Романов В.П. Методические указания к лабораторно-практическим работам. Основы автоматизированных систем управления с использованием промышленных контроллеров Siemens
Подождите немного. Документ загружается.
Основы автоматизированных систем
управления с использованием
промышленных контроллеров
SIEMENS.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНО – ПРАКТИЧЕСКИМ
РАБОТАМ
Новокузнецк
2010
АВТОР:
Романов В. П., преподаватель высшей квалификационной категории НОУ «РЦПП «Евраз - Сибирь» .
РЕЦЕНЗЕНТ:
Проректор «СИБГИУ» по инновационному развитию и общим вопросам, зав кафедрой «Автома-
тизации и информационных систем» доктор технических наук, профессор Кулаков С. М.
Методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой курса «Со-
провождение АСУ ТП построенных на основе программируемых контроллеров Simatic S7».
Методические указания обеспечивают усвоение материала теоретических занятий, получение
навыков в техническом обслуживании, сопровождении систем АСУ ТП построенных на основе
программируемых контроллеров Simatic S7-300 и реализацию государственных требований к
минимуму содержания и уровню практической подготовки специалистов.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ..................................................................................................................................................... 4
Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ ........................................................ 4
Указания по технике безопасности ........................................................................................................... 5
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №16
ЗНАКОМСТВО С ПАКЕТОМ ПРОГРАММ STEP 7, СОЗДАНИЕ ПРОЕКТА ....................................... 6
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №29
«КОНФИГУРИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СТОЙКИ» ......................................................................... 9
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3
«КОНФИГУРИРОВАНИЕ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ ПЕРИФЕРИИ ДЛЯ PROFIBUS» .................. 11
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОСТЫХ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ ТП ДЛЯ КОНТРОЛЛЕРОВ «S7-300».... 13
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №5
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ ТП ДЛЯ КОНТРОЛЛЕРОВ S7-300 C
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВРЕМЕННЫХ ЗАДЕРЖЕК ............................................................................... 15
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №6
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ ТП ДЛЯ КОНТРОЛЛЕРОВ S7-300 C
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЧЕТЧИКОВ ...................................................................................................... 17
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №7
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ ТП ДЛЯ КОНТРОЛЛЕРОВ S7-300 C
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМАНД СРАВНЕНИЯ И АРИФМЕТИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ ................... 19
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №8
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ ТП ДЛЯ КОНТРОЛЛЕРОВ S7-300 C
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМАНД СДВИГА .......................................................................................... 21
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №9
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ ТП ДЛЯ КОНТРОЛЛЕРОВ S7-300 C C
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНАЛОГОВЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ ........................................... 23
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №10
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ ТП ДЛЯ КОНТРОЛЛЕРОВ S7-300 C
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ БЛОКОВ ДАННЫХ ................................. 25
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №11
СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММ УПРАВЛЕНИЯ ТП ДЛЯ КОНТРОЛЛЕРОВ S7-300 C
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЛОКОВ FC и FB ............................................................................................... 28
Литература ................................................................................................................................................ 29
Введение
Лабораторный практикум (далее лабораторные работы) предназначен для усвоения мате-
риала теоретических занятий, изучения особенностей устройства и основных характеристик эле-
ментов АСУ, получения навыков в составлении программ управления технологическим процес-
сом для программируемых логических контроллеров (ПЛК) фирмы Simens.
В результате отработки лабораторных работ студент должен:
Знать:
- особенности архитектуры ПЛК различных типов;
- основные инструкции языка программирования ПЛК - STEP 7;
Уметь:
- определять параметры элементов АСУ;
- составлять и тестировать простейшие программы на языке STEP 7;
Лабораторные работы выполняются после изучения студентом соответствующего теоретиче-
ского материала (лекций), с целью практического усвоения и закрепления полученных теорети-
ческих знаний.
Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ
Лабораторные работы выполняются в специальной лаборатории на конкретных стендах
или компьютерах с использованием программ пакета STEP 7.
Номера рабочих мест сообщает преподаватель. При проведении лабораторных работ не-
обходимо следовать правилам работы в лаборатории и строго соблюдать правила техники безо-
пасности.
Лабораторные работы рекомендуется выполнять в следующей последовательности:
1 Этап
Теоретическая подготовка к выполнению работы, в ходе которой необходимо изучить
теоретический материал (лекции) и данные методические указания.
В результате изучения теоретического материала студент должен
Знать:
Физические основы и принцип работы изучаемого устройства;
Назначение основных элементов схемы устройства и их влияние на его харак-
теристики;
Основные инструкции языка программирования ПЛК - STEP 7.
Уметь:
Выполнять определение характеристик элементов АСУ.
Составлять и тестировать простейшие программы на языке STEP 7.
2 Этап
Подготовить к работе рабочую тетрадь (использовать готовую Приложение 2 или сделать
самостоятельно)
3 Этап
Непосредственное выполнение работы.
Этапы 1и 2 выполняются накануне дня выполнения работы.
Непосредственное выполнение лабораторной работы включает в себя:
1. Сбор данных или составление программы по заданному алгоритму работы
установки;
2. Оформление отчета;
3. Защита лабораторной работы.
1. Сбор данных (согласно инструкции по выполнению работы).
Инструкция по выполнению работы включает следующие разделы: № лабораторной ра-
боты, название, цель, оборудование, порядок выполнения
Сбор данных выполняется в следующем порядке:
изучается инструкция по выполнению работы;
уясняется цель работы и последовательность действий;
уточняются у преподавателя непонятные моменты;
подготавливаются необходимые таблицы;
выполняются действия согласно пунктам раздела «Порядок выполнения…».
Основные действия и выводы конспектируются.
Данные конспектируются и затем заносятся в отчет в соответствии с п. 2.
2. Оформление отчета.
Отчет оформляется индивидуально каждым студентом на листах формата А4, используя
рабочую тетрадь (Приложение 1). Разрешается выполнять отчет вручную аккуратным почерком,
используя выделения подчеркиванием и цветом, либо печатать отчеты на пишущей машинке или
принтере.
Отчет по каждой работе должен включать разделы:
1. № лабораторной работы (см. инструкцию по выполнению работ);
2. Название работы (см. инструкцию по выполнению работ);
3. Цель работы (см. инструкцию по выполнению работ);
4. Оборудование (используемое в данной работе);
5. Ход работы (упорядоченное изложение хода выполнения работы, выводы и
данные по пунктам, заполненные таблицы).
3. Защита лабораторной работы
Для защиты лабораторной работы студент должен:
представлять цель и порядок выполнения работы;
изучить практический и теоретический материал согласно вопросам к защи-
те;
ответить на контрольные вопросы к лабораторной работе, которые соответ-
ствуют уровню знаний на оценку «удовлетворительно» и дополнительные вопросы по
данной теме для получения более высокой оценки («хорошо» или «отлично»).
Защищенная лабораторная работа подписывается преподавателем с указанием даты защи-
ты работы.
Выполненные в полном объеме лабораторные работы являются допуском к зачету (экза-
мену). Студенты, не защитившие всех лабораторных работ, к зачету (экзамену) не допускают-
ся.
Указания по технике безопасности
При работе в лаборатории или компьютерном классе студент обязан строго выполнять ус-
тановленные правила техники безопасности.
Включать стенд, можно только с разрешения преподавателя, после проверки им правиль-
ности собранной схемы. Запрещается оставлять включенный стенд без присмотра.
При работе в компьютерном классе студент обязан строго соблюдать гигиенические тре-
бования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам
и организации работы на них (СанПиН 2.2.2.542-96).
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1
ЗНАКОМСТВО С ПАКЕТОМ ПРОГРАММ STEP 7, СОЗДАНИЕ
ПРОЕКТА
Цель работы: Ознакомится с пакетом программ STEP 7 Simatic Manager, освоить методы
составления и редактирования программ, представленных бесконтактным планом.
Оборудование: Пакет программ STEP 7 Simatic Manager.
Теоретические сведения
В зависимости от степени сложности решаемых задач в контроллерах S7-300 может применяться 8 типов центральных
процессоров:
• CPU 312 IFM: компактный центральный процессор с набором встроенных входов и выходов для ввода-вывода дис-
кретных сигналов, который может быть использован в качестве автономной системы автоматизации.
• CPU 313: недорогой центральный процессор для построения небольших модульных систем автоматизации.
• CPU 314 IFM: компактный центральный процессор с набором встроенных входов и выходов для ввода-вывода дис-
кретных и аналоговых сигналов, который может использоваться в качестве автономных систем автоматизации с малым временем
реакции и выполнением специальных функций обработки сигналов.
• CPU 314: центральный процессор для построения модульных систем автоматизации с высокой скоростью обработки
данных.
• CPU 315/CPU 315-2 DP: центральные процессоры для построения систем автоматизации со средним или большим
объемом программы, обслуживающих системы локального и распределенного ввода-вывода, подключаемые по PROFIBUS-DP.
• CPU 316-2 DP: центральный процессор для построения модульных систем автоматизации со сложными алгоритмами
обработки информации, использующих системы локального и распределенного ввода-вывода, подключаемые по PROFIBUS-DP.
• CPU 318-2 DP: центральные процессоры для выполнения программ большого объема и обслуживания разветвленных
конфигураций распределенного ввода-вывода через сеть PROFIBUS-DP.
Основные технические характеристики центральных процессоров:
• Высокое быстродействие. Время выполнения логической команды в CPU 312IFM и CPU 313 составляет 600нс, в CPU
314IFM … CPU 316 – 300нс, в CPU 318-2 – 100нс.
• Объемы оперативной памяти, соответствующие классу решаемых задач: от 6 Кбайт в CPU 312IFM до 512 Кбайт в
CPU 318-2.
• Гибкие возможности расширения. CPU 312IFM и CPU 313 допускают подключение до 8 (однорядная конфигу- рация),
остальные центральные процессоры – до 32 модулей (4-рядная конфигурация) ввода-вывода.
Для создания программ для контроллеров S7-300 используется пакета STEP 7 Simatic Manager.
Основными утилитами пакета STEP 7 Simatic Manager, которые доступны из папки SIMATIC - STEP 7, являются:
• SIMATIC Manager;
• LAD, STL, FDB – Programming S7;
• Memory Card Parameter Assignment;
• NetPro – Configuring Networks;
• PID Control Parameter Assignment;
• S7 SCL – Programming S7 Blocks;
• S7-GRAPH – Programming Sequential Control System;
• S7-PDIAG – Configuring Process Diagnostic;
• S7-PLCSIM Simulating Modules;
• Setting the PG-PC Interface;
SIMATIC Manager – это графический интерфейс для редактирования объектов S7 (проектов, файлов пользовательских
программ, блоков, оборудования станций и инструментов). Основное окно утилиты показано на рисунке 1.
Рисунок 1 - Меню и панель инструментов SIMATIC Manager
Рисунок 2 - Структура проекта в SIMATIC Manager
Рисунок 3 - Окно редактора LAD/STL/FBD
1. Порядок выполнения работы:
1.1. Загрузить программу SIMATIC Manager, создать проект для CPU 315-2 DP с одним бло-
ком ОВ1 и ознакомится с основными элементами окна программы.
1.2. Используя средства программы ввести следующую программу:
Нажав кнопку симуляция, проверить работу программы и составить таблицу истинности
для схемы.
Заменить элементы B001 и B002 на элементы И.
Нажав кнопку симуляция, проверить работу программы и составить таблицу истинности
для схемы.
1.3. Используя средства программы составить программу на бесконтактных элементах, реа-
лизующие следующие алгоритмы работы:
1.3.1.
Лампа Е1 зажигается при замыкании
любого из выключателей S1, S2
1.3.2.
1.4. Используя средства программы составить программу, реализующую следующую функ-
цию:
czbdaF
Z
**
.
Проверить работу программы в режиме эмуляции.
2. Отчет должен содержать
2.1. Название работы
2.2. Цель работы
2.3. Перечень оборудования.
2.4. Элементы окна программы и их назначение.
2.5. Схемы и программы, реализующие их функцию.
2.6. Таблицы истинности для пункта 1.2
2.7. Вывод по работе.
3. Контрольные вопросы и задания.
3.1. Перечислите основные параметры ПЛК S7-300
3.2. Какова область применения ПЛК S7-300
3.3. Какие основные элементы окна программы вы знаете, каково их назначение.
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2
КОНФИГУРИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ СТОЙКИ
Цель работы: Освоить методы конфигурирование центральной стойки при создании
программ управления ТП.
Оборудование: Пакет программ STEP 7
Теоретические сведения
Создание аппаратной части начинается с добавления стойки (Rack), которая находится в
соответствующем каталоге.
Например, при создании станции SIMATIC 300 необходимо открыть каталог элементов
SIMATIC 300 и из папки Rack-300 добавить элемент Rail. Добавление можно производить
либо двойным щелчком, либо перетаскиванием по технологии «drag & drop».
Основное правило
Модули должны располагаться друг за другом без пропусков.
Стойка 0:
• Слот 1: Только блок питания (напр., 6Е57 307-...) или пустой
• Слот 2: Только СР11 (напр., 6Е57 314-...)
• Слот 3: Интерфейсный модуль (напр.. 6Е57 360-.../361-...) или пустой
• Слоты с 4 по 11: Сигнальные или функциональные модули, коммуникационные про-
цессоры или пустые
Порядок выполнения работы:
1.1. Запустить программу SIMATIC Manager, создать проект для CPU 315-2 DP и блоками
ввода вывода и с одним блоком ОВ1.
1.2. Используя программу Hardwar выполнить конфигурирование аппаратной части проекта,
выполнив установку следующих модулей:
№ п/п
Тип модуля
Маркировка
Идентификационный номер
1
Блок питания
PS 307 10A
6ES7 307-1KA00-0AA0
2
Модуль дискретно-
го ввода
SM321
DI16xDC24V
6ES7 321-1BH81-0AA0
3
Модуль аналогово-
го ввода
SM331
AI2x12Bit
6ES7 331-7KB01-0AB0
4
Модуль дискретно-
го вывода
SM322
DO16xDC24V/0.5A
6ES7 322-1BH00-0AA0
5
Модуль аналогово-
го вывода
SM332
AO2x12Bit
6ES7 332-5HB00-0AB0
1.3. Используя созданную конфигурацию проекта выполнить следующие настройки парамет-
ров:
Адрес ЦПУ в сети MPI равным 4
Запретить старт CPU при различии текущей (определяемо ОС) и заданной конфигурации.
Установить максимальное время для получения сообщения о готовности модулей и передачи
параметров в модули равным 700мс.
Максимальное время цикла (250 ms)
Коэффициент (К) увеличения времени цикла за счет коммуникационной нагрузки равным
30%
Активировать и задать адрес байта синхронизации равным МВ10.
Установить следующие значения для реманентрой память:
Меркеры МВ0-МВ10
Счетчики С0-С10
Таймеры Т0-Т4
Компенсировать отставание системных часов 4сек за сутки
Разрешить доступ к параметрам только для чтения
Выполнить изменение адресов входных и выходных модулей таким образом, чтобы адреса
начинались с 124 и были непрерывны для всех модулей.
1.4. Выполнить проверку созданной конфигурации на корректность.
1.5. Загрузить конфигурацию в симулятор контроллера.
1.6. Проверить работы байта синхронизации, написав программу выполняющую мигание
контрольной лампы в зависимости от входного сигнала (1,2,3) с частотой 0,5Гц, 1Гц и
2Гц.
1.7. Подключившись к контроллеру установки считать его конфигурацию и проверить ее на
соответствие каталогу.
2. Отчет должен содержать
2.1. Название работы
2.2. Цель работы
2.3. Перечень оборудования.
2.4. Созданная конфигурация.
2.5. Конфигурация, считанная с ПЛК установки.
2.6. Вывод по работе.
3. Контрольные вопросы и задания.
3.1. Перечислите основные параметры ПЛК S7-300.
3.2. Какова область применения ПЛК S7-300?
3.3. Какая последовательность работы при конфигурировании ПЛК?
3.4. Как выполнить изменение адреса MPI и адресов модулей входа и выхода?
3.5. Могут ли входные и выходные модули иметь одинаковые адреса?