятор Вверх / Вниз
Рис. 13.47. Алгоритм цикла Захват (Network 3 и 4)
Назначение адресов выходных сигналов'.
Q1.0 - манипулятор вверх M(f);
Q1.1 - манипулятор вниз МЦ);
Q1.2 - манипулятор к станку М(—>);
Q1.3 - манипулятор от станка М(«—);
Q1.7 - цикл (для контроля).
Назначение адресов промежуточных сигналов:
Q1.7 - цикл (выходной для контроля);
МО.0 - наладочная ячейка «Всегда =0»;
М0.1 - наладочная ячейка «Всегда =1»;
М3.0 - глобальный запрет;
М3.1 - контроль исходного положения Кисх;
М3.2 - разрешение работы цикла Разр;
М3.5 - сигнал включения S(f) памяти Манипулятор Вверх;
М3.6 - сигнал выключения R(T) памяти Манипулятор Вверх;
354
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
М3.7 - промежуточный сигнал;
М4.0 - сигнал включения 8(«—) памяти Манипулятор от станка;
М4.1 - сигнал выключения Я(|) памяти Манипулятор от станка;
М4.2 - сигнал сброса цикла.
М4.3 - сигнал Захват ОК!
Существуют и другие методы синтеза цикловых алгоритмов. Далее при
ведем пример решения той же задачи при помощи метода, так называемого
счетчика последовательности.
Hetwork 5:
промежуточный сигнал
Network б:
Манипулятор Отвод / Подвод
Comment
Рис. 13.48. Алгоритм цикла Захват (Network 5 и 6)
Network 7:
чмол
________ 1
1
1 1
Сброс цикла. Завеет ок
4123
______ 1 1______
1 1
%І2Л
________ I
1 Г
і________
%Q1J
%M3.7
_______1 і______
_________1 1________
1 г
%М42
J I______
ЧМ43
—J L—
4Q1.7
%I2.7
%M43
JA______
%М43
Рис. 13.49. Алгоритм цикла Захват
ЧМ43
%M43
\.
___ ____
______ /
1
г
•
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
355
13.11. Метод счетчика последовательности
Суть метода счетчика последовательности заключается в том, что коман
ды на выполнение каждой последующей операции (включения или выключения
исполнительных органов) выдаются последовательно разрядами счетчика, при
чем запись сигналов в последующий разряд разрешается только при выполне
нии условий задания предыдущей операции и наличия сигнала контроля о ее
выполнении. Таким образом, условия включения памятей разрядов счетчика
запишутся так.
Первая операция (I оп)
5, = Цикл • РЦ,
где Цикл - сигнал, объединяющий условия начала цикла; РЦ - блокировочный
сигнал разрешения цикла.
Вторая операция (II оп)
$2 ~ ^ОП ’ ^1 ’
где /оп - выходной сигнал первой операции; К] - сигнал контроля выполнения
первой операции.
Третья операция (III оп)
^3 = ^ОП ■ ^2 и т- Д-
Очевидно, что при необходимости в сигналы установки могут быть вве
дены и какие-либо критические блокировочные сигналы.
В зависимости от способа выключения разрядов счётчика последователь
ности можно реализовать как структуру с общим, так и логическим сбросом [11].
13.11.1. Структура с общим сбросом
В этом случае (рис. 13.50) число разрядов счётчика определяется общим
числом включений и выключений исполнительных элементов схемы, определя
емых последовательностью работы механизма. Циклограмма работы счетчика
последовательности в цикле Захвата приведена на рис. 12.51.
Выполним синтез алгоритма в соответствии с циклограммой рис. 13.51.
Формирование сигнала ЦИКЛ.
Условие включения 8(Ц) = РЦ КнЦ.
Формирование виртуальных сигналов счетчика последовательности
1 оп- Перемещение манипулятора вверх к магазину
Условие включения 8(|) = Ц КнЦ.
II оп — Перемещение манипулятора от магазина
Условие включения 8(*—) = 8(|)-К(|)7 КЦ) К(—►) • Ц.
356
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
III оп - Перемещение манипулятора вниз
Условие включения 8(|) = 8(<-)-К(<-)7 К(—*)К(|)Ц.
IV оп - Перемещение манипулятора к станку
Условие включения 8(—>) = 8(|)-К(|)7 КС^ Іф—)Ц.
Формирование сигнала сброса цикла
СбрЦ= 8(Т) 8(<| 8(П 8(->)-КН)- КЦ)Ц.
Рис. 13.50. Структурная схема счетчика последовательности
с общим сбросом
Рис. 13.51. Циклограмма счетчика последовательности с общим сбросом
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
357
Формирование выходных сигналов:
- Манипулятор Вверх
М(П = 8(П7 8а);
- Манипулятор от магазина
М(^-) = 8(^)7 8(->);
- Манипулятор Вниз
мц) = 8(П-8(Н;
- Манипулятор к станку
М(-^) = 8Н) + 8(Г)7 8(Н.
Релейно-контактный алгоритм управления, синтезированный по полу
ченным уравнениям, приведен на рис. 13.52 - рис. 13.54.
Network 1:
-0. «1
4М0.1
ЧМ0.1
_______/
%М0.1
4M0.1
ІЛ___
Network 2:
I
.
%M0.0
VI
Злпрег, Кисх, Лир. Koi(t)
4М0.1
4M0O
4M3.0
______ J
_______ 1 1___
! г
\_
%мол
—11—
412.1
412.3
412.5
1 I_______________ I 1_______________ 1 I
4M3.0
4M3.1
1/1_______________ 1
ЧМ4.7
IЛ
UI
4M0.1
І
у--------
4M0.1
4M3.2
I
1
II
.
4T1
М2.2
Network Э:
4M3.1
Цикл
4МЗД
_______ I I___ ___________ 1
412.0
1_______________ 1
4M4.5
412.7
1_______ _______ ІД_______ _______ 1
l/l
401.7
\.
*Q1.7
—11--------------------------------------------
Рис. 13.52. Алгоритм цикла Захват (счетчик последовательности) (Network 1-3)
Адресация входных и выходных сигналов сохранена. Назначение адресов
промежуточных сигналов:
91.7 - цикл (выходной для контроля);
МО.О - наладочная ячейка «Всегда =0»;
М0.1 - наладочная ячейка «Всегда =1»;
М3.0 - глобальный Запрет;
М3.1 - контроль исходного положения Кисх;
М3.2 - разрешение работы цикла Разр;
358
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
М4.1 - виртуальный сигнал включения
М4.2 - виртуальный сигнал включения
М4.3 - виртуальный сигнал включения
М4.4 - виртуальный сигнал включения
Network 4:
%Q1.7
1 Г
8(|) Манипулятор вверх;
8(—*) Манипулятор от станка»;
8(|) Манипулятор вниз;
8(«—) Манипулятор к станку.
Счетчик последовательности!
%Q1.7
__ I I__
%М4.1
___ / 1___
%І2.0
___ I
I____
%М4.1
__ I I__
%М4.1
%Т1
%М42
%І23
I 1___
%І2.1
_____ |/1____ ___
и
-4 I%М4.2
_J I__
%І2.4
ЧМ4.2
%І2.3
%І2.2
__ I I__ __ I I___ _____ 1/1____ ___ I 1
I I
,
%М43
/ У___
%М4.3
%М4.3
%І2.1
I__
%І2.2
ЧЫ2.4
%М4.4
ЧМ4.4
%І2.1
І і
1 1
_____ 1/1____
%М4.4
%М4.1
1 1
%М42
I I___
%М43
I
I____
%І23
*М4.5
Рис. 13.53. Алгоритм цикла Захват (счетчик последовательности) (Network 4)
Networks:
Выходные сигналы
Рис. 13.54. Алгоритм цикла Захват (счетчик последовательности) (Network 5)
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
359
13.11.2. Структура с логическим сбросом
Счетчик последовательности с логическим сбросом позволяет сократить
число ячеек структуры алгоритма по сравнению со счетчиком с общим сбро
сом, но более сложен в разработке (рис. 13.55).
Рис. 13.55. Структурная схема счетчика последовательности с логическим сбросом
Суть метода заключается в раздельном логическом формировании не
только сигналов установки разрядов счетчика, но и их сброса. Конечный ре
зультат мало чем отличается от классического решения [11].
Циклограмма и релейно-контактный алгоритм управления манипулято
ром с применением счетчика последовательности с логическим сбросом приве
дены, соответственно, на рис. 13.56 и 13.57. В данном примере использован
контроллер типа ТМ200 фирмы Шнайдер.
Такой счетчик не имеет виртуальных ячеек, в нем сразу синтезируются
выходные сигналы, т. е. число разрядов счетчика определяется числом испол
нительных органов. Включение памятей осуществляется аналогично счетчику с
общим сбросом, при наличии задания и контроля выполнения предыдущей
операции, а выключение синтезируется по циклограмме индивидуально, логи
чески, для каждого выхода. Такой подход требует введения промежуточного
сигнала а, разделяющего циклограмму на две зоны. На циклограмме, кроме
сигнала а, следует изображать также логические сигналы сброса.
При синтезе приняты следующие условные обозначения:
РЦ - разрешение цикла;
Ц - Цикл;
Кн - кнопка;
М - манипулятор;
К - контроль;
Стрелки - направление движения манипулятора;
а - промежуточный сигнал.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
360
рц=к(І)-к(->) / ^
а,
КнЦ
ЦИКЛ S-КнЦ.РЦ ^ГТ
М(Т)
ЗгКнЦ.ЦУ
мн^няШш
М(Ф)
1R1
1R2
S3=M(<-).K(<-).K(T)
п
m(-^S4=m(4^kgLW-)
"\R4
Ri=K(<-).K(T)
R2=K(j).K(<-)
Сбщ
S=K(4Q.K(-»).g f\
Рис. 13.56. Циклограмма счетчика последовательности с логическим сбросом
Итак, условия включения (S - Set):
Сигнал Цикл
S = РЦКнЦ, где РЦ= КЦ)-К(^)
Движения манипулятора
S1 = КнЦ Цикл
Вверх М(Т)
От станка М(*—)
S2 = M(T)K(T)K(->)
Вниз MQ)
S3 = M(^-)-K(^-)-K(n
К станку М(—>)
S4= М(Н-КЦ)-К(Н
Промежуточный сигнал а
S = K(t)K(-)
Сигнал СбрЦ
8-аКЦ)К(-)
Сигналы выключения (R - Reset):
Цикл
R = СбрЦ
M(f)
R1 = К(<-)К(Т)
М(О R2 = КЦ)К(-)
МЦ)
R3 = / Цикл
М(->) R4= / Цикл
a
R = / Цикл
СбрЦ
R = / Цикл
Все выходные сигналы должны находиться в «теле» цикла, что исключит
их включение при несанкционированном воздействии на датчики контроля.
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ
361
С инженерной точки зрения в приведенные минимально-достаточные логиче
ские уравнения можно добавить дополнительные контролирующие сигналы,
состояние которых в момент включения и выключения памятей равно логиче
ской единице. Это улучшит надежность работы алгоритма.
Сигнал сброса цикла лучше поставить на самопитание, а также преду
смотреть внешний сброс (КнСбр) для выхода из состояния зависания при от
ладке.
Рис. 13.57. Алгоритм счетчика последовательности с логическим сбросом
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гаврилов М. А. Теория релейно-контактных схем / М. А. Гаврилов. - М.:
АН СССР, 1959.-303 с.
2. Рогинский В. Н. Основы дискретной автоматики Статика и динамика дис
кретных автоматов / В. Н. Рогинский. - М.: Связь. - 432 с.
3. Мишель Ж. Программируемые контроллеры Архитектура и применение /
Ж. Мишель: [пер. с фр. И.В. Федотова.] - М.: Машиностроение, 1992. - 320 с.
4. Бергер Г. Автоматизация посредством STEP 7 с использованием STL и
SCL и программируемых контроллеров SIMATIC S7-300/400 / Г. Бергер. - Си
менс, 2001. - 315 с.
5. Борисов А. М. Программируемые устройства автоматизации: учеб, посо
бие / А. М. Борисов, А. С. Нестеров, Н. А. Логинова. - Челябинск: Изд. центр
ЮУрГУ, 2010.- 186 с.
6. Бабакина Н. А. Современная промышленная электроника: учеб, пособие /
Н. А. Бабакина, М. П. Колесников; под ред. проф. В. П. Шкодырева. - СПб.:
СПбГПУ, 2013.-267 с.
7. Музылева И. В. Программирование промышленных логических контрол
леров SIMATIC S7: в 3-х ч. Ч. 1. Семейство S7-200: учеб, пособие / И. В. Музылева. - Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. - 72 с.
8. Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и прие
мы прикладного проектирования / И.В. Петров. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 256 с.
9. Дарьенков А. Б. Системы программного управления техническими систе
мами: учеб, пособие / А. Б. Дарьенков, Д. Ю. Титов. - Нижний Новгород: НГТУ
им. Р. Е. Алексеева, 2018. - 225 с.
10. Чернов Е. А. Типовые схемы релейно-контактного управления асинхрон
ными двигателями / Е. А. Чернов, И. Н. Филатов. - Нижний Новгород: НГТУ
им. Р. Е. Алексеева, 2015. - 142 с.
11. Чернов Е. А. Электроавтоматика металлорежущих станков. Т. 1. Подгото
вительный курс: монография / Е. А. Чернов. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2021. - 512 с.
12. Чернов Е. А. Электроавтоматика металлорежущих станков. Т. 2. Основной
курс (базовая электроавтоматика): монография / Е. А. Чернов. - Москва ; Во
логда : Инфра-Инженерия, 2021. - 472 с.
13. Чернов Е. А. Электроавтоматика металлорежущих станков. Т. 3. Основной
курс (электроавтоматика многооперационных станков): монография /
Е. А. Чернов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. - 464 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
363
14. Чернов Е. А. Электроавтоматика универсальных и программных.: моногра
фия / Е. А. Чернов, А. И. Костенко. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия,
2022. - 524 с.
15. Чернов Е. А. Программируем PLC: учеб, пособие/ Е. А. Чернов. - Москва ;
Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 516 с.
16. Чернов Е. А., Титов Д. Ю. Электроавтоматика контроллеров фирмы «Си
менс»: Учеб, пособие/ Е. А. Чернов, Д. Ю. Титов: Нижнгород. гос. техн, ун-т им
Р. Е. Алексеева. - Нижний Новгород, 2024. - 385 с.
17. Электрические измерения: Учеб, пособие для вузов / В. Н. Малиновский,
Р. М. Демидова-Панферова, Ю. Н. Евланов и др.; Под ред. д-ра техн, наук
В. Н. Малиновского. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 416 с.
18. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах / Пер. с англ. Под ред.
А. С. Яременка. М.: Энергоатомиздат, 1981. - 200 с.
19. Технические каталоги фирмы Шнайдер.
20. Технические каталоги фирмы Сименс.
21. Технические каталоги фирмы Овен.
22. Технические каталоги фирмы СКВ ИС.
23. Технические каталоги фирмы Теко.
24. Технические каталоги фирмы Сенсор.
25. Технические каталоги фирмы Вектор.
26. Технические каталоги фирмы Newall.
27. Технические каталоги фирмы Метран.
28. Технические каталоги фирмы Winsen.
29. Технические каталоги фирмы Kippribor.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................................. 3
ГЛАВА 7. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ALTIVAR 12...................................7
7.1. Общие сведения.................................................................................................. 7
7.2. Технические характеристики привода............................................................ 8
7.3. Подключение преобразователя........................................................................ 9
7.4. Параметры.......................................................................................................... 13
7.4.1. Общая структура дерева параметров, последовательность
работы............................................................................................... 14
7.4.2. Заводские параметры................................................................................ 15
7.4.3. Полный перечень параметров................................................................. 16
7.4.4. Краткий навигатор по важнейшим параметрам................................... 24
7.5. Типовые способы управления........................................................................ 27
7.5.1. Локальное управление............................................................................. 27
7.5.2. 2-х проводное управление в режиме Старт/Стоп................................28
7.5.3. 3-х проводное управление в режиме Старт/Стоп................................29
7.5.4. Классическое 3-х проводное управление в режиме SpD................... 30
7.5.5. 2-х проводное управление с фиксированными скоростями
в режиме SpD.................................................................................. 31
7.5.6. Внешнее аналоговое управление............................................................32
7.6. Управление по протоколу Modbus................................................................ 35
7.6.1. Подготовительные операции.................................................................. 36
7.6.2. Примеры организации связи по Modbus............................................... 52
7.7. Управление электроприводом Альтивар 12 по токовой петле
от контроллера фирмы Овен................................................................. 72
ГЛАВА 8. ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ.........................................75
8.1. Общие сведения и классификация................................................................ 75
8.2. Физические основы работы датчиков...........................................................77
8.2.1. Контактные конечные выключатели и микроперключатели............ 77
8.2.2. Индуктивные датчики.............................................................................. 78
8.2.3. Емкостные датчики................................................................................... 82
8.2.4. Датчики Холла........................................................................................... 85
8.2.5. Пьезоэлектрические датчики.................................................................. 86
8.2.6. Магнитострикционные датчики............................................................. 87
8.2.7. Тензометрические датчики (тензорезисторы)...................................... 88
8.2.8. Термосопротивление (термисторы).......................................................89
ОГЛАВЛЕНИЕ
365
8.3. Промышленные датчики................................................................................ 89
8.3.1. Датчик давления....................................................................................... 89
8.3.2. Расходомер................................................................................................ 91
8.3.3. Шаровой кран с моторной задвижкой.................................................. 93
8.4. Измерительные датчики систем числового управления........................... 94
8.4.1. Линейные относительные датчики: ЛИР-7, -8, -9, -ЮМ.................... 96
8.4.2. Круговые относительные датчики........................................................ 99
8.4.3. Круговые абсолютные датчики............................................................102
8.4.4. Устройства цифровой индикации и линейные датчики фирмы
Newall............................................................................................ 104
8.5. Механический энкодер................................................................................. 107
ГЛАВА 9. РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ 2ТРМ1............................................... 109
9.1. Общие сведения..............................................................................................109
9.2. Модификации и схема подключения......................................................... 110
9.3. Режимы работы и параметры....................................................................... 112
9.4. Автоматическое поддержание температуры............................................. 116
9.5. Режим сигнализатора.................................................................................... 118
9.6. Ручное управление выходом........................................................................ 120
ГЛАВА 10. ПРОТОКОЛЫ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКОЙ..................................................................................... 121
10.1. Краткая терминология и условные сокращения..................................... 121
10.2. Общие сведения о протоколах связи........................................................ 123
10.3. Последовательные интерфейсы RS.......................................................... 125
10.3.1. Интерфейс RS-232............................................................................... 126
10.3.2. Интерфейс RS-422............................................................................... 129
10.3.3. Интерфейс RS-485............................................................................... 130
10.4. USB (Universal Serial Ви8)-интерфейс.......................................................133
10.5. Ethernet-интерфейс...................................................................................... 134
10.6. Modbus-протокол.......................................................................................... 138
10.7. Прочие протоколы........................................................................................139
10.8. Примеры организации локальной связи.................................................. 140
10.8.1. Разработка проекта и организация связи между
компьютером и программируемым контроллером
по USB-интерфейсу................................................................. 140
10.8.2. Разработка проекта и организация связи между
компьютером, программируемым контроллером
и панелью оператора по разным интерфейсам....................143
366
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
10.8.3. Разработка проекта и организация связи между
компьютером, программируемым контроллером и панелью
оператора по общему Ethernet-протоколу........................... 149
10.8.4. Разработка проекта управления регулируемым
электроприводом по протоколу Modbus и
с использованием панели оператора................................................ 155
10.9. Инструкция по восстановлению связи.....................................................159
10.10. Инструкция по записи проекта электроавтоматики
управления станком в память PLC типа AS324MT-A фирмы
Дельта.......................................................................................................... 161
ГЛАВА 11. ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ SCADA..................................................... 168
11.1. Что такое SC ADA? Общие сведения........................................................ 168
11.2. Управление электроприводом Altivar 12, постановка задачи.............169
11.3. Проектирование в среде ОРС-сервера...................................................... 173
11.3.1. Создание шаблона и имени проекта.................................................. 173
11.3.2. Создание «Коммутационного модуля»..............................................174
11.3.3. Задание типа используемого Устройства......................................... 175
11.3.4. Введение в проект типов используемых операндов........................176
11.3.5. Общее дерево ОРС-сервера................................................................. 179
11.3.6. Запуск и проверка работы ОРС-сервера........................................... 180
11.4. Проектирование в среде Мастер Скада.................................................... 181
11.4.1. Создание имени проекта..................................................................... 182
11.4.2. Создание АРМ (автоматизированное рабочее место)..................... 183
11.4.3. Создание списка параметров ОРС-сервера...................................... 184
11.4.4. Создание списка объектов Скада-системы ..................................... 187
11.4.5. Перепись параметров ОРС-сервера в адреса параметров
Скада-системы........................................................................... 190
11.4.6. Проектирование графической панели управления.......................... 192
11.4.7. Запуск и отладка проекта.................................................................... 201
11.5. Выводы.......................................................................................................... 203
ГЛАВА 12. ВВЕДЕНИЕ В CODESYS ВЕРСИИ V2.3.......................................... 204
12.1. Общие сведения............................................................................................ 204
12.2. Последовательность проектирования.......................................................209
12.3. Открытие проекта......................................................................................... 209
12.4. Программирование на языке LD............................................................... 212
12.4.1. Предварительные процедуры проектирования
PLC-программы........................................................................ 213
12.4.2. Набор релейных цепочек.................................................................... 214
12.4.3. Формирователи тактов....................................................................... 219
ОГЛАВЛЕНИЕ
367
12.4.4. Инструкции катушек S (Установка) и R (Сброс)............................ 220
12.4.5. Таймеры................................................................................................. 220
12.4.6. Счетчики............................................................................................... 222
12.5. Программирование на языке IL (Instruction List)................................... 224
12.5.1. Программирование релейной памяти............................................... 225
12.5.2. Программирование Таймеров............................................................ 227
12.5.3. Разветвленные релейные цепи........................................................... 236
12.6. Программирование на языке FBD (Function Block Diagram)..............238
12.6.1. Программа 1. Таймер задержки переднего фронта
с логическим запуском........................................................... 239
12.6.2. Программа 2. Разветвленная логическая цепь................................ 241
12.6.3. Программа 3. Тактируемый Т-триггер.............................................. 242
12.6.4. Процедурные вопросы........................................................................ 242
12.7. Программирование на языке ST (Structured Text)................................ 243
12.8. Программирование на языке SFC (Sequential Function Chart)............. 246
12.8.1. Пример 1. Возвратный цикл движущегося объекта....................... 247
12.9. Программирование на языке CFC (Continuous Function Chart).......... 255
12.10. Проектирование виртуальной панели оператора (режим
Визуализации)............................................................................... 257
12.10.1. Подготовительныеоперации............................................................ 257
12.10.2. Последовательность разработки виртуальной панели
управления............................................................................260
12.10.3. Проектирование кнопокуправления............................................... 262
12.10.4. Проектирование индикации включенного состояния
привода.................................................................................. 264
12.11. Приложение. Подключение контроллеров............................................266
ГЛАВА 13. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНОЙ
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ........................................................................................ 271
13.1. Введение в проблему..................................................................................... 271
13.2. Краткие сведения из теории алгебры логики..........................................275
13.3. Основные законы алгебры логики........................................................... 280
13.4. Правила формального построения принципиальных схем
по уравнениям алгебры логики ...................................................... 287
13.4.1. Правила для построения релейно-контактных схем...................... 287
13.4.2. Правила построения бесконтактных схем....................................... 289
13.5. Инженерная методика синтеза схем электроавтоматики
на основе циклограмм работы........................................................ 292
13.5.1. Формализация работы механизмов при помощи
циклограмм............................................................................. 293
368
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
13.5.2. Учет влияния фронтов при явлениях состязания
в логических схемах................................................................ 296
13.6. Рекомендуемая последовательность синтеза.......................................... 303
13.7. Обобщенный алгоритм анализа циклограмм.......................................... 303
13.7.1. Методы поиска комбинационного решения.................................. 305
13.7.2. Поиск решения с типовой памятью................................................ 311
13.7.3. Поиск решения с промежуточным сигналом................................. 325
13.8. Определение минимального числа логических переменных,
необходимых для перевода нереализуемых условий работы
в реализуемые.................................................................................... 331
13.9. Синтез временных логических схем на основе метода
циклограмм........................................................................................ 333
13.10. Комплексное применение методики синтеза........................................ 346
13.10.1. Общие положения............................................................................ 346
13.10.2. Организация циклов управления................................................... 348
13.10.3. Синтез цикла захвата инструмента............................................... 349
13.11. Метод счетчика последовательности..................................................... 355
13.11.1. Структура с общим сбросом.............................................................355
13.11.2. Структура с логическим сбросом.................................................... 359
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 362
('ІЛУ
\г I//
Инфра-Инженерия
Издательство технической литературы
Издательство предлагает учебную литературу
по следующим направлениям:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ІТ. Информатика
Авиационная и ракетно-космическая техника
Автоматизация
Автомобильная техника
Арматура. Трубопроводы
Бетоны
Бурение нефтяных и газовых скважин
Вооружение. Радиоэлектронные системы
Газовое хозяйство
Геодезия, картография и маркшейдерское дело
Геология. Геофизика. Геохимия
Горное дело
Железнодорожный транспорт
Лесная промышленность
Логистика
Машиностроение
Медицина и биоинженерия
Металлургия
Нефтегазовая промышленность
Педагогика. Психология
Пищевая промышленность
Промышленная безопасность. Охрана труда
Разработка и эксплуатация нефтяных
и газовых месторождений
Сварочное дело
Словари
Сети и коммуникации. Волоконно-оптическая техника
Строительство
Судостроение
Транспортное строительство. Дороги. Мосты. Тоннели
Физико-математические науки
Химия. Химические технологии
Экология. Безопасность жизнедеятельности
Экономика. Управление. Электронная коммерция
Электроника
Электро- и теплоэнергетика
Более 2000 выпущенных книг
по 30 темам и направлениям
Доставляем наши книги по
всей России от Калининграда
до Камчатки, а также в
страны СНГ
Интернет-магазин
infra-e.ru
WhatsApp
ѴК
Telegram
Телефон
8-800-250-66-01
8-911-512-48-48
Нам доверяют более 90
учебных заведений в России
и за рубежом
Учебное издание
Бадугин Д. А., Бычков Е. В., Дарьенков А. Б., Мельников В. Л., Титов Д. Ю.,
Чернов Е. А.
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ
Учебное пособие
В двух томах
ТОМ II
Под редакцией доктора технических наук Е. А. Чернова
ISBN 978-5-9729-2660-2
9 785972 926602
Подписано в печать 28.04.2025
Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 21,62. Печать по требованию.
Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс».
Издательство «Инфра-Инженерия»
160011, г. Вологда, ул. Козленская, д. 63
Тел.: 8 (800) 250-66-01
E-mail: booking@infra-e.ru
https://infra-e.ru
Издательство приглашает
к сотрудничеству авторов
научно-технической литературы