Конюх В.Л. Компьютерная автоматизация производства

Подождите немного. Документ загружается.

101

.13.117

AND_BOOL

TUD_INT

FBI_13_118(10

XOR_BOOL

TON

IN Q

PT ET

1#2s

OR_BOOL

%0:00237

D_BOOL

OR_BOOL

.13.1 (1)

.13.2 (2)

Рис. 3.15. Функциональные блоки:

а – элементарная функция; б – элементарный блок;

в – порядок исполнения; г – назначение и исполнение

4. Лестничная диаграмма (LD – Ladder Diagram) развивает из-

вестный язык лестничной логики. Она состоит из правой и левой шин

питания, контактов, обмоток реле, функциональных блоков, горизон-

тальных и вертикальных линий.

На рис. 3.16 простая релейная схема представлена в виде лестнич-

ной диаграммы. Кнопкой S

включается контактор K

. Его контактами

включается контактор K

, который включает индикатор Н

. При по-

вторном нажатии кнопки S

включается контактор K

. В этом случае

102

контактор K

и индикатор отключаются. При переходе к лестничной

диаграмме элементам схемы присваивают номера согласно табл. 3.6.

Рис. 3.16. Описание релейно-контактной схемы (а)

в виде лестничной диаграммы (б)

Т а б л и ц а

3.6

Соответствие элементов релейно-контактной схемы

и лестничной диаграммы, представленной на рис. 3.16

Элемент Номер Комментарий

1:00001

Нормально

103

разомкн

тая кнопка

0:00304

Контактор 1

0:0

0305

Контактор 2

0:00306

Контактор 3

0:00307

Индикатор

В лестничной диаграмме могут быть четыре вида контактов (нор-

мально открытый, нормально закрытый, с памятью на включение, с

памятью на отключение) и шесть видов обмоток (простая, инверсная, с

сохранением включенного или отключенного состояния, с памятью

единичного или нулевого предыдущего сигнала). Лестничная диа-

грамма может также содержать функциональные блоки, формирующие

выход согласно своей функции или цепи подключенных к ним контак-

тов (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Функциональные блоки в лестничной

диаграмме

5. Диаграмма последовательных функций (SFC – Sequential

Function Chart) задает последовательность шагов программы в соот-

ветствии с шагами управляемого процесса. Диаграмма последователь-

ных функций связывает технолога с разработчиком контроллера. Она

обеспечивает отображение, которое ориентировано на процесс, и

включает две составляющие:

– последовательность исполнения (линейная, с разветвлением, с пе-

реходом, с петлей);

104

– выполняемые действия (незакрывающие, закрывающие, с вре-

менной задержкой, с ограничением времени, пульсирующее и т.д.).

Диаграмма последовательных функций содержит:

– шаги, показывающие состояние управления процессом;

– переходы, показывающие завершение операции;

– условные переходы, показывающие выполнение некоторого ус-

ловия и разрешающие следующий шаг;

– механические связи, соединяющие шаги и переходы;

– альтернативные ответвления, удовлетворяющие логическому

ИЛИ;

– параллельные ответвления, показывающие одновременное вы-

полнение операций;

– пропуски шагов, петли и действия.

В качестве примера опишем процесс подачи заготовок на конвей-

ер (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Процесс подачи заготовок на конвейер:

1, 2 – гидроцилиндры

Сначала заготовка находится в накопителе. Из накопителя ее вы-

талкивает шток гидроцилиндра 1, а шток гидроцилиндра 2 перемещает

заготовку на конвейер. Затем шток вдвигается в корпус гидроцилинд-

ра 2, после чего вдвигается шток гидроцилиндра 1.

Диаграмма последовательных функций содержит восемь шагов,

справа от которых показаны выполняемые действия (рис. 3.19).

105

Определить исходное состояние

Ввести шток цилиндра 2

Ввести шток цилиндра 1

Выдвинуть шток цилиндра 2

Выдвинуть шток цилиндра 1

Заготовка в накопителе, штоки

цилиндров 1 и 2 не выведены

5.1: шток 1 введен

4.1: шток 2 введен

2.1: шток выдвинулся и вытолкнул

заготовку

3.1: шток 2 выдвинулся

Конвейер

работает

Начальный шаг

Переход

Альтернативное

ответвление

Условный

переход

Связи

Действие

Рис. 3.19. Пример диаграммы последовательных функций

Сопоставим возможности стандартных языков программирования

управляющих систем. Диаграммы последовательных функций SFC при-

меняют для структуризации процесса, в то время как другие языки ото-

бражают реализацию переходов и шагов.

Графические языки (функционально-блоч-

ные диаграммы FBD и лестничные диаграм-

мы LD) не позволяют вводить обходы и ус-

ловия непосредственно. Кроме того, лест-

ничные диаграммы ориентированы на описа-

ние дискретных процессов. Текстовые языки

(список инструкций IL и структурированный

текст ST) не предусматривают ввод состоя-

ний на входах и выходах. В отличие от спи-

ска инструкций структурированный текст не

позволяет вводить обходы позиций, в то вре-

мя как список инструкций не предусматрива-

ет петлевых операций с операторами типа «для», «пока», «повторить».

В заключение опишем простую релейно-контактную схему (рис. 3.20)

на четырех языках стандарта IEC 61131-3 (рис. 3.21). Если нажать

кнопку S

, то включается контактор K

. Он замыкает свои нормально

Рис. 3.20.

Пример

релей

106

OR_BOOL

ND_BOOL

%1:0000

.4.1(1)

.4.1(2)

7.1 Закрывание как функция памяти

7.1.1 Закрывание как доминирующее отключение

*7.1 Закрывание как функция памяти

*7.1.1 Закрывание как доминирующее

%QX5:=(%IX1 OR %QX5)&%IX2

%1:0000

7.1 Закрывание как функция памяти

7.1.1 Закрывание как доминирующее отключение

(*7.1 Закрывание как функция памяти*)

(*7.1.1 Закрывание как доминирующее отключение*)

LD % IX1 (кнопка включения)

OR % QX5 (выход обратной связи)

AND % IX2 (кнопка выключения)

ST % QX5 (выход, закрывание)

Рис. 3.21. Описание релейно-контактной схемы на языках:

а – функционально-блочных диаграмм FBD; б – лестничных диаграмм LD;

– списка инструкций IL; г – структурированного текста ST

107

открытые контакты K

поэтому остается включенным, если кнопка

отпущена. Другой кнопкой S

, имеющей нормально закрытый кон-

такт, контактор K

отключается от сети. Элементы схемы обозначены

в табл. 3.7.

При программировании контроллера технолог выбирает удобный

для себя язык стандарта IEC 61131-3 и записывает на нем алгоритм

управления объектом автоматизации. Работа ускоряется, если исполь-

зовать специальное программное обеспечение, например Concept.

Т а б л и ц а 3.7

Элементы релейно-контактной схемы,

представленной на рис. 3.20

Пере-

менная

Обозначение

Комментарий

по

FBD

по

%1:1 %IX1

Кнопка с но

р-

мально

открытыми кон-

такт

ми

%1:2 %IX2

Кнопк

а с но

р-

мально

закрытыми кон-

тактами

%0:5 %QX5 Контактор

После выбора языка технолог строит и редактирует желаемый ал-

горитм управления, выбирая из библиотеки элементы и соединяя их

линиями на экране. Он может вводить комментарии к работе алгорит-

ма. Логические противоречия и другие ошибки выявляются встроенным

редактором. Записанный алгоритм с помощью транслятора переводят

на язык применяемого контроллера. В Concept встроены имитаторы

программируемых логических контроллеров, на которых могут отраба-

тываться алгоритмы управления. Предусмотрен свободный обмен базами

данных, используемыми при программировании. После отладки алго-

ритма на имитаторе программу записывают в реальный контроллер.

108

Соединение контроллеров в распределенную сеть управления, к ко-

торой присоединен персональный компьютер, позволяет реализовать

дистанционное программирование любого удаленного контроллера.

Процесс дистанционного программирования на языке FBD вклю-

чает этапы:

– выбор функциональных блоков из встроенной библиотеки и их

размещение на экране;

– соединение входов и выходов блоков;

– конфигурация входов и выходов контроллера по условиям тех-

нологического процесса;

– проверка программы на встроенном имитаторе контроллера;

– корректировка алгоритма;

– пересылка программы к выбранному контроллеру.

Распространенный инструментальный пакет UltraLogik предна-

значен для программирования логических контроллеров, обеспечи-

вающих сбор данных и управление технологическими процессами [6].

Пакет состоит из системы программирования на персональном компь-

ютере и системы исполнения на программируемых контроллерах. В

нем может применяться русский язык.

В UltraLogik входят: библиотека модулей ввода / вывода контрол-

леров, библиотека алгоритмов сбора данных и управления, средства

выхода в сети Archnet, Ethernet, RS-485, отладчик-осциллограф. Ultra-

Logik использует взаимодействие ведущих и ведомых устройств

управления через сеть с протоколом RS-485 и числом узлов до 255

(рис. 3.22).

RS-485

ПЛК ПЛК

ПЛК

RS-232

109

Рис. 3.22. Структура сетевого взаимодействия контроллеров

и средств визуализации данных

Устройства визуализации отображают управление исполнитель-

ными устройствами, осуществляемое с помощью контроллеров. Они

присоединены к сети через преобразователи протоколов RS-485/RS-

232 и могут отображать текущие данные с любых устройств.

Создание программы осуществляется в семь этапов.

1. Заполнение таблиц переменных величин. Переменные делят на

четыре вида:

– константа – устанавливается один раз;

– входная – привязана к входу контроллера;

– выходная – привязана к выходу контроллера;

– сетевая – передается другим контроллерам или на верхний

уровень.

Через эти переменные выполняются команды: включить/выклю-

чить, принять сигнал датчика, передать информацию на верхний уро-

вень и т.п.

2. Конфигурирование контроллера. Осуществляется подобно за-

полнению анкеты. В появляющихся окнах пользователь отмечает то,

что ему требуется от контроллера: тип модуля, наличие локальной сети

и сторожевого таймера, номенклатура модулей входа/выхода.

3. Привязка переменных к входам и выходам контроллера. Проек-

тировщик присваивает имена переменных входам и выходам конт-

роллера.

4. Разработка алгоритмов управления. С помощью графического

редактора пользователь вызывает из библиотеки и соединяет между

собой функциональные блоки. Возможно отображение последователь-

ности работы функциональных блоков в виде иерархического дерева.

5. Компиляция проекта. Кнопкой на панели инструментов запус-

кают компилятор, который преобразует соединение функциональных

блоков в объектный файл. Одновременно компилятор проверяет нали-

чие ошибок в написанной программе.

6. Отладка программы. Система имитирует работу контроллера в

пошаговом и непрерывном режимах. Режим используется для перво-

начальной отладки алгоритма или обучения без реального объекта.

110

Объект заменяется его моделью в виде программы. Модель принимает

сигналы управления и имитирует поведение объекта.

7. Загрузка программы в контроллер. Если контроллеры соедине-

ны в сеть, подключенную к компьютеру, то включается режим удален-

ной загрузки программ.

Разработка проекта небольшой автоматизированной системы в

среднем занимает 1–1,5 человеко-месяца работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие устройства относятся к мехатронике?

2. В чем заключаются отличия робота от других механизмов?

3. Чем отличаются поколения роботов?

4. Какие задачи выполняют манипуляционные, мобильные, инфор-

мационные и управляющие роботы?

5. Какие соединения звеньев применяют в цилиндрической, сфери-

ческой, угловой и прямоугольной системах координат?

6. Что такое цикловое, позиционное и контурное управление движе-

нием механического элемента?

7. Дайте определения степени подвижности, погрешности позицио-

нирования, погрешности отработки траектории, рабочей зоны и зоны

обслуживания промышленного робота.

8. Чем прямая задача кинематики манипуляторов отличается от об-

ратной задачи?

9. Как работает волновой редуктор?

10. Как устроены пневмопривод, гидропривод и электропривод

в мехатронике?

11. Для чего нужны программоносители? Как они развивались?

12. Чем программируемый контроллер отличается от персо-

нального компьютера? Для чего его применяют?

13. Как устроен программируемый контроллер?

14. Зачем и как преобразуются сигналы датчиков при вводе в

контроллер?