Тема «Особенности программирования программируемых логических контроллеров (ПЛК) Siemens S 5, S 7 через пакет программ Simatic Manager»
LAD (анг. Ladder Diagram) это наиболее простой способ программирования, используемый для создания и редактирования программ для программируемых логических контроллеров (ПЛК). Пользовательская программа представляет собой совокупность всех инструкций и описаний для обработки сигналов, с помощью которых осуществляется управление предприятием (процессом) в соответствии с определенной задачей автоматизации. В отличие от других языков программирования этот язык является понятным не только программистам, но и инженерам, работающим на производстве, т. к. в нем используются реальные элементы производства: датчики и исполнительные механизмы
Программа состоит из отдельных элементов LAD, соединенных последовательно или параллельно один по отношению к другому. Контактная схема подобна электрической цепи. Для добавления элемента необходимо выбрать требуемый программный элемент из списка и перенести его на необходимый участок цепи.
Структура программы в LAD Программные элементы помещаются в цепь (анг. Network). Решетки цепей размещаются способом, похожим на ступеньки в лестнице, в следствии чего язык программирования и получил свое название. Следующие цепи (ступеньки лестницы) отсчитываются сверху вниз. После приближения к последней ступеньке, процесс слежения за программой повторяется сначала.
Правила размещения элементов Цепь состоит из входной части (условной – предварительной) и выходной части (исполнительной – происходящей). Первая часть определяет условия, которые должны выполняться для активации выхода (исполнительный элемент).
Для решение задачи управления требуется разработка программы, которая сможет определить зависимости между входными и выходными сигналами. Входные элементы могут выступать в разных взаимных соединениях: последовательном, параллельном, смешанном. Последовательное соединение соответствует функции AND (И), а параллельное соединение – функции OR (ИЛИ).
Последовательное соединение Параллельное соединение Смешанное соединение
Цепь с левой и правой сторон ограничена токовыми шинами. Правая шина может быть видимой или невидимой. Учитывая аналогию с релейной схемой, программы в LAD могут считываться как протекание тока с левой к правой вертикальной шине через отдельные цепи.
Структура цепи LAD Цепь должна иметь соответствующий формат и синтаксис. Основные правила построения цепей: 1. каждая цепь может иметь до 16 параллельных линий, каждая из которых иметь до 4 логических элементов, соединенных последовательно; 2. последним элементом последовательного соединения в цепи должен быть один из исполнительных элементов (двухпозиционный или функциональный выход); 3. цепь может иметь не более 16 выходных элементов; 4. не допускается разветвление, имеющее начало или конец внутри другого разветвления, которое соединяется с „питательной линией” или выходами.
Ниже указаны примеры запрещенных соединений: Соединение I 3 перед цепью Отсутствие выходного элемента Разветвление внутри другой цепи, один конец которой (или начало) соединяется с „питательной линией” или выходами (в нижеуказанном примере выход Q 4 не может подключаться к разветвлению I 3 и I 5).
Виды входных элементов (контактов) LAD использует два вида входных контактов для сканирования и указания условий для работы исполнительных устройств: NO - контакт (нормально открытый контакт) и NC-контакт (нормально закрытый контакт).
Нормально открытый контакт (NO-контакт) Нормально открытый контакт – это контакт, сигнал на выходе которого появляется только при наличии сигнала на его входе, т. е. если на него поступает напряжение, то NO-контакт активирован, замыкается и ток протекает дальше по цепи. Его принцип работы схож с кнопкой «Start» , при нажатии на которую система начнет работу, иначе система выключена.
На изображении датчик S 1 подключен к входу I 1. 0. Если датчик S 1 разомкнут, то вход I 1. 0 содержит « 0» , и ток через NO-контакт не проходит. Контактор (contactor) K 1, управляемый выходом Q 4. 0, не включен. Если датчик S 1 активирован, то вход I 1. 0 имеет состояние « 1» . Ток течет через NO-контакт в катушку, и контактор K 1, подключенный к выходу Q 4. 0, активируется.
Нормально закрытый контакт (NC-контакт) Нормально закрытый контакт – это контакт, сигнал на выходе которого появляется только при отсутствии сигнала на его входе, т. е. если на него не поступает напряжение, то NC-контакт активирован, замыкается и ток протекает дальше по цепи. Его принцип работы схож с кнопкой «Stop» , при нажатии на которую работающая система прекратит выполнение операций и остановит работу.
На изображении датчик S 2 подключен к входу I 1. 1. Если датчик S 2 разомкнут, то вход I 1. 1 имеет состояние « 1» . Ток течет через NС-контакт в катушку, и контактор K 2, подключенный к выходу Q 4. 1, активируется. Если датчик S 2 замкнут, то вход I 1. 1 содержит « 0» , и ток через NO-контакт не проходит. Контактор (contactor) K 2, управляемый выходом Q 4. 1, не включен.
Кроме датчиков в качестве входных элементов могут использоваться: 1. Проверка состояния выходного элемента (Q 4. 5); 2. Таймер (T 1); 3. Счетчик (C 1); 4. Компаратор (CMP).
Выходные элементы. В качестве выходных элементов цепей на языке программирования LAD применяются исполнительные механизмы. В зависимости от способа функционирования различают 4 вида выходных элементов: 1. Одиночная катушка (coil) или присваивание; 2. Катушка сброса (reset coil); 3. Катушка установки (set coil); 4. Блочные элементы (триггеры) RS и SR.
Одиночная катушка, как завершающий элемент цепи, назначает или направляет (электрический ток) напрямую к исполнительному устройству, расположенному при катушке. Если ток в катушке течет (достигает катушки), то операнд установлен (логическая единица), если тока нет, то операнд не установлен (сброшен).
Катушки установки и сброса (set coil, reset coil) также могут завершать цепь. Эти катушки становятся активными, только когда через них протекает ток. Если ток течет в катушке установки, то исполнительный механизм устанавливается в сигнальное состояние « 1» . Если ток течет в катушке сброса, то исполнительный механизм переустанавливается в сигнальное состояние « 0» (сбрасывается). При отсутствии тока в катушке установки или сброса значение остается без изменений. При добавлении в цепь катушки на установку определенного исполнительного устройства, необходимо в следующих цепях не забыть добавить катушки на сброс этого устройства, и наоборот.
Таким образом, если сигнал поступает на катушку установки, то исполнительный механизм начинает работу до тех пор, пока сигнал не поступит на катушку сброса и он не выключится, и наоборот. Принцип работы схож с принципом работы RS триггера - устройства, имеющего 2 устойчивых состояния – сброс и установка – и способного сохранять свое состояние сколь угодно долго до подачи сигнала на другой вход.
Блочный элемент памяти (триггер) Функции катушек установки и сброса объединяются в блочном элементе (триггере). Общий бинарный операнд располагается над блочным элементом. Вход S (set input) блочного элемента в данном случае соответствует катушке установки, вход R (reset input) – катушке сброса. Имеются два варианта функции памяти: в виде блочных элементов SR (приоритет сброса) и RS (приоритет установки). Кроме различий в обозначении элементы отличаются компоновкой входов S и R.
Таймеры (Timers) позволяют программно реализовать задержку во времени на включение или выключение определенных выходных устройств при соблюдении заданных условий. Существуют следующие типы таймеров: 1. Импульсные таймеры (Pulse timers); 2. Расширенные импульсные таймеры (Extended pulse timers); 3. Таймеры задержки включения (On-delay timers); 4. Таймеры задержки включения с запоминанием (Retentive ondelay timers); 5. Таймеры задержки выключения (Off-delay timers). На данном учебном занятии мы рассмотрим 2 основных из них – таймер задержки включения и импульсный таймер.
При запуске таймера нужно определить требуемый тип таймера, длительность его работы, условия сброса таймера. Таймер контролируется путем запроса его состояния или текущего значения таймера, которое вы можете получить из таймера в двоичном или двоично-десятичном (BCD) коде. Можно выполнять следующие операции над таймером: 1. Запустить таймер, задав значение времени; 2. Обнулить (сбросить) таймер; 3. Проверить (двоичное) состояние таймера; 4. Прочитать (цифровое) значение таймера в бинарном виде; 5. Прочитать (цифровое) значение таймера в BCD-виде. Блочный элемент для таймера содержит все эти операции таймера в форме функциональных входов и функциональных выходов.
Импульсный таймер применяется при необходимости временной работы выходных устройств при выполнении входных условий. Он применяется в виде блочного элемента, способного выполнять все 5 операций. Над блочным элементом расположен абсолютный или символический адрес таймера. В самом блочном элементе в качестве заголовка указан режим таймера (S_PULSE означает «Start pulse timer» или «Запуск импульсного таймера» ).
Назначение входов и выходов таймера. Назначения для входов S и TV обязательны, в то время как для других – нет. На вход запуска прописываются условия, при которых таймер начнет отсчет времени. На выход TV прописывается в секундах временной отрезок для таймера в формате S 5 T#5 s, где S 5 T#- указатель формата времени, 5 s- временной отрезок для таймера.
На данном слайде изображена цепочка из датчика I 1. 2, работающего как нормально открытый контакт, импульсного таймера Т 2, и исполнительного устройства Q 1. 2. Принцип работы цепи: Если сработал датчик I 1. 2, то включается исполнительное устройство Q 1. 2. По прошествии 5 секунд исполнительное устройство выключается. Данный таймер часто применяется для запуска роботов или станков, у которых известно время операции, и есть необходимость в их выключении после её выполнения.
Таймеры задержки включения (On-delay timers) Данный таймер применяется если необходимо, чтобы была задержка во времени запуска выходной части при выполнении входных условий. Он применяется в виде блочного элемента, способного выполнять все 5 операций. В данном случае при срабатывании датчика I 1. 1 по прошествии 5 секунд запускается исполнительное устройство Q 1. 1.
Данный таймер часто применяется как контролирующее устройство для роботов или станков, у которых известно время операции. Для этого на таймере ставят время превышающее время выполнения операции роботом. Если таймер доработает цикл до конца и сигнал дойдет до выходного устройства, значит в роботе есть неполадка и система отключается.
Счетчики (counters) позволяют использовать CPU в вычислительных задачах. Счетчики могут вести счет по возрастанию (прямой счет) и по убыванию (обратный счет). Область счета охватывает три разряда (от 000 до 999). Счетчики располагаются в системной памяти CPU; количество счетчиков определяется версией CPU. Запрограммировать счетчик можно полностью в виде блочного элемента или с использованием отдельных программных элементов.
Со счетчиками производятся следующие операции: 1. Установка счетчика, задание значения счетчика; 2. Прямой счет; 3. Обратный счет; 4. Сброс счетчика; 5. Считывание состояния (двоичного) счетчика; 6. Считывание (числового) значения счетчика в двоичной форме; 7. Считывание (числового) значения счетчика в двоично-десятичной форме. Имеется три исполнения блочных элементов счетчика: 1. счетчик прямого и обратного счета (up-down counter, S_CUD); 2. счетчик прямого счета (up counter, S_CU); 3. счетчик обратного счета (down counter, S_CD). На данном учебном занятии мы рассмотрим счетчик прямого и обратного счета, т. к. знание данных видов счётчиков является достаточным для построения цепей на языке LAD.
Блочный элемент данного счетчика содержит все операции счета в форме функциональных входов и функциональных выходов. Над блочным элементом расположен абсолютный или символический адрес счетчика. В блочном элементе в качестве заголовка указывается тип счетчика (S_CUD означает «up-down counter» , «счетчик прямого и обратного счета» ). Назначение для первого входа (на примере CU) обязательно; для остальных входов и выходов назначения можно не делать.
На выходе CV указывается ячейка, куда будут отправляться данные о значении счетчика. Она записывается в формате MW 20, где MW- формат типа данных (целые числа), 20 - номер ячейки, который может принимать значения от 1 до 65000.
Компараторы Компаратор произошло от англ. слова compare (сравнивать). Это устройство, предназначенное для сравнения двух чисел между собой. В случае если результат удовлетворит компаратор, то он пропускает сигнал на выходной элемент, если нет - то цепь размыкается. Компараторы могут производить сравнение трех типов данных: 1. целые числа (Int); 2. дробные числа (Dint); 3. числа с плавающей запятой (Real).
Блочный модуль компаратора. Кроме (немаркированного) двоичного входа блочный элемент функции сравнения имеет два входа IN 1 и IN 2 и (немаркированный) двоичный выход. «Заголовок» в блочном элементе идентифицирует операцию сравнения (CMP означает compare, сравнение) и тип выполняемого сравнения (к примеру, под CMP ==I подразумевается сравнение дух чисел типа INT на предмет равенства). Сравниваемые значения подаются на входы IN 1 и IN 2, результат сравнения – на выходе.
Успешное сравнение эквивалентно замкнутому контакту ( «ток» протекает через компаратор). Если сравнение не успешно, то контакт разомкнут. Выход компаратора всегда должен быть подключен к исполнительному устройству. Как правило, компаратор применяется вместе со счетчиком.
Скачать презентацию Тема Особенности программирования программируемых логических контроллеров ПЛК
презентация для открытого урока.pptx