Введение. При проектировании комбинированных систем управления различными технологическими процессами (ТП), в частности

При проектировании комбинированных систем управления различными технологическими процессами (ТП), в частности, электропневматических систем управления (ЭПСУ), решается проблема выбора исполнительной – пневматического привода (ПП) и управляющей (электрических элементов или устройств) частей системы [1].

При выборе управляющей (электрической) части системы возможны два способа управления, а именно:

– с помощью релейно-контактных схем управления, собранных на электрических элементах автоматики: реле, таймерах, счётчиках, то есть на элементах «жесткой» логики;

– с использованием программируемого логического контроллера (ПЛК) для «гибких» производств с часто меняющимся алгоритмом управления.

И в первом и во втором случае получаем высокое быстродействие системы управления. Однако ПЛК позволяет заменить одним устройством любое необходимое количество отдельных элементов релейной автоматики. Кроме того, функции ПЛК реализуются программно, а не аппаратно, поэтому его поведение можно изменить с минимальными усилиями, не демонтируя систему управления, а лишь перепрограммируя её [2]. Это в свою очередь позволяет уменьшить стоимость системы в целом, что является положительным фактором в пользу ПЛК.

Выбор пневматических цилиндров (ПЦ) для реализации прямолинейного движения в исполнительной (пневматической) части комбинированной системы управления, определен их низкой стоимостью, лёгкостью монтажа, простотой и прочностью конструкций, а также широким диапазоном основных технических параметров [3]: диаметр поршня от 6 до 320 мм; ход поршня от 1 до 2000 мм; развиваемое усилие 2…50000 Н; скорость поршня 0,2…1,5 м/с.

Таким образом, электропневматическая система управления ТП на базе ПЛК имеет высокое быстродействие, максимальную скорость перемещения выходного звена пневматического механизма с максимально быстрой сменой программы управления работой пневматического привода. Следовательно, для решения задачи автоматизации заданного ТП необходимо разработать ЭПСУ на основе ПЛК.

Технологические процессы циклического действия различных производств можно представить в формализованном виде – в виде циклограмм, построенных в координатах «перемещение – шаг». Такая форма представления ТП дает возможность абстрагироваться от конкретного ТП с сохранением всех требований его реализации. Это в свою очередь, позволяет унифицировать разработку алгоритмов управления на основе алгебры Буля и использовать разработанные принципиальные схемы управления для тех ТП разных производств, у которых одинаковые циклограммы.

Цель данной работы:

1. Изучение и приобретение навыков работы с контроллером типа LOGO! при управлении пневматическим приводом.

2. Разработка программ управления для заданных циклограмм.

3. Физическое моделирование ЭПСУ ТП на базе ПЛК LOGO!

1. Краткое описание ПЛК LOGO! 24RC

ПЛК LOGO! 24RC [4] – универсальный логический модуль компании Siemens состоит из следующих элементов:

· Органы управления LOGO!

· Панель оператора и дисплей с фоновой подсветкой.

· Источник питания.

· Интерфейс для модулей расширения.

Устройство ПЛК с модулем расширения представлено на рис.1:

Рис. 1.

Схема экранно-оконного интерфейса пользователя показана на рис.2. Номера экранных окон, высвечиваемых при их последовательном переключении кнопками управления курсорами Move и Select, обозначены в нижнем правом углу каждого окна (рис.2).

ПЛК LOGO! 24RC -- многофункциональная система, состоящая из четырех электромагнитных реле, являющихся усилителями мощности, и встроенного свободно программируемого микропроцессора (МК) CPUx86, предназначенного для логического управления в циклическом режиме внешними электротехническими устройствами, подключенными к этим реле. LOGO! 24RC – логический контроллер нижнего уровня систем автоматизации промышленных и других объектов.

Периферийными техническими средствами по отношению к LOGO! 24 RC являются:

· на входе LOGO! – датчики и сигнальные элементы, которые активизируют программные контакты LOGO!;

· на выходе – исполнительные и другие устройства системы, подключаемые к контактным группам выходных электромагнитных реле LOGO!

В приложении 1 показана схема соединений датчиков и нагрузки с микропроцессором ПЛК LOGO!

За каждый цикл процессор опрашивает все элементы управляющей программы или нескольких разных программ, поэтому пуск заданной программы на исполнение возможен с любой ее строки, если задействованы соответствующие аппаратные кнопки (или датчики).

Под временем цикла понимают общее время выполнения управляющей программы (чтение входов, исполнение собственно программы, запись выходных значений).

Контроллер LOGO! как логический контроллер может функционировать в двух режимах:

- STOP (может находиться в состоянии «0»);

- RUN (может находиться в состоянии «1»).

Режим STOP устанавливается пользователем при выполнении команды «Стоп», в состояние RUN контроллер переводится командой «Старт». Переключение режимов может быть осуществлено через окно 11 интерфейса пользователя.

Если LOGO! находится в режиме STOP, то пользователю доступны следующие функции:

· программирование, редактирование и отладка управляющей

(коммутационной) программы, а также другие операции с создаваемой программой как информационным файлом непосредственно в среде ПО LOGO! Soft Comfort PC при помощи кнопок на лицевой панели контроллера;

· загрузка коммутационной программы из PC в ОЗУ LOGO!, если она была разработана, протестирована и выполнена эмуляция пользователем в среде ПО PC LOGO! Soft Comfort;

· загрузка программы из ОЗУ LOGO! в память PC для последующей ее доработки (в случае необходимости) с использованием системы эмуляции программы;

· переключение LOGO! в режим RUN для последующего исполнения

разработанной программы циклической системой автоматического управления (ЦСАУ).

В режиме RUN пользователь может осуществить:

· проверку правильности подключения аппаратных средств ЦСАУ к соответствующим входам и выходам LOGO!;

· пуск коммутационной программы в произвольный момент времени, а также останов её в процессе исполнения (в том числе аварийный останов);

· переключение LOGO! в режим STOP.

Исполнение коммутационной программы в составе ЦСАУ начинается с нажатия пусковой кнопки или срабатывания датчиков системы, подключенных к соответствующим входам LOGO!

Если контроллер LOGO! присоединен к источнику питания напряжением +24В, то при его включении он загружается и по умолчанию устанавливается в режим RUN. На дисплее LOGO! высвечивается транспарант «Время, дата, год» (окно 1 интерфейса пользователя). Из окна «Время, дата, год» с помощью четырех кнопок управления на лицевой панели LOGO! пользователю доступен просмотр и контроль внешних ресурсов контроллера (входов, выходов, флагов – окна 2-9 интерфейса пользователя) в соответствии со схемой рис. 2.

Переключение режимов STOP – RUN может быть выполнено как из окна LOGO! Soft Comfort щелчком левой кнопки мыши на пиктограмме «Изменить режим LOGO», так и с лицевой панели LOGO!

Переключиться из режима RUN в STOP с лицевой панели LOGO! возможно из любого окна интерфейса пользователя (кроме окон 10 и 11) нажатием кнопки ESC. На дисплее высвечивается окно 11 с соответствующими опциями, в том числе «Стоп» (рис. 2). Для переключения в режим STOP необходимо подтвердить его кнопкой OK.

В результате переключения в STOP на дисплее LOGO! высвечивается «Главное меню» (Main Menu) с двумя основными подменю «Программирование» и «Установки».

Возможные маршруты перехода пользователя в рамках «Главного меню» LOGO! показаны на схеме рис. 3.

Простые правила запуска ПЛК LOGO!

1. Если в ПЛК нет записанной коммутационной программы, то на дисплее при запуске выдается сообщение: «Нет прогр./Нажмите ESC».

2. Если ПЛК содержит записанную коммутационную программу, ПЛК LOGO! переходит в тот режим, в котором он находился до отключения питания.

3. Для передачи коммутационной программы с персонального компьютера (ПК) в ПЛК в программном интерфейсе LOGO! Soft Comfort есть кнопка LOGO-> ПК. При ее нажатии происходит проверка правильности соединения всех элементов. В нижнем окне программного интерфейса есть диалоговое окно, в котором происходит индикация проверки. Если все элементы в программе соединены корректно, то сразу же начнется запись программы на ПЛК, если же допущены ошибки, то появится сообщение об ошибке в соответствующем элементе.

2. Функции ПЛК LOGO!

Функциями ПЛК типа LOGO! 24RC являются следующие функции:

· Логическая обработка бит-сигналов, поступающих на входы LOGO! от различных релейных датчиков и сигнальных элементов, в соответствии с коммутационной программой циклической системы автоматического управления (ЦСАУ) или в соответствии с заданной циклограммой.

· Управление сильноточными исполнительными элементами системы (электрическими двигателями, электромагнитными устройствами, электромагнитами пневматических и гидравлических клапанов и распределителей, а также нагревательными элементами, индикаторами и др.) по сигналам слаботочных датчиков.

· Сохранение или передача состояния элементов ЦСАУ или переменных программы.

· Релейное управление процессами в функции реального времени по сигналам, получаемых от таймеров, счетчиков (и других SF-программных элементов).

· Счет событий и состояний элементов ЦСАУ с использованием датчиков и счетчиков.

· Преобразование как дискретных, так и аналоговых сигналов управления (в расширенной конфигурации LOGO!) и др.

3.Программное обеспечение LOGO! Soft Comfort V6.1 (интерфейс программиста)

Программное обеспечение (ПО) LOGO! Soft Comfort (LSC) ПЛК LOGO!, инсталлированное в персональный компьютер (PC), состоит из двух частей:

· среды программирования на проблемно-ориентированном LAD-языке (языке лестничных диаграмм) или релейно-контактных схем;

· системного руководства пользователя - программиста.

Программирование процесса управления является главной функцией ПО LOGO! Soft Comfort.

Системное руководство может быть использовано как опытным программистом на этапе конфигурирования управляющих LAD-программ, так и начинающим при изучении технологии LAD-программирования и приобретении соответствующего опыта работы с контроллером LOGO!

ПО LSC в среде PC выполнено в формате оконного Win-интерфейса с использованием стандартных средств и принципов интерактивного диалога (таких как Control menu, Main menu, Shortcut menu, Dialog box, а также Select, Drag-and-Drop, Point- and-click, Help и др.) и поэтому доступно кругу потенциальных пользователей различных специальностей.

Сразу после запуска LSC, раскрывается Рабочее окно ПО – окно для конфигурирования в диалоговом режиме управляющей LAD-программы (рис.4). Рабочее поле LSC-интерфейса для программирования представляет собой сетку с квадратными ячейками, в которых программист размещает элементы разрабатываемой программы, а затем производит соответствующие соединения.

Рабочее окно ПО

Для разработки LAD-программы программист должен иметь соответствующее техническое задание, например, в формате циклограммы или циклограмм технологического процесса, реализуемого системой, для которой должна быть разработана управляющая программа.

Пользователь, недостаточно подготовленный для работы в среде LSC, может воспользоваться «Системным руководством пользователя LOGO». Для этого следует открыть окно «Welcome to LOGO! Soft Comfort» (рис 5). Такое переключение может быть выполнено из Рабочего окна Главного меню LSC (опция «Справка»).

Программное обеспечение LOGO! Soft Comfort V6.1

Дерево папок ПО LSC в окне «Welcome», представленное в стандартном Win-формате, показано на рис. 5. Для начинающего пользователя рекомендуется начать изучение LSC с раздела папки «Обзор», находящегося в папке «Пользовательский интерфейс». В разделе «Интерфейс пользователя. Обзор» дано описание пользовательского интерфейса и интерфейса программиста, в котором рассматривается структура «Рабочего окна» для конфигурирования LAD-программы, а также следующие панели: панель инструментов (Стандартная, Программирование, Эмуляция) и др.

Графический язык LAD базируется на формализме причинно-следственных связей между входами и выходами контроллера LOGO! Связи описываются логическими переменными, которым формируются в соответствии с бит-состояниями датчиков (и/или сигнальных элементов), инициализирующих программные контакты, и электрических нагрузок, подключаемых к выходам контроллеров.