Размещено на http://www.allbest.ru/

ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Лабораторная работа №1 за 7 семестр

По дисциплине: Автоматизация управления жизненным циклом изделия

Цель работы

Приобретение навыков выбора средств автоматизации и управления на этапах жизненного цикла.

программируемый логический контроллер промышленный

Программируемые логические контроллеры

В современных условиях на смену устройствам с релейно-контактными схемами приходят миниатюрные устройства большой степени интеграции, которые получили название программируемых логических контроллеров (ПЛК, или по-английски Programmable Logic Controller, PLC). Эти миниатюрные устройства имеют тот же принцип работы, что и реальные релейные схемы, но реле и контакты в них (кроме входных и выходных) заменены на виртуальные, т.е. они существуют только в виде программы, выполняемой ПЛК. С их помощью реализуются программы, записанные на языке алгебры логики. Программируемые контроллеры, как правило, работают автономно в неблагоприятных условиях окружающей среды без серьезного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) широко применяются в сфере промышленной автоматизации разнообразных технологических процессов на больших и малых предприятиях. Популярность контроллеров легко объяснима. Их применение значительно упрощает создание и эксплуатацию как сложных автоматизированных систем, так и отдельных устройств, в том числе -- бытового назначения. ПЛК позволяет сократить этап разработки, упрощает процесс монтажа и отладки за счет стандартизации отдельных аппаратных и программных компонентов, а также обеспечивает повышенную надежность в процессе эксплуатации, удобный ремонт и модернизацию при необходимости.

Принято считать, что задача создания прообраза современного ПЛК возникла в конце 60-х годов прошлого столетия. В частности, в 1968 году она была сформулирована руководящими специалистами General Motors. Тогда эта компания пыталась найти замену для сложной релейной системы управления. Согласно полученному заданию на проектирование, новая система управления должна была отвечать таким критериям как:

· простое и удобное создание технологических программ;

· возможность изменения рабочей управляющей программы без вмешательства в саму систему;

· простое и недорогое обслуживание;

· повышенная надежность при сниженной стоимости, в сравнении с подобными релейными системами.

Последующие разработки в General Motors, Allen-Bradley и других компаниях привели к созданию системы управления на базе микроконтроллеров, которая анализировала входные сигналы от технологических датчиков и управляла электроприводами исполнительных устройств.

Рис. 1 Реле Zen Omron

Термин ПЛК (Programmable Logic Controller, PLC) впоследствии был определен в стандартах EN 61131 (МЭК 61131). ПЛК - это унифицированная цифровая управляющая электронная система, специально разработанная для использования в производственных условиях. ПЛК постоянно контролирует состояние устройств ввода и принимает решения на основе пользовательской программы для управления состоянием выходных устройств.

ПЛК имеет три основные секции:

· входную;

· выходную;

· центральную.

Центральная секция содержит центральный процессор (ЦП), память и систему коммуникаций. Она выполняет обработку данных, принимаемых от входной секции данных, и передает результаты обработки в выходную секцию. Следует сразу отметить, что в больших ПЛК, кроме ЦП, действующего в режиме «ведущий», могут быть дополнительные «ведомые» ПЛК со своими ЦП. В качестве ЦП небольшого ПЛК используются стандартные микропроцессоры (МП). Обычно 8- и 16-разрядные МП вполне справляются со всеми стандартными задачами. Но, как отмечено в МЭК 61131, выбор конкретного МП все же зависит от задач, возлагаемых на данный тип ПЛК.

Задачей программируемого логического контроллера является сбор данных, их обработка и преобразование, сохранение в памяти необходимой информации, создание команд управления, которые поступают посредством входов и передаются посредством выходов. Входы и выходы подключаются к датчикам и ключам, к механизмам устройства управления.

Логические контроллеры осуществляют свою работу практически без участия оператора, что позволяет работать в режиме реального времени в жестких условиях эксплуатации, даже при наличии неблагоприятных условий окружающей среды.

На заре развития промышленной автоматики логические контроллеры были созданы по типу релейных схем с фиксированной логикой работы. При нарушении алгоритма приходилось основательно изменять действующую схему.

С внедрением и быстрым распространением микропроцессоров автоматика производственного процесса стала строиться на основе микропроцессоров. Однако роль логических контроллеров не перестала оставаться актуальной, они просто заняли свою отдельную нишу применения.

Сегодня релейные схемы оснащаются программным обеспечением, что превращает программируемые логические контроллеры в микропроцессорное устройство, обеспечивающее сбор информации, ее переработку, сохранение и передачу команд к узлам выполняющего устройства.

При этом ЛПК контроллер по принципу своей работы существенно отличается от микропроцессорных устройств, поскольку программное обеспечение ЛПК контроллера имеет две части, первой из которых является системное программное обеспечение. Оно функционирует по аналогии с компьютерной операционной системой и обеспечивает:

ь управление внутренними узлами контроллера;

ь взаимодействие составляющих компонентов;

ь осуществление внутренней диагностики.

Системное обеспечение заключено в постоянную память процессора и вступает в работу через несколько миллисекунд после подключения ПЛК к сети.

В данном контроллере имеется несколько областей памяти ввода/вывода СЮ (от англ, control input/ output -- ввод/вывод управляющей информации). Входное напряжение постоянное, 24 В (24 VDC -- от англ. Volts of direct current -- напряжение постоянного тока). У всех входов имеется одна общая точка СОМ, к которой подключают один полюс источника питания (любой полярности). Выводы L1 и L2/N служат для подключения электросети переменного напряжения соответственно первой фазы L1 и второй L2/N (или нейтрального вывода сети). У отдельных групп выводов также есть свои общие точки СОМ (рис.3). Для формирования выходных сигналов могут использоваться как источники постоянного, так и источники переменного напряжения. Приемники выходных сигналов обозначены L.

Программируемый контроллер имеет транзисторные выходы, к которым может быть подключена нагрузка последовательно с источником питания этой нагрузки с напряжением 4,5--30 В при потребляемом токе не выше 0,3 A/выход. В данном логическом контроллере применяют следующие основные стандартизированные языки программирования:

· Язык релейно-контактных схем -- РКС (диаграмма логической лестницы -- Ladder Logic Diagram, сокращенно LD) -- самый распространенный графический язык для инженеров по автоматизации.

· Текстовый язык инструкций или команд (ST).

Рис. 2 Схема подключения входных сигналов

Рис. 3 Схема подключения выходных сигналов

Программирование контроллера, например создание, редактирование, отладка и компиляция программ, может производиться при помощи ручного программатора или с помощью персонального компьютера с использованием пакета программирования CX-Programmer в операционной системе Windows. Программирование с помощью CX-Programmer производится через USB-порт.

Рис. 4 окно CX-Programmer

В программе таймер обозначен ТМ, а его контакты -- Т0000. Поэтому в столбце комментариев Comment указано название этого элемента и его контактов.

Перед записью программы в контроллер ее необходимо откомпилировать и проверить правильность работы программы на симуляторе, который находится в том же пакете CX-Programmer. Если в программе будут обнаружены ошибки, то появится сообщение с их перечислением. После записи программы в контроллер правильность ее работы можно проверить при работе контроллера.

Рис. 5 Внешний вид элементов для составления программы на языке релейно-контактных схем

В программе использован таймер ТМ с установленной выдержкой времени 10-100 мс = 1000 мс = 1 с. При подаче сигнала на вход таймера он начинает отсчитывать время, вычитая его из заданного значения (10). Когда результат станет равным нулю, таймер выдает сигнал замыканием своих контактов.

В программах, приведенных на рис. 6 и 7, для этого введены указательные или сигнальные реле РС1 и РС2. На рис. 4 происходит отключение без выдержки времени выключателем Q1 двухфазного КЗ в трансформаторе Т1. Срабатывание защиты при КЗ в трансформаторе запоминается указательным реле РС1. Для съема сигнала защиты служит кнопка С1.

Рис. 6 Программа логической релейной защиты с указательными реле. Отключение без выдержки времени двухфазного КЗ в трансформаторе Т1

Рис. 7 Программа логической релейной защиты с указательными реле. Отключение с выдержкой времени выключателем Q1 двухфазного КЗ в точке К2

Интеллектуальные реле представляют собой малогабаритный программируемый контроллер. Рассмотрим основные свойства интеллектуального реле на примере программируемого интеллектуального реле ZEN-10C1DR-D японской фирмы OMRON. Это реле имеет 10 программируемых входов/выходов (шесть входов и четыре выхода), что бывает достаточно для задач автоматизации малого масштаба. Реле имеет жидкокристаллический индикатор для отображения рабочей информации, четыре клавиши для управления и четыре клавиши для программирования интеллектуального реле. Программа записывается в памяти реле.

Напряжение питания постоянное, 20,4--26,4 В. Входное напряжение постоянное, 24 В. Потребляемый входной ток -- 5 мА. Все выходы интеллектуального реле релейные. Программирование осуществляется с помощью четырех клавиш, расположенных на лицевой панели, или с помощью персонального компьютера, в который загружено программное обеспечение Zensoft. В качестве примера рассмотрим программирование релейной системы автоматического регулирования уровня воды в резервуаре. Создание программы на языке РКС с использованием программного обеспечения Zensoft приведено па рис. 8, где В и Н -- это контакты датчиков верхнего и нижнего уровней. В схеме введены кнопки “ПУСК” и “СТОП”.

Рис. 8 Создание программы на языке РКС с использованием программного обеспечения Zensoft

На рисунке 9 мы видим результат проверки правильности работы программы с помощью самого интеллектуального реле или с помощью симулятора, который входит в программное обеспечение Zensoft.

Рис. 9 Проверка работоспособности программы

Цена на программное обеспечение

Итого программное + аппаратное обеспечение: 12 250 + 158 097 = 170 347 рублей

Вывод: Изучили теорию и приобрели навыки выбора средств автоматизации и управления на этапах жизненного цикла.

Размещено на Allbest.ru