Министерство науки и высшего образования
Российской Федерации
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
«Пермский национальный исследовательский
политехнический университет»
С.И. Сташков
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ СИСТЕМ
ПРОГРАММНО-ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство
Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2021
УДК 681.51.015 (075.8)
С788
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент П.Ю. Соколъчик
(Пермский национальный исследовательский
политехнический университет);
генеральный директор С. С.Власов
(ООО «Промышленная кибернетика», г. Пермь)
Сташков, С.И.
С788
Алгоритмизация систем программно-логического управ
ления: учеб, пособие / С.И. Сташков. - Пермь: Изд-во Перм.
нац. исслед. политехи, ун-та, 2021. - 98 с.
ISBN 978-5-398-02651-1
Рассмотрены системы программно-логического управления
технологическими процессами и подходы к их алгоритмизации.
Приведены примеры алгоритмизации такого вида систем управления
с использованием микропроцессорных средств автоматизации.
Предназначено для студентов технических специальностей
в области автоматизации технологических процессов и производств
очной и заочной форм обучения.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.......................................................................................................... 5
Глава 1. Системы логического управления............................................. 7
1.1. Общие сведения................................................................................. 7
1.2. Понятие операции. Виды операций............................................... 8
1.3. Дискретный процесс и его особенности....................................... 8
1.4. Минимизация памяти логических автоматов.............................10
1.5. Контрольные вопросы и задания.................................................. 13
Глава 2. Алгоритмизация систем программно-логического
управления на базе Siemens Simatic S7-300........................................... 15
2.1. Siemens Simatic S7-300: общие сведения.................................... 15
2.2. Загрузка конфигурации и программыв контроллер................. 19
2.3. Создание программы в Simatic Manager..................................... 20
2.4. Контрольные вопросы.................................................................... 26
Глава 3. Алгоритмизация системы программно-логического
управления станцией розлива................................................................... 27
3.1. Описание установки........................................................................27
3.2. Алгоритмизация работы установки.............................................30
Глава 4. Алгоритмизация системы программно-логического
управления компактной станцией.......................................................... 34
4.1. Описание установки........................................................................34
4.2. Алгоритмизация работы установки.............................................37
4.2.1. Программа аварийной защиты уровня
в емкости В102.................................................................................. 37
4.2.2. Программа позиционного регулирования уровня............. 40
4.2.3. Реализация ПИД-регулятора.................................................. 43
4.3. Контрольные задания..................................................................... 47
Глава 5. Отладка разработанной программыпользователя................ 49
Глава 6. Конфигурирование SCADA-системы WinCC....................... 52
6.1. Общие сведения............................................................................... 52
6.2. Создание пользовательского интерфейса
в Graphics Designer................................................................................. 55
6.2.1. Описание компонентов Graphics Designer.......................... 55
6.2.2. Конфигурирование объектов в Graphics Designer............ 57
3
Глава 7. Алгоритмизация системы программно-логического
управления на базе Honeywell Experion PKS.......................................61
7.1. Агоритмизация системы управления
клапаном-отсекателем.......................................................................... 61
7.1.1. Создание схемы управления.................................................. 61
7.1.2. Активация эмулятора контроллера...................................... 68
7.1.3. Разработка мнемосхемы управления клапаном................ 71
7.1.4. Запуск мнемосхемы.................................................................. 73
7.1.5. Создание шейпа......................................................................... 75
7.2. Алгоритмизация системы управления уровнем
жидкости в технологическом резервуаре.......................................... 77
7.3. Алгоритмизация системы управления насосом........................ 85
7.4. Алгоритмизация системы управления
трехходовым краном.............................................................................. 87
7.5. Контрольные вопросы.....................................................................90
Приложение А.............................................................................................. 91
Приложение Б.............................................................................................. 96
Список рекомендуемой литературы....................................................... 97
4
ВВЕДЕНИЕ
При управлении технологическими процессами особенности за
дач управления определяются в зависимости от характера протекания
процессов, которые можно разделить на непрерывные и периодиче
ские технологические процессы. Непрерывные технологические про
цессы характеризуются тем, что питание и отгрузка при их ведении
производятся непрерывно, системы управления такими процессами
по каналу управления являются линейными, и задачи управления
в этом случае сводятся к задачам регулирования. Периодические же
процессы можно отнести к непрерывно-дискретному классу техноло
гических процессов, для которых характерна нестационарность ре
жимов работы. При этом управление такими процессами должно
быть реализовано с учетом развития реальной ситуации во времени
(системы реального времени).
Характер дискретных процессов предполагает применение для
их проектирования и алгоритмизации аппарата дискретной матема
тики и методов математической логики. Алгоритмы современных
систем дискретного и программно-логического управления строятся
на основе подходов бинарной, нечеткой и других видов логики, не
рассмотренных в настоящем пособии. Настоящее же учебное посо
бие написано с целью осветить некоторые вопросы таких учебных
дисциплин, как «Алгоритмизация и проектирование систем логиче
ского управления» и «Системы дискретного управления», и ориен
тировано большей частью на практические особенности процесса
алгоритмизации систем управления. Поэтому для изучения всех
вопросов в рамках указанных выше дисциплин приводится список
необходимой литературы.
В частности, общие вопросы математической логики и дис
кретной математики освещены в необходимом для изучения ука
занных дисциплин объеме в [3; 5; 10]. Также данные работы описы
вают особенности применения аппарата бинарной логики к описа
нию работы электроконтактных схем. Способы минимизации памя5
ти логических автоматов подробно рассмотрены в [5; 6]. Кроме того
в [6] подробно описаны принципы построения циклограмм работы
дискретных устройств. Основы программирования промышленных
программно-логических контроллеров, на основе которых строятся
современные системы программно-логического управления, рас
смотрены в [4]. Разработка систем управления, построенных на
подходах нечеткой логики, подробно описана в работах [1; 2; 9].
Современные подходы управления дискретными процессами switch-технологии - описаны в [7; 8].
Настоящее учебное пособие предназначено для студентов тех
нических специальностей в области автоматизации технологиче
ских процессов и производств.
6
Глава 1. СИСТЕМЫ ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
1.1. Общие сведения
В некоторых случаях весь процесс управления технологиче
ским процессом состоит в реализации заданной последовательности
переключательных операций. Такое управление процессами пере
ключательного типа осуществляется в соответствии с некоторой
оптимальной стратегией переключения, полученной в виде логиче
ского алгоритма управления. Особенности алгоритмов такого типа
обусловлены дискретным характером решаемых задач. Управление
производственными процессами переключательного типа, обеспе
чивающее осуществление необходимых логических операций, зада
ваемых с помощью моделей, при переключении оборудования, на
зывают логическим управлением. Для составления формализован
ного описания данного производственного процесса переключа
тельного типа с последующей реализацией по нему логического
управления широко используют аппарат дискретной математики.
Функционирование сложного технологического объекта может
быть представлено в виде некоторого логического описания, т.е.
в форме логических высказываний. Многие высказывания являются
сложными, т.е. они состоят из лингвистических переменных, свя
занных логическими операциями. В алгебре логики множество ло
гических операций, но существует базис из пяти операций - конъ
юнкция, дизъюнкция, отрицание, импликация, эквиваленция. Каж
дая логическая операция определяется таблицей истинности, пред
ставленной в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Таблица истинности базовых логических операций
X
0
0
1
1
у
0
1
0
1
хлу
хvу
Л'
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
7
у
1
0
1
0
х^у
хн v
1
1
0
1
1
0
0
1
•г
Любое высказывание, полученное таким образом с помощью
логических операций, может рассматриваться как высказывательная
форма (или формула).
1.2. Понятие операции. Виды операций
Операция, реализуемая в технологическом объекте, - это развер
нутое во времени целенаправленное действие, которое характеризует
ся своей целью и способом достижения этой цели. Есть множество
различных операций, реализуемых в технологическом объекте. При
этом операции могут повторяться неограниченное число раз. Однако
считается, что операция завершается только в следующих случаях:
1)по достижении поставленной цели (доведение параметров
объекта до заданных значений, перемещение рабочих органов
в требуемое положение и т.д.);
2) по истечении отведенного для нее времени;
3) под влиянием внешних событий, прерывающих операцию.
Операции могут быть параллельными и последовательными.
Если две операции могут выполняться одновременно (на разном
оборудовании технологического объекта), то они называются па
раллельными. В случае когда начало одной операции совпадает
с завершением другой, операции называются последовательными.
1.3. Дискретный процесс и его особенности
Дискретный процесс, реализуемый на технологическом объек
те, - это конечное множество операций, на котором заданы бинар
ные отношения параллельных и последовательных операций.
Дискретный процесс всегда имеет начало и конец, поэтому для
него может фиксироваться подмножество начальных и подмноже
ство финальных операций.
Можно выделить два вида дискретных процессов - цикличе
ский и конвейерный. Циклический дискретный процесс - это дис
кретный процесс при котором начальная стадия следует за финаль
ной. Конвейерный дискретный процесс - это дискретный процесс,
при котором начальные стадии могут следовать до завершения про
цесса другой стадии.
8
Как циклический, так и конвейерный процессы должны удовле
творять двум условиям:
1) любая операция может быть повторно начата только после
своего завершения;
2) дискретный процесс, начавшись, всегда может быть доведен
до конца, т.е. в ходе его выполнения не должно возникать «тупико
вых» ситуаций, не имеющих продолжения.
Таким образом, дискретный процесс, реализуемый на техноло
гическом объекте, представляет собой один из возможных вариан
тов поведения этого объекта.
Процесс считается корректным:
1) если он соответствует двум приведённым выше условиям;
2) согласован с возможностями того технологического объекта,
в котором протекает.
Характерной чертой рассматриваемых процессов является их
полная детерминированность, т.е. в явном виде задана логика их
функционирования. Следовательно, задана и логика управления,
определяющая оптимальную стратегию переключения производст
венного оборудования при выполнении производственной задачи,
для решения которой предназначен данный процесс.
В качестве информации о таком типе процессов применяются
сигналы двух уровней, условно обозначаемых символами «О» и «1».
Два уровня сигнала соответствуют двум возможным состояниям
параметра.
Состояние объекта в каждый момент времени характеризуется
совокупностью дискретных значений (0 или 1) достаточно боль
шого числа параметров и может быть представлено таблицей со
стояний (таблицей истинности). Каждая строка этой таблицы со
ответствует одному из возможных состояний объекта, для оценки
свойств которого используется N параметров. В каждой строке
фиксируется один из возможных наборов значений входных пара
метров х и соответствующее им значение выходного параметра у.
При этом часть таблицы, связанная с входами исследуемой систе
мы, зависит только от числа входов к и не зависит от специфики
решаемой задачи. Столбцы же, описывающие выходные перемен
ные, напротив, заполняются только с учетом специфики решаемой
9
задачи. Глубина таблицы определяется равной 2/f, а чередование
нулей и единиц в части таблицы, описывающей входные перемен
ные х, определяется интервалом т = 2к~1 (см. табл. 1.2). При этом
индекс входных переменных к в заголовке таблицы должен воз
растать справа налево.
Таким образом, задача алгоритмизации процессов переключа
тельного типа сводится к отысканию функций, обеспечивающих
выполнение заданных логических отношений между совокупно
стью значений входных параметров х и выходных управляемых па
раметров у.
Большинство встречающихся на практике логических автома
тов, описывающих «логику» процесса управления переключатель
ного типа, относятся к категории систем управления с памятью,
в которых набор выходных сигналов, выработанных в некоторый
момент времени, зависит не только от входных сигналов, поданных
в тот же момент, но и от сигналов, поступивших ранее. Таким обра
зом, реакция такого автомата определяется набором входных сигна
лов х и внутренним состоянием z.
Традиционный подход к проектированию систем логического
управления связывает процесс создания математической модели сис
темы с техническими средствами, на которых она реализуется. Важ
ное место при проектировании систем логического управления зани
мает системный подход, разработка и совершенствование математи
ческих методов синтеза систем. Исторически особое место занимают
матричные методы анализа и синтеза систем, методы формализации
и методы минимизации памяти логических автоматов.
1.4. Минимизация памяти логических автоматов
Область определения логической функции с любым числом пе
ременных можно представить в виде гиперкуба. Любую логическую
функцию трех переменных можно отобразить в виде куба, на кото
ром элементы куба соответствуют всевозможным конъюнкциям
логической функции трех переменных. Так, вершины куба соответ
ствуют конъюнкциям 3-го ранга, ребра - 2-го, а грани куба - конъ
юнкциям одной переменной.
10
Минимизация булевых функций на гиперкубе решается в классе
совершенной дизъюнктивной нормальной формы (СДНФ) и предпо
лагает следующие шаги:
1) строится куб;
2) отмечаются согласно данной логической функции вершины,
ребра, грани;
3) минимизируется функция с помощью понижения рангов при
совпадении.
Недостаток данного способа минимизации очевиден: при коли
честве переменных более трех возникает затруднение с графиче
ской интерпретацией состояний объекта управления. Поэтому су
ществует способ минимизации булевых функций в виде развертки
гиперкуба. Такой метод минимизации получил название карт Кар
но. Минимизация методом карт Карно - это графический способ
минимизации булевых функций.
Карта Карно - это плоская развертка ^-мерного булевого куба
(гиперкуба), представляющая собой операции попарного неполно
го склеивания и элементарного поглощения.
Рассмотрим пример.
Логическая функция четырех переменных /(Ау,х2,х3,х4) при
нимает значение, равное единице, на следующих наборах аргумен
тов: 0, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 11. Необходимо провести минимизацию дан
ной функции методом карт Карно и оценить эффективность мини
мизации.
Решение. Составим таблицу истинности для заданной функции.
Глубина таблицы определяется 2к = 24 =16. Таким образом, табли
ца имеет 16 строк, нумерация которых начинается с «О». Определим
чередование «О» и «1» для каждой переменной. Для ^рассчитаем
= 23 = 8. Таким образом, чередование «О» и «1» в столбце ^ осу
ществляется каждую строчку, х2 - через строчку, х3 - каждые че
тыре строки и лд - каждые восемь строк. Полученная таблица ис
тинности представлена в табл.1.2.
11
Таблица 1.2
Таблица истинности
№
л4
т3
Л-2
Л-1
^ = /(х1,х2,х3,х4)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
Запишем СДНФ этой функции и проведем ее минимизацию.
Для этого запишем переменные, стоящие в конъюнкциях, со знаком
отрицания, если они принимают значение «О», и без отрицания если «1». СДНФ данной функции будет иметь вид:
Для получения минимизированной дизъюнктивной нормальной
формы (МДНФ) составим карту Карно. При этом чередование опе
рации отрицания пар переменных осуществляется в соответствии
с кодом Грея, как показано в табл. 1.3.
На основании составленной карты получим МДНФ:
12
Таблица 1 .3
Карта Карно
Переменные
чч
ЧЧ
ЧЧ
х3х4
*1Ч
1
0
0
1
ЧЧ
чч
чч
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Оценим степень выполненного процесса минимизации. Для
этого сравним ранги исходного и минимизированного выражения.
Ранг СДНФ заданного выражения составляет 49, а МДНФ - 10.
1.5. Контрольные вопросы и задания
1) Написать таблицу истинности логических операций «отри
цание», «конъюнкция», «дизъюнкция», «импликация» и «эквиваленция».
2) Записать следующий текст высказывательной формулой:
Вариант 1. «Человек не успеет на самолет, если не сможет во
время прибыть в аэропорт, что возможно только тогда, когда его
часы идут неверно или вызванное им такси задержится».
Вариант 2. «Если актеры приедут на гастроли, то концерт состоит
ся только тогда, когда все билеты будут проданы и не будет дождя».
Вариант 3. «Кандидат победит на выборах, если наберет более
50 % голосов, которые состоятся только тогда, когда на выборы
придет минимум 30 % населения, и не более 5 % бюллетеней будут
считаться недействительными».
Вариант 4. «Строительство моста будет закончено в срок, если
будут все необходимые для этого строительные материалы, кото
рые поставят только тогда, когда будет подписан договор с транс
портной компанией и бетонный завод закончит изготовление несу
щих конструкций».
3) Построить таблицу истинности логической функции трех ар
гументов y(XjX2x3) Д^ значений у, заданных в табл. 1.4.
13
Таблица 1.4
Значения выходной переменной у
Вариант 1
0
1
0
1
1
0
0
1
Вариант 3
1
0
0
1
0
1
1
0
Вариант 2
1
0
1
1
0
0
1
1
Вариант 4
0
1
1
0
1
0
0
1
4) На основании построенной таблицы (задание № 3) записать у
в формах СДНФ и СКНФ.
5) Определить ранг полученных формул.
6) Упростить выражения.
7) Оценить ранг упрощенных выражений.
8) Минимизировать функцию четырех переменных методом карт
Карно. Значения у для функции четырех переменных заданы в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Значения у для функции четырех переменных
Вариант 1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
Вариант 3
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
Вариант 2
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
14
Вариант 4
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
Глава 2. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ
СИСТЕМ ПРОГРАММНО-ЛОГИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ SIEMENS SIMATIC S7-300
2.1. Siemens Simatic S7-300: общие сведения
Внешний вид промышленного контроллера Siemens Simatic
S7-300 представлен на рис. 2.1.
Simatic Siemens S7-300 является модульным программируемым
контроллером, предназначенным для решения задач автоматизации
низкого и среднего уровня сложности.
Программируемые контроллеры S 7-3 00 могут включать в свой
состав:
- модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от сте
пени сложности решаемых задач в программируемом контроллере мо
гут использоваться более 20 типов центральных процессоров;
- блоки питания (PS) для питания контроллера от сети пере
менного или постоянного тока;
- сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода и выво
да дискретных и аналоговых сигналов, в том числе FailSafe и моду15
ли со встроенными Ex-барьерами. Поддерживаются отечественные
ГОСТ градуировки термометров сопротивления и термопар;
- коммуникационные процессоры (СР) - интеллектуальные моду
ли, выполняющие автономную обработку коммуникационных задач
в промышленных сетях AS-Interface, PROFIBUS, Industrial Ethernet,
PROFINET и системах PtP связи. Применение загружаемых драйверов
для СР 341 позволяет расширить коммуникационные возможности кон
троллера поддержкой обмена данными в сетях MODBUS RTU и Data
Highway. Для организации модемной связи в составе S7-300 могут ис
пользоваться коммуникационные модули семейства SINAUT ST7;
- функциональные модули (FM) - интеллектуальные модули,
оснащенные встроенным микропроцессором и способные выпол
нять задачи автоматического регулирования, взвешивания, пози
ционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д.
Целый ряд функциональных модулей способен продолжать выпол
нение возложенных на них задач даже в случае остановки цен
трального процессора;
- интерфейсные модули (IM) для подключения стоек расшире
ния к базовому блоку контроллера, позволяющие использовать
в системе локального ввода-вывода до 32 модулей различного на
значения. Модули IM 365 позволяют создавать 2-, модули IM 360
и IM 361 - 2-, 3- и 4-рядные конфигурации.
Все модули устанавливаются на профильную шину S7-300
и фиксируются в рабочих положениях винтами. Объединение мо
дулей в единую систему выполняется с помощью шинных соедини
телей (входят в комплект поставки каждого модуля), устанавливае
мых на тыльной части корпуса.
Преимуществом ПЛК Simatic Siemens S7-300 является произ
вольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фик
сированные посадочные места занимают только модули PS, CPU
и IM. Наличие съемных фронтальных соединителей (заказываются
отдельно), позволяют производить быструю замену модулей без
демонтажа их внешних цепей и упрощают выполнение операций
подключения внешних цепей модулей. Механическое кодирование
фронтальных соединителей исключает возможность возникновения
16
ошибок при замене модулей. Применение гибких и модульных со
единителей TOP Connect существенно упрощает выполнение мон
тажных работ и снижает время их выполнения.
Все центральные процессоры S7-300 характеризуются следую
щими показателями:
- высокое быстродействие;
- загружаемая память в виде микрокарты памяти ММС емко
стью до 8 МБ (ММС используется для загрузки программы, сохра
нения данных при перебоях в питании CPU, хранения архива про
екта с символьной таблицей и комментарии, а также для архивиро
вания промежуточных данных);
- развитые коммуникационные возможности, одновременная
поддержка большого количества активных коммуникационных со
единений;
- работа без буферной батареи.
Центральные процессоры CPU ЗххС и CPU 31хТ-2 DP оснаще
ны набором встроенных входов и выходов, а их операционная сис
тема дополнена поддержкой технологических функций, что позво
ляет использовать их в качестве готовых блоков управления.
Типовой набор встроенных технологических функций позволя
ет решать задачи скоростного счета, измерения частоты или дли
тельности периода, ПИД-регулирования, позиционирования, пере
вода части дискретных выходов в импульсный режим. Все цен
тральные процессоры S7-3 00 оснащены встроенным интерфейсом
MPI, который используется для программирования, диагностики
и построения простейших сетевых структур.
Некоторые технические характеристики центральных процес
соров S7-300 приведены в табл. 2.1.
Система команд центральных процессоров включает в свой со
став более 350 инструкций и позволяет выполнять:
- логические операции, операции сдвига, вращения, дополне
ния, операции сравнения, преобразования типов данных, операции
с таймерами и счетчиками;
- арифметические операции с фиксированной и плавающей
точкой, извлечение квадратного корня, логарифмические операции,
тригонометрические функции, операции со скобками;
17
- операции загрузки, сохранения и перемещения данных, опе
рации переходов, вызова блоков и др.
Таблица 2.1
Основные технические характеристики центральных
процессоров S7-300
313С
CPU
312
312С
Рабочая память
32КБ
32КБ
64КБ
64КБ-4 МБ
Загружаемая память (ММС)
64КБ-4МБ
64КБ-8МБ
—
—
—
Время выполнения операций,
мкс:
0,2
• логических
0,2
0,1
2,0
• с фиксированной точкой
5,0
5,0
6,0
6,0
3,0
• с плавающей точкой
Количество фла1024/128/ 128 1024/128/ 128 2048/256/ 256
гов/таймеров/счетчиков
Количество каналов ввода256/64
256/64
1016/253
вывода - дискретных / анало
говых, не более
Встроенные интерфейсы
MPI
MPI
MPI
Количество активных комму
6
6
8
никационных соединений,
не более
—
—
—
Количество встроенных
—
• дискретных входов/ выходов
10/6
24/16
—
—
• аналоговых входов/ выходов
4 AI (I/U) +
+ 1 AI
(РН00)/2 АО
—
—
—
Встроенные функции:
—
3x30
• скоростные счетчики, кГц
2x10
—
2x2,5
3x2,5
• импульсные выходы, кГц
—
• ПИД-регулирование
Нет
Есть
—
• позиционирование
Нет
Нет
40x125x130 80x125x130 120x125x130
Габариты, мм
Программирование контроллера осуществляется с помощью
инструментального программного пакета STEP7 для Windows
98/NT/2000/XP.
18
STEP7 является специализированным языком для программи
рования контроллеров SIMATIC S7 и предназначен в основном для
обработки и выполнения логических операций.
Редактор программ STEP7 содержит языки программирования
по стандарту IEC 61131-3 FBD (язык функциональных блоков), LD
(язык лестничных диаграмм), STL (список инструкций).
2.2. Загрузка конфигурации и программы
в контроллер
Контроллер S7-300 (см. рис. 2.1) имеет индикаторы состояния:
- SF - индикатор ошибок (загорается при наличии групповой
ошибки, ошибки программирования и в случае отказа модуля);
- BATF - индикатор батареи (загорается, когда батарея отсут
ствует или разряжена);
- DC5V - индикатор наличия напряжения 5 В;
- RAN - первый индикатор режима работы (мигает при запуске
CPU и горит в режиме работы);
- STOP - второй индикатор режима работы (горит при режиме
останова, редко мигает при запросе сброса памяти, часть мигает при
выполнении сброса памяти).
Также контроллер S7-300 имеет переключатель, предназначен
ный для выбора режима работы контроллера:
- RAN (режим работы);
- STOP (режим останова);
- MRES (сброс памяти).
Сброс памяти необходим:
- в случае начального запуска;
- перед загрузкой новой конфигурации и программы;
- если CPU запрашивает сброс памяти (мигает индикатор STOP).
Сброс памяти осуществляется последовательностью действий:
- включение питания;
- перевод переключателя в режим STOP;
- перевод переключателя в режим MRES и удерживание его
в таком положении, пока вновь не засветится индикатор STOP;
- перевод переключателя в режим STOP;
19
- второй перевод переключателя в режим MRES и удерживание
его в таком положении, пока вновь не засветится индикатор STOP;
- перевод переключателя в режим STOP.
2.3. Создание программы в Simatic Manager
Для начала работы необходимо создать новый проект в среде
Simatic Manager. Для этого нужно выбрать в меню File пункт New.
В появившемся окне (рис. 2.2) в поле Name необходимо ввести имя
создаваемого проекта и нажать «Ок». При этом проект будет сохра
нен в указанной в поле Storage location директории.
Рис. 2.2. Создание нового проекта
В окне нового проекта необходимо создать новую станцию
контроллера SIMATIC 300 Station. Для этого правой клавишей мы
ши вызывается контекстное меню и во вкладке Insert new object вы
бирается SIMATIC 300 Station (рис. 2.3).
20
Для конфигурирования аппаратной части контроллера необхо
димо перейти в дереве аппаратов проекта в каталог S7-3 00, при
этом в рабочей области окна Simatic Manager будет доступен пакет
Hardware (рис. 2.4). Двойным нажатием левой клавиши мыши на
Hardware необходимо вызвать окно конфигурации (рис. 2.5).
^SIMATIC Manager - [Lab4 — C:\Program Files\5ieme^
^ File
Edit
Insert
PLC
View
Options
Window
Help
Hardware
41 S7300
Рис. 2.4. Создание аппаратной конфигурации контроллера
При создании аппаратной конфигурации из библиотеки аппа
ратных модулей на рабочий лист в окне конфигурации переносятся
последовательно следующие объекты:
21
- монтажная рейка для контроллера Rack 300;
- системный блок питания PS 307 5А;
- необходимый процессорный модуль CPU.
В результате конфигурация будет иметь вид, представленный
на рис. 2.5.
11№
FROFlBUS-PA
FROFINET 10
^ SIMATIC 300
(Я LJ C7
t. LJ Ф-ЗСО
• o CPU-300
я LJ FM-330
tl I 1 Gateway
Я J IM-300
. LJ M7-EXTENSI0N
t. |_J PS-3CD
. LJ RACK-300
Я LJ SM-303
- И SIMATIC 4(0
• Bl SIMATIC PC Bawd Cartel 30^401
S § SIMATIC PC Station
* ♦] 10) UR
[j MoCUe
f PS 307 5А
J__
И CPU 313Г.
2
Л?
Л?
г/ II Дмг
3
4__
Sbl
5
6
7__
8
9
Ord« питай
frKS/ JJ7-1EAOMAA0
FES7 313W)E00 0AR0 VI 0
FROFIBUS-OP slave! la SIMAT IC S7Z M7Z and
C7(dBtibutediack|
t<
—□
Р-еи F! to «< Help.
Рис. 2.5. Окно конфигурации
Полученную аппаратную конфигурацию необходимо скомпи
лировать и прогрузить в контроллер. Для этого в окне HW config
сперва необходимо нажать на кнопку Save and compile а затем на
Download to module (рис. 2.6).
&HW Config - [SIMATIC 300 (Configuration) - Festo2]
0^0 Station
Edit
Insert
PLC
View
Options
Window
Help
□ ^
Save and Compile
Download to Module
Рис. 2.6. Компилирование и загрузка
конфигурации в контроллер
После загрузки в контроллер его аппаратной конфигурации
можно начинать разработку программы пользователя контроллера.
Основным программным модулем, который исполняется контролле
ром каждый цикл сканирования, является организационный блок OB 1,
22
который появляется при создании программы автоматически. Дру
гие блоки можно создать, кликнув правой клавишей мыши на кате
гории Blocs в дереве категорий. Для вызова окна свойств блока не
обходимо кликнуть по нему правой клавишей мыши и выбрать
в открывшемся контекстном окне пункт Properties (рис. 2.7).
£ SIMATIC Manager - [Lab4 — C:\Program Files\Siemens\Step7\s7proj\Lab4]
§1
File
PLC
Insert
Edit
View
Options
Window
Help
^System data
| < No Filter >
|t]
В
— D
O-0B1
й ® S7300
a |3 CPU 312
--ЦД S7Program(1)
Г JU Sources
Blocks
Рис. 2.7. Основные свойства организационного блока ОВ1
На рис. 2.8 представлен экран среды разработки программного
кода программы пользователя контроллера.
LAD.'SIL/FBD
О File
Edit
[ОВ1 - labl\S73OO\CPU 312'
Insert
PtC
D c^ 2^ Ы |й
Debug
View
X fe e
Options
‘^ | C«
Window
Help
Mo | 21 ^ I !
»!
C®|^
^tH) И L> -t H
^
Contents or: 1Environment\Interfaced TEMP1
В
й lew network
Е £И FB blocks
Е ЕЙ FC blocks
Е Ш SFB blocks
Е Ы SFC bfocks
л Multiple instances
Е
И Libraries
■
D- TEMP
|Data Type Addi es*
Mame
О Interface
'-J 'Tt
|Comnent
7". . . [
1
(Cold restart scan 1 of OB 1),
13 OB1_SC...
Byte
a OB1_PR...
Byte
2.0
Priority of OB Execution
1.0
(Organization block
1,
3
(Scan 2-n of OB 1)
a OB1_OB...
Byte
3.0
1
Id OB1_RE...
Byte
4.0
Reserved for system
GJ OB1_RE...
Byte
5.0
ta OB1_PR...
Int
6.0
Cycle time of
previous OBI scan
GJ OB1_MT...
Int
8.0
Minimum cycle
time of OBI
(milliseconds)
a OB1_MA...
Int
10.0
Maximum cycle
time of OBI
(milliseconds)
И OB1_DA...
Date...
Date and time
OBI started
12.0
OBI)
Reserved for system
(milliseconds)
'-J
Рис. 2.8. Основной экран среды разработки программных модулей S7
23
Для вызова окна с содержимым блока ОВ1 необходимо два
раза кликнуть левой клавишей мыши на самом блоке. Для удоб
ства дальнейшей работы рекомендуется создать символьные
имена переменным в памяти контроллера, по которым к ним
можно будет адресоваться из программных модулей программы
пользователя (рис. 2.9). Для этого в окне LAD/CTL/FBD для бло
ка ОВ1 необходимо выбрать в меню Options пункт symbol table.
В открывшемся окне в таблице в колонке symbol необходимо
указать имя переменной, в колонке address необходимо указать
адрес входа/выхода платы УСО контроллера, в колонке Data type
указать тип данных.
j^l AD/SII/FBD
* CM SFB blocks
* Ы SFC blocks
Л Multiple instances
+ U Libraries
RLO
STA
STANDARD
Hetwork 2 ; Title:
Comment:
L
d
d
41500000
447a0000
3c54fdf4
3c54fdf4
#OB1_PREV_CYCLE
ITD
DTR
L
/R
1.000000e+003
T
"dt"
CALL
1 ,
FB
DB1
SP
:=1.000000e+002
PV
;=MD0
Mode
:=Q124.2
deltat:="dt"
MV
:=MD10
IN
OUT
+1.000e+002
+1.005e+002
1
+1.300e-002
+9.814e+001
+9.814e+001
Рис. 5.2. Отладочная информация в режиме мониторинга
49
В режиме мониторинга (рис. 5.2) слева от кода программы ото
бражается текущее состояние переменных. Выбор формата отобра
жения данных (WORD, INTEGER, REAL и т.д.) можно произвести,
кликнув правой кнопкой мыши по этим данным, далее в открыв
шемся контекстном меню выбрать нужный формат.
Также возможно отслеживание состояния памяти и внесение в нее
изменений через инструментарий Monitor/Modify Variables. Внешний
вид такого инструментария представлен на рис. 5.3. Для того чтобы
принудительно подать на выход платы какой-либо сигнал, необходимо
написать его значение в поле Modify value (для дискретных сигналов
это 0 или 1, для аналоговых, например, число в формате WORD
W#16#AAAA), кликнуть по нему правой кнопкой мыши и выбрать
в открывшемся контекстном меню пункт Modify value.
Debug
View
Options
Window
Help
Ctrl+L
Download
Establish Connection to Configured CPU
□@®
Vai - available tablel
Table
Edit
Insert
PLC
Variable
View
Options
Window
Help
2] dI^IhI a| AlililieLd yl I®» Jll *?l
CPU Messages...
Display Force Values
Ctrl+Alt+F
□0®
Variable tablel ONLINE
Monitor/Modify Variables
Module Information...
Ctrl+D
Operatrig Mode...
Ctrl+I
Address
Symbol
Display format
BOOL
Clear/Reset...
Set Time of Day...
Network 2 : Title:
ffOBl PREV Cl
ITD
DTR
L
l.OOOOOOe+Ot
/R
T
"dt"
CALL
FB
1,1
SP
:=1.000000e
PV
:=MD0
Mod<
:=Q124.2
deltat:="dt
MV
=MD10
^
PID\SIMATIC 300(1)
•5 Standard H Controls
Style Palette
bП Line Style
|a
—| Solid
™ Dashed
У Dotted
У Dash Dot
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 »
0 - LaverO
Рис. 6.6. Основное окно Graphics Designer
Результат создания мнемосхемы представлен на рис. 6.7.
СЕ®
п NewPdH.PDL
регулио
•
Руи. Режим
|руи-ое задание -сложение Г |
I ДУМ Я1МЧ =|*I*|T *| *| J J »l»| HI
Г
3
3DT«
3D И*
• * мо.сшвн
. лс
10 мэаюк
**
^
1
л
и
,|»|
аПГ
Рис. 7.3. Control Bulder
В главном меню выбрать File —> New —> Control modyle, как по
казано на рис. 7.4.
Появится рабочее окно, представленное на рис. 7.5.
62
*5 Control Bulkier - Monitoring - Assignment
File
Edit
View
Tools
Chart Templates
Field Devices
Controller
IraJ al ® Iwl .Ын Ii.
Open
New
Controllers
Close
Redundancy Module
I/O Modules
Save
Interface Modules
Page Setup...
Devices
Print Preview
External Servers
►
Print
Gateways
►
►
►
►
►
Cluster
Export...
Export With Contents..
Control Module
Import...
Sequential Control Module
Unit Control Module
Create Proxy Node...
Unit Class
Create Proxy FTEB...
Recipe Control Module
Create Proxy SCM...
Master Recipe
►
►
Create Proxy RCM...
Create Proxy СВР....
Template...
Exit
Type
►
Wizard...
Рис. 7.4. Создание Control modyle
.19) «I
£1S£M *1
Структурная схема управления клапаном-отсекателем пред
ставлена на рис. 7.6. В данной схеме используются блоки, описание
которых представлено в табл. 7.1.
Рис. 7.6. Структурная схема управления клапаном-отсекателем
63
Таблица 7.1
Описание функциональных блоков
Название
Описание блока
блока
Блок DEVCTL Обеспечивает возмож
(управления
ность выполнения функ
устройствами) ции нескольких входов/выходов для взаи
модействия с устройст
вами дискретного дейст
вия, такими как двигате
ли, насосы, соленоидные
клапаны и клапаны с
приводами. Блок управ
ления устройствами со
держит встроенные
структуры для обработ
ки блокировок и под
держивает дисплей
групп условий блоки
ровки, а также фрагмен
тарный и графический
дисплеи
Блок FLAG
(флаг)
Обеспечивает сохране
ние одного параметра,
имеющего два устойчи
вых значения, к которо
му возможно обращение
как к простому логиче
скому значению (ON
или OFF) с помощью
параметра PVFL или как
64
Функции блока
1. Позволяет управлять задания
ми дискретных выходных значе
ний и интерпретирует соответст
вующие сигналы обратной связи
дискретных входных значений,
представленные параметром со
стояния PV (текущее состояние
обратной связи).
2. Функционирование включает в
себя передачу команд, представ
ленных параметром состояния
ОР (заданное командой выходное
состояние), контроль PV и гене
рацию сигналов тревоги на осно
ве различных заранее определен
ных условий, например, в случае,
если PV не достигнет состояния,
заданного в ОР.
3. Обеспечивает выполнение за
щитных блокировок, блокировок,
связанных с отдельными состоя
ниями, набора команд инициали
зации, сбора статистических
данных, связанных с эксплуата
цией устройств, а также функций
запуска периодического процесса
уровня 1
Обеспечивает функцию индика
ции события
Окончание табл. 7.1
Название
блока
Блок NOT
(инверсия)
Описание блока
к одному из двух сконфи
гурированных пользова
телем значений состояния
(например, «Работа» и
«Останов») через пара
метр PV
Предоставляет алгоритм
NOT, обеспечивающий
выполнение функции ин
вертирования
Функции блока
Инвертирует состояние дис
кретного входа (IN) таким об
разом, что выходной параметр
OUT является дополнением к
входному параметру
Далее необходимо в дереве элементов выбрать Utility —> Flag
(рис. 7.7).
Library - Containment
Д g SERIES_C_IO
Д§о SERVICE2
+ Й SYSTEM
л
Й Эо UCNIF
|
l -^o USER
Дэо UTILITY
ф ALMWINDOW
ф
- ф
ANN PANEL
DIGACQ
ф EXECTIMER
ф FIR STOUT
FLAG
ф FLAGAR RAY
ф MESSAGE
ф NUMERIC
ф NUMERICARRAY
ф PUSH
ф TEXTARRAY
ф TEXTCOMMENT
ф TIMER
г41 TVDCmhIUCDT
Рис. 7.7. Дерево функциональных
блоков
65
Названия элементов (флагов), имитирующих открытое и закры
тое состояния клапана, будут «FL_H» и «FL_L» соответственно.
Количество входных и выходных сигналов настраивается в соответ
ствии с рис. 7.8.
IdiMrld°. »1в|
Далее в дереве элементов необходимо выбрать DEVCTL —>
DEVCTL и настроить этот элемент в соответствии с рис. 7.9, а и б.
Во вкладке Main также необходимо задать имена состояний, как
показано в табл. 7.2.
Далее в дереве элементов необходимо выбрать LOGIC —» NOT
и составить схему, приведенную на рис. 7.10.
Таблица 7.2
Состояния концевых контактов клапана
FLAG Н
0
0
1
1
FLAG L
0
1
0
1
Состояние
Переход из одного состояния в другое
Клапан закрыт
Клапан открыт
Ошибка
