Скачать презентацию Лекции 9 10 Контроллер SIMATIC S 7 Скачать презентацию Лекции 9 10 Контроллер SIMATIC S 7

лекэпсхм-9, 10.pptx

  • Количество слайдов: 39

Лекции № 9, 10 Контроллер SIMATIC S 7 – 200. 1. 2. 3. 4. Лекции № 9, 10 Контроллер SIMATIC S 7 – 200. 1. 2. 3. 4. Вопросы: Семейство микроконтроллеров SIMATIC S 7 -200 Технические данные контроллера Обзор программы STEP 7 -MICRO/WIN V 4. 0 Принципы построения дискретных систем управления на SIMATIC S 7 -200

1. Семейство микроконтроллеров SIMATIC S 7 -200 характеризуются моноблочной конструкцией, неизменяемой конфигурацией и небольшим 1. Семейство микроконтроллеров SIMATIC S 7 -200 характеризуются моноблочной конструкцией, неизменяемой конфигурацией и небольшим (до 100) количеством входов/выходов. Они предназначены для решения задач автоматизации. На рис. 1 показано место SIMATIC S 7 -200 при разработке локальных систем управления технологическими процессами. Рис. 1.

Микроконтроллеры SIMATIC S 7 -200 предназначены для решения задач управления и регулирования в небольших Микроконтроллеры SIMATIC S 7 -200 предназначены для решения задач управления и регулирования в небольших системах автоматизации. При этом, SIMATIC S 7 -200 позволяют создавать как автономные системы управления, так и системы управления, работающие в общей информационной сети. Область применения контроллеров SIMATIC S 7 -200 исключительно широка и простирается от простейших задач автоматизации, для решения которых в прошлом использовались простые реле и контакторы, до задач комплексной автоматизации. SIMATIC S 7 -200 все более интенсивно используется при создании таких систем управления, для которых в прошлом из соображений экономии необходимо было разрабатывать специальные электронные модули. Семейство контроллеров S 7– 200 включает 4 варианта CPU (221, 222, 224, 226) различающиеся объемом памяти, числом дискретных входов/выходов и подключаемых модулей. Это многообразие обеспечивает множество технических характеристик и обеспечивает рентабельность решения задач автоматизации.

SIMATIC S 7– 200 состоит из микропроцессора, встроенного источника питания, входных и выходных цепей, SIMATIC S 7– 200 состоит из микропроцессора, встроенного источника питания, входных и выходных цепей, находящихся в компактном корпусе и образующих мощный микро-ПЛК (рис. 2). После загрузки программы в SIMATIC S 7– 200 он содержит логику, необходимую для контроля и управления входными и выходными устройствами для ее выполнения.

Для лучшего выполнения требований, предъявляемых к различным задачам, в семействе SIMATIC S 7– 200 Для лучшего выполнения требований, предъявляемых к различным задачам, в семействе SIMATIC S 7– 200 имеется большое количество модулей расширения. С помощью этих модулей расширения можно расширить функциональные возможности микроконтроллера. Центральные процессоры SIMATIC S 7 -200 снабжены встроенным блоком питания напряжением =24 В для питания входных цепей контроллеров. Центральные процессоры семейства S 7 -200 имеют следующие конструктивные особенности: - наличие двух модификаций центральных процессоров каждого типа, отличающиеся напряжением питания и типом выходных каскадов дискретных выходов: - напряжение питания =24 В, транзисторные выходные каскады; - напряжение питания ~120 … 240 В, выходы с замыкающими контактами реле; - встроенный источник =24 В для питания датчиков или других цепей.

- наличие встроенных дискретных входов и выходов во всех типах центральных процессоров; два встроенных - наличие встроенных дискретных входов и выходов во всех типах центральных процессоров; два встроенных аналоговых входа и один аналоговый выход в CPU 224 XP; - универсальное назначение дискретных входов: - стандартные входы ввода дискретных сигналов; - входы аппаратных прерываний; - входы встроенных скоростных счетчиков; - наличие интерфейса для подключения модулей расширения (за исключением CPU 221); - 1 (CPU 221/ CPU 222/ CPU 224) или 2 (CPU 224 XP/CPU 226) универсальных встроенных порта RS 485; - встроенные скоростные счетчики (до 200 к. Гц в CPU 224 XP, до 30 к. Гц в остальных центральных процессорах); - 4 быстродействующих входа обработки сигналов аппаратных прерываний; - 2 импульсных выхода (до 100 к. Гц в CPU 224 XP, до 20 к. Гц в остальных центральных процессорах) во всех моделях центральных процессоров с питанием постоянным током;

- переключатель выбора режимов работы; - 1 (CPU 221/ CPU 222/ CPU 224) или - переключатель выбора режимов работы; - 1 (CPU 221/ CPU 222/ CPU 224) или 2 (CPU 224 XP/ CPU 226) встроенных потенциометра аналогового задания цифровых параметров; - опциональные (в виде съемного модуля) или встроенные часы реального времени; - опциональный модуль EEPROM памяти для хранения программ, данных и рецептур; - съемный модуль буферной батареи для защиты данных в оперативной памяти при перебоях в питании контроллера; - съемные терминальные блоки для подключения внешних цепей (от CPU 224 и выше); - возможность использования имитаторов входных сигналов для отладки программы. Все центральные процессоры, за исключением CPU 221, позволяют производить подключение модулей расширения. CPU 222 позволяет подключать до 2 х, а CPU 224, CPU 224 XP и CPU 226 до 7 модулей расширения.

2. Технические данные контроллера. Технические данные CPU микроконтроллеров семейства S 7 -200 приведены в 2. Технические данные контроллера. Технические данные CPU микроконтроллеров семейства S 7 -200 приведены в таблице 1. Таблица 1 № для заказа Модель CPU 6 ES 7 211 -0 AA 23 -0 XB 0 CPU 221 Напряжение питания, В = 24 Цифровые входы Цифровые выходы 6 (= 24 В) 4 (= 24 В) 6 ES 7 211 -0 BA 23 -0 XB 0 CPU 221 ~ 120… 240 6 (= 24 В) 4 (реле) 6 ES 7 212 -1 AB 23 -0 XB 0 CPU 222 = 24 8 (= 24 В) 6 ES 7 212 -1 BB 23 -0 XB 0 CPU 222 ~ 120… 240 8 (= 24 В) 6 (реле) 6 ES 7 214 -1 AD 23 -0 XB 0 CPU 224 = 24 14 (= 24 В) 10 (= 24 В) 6 ES 7 214 -1 BD 23 -0 XB 0 CPU 224 ~ 120… 240 14 (= 24 В) 10 (реле) 6 ES 7 214 -2 AD 23 -0 XB 0 CPU 224 XP = 24 14 (= 24 В) 10 (= 24 В) 6 ES 7 214 -2 BD 23 -0 XB 0 CPU 224 XP ~ 120… 240 14 (= 24 В) 10 (реле) 6 ES 7 216 -2 AD 23 -0 XB 0 CPU 226 = 24 24 (= 24 В) 16 (= 24 В) 6 ES 7 216 -2 BD 23 -0 XB 0 CPU 226 ~ 120… 240 24 (= 24 В) 16 (реле) Схемы соединения CPU микроконтроллера семейства S 7 -224 ХР приведены на рис. 2.

Рис. 2. На рис. 3 дана схема расположения контактов коммутационного порта CPU, а в Рис. 2. На рис. 3 дана схема расположения контактов коммутационного порта CPU, а в таблице 2 – назначение его контактов.

Рис. 3 Таблица 2 № контакта 1 Сигнал PROFIBUS Экран Порт 0/Порт 1 Заземление Рис. 3 Таблица 2 № контакта 1 Сигнал PROFIBUS Экран Порт 0/Порт 1 Заземление 2 – 24 В Общий логики 3 RS-485, сигнал В 4 Запрос на передачу RTS (TTL) 5 – 5 В Общий логики 6 +5 В 7 + 24 В 8 RS-485, сигнал А 9 Не используется 10 -битовый (вход) Заземление корпус Экран протокол

3. Обзор программы STEP 7 -MICRO/WIN V 4. 0 Пакет для программирования STEP 7 3. Обзор программы STEP 7 -MICRO/WIN V 4. 0 Пакет для программирования STEP 7 -Micro/WIN предоставляет дружественную пользователю среду для разработки, редактирования и контроля логики, необходимой для управления различными приложениями, связанными с вопросами автоматизации. STEP 7 -Micro/WIN имеет три редактора программ, с помощью которых можно удобно и эффективно разрабатывать программы управления. Большинство PLC используют похожие команды, но обычно имеются некоторые различия в их внешнем виде, действии и т. д. в зависимости от поставщика. Когда STEP 7 -Micro/WIN установлен в режим МЭК, он отображает красный ромб в дереве команд рядом с командами, которые не определены стандартом МЭК 1131 -3.

Для открытия STEP 7 -Micro/WIN дважды щелкните на символе STEP 7 -Micro/WIN или выберите Для открытия STEP 7 -Micro/WIN дважды щелкните на символе STEP 7 -Micro/WIN или выберите команду меню: Start > SIMATIC > STEP 7 Micro/WINV 4. 0 [Пуск >SIMATIC >STEP 7 Micro WIN V 4. 0 (рис. 4). Рис. 4.

Элементы окна (рис. 5): - панель заголовка – панель заголовка содержит имя окна и Элементы окна (рис. 5): - панель заголовка – панель заголовка содержит имя окна и кнопки управления окном; - строка меню – содержит все меню, доступные для активного окна; - панель инструментов – содержит наиболее часто используемые команды меню в форме кнопок с изображениями; - панель навигации – содержит иконки для активации функций программы; - дерево команд – показывает все элементы проекта и все команды, доступные в активном редакторе программ (LAD, FBD или STL); - окно вывода – когда программа компилируется, в выходном окне появляются информационные сообщения. - строка состояния – показывает текущее состояние и другую информацию.

Рис. 5. Рис. 5.

Рабочая область для создания программы управления (рис. 5): - навигационная панель предлагает группы символов Рабочая область для создания программы управления (рис. 5): - навигационная панель предлагает группы символов для доступа к различным функциям программирования STEP 7 -Micro/WIN; - дерево команд отображает все объекты проекта и команды, необходимые для создания программы управления; отдельные команды из этого дерева можно тащить в программу или вставлять команду двойным щелчком в текущее положение курсора в редакторе программ; - редактор программ содержит логику программы и таблицу локальных переменных, в которой можно назначить символические имена для временных локальных переменных. Последовательность настройки панели инструментов в STEP 7 Micro/WIN показана на рис. 6. Изменение вида: активируйте бокс выбора «Инструменты → Настройки» , если хотите увидеть краткое объяснение, тогда держите указатель мыши над кнопкой.

Рис. 6 Рис. 6

Перемещение кнопок: выберите в списке «Категории» , , чтобы показать кнопки панели инструментов. Для Перемещение кнопок: выберите в списке «Категории» , , чтобы показать кнопки панели инструментов. Для того чтобы переместить кнопку из панели, где она находится по умолчанию, в другую панель, выберите в списке категорий имя панели, содержащей кнопку к настоящему времени. Перетащите кнопку из области «Кнопки» на желаемую панель рабочей области STEP 7 -Micro/WIN, чтобы добавить ее к этой панели. Чтобы удалить кнопку из панели инструментов тащите кнопку из панели STEP 7 -Micro/WIN в область «Кнопки» . При запуске STEP 7 по умолчанию запускается мастер, который поможет создать проект. Структура проекта используется для надлежащего хранения и размещения всех данных и программ (рис. 7). Каждый CPU обладает определенными свойствами относительно конфигурации его памяти или адресных областей. Вот почему надо выбрать CPU, прежде чем начать программирование. Во вновь открытом окне программы (рис. 7) дважды левой кнопки мыши нажимаем символ выбора типа PLC, открывается вспомогательное окно. В этом окне выбираем тип CPU, в примере выбран CPU 224 XP.

Рис. 7. Рис. 7.

Инструкции (рис. 8, 9). Содержат инструкции по обработке данных, управления ходом выполнения программы, математические Инструкции (рис. 8, 9). Содержат инструкции по обработке данных, управления ходом выполнения программы, математические инструкции, команды преобразования чисел, инструкции для работы с прерываниями и др. (рис. 8). Древо инструкций приведено на рис. 9. Рис. 8. Рис. 9.

Основные команды языка STEP 7 для различных редакторов программ приведены в табл. 3. Подводя Основные команды языка STEP 7 для различных редакторов программ приведены в табл. 3. Подводя курсор РС к изображению каждой из команд, на экране получим ее название и выполняемые функции. Таблица 3. STL LAD FBD

Контроллеры, как правило, имеют 256 таймеров. Номер, выбираемый для таймера, определяется базой времени и Контроллеры, как правило, имеют 256 таймеров. Номер, выбираемый для таймера, определяется базой времени и типом таймера. Таймеры S 7 -200 имеют отличительные особенности таймеры управляются через единственный вход разблокировки (IN); текущее значение таймера указывает время, истекшее с момента разблокировки. Таймеры доступны с тремя разными разрешающими способностями. Разрешающая способность определяется номером таймера (табл. 4). Каждый отсчёт в текущем значении представляет величину, кратную базе времени. Максимальное значение расчетной величины для любого из таймеров составляет 32767. Таблица 4. Тип таймера 1 32, 767 T 0, T 64 327, 67 T 1 -T 4, T 65 -T 68 100 TON, TOF Максимальное значение, с 10 TONR Разрешение, мс Номер таймера 3276, 7 T 5 -T 31, T 69 -T 95 1 32, 767 T 32, T 96 10 327, 67 T 33 -T 36, T 97 -T 100 3276, 7 T 37 -T 63, T 101 -T 255

Таймер с задержкой по включению TON (On-Delay). Этот таймер позволяет активизироваться выходам единичным сигналом Таймер с задержкой по включению TON (On-Delay). Этот таймер позволяет активизироваться выходам единичным сигналом после того, как время выдержки истечёт (рис. 10, 11, 12). Таймерная предустановка представляет период выдержки. Когда таймер включается (ключ S 1 - замкнут), статус таймера TON не становится 1, а достигает 1 после того, как время выдержки истечёт. Возрастающий край импульса в условной части включает таймер и он начинает работу. Таймер TON имеет один вход и один выход и предустановку таймера (PT - preset). Пусть PT=6000 (для таймера Т 37 это 60 с). Когда вход включается, таймер запускается на 60 с перед тем, как он включает выход (через 60 с). Таймер сбрасывается всякий раз, когда выход выключается, и включение таймера опять будет происходить с 60 с задержкой (ключ S 1 разомкнут). Если ключ S 1 будет разомкнут ранее 60 с, то выходной сигнал таймера не изменится, и таймер не включится – рис. 13.

Рис. 10. LAD схема с задержкой включения Рис. 10. LAD схема с задержкой включения

Рис. 11. STL схема с задержкой включения Рис. 11. STL схема с задержкой включения

Рис. 12. FBD схема с задержкой включения Рис. 12. FBD схема с задержкой включения

Рис. 13. Временная диаграмма работы таймера с задержкой включения Рис. 13. Временная диаграмма работы таймера с задержкой включения

4. Принципы построения дискретных систем управления на SIMATIC S 7 -200 Традиционная практика создания 4. Принципы построения дискретных систем управления на SIMATIC S 7 -200 Традиционная практика создания программного обеспечения подразумевает поэтапный переход от математического обеспечения через информационное к программному. Все три вида обеспечения взаимосвязаны между собой. Математическое обеспечение является основным формализованным представлением требований технического задания в части логики управления. В принципе этот вид обеспечения не требует для своей разработки ничего кроме технического задания. Информационное обеспечение является своеобразным каталогом данных, используемых при контроле и управлении. Оно создается на основе технического задания и дополнительной информации, содержащейся в математическом обеспечении.

Программное обеспечение является реализацией всех функций, требуемых от системы управления (в том числе и Программное обеспечение является реализацией всех функций, требуемых от системы управления (в том числе и основных, логика реализации которых изложена в математическом обеспечении). Большинство используемых программных переменных создается на основе материалов информационного обеспечения. Кратко функции любой системы управления можно сформулировать как «принял – обработал – выдал» . Локальная система управления с использованием контроллера SIMATIC S 7 -200 не отличается оригинальностью. Основная работа центрального процессора (CPU) контроллера S 7 -200 достаточно проста: - CPU считывает значения входов; - программа, хранимая в CPU, использует эти значения для вычисления значений выходов; во время выполнения программы CPU обновляет данные; - CPU записывает данные в выходы. CPU S 7 -200 предназначен для циклического выполнения ряда заданий, включая программу пользователя (рис. 14).

Рис. 14. Диаграмма работы CPU S 7 -200 Рис. 14. Диаграмма работы CPU S 7 -200

Циклическое выполнение заданий называется циклом сканирования. В течение цикла сканирования, CPU выполняет все или Циклическое выполнение заданий называется циклом сканирования. В течение цикла сканирования, CPU выполняет все или большинство из следующих задач: - считывание значений; - выполнение программы; - обработка коммуникационных запросов; - выполнение самодиагностики CPU; - запись в выходы. Каждый цикл сканирования начинается со считывания текущих значений цифровых входов и последующей записи этих значений в регистр входов образа процесса. Выполнение программы - в фазе выполнения CPU реализует программу, начиная с первой команды и до последней. Обработка коммуникационных запросов - во время фазы обработки CPU обрабатывает запросы, принятые из коммуникационного порта. Выполнение самодиагностики CPU - во время этой фазы CPU проверяет свое встроенное программное обеспечение и память программы пользователя. Он проверяет также состояние всех модулей ввода-вывода.

Основные положения, необходимые для проектирования: - входная информация остается неизменной на всем протяжении цикла Основные положения, необходимые для проектирования: - входная информация остается неизменной на всем протяжении цикла выполнения CPU; - CPU выполняет программу последовательно, начиная с первой команды и до последней; - обработка коммуникационных запросов от/в TD 200 и от/в Profi. Bus, и, соответственно, использование информации, считываемой из памяти контроллера, а также формирование новой информации при обработке коммуникационных запросов, производится после выполнения программы пользователя; - CPU записывает значения, хранимые в регистре выходов образа процесса, в цифровые выходы в конце цикла сканирования – после выполнения программы пользователя и обработки коммуникационных запросов. При разработке дискретных систем управления применяют формализованные методы синтеза и методы формального описания их условий работы. Целью этого подхода является исключение влияния субъективных факторов, связанных с разработчиком, и получение однозначного наилучшего конечного решения при проектировании.

Построение систем дискретного управления состоит из двух этапов: синтез алгоритмов управления, включая их минимизацию, Построение систем дискретного управления состоит из двух этапов: синтез алгоритмов управления, включая их минимизацию, и выбор аппаратурной реализации с составлением программы, выполняющей эти алгоритмы с проверкой правильности их функционирования. Только после их выполнения переходят к разработке конкретных схем и программ на базе микропроцессора SIMATIC S 7 -200. CPU S 7 -200 имеет два режима работы: 1. STOP: CPU не обрабатывает программу; в режиме STOP можно загружать в CPU программу и конфигурировать CPU; 2. RUN: CPU обрабатывает программу; в режиме RUN нельзя загружать в CPU программу и конфигурировать CPU. Индикация состояния на лицевой панели CPU указывает текущий режим работы. Если требуется загрузить программу в программную память, то необходимо перевести CPU в состояние STOP. Для составления программ надо предварительно определить нумерацию входных и выходных сигналов для данного типа контроллера, а после этого переходить к самой программе.

Рассмотрим на примере последовательность составления простых программ и ввод их в CPU 224 ХР Рассмотрим на примере последовательность составления простых программ и ввод их в CPU 224 ХР - «Управление командами «пуск-стоп» асинхронным двигателем» . Составить в редакторе FBD программу, реализующую управление асинхронным двигателем. В качестве входных сигналов использовать кнопки с самовозвратом S 1 (Пуск), S 3 (Стоп), а в качестве выходного – катушку электромагнитного реле К 1. Запишем алгоритм управления асинхронным двигателем от кнопок «пуск-стоп» с самовозвратом: В этом алгоритме требуется реализовать функцию обратной связи, т. е. памяти. В программе STEP 7 -Micro/WIN для реализации функции обратной связи целесообразным является применение триггерных схем, это функциональный блок с двумя устойчивыми состояниями. Поэтому составление программы управления лучше выполнять в редакторе FBD. Программа в редакторе FBD приведена на рис. 15, на рис. 16 приведена программа в редакторе LAD, на рис. 17 - таблица символов, на рис. 18 - перекрестные ссылки.

При составлении программы – рис. 15 необходимо было учесть, что кнопка S 3 имеет При составлении программы – рис. 15 необходимо было учесть, что кнопка S 3 имеет размыкающийся при нажатии контакт, для этого сигнал, поступающий от этой кнопки на вход триггера, должен быть инвертирован. Первоначально при составлении схемы инверсия для сигнала S 3 отсутствует, что бы ввести сигнал инверсии надо в строке Network 2 щелкнув один раз по левой клавише манипулятора «мышь» выделить этот сигнал (он поменяет цвет с синего на красный), затем нажав правую клавишу откроем вспомогательное окно (рис. 19), в котором выберем функцию «Переключатель инверсии» .

Рис. 15. Программа в редакторе FBD Рис. 15. Программа в редакторе FBD

Рис. 16. Программа в редакторе LAD Рис. 16. Программа в редакторе LAD

Рис. 17. Таблица символов Рис. 17. Таблица символов

Рис. 18. Перекрестные ссылки Рис. 18. Перекрестные ссылки

Рис. 19. Ввод сигнала инверсии S 3 Рис. 19. Ввод сигнала инверсии S 3