Національний університет біоресурсів і природокористування України
Кафедра автоматики та робототехнічних систем
ім. академіка І.І. Мартиненка
ТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ АВТОМАТИЗАЦІЇ
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт
для студентів
за напрямом підготовки фахівців
6.050202 – "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології"
та спеціальності
8.05020201 – "Автоматизовані системи управління технологічними
процесами"
Київ – 2015
УДК 681.325.5
Наведено методичні вказівки щодо вивчення дисципліни "Технічні засоби
автоматизації" та виконання лабораторних робіт з цієї дисципліни з
використанням програмного забезпечення фірми Schneider Electric SoMachine
V4.1 та програмованого логічного контролера Modicon TM238LFDC24DT.
Рекомендовано методичною комісією навчально-наукового інституту
енергетики, автоматики і енергозбереження.
Укладачі: ст. викл. А.А. Руденський,
асистент В.О. Грищенко
Рецензенти: проф. В.П. Лисенко, доц. О.Ю. Синявський
Навчальне видання
ТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ АВТОМАТИЗАЦІЇ
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт
для студентів спеціальності 8.05020201 – "Автоматизовані системи управління
технологічними процесами" за напрямом підготовки фахівців 6.050202 –
"Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології"
Укладачі: РУДЕНСЬКИЙ Анатолій Андрійович,
ГРИЩЕНКО Володимир Олександрович
Зав. Видавничим центром НУБіП України ___________________
Редактор ______________
Підписано до друку __.__.15. Формат 60х84 1/16.
Ум. друк. арк. ___. Обл.-вид. арк. ___. Наклад ___ пр. Зам. №
Видавничий центр НУБіП України.
03041, Київ, вул. Героїв Оборони, 15.
2
.
Вступ
Методичні вказівки призначені для засвоєння практичних навичок із
програмування мікроконтролерів Modicon TM238LFDC24DT шляхом
виконання лабораторних робіт з дисципліни "Технічні засоби автоматизації"
для студентів зі спеціальності 8.05020201 – "Автоматизоване управління
технологічними процесами" за напрямом підготовки фахівців 6.050202 –
"Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології". Методичні вказівки
підготовлені відповідно до робочої навчальної програми.
Лабораторні роботи виконуються у спеціалізованому комп’ютерному
класі з використанням сучасних програмованих логічних контролерів (ПЛК)
Schneider TM238LFDC24DT (далі – M238) і охоплюють етапи розробки
проектів автоматизації на базі ПЛК, їх програмування та налагодження.
Обсяги лабораторних робіт підібрані так, що їх виконання має бути
завершене безпосередньо в лабораторії.
Основними вимогами при відпрацюванні лабораторних робіт та їх
оформленні є такі:
– лабораторні роботи виконуються в комп’ютерному класі у час, визначений
розкладом занять, під керівництвом викладачів;
– до лабораторних робіт студенти допускаються після відповідного
інструктажу, про що в журналі допуску робиться запис;
– після виконання всіх досліджень їх результати повинні бути переглянуті та
підписані викладачем;
– у звітах лабораторних робіт студенти вказують назву лабораторної роботи,
її мету, порядок виконання лабораторної роботи, алгоритм (якщо він
наведений), результати досліджень у вигляді розрахунків, таблиць, графіків
і висновки, в яких узагальнюються головні результати досліджень;
– кожна лабораторна робота захищається студентом, про що на звіті
викладач робить відповідний запис;
– до заліку чи іспиту допускаються студенти за умов виконання ними всіх
передбачених навчальною програмою лабораторних робіт та захисту звітів.
Для контролю знань студентів та самостійної підготовки в кінці кожної
роботи наведені контрольні запитання.
3
Лабораторна робота № 1
Використання середовища SoMachine для складання проекту,
програмування та налагодження системи на базі ПЛК M238
Мета роботи: засвоїти основи роботи у середовищі Schneider Electric
Somachine.
Теоретичні відомості
Schneider Electric SoMachine – це інтегроване програмне середовище,
призначене для розробки, компіляції, програмування та налагодження систем
управління на базі логічного контролера фірми Schneider Electric.
Рис. 1 – Засоби розробки системи управління на базі ПЛК M238:
1. Персональний комп'ютер; 2. Контролер TM238LFDC24DT; 3. USB-кабель.
19. Записати в табл. 1 початковий стан кнопок start1, stop1 і двигуна motor1.
Змінюючи стан кнопок, як задано в табл. 1, записувати відповідний стан
двигуна. Щоб змінити стан вхідного сигналу, треба в модулі програми, двічі
клацнувши на його стані з правого боку кнопки (рис. 20), натиснути ctrl+F7.
Рис. 20 – Зміна стану вхідного сигналу при симуляції
Таблиця 1 – Дослідження роботи системи управління двигуном
Умовні позначення: T – TRUE, F – FALSE
Вхідні сигнали
Вихідний сигнал
№ стану
Примітки
motor1
start1
stop1
0
кнопки відпущені
F
T
1
натиснуто "ПУСК"
T
T
2
відпущено "ПУСК"
F
T
3
натиснуто "СТОП"
F
F
4
відпущено "СТОП"
F
T
5
натиснуто "ПУСК"
T
T
4
6
7
8
9
10
T
T
F
F
F
натиснуто обидві кнопки
відпущено "СТОП"
відпущено "ПУСК"
натиснуто "СТОП"
відпущено "СТОП"
F
T
T
F
T
ЗМІСТ ЗВІТУ
Звіт має містити: назву та мету лабораторної роботи, скорочений порядок
виконання лабораторної роботи, програму з об'явленими змінними, таблицю
зв'язування змінних із зовнішніми портами, таблицю результатів досліджень.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
Які головні складові має середовище SoMachine?
Як створити новий проект?
Яку мову програмування застосовано в лабораторній роботі?
Як виправити помилки, виявлені на етапі компіляції?
Як здійснити симуляцію покрокового виконання програми?
Як при симуляції змінювати значення змінних?
Які основні етапи розробки проекту системи управління на базі контролерів
TM238 фірми Schneider Electric?
Лабораторна робота № 2
Використання мови Ladder Logic Diagram при розробці програмних
модулів на базі ПЛК M238
Мета роботи: навчитись використовувати мову Ladder Logic Diagram (LD)
при розробці програмних модулів на базі ПЛК M238.
Теоретичні відомості
Мова LD (Ladder Diagram) або РКС (Релейно-Контактні Схеми) являє
собою графічну форму запису логічних виразів у вигляді контактів і обмоток
реле.
LD призначений для програмування програмованих логічних контролерів
(ПЛК). Синтаксис мови зручний для заміни логічних схем, виконаних на
релейній техніці.
Ліворуч і праворуч схема обмежена вертикальними лініями – шинами
живлення. Між ними розташовані ланцюги, утворені контактами і обмотками
реле, за аналогією зі звичайними електронними ланцюгами. Зліва будь-який
ланцюг починається набором контактів, які посилають зліва направо стан «ON»
або «OFF», відповідні логічним значенням ІСТИНА (TRUE) або ФАЛЬШ
(FALSE). Кожному контакту відповідає логічна змінна. Якщо змінна має
значення ІСТИНА, то стан передається через контакт. Інакше права гілка
отримує значення вимкнено ("OFF").
Контакти можуть бути з'єднані паралельно, тоді реалізується операція
логічного АБО. Якщо контакти з'єднані послідовно, реалізується логічне І.
5
Контакт може бути з інверсією, він позначається за допомогою символу |/|
і передає стан "ON", якщо значення змінної ФАЛЬШ.
LD дозволяє:
– виконувати послідовне з'єднання контактів;
– виконувати паралельне з'єднання контактів;
– застосовувати нормально розімкнуті або замкнуті контакти;
– використовувати перемикальні контакти;
– записувати коментарі;
– використовувати set/reset-виходи;
– переходи;
– включати в діаграму функціональні блоки;
– керувати роботою блоків за допомогою входів/виходів EN/ENO.
У лабораторній роботі слід розробити систему управління, яка має
кнопки ПУСК і СТОП, двигун вентилятора та сигналізацію
вивантаження. Алгоритм створюваної системи управління передбачає при
натисканні кнопки ПУСК увімкнення двигуна вентилятора та після
заданої витримки часу – увімкнення вивантаження. Натискання кнопки
СТОП зупиняє процеси.
1. Провести дослідження розробленої програми за наступним алгоритмом:
натиснути й відтиснути кнопку start1 – спрацьовує двигун вентилятора
motor1 та починається відлік часу, після закінчення якого загорається
індикатор руху повітря unload1. Кнопка stop1 зупиняє технологічний
процес у будь-який момент.
2. Записати отриманий алгоритм роботи у вигляді часової діаграми для входів
та виходів.
ЗМІСТ ЗВІТУ
Звіт має містити: назву та мету лабораторної роботи, скорочений порядок
виконання лабораторної роботи, програму з об'явленими змінними, таблицю
зв'язку змінних програми із зовнішніми портами, часові діаграми результатів
досліджень.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Які види елементів можуть бути використані при складанні програми мовою
LD?
2. Як на мові LD створити новий рядок схеми?
3. Як на мові LD здійснити послідовне та паралельне з'єднання елементів?
4. Як вставити функціональний блок у програму на мові LD?
5. Яку логічну операцію реалізує послідовне з'єднання контактів?
6. Яку логічну операцію реалізує паралельне з'єднання контактів?
7. Як при імітації роботи системи управління змінити стан контакту?
6
Лабораторна робота № 3
Розробка, налагодження та контроль виконання програми ПЛК M238 в
системі автоматичного керування процесом вентилювання зерна в бункері
Мета роботи: розробити програму САК процесом вентилювання зерна в
бункері та запрограмувати ПЛК M238.
Теоретичні відомості
Зерно, вологість якого перевищує 25%, практично не підлягає зберіганню,
а при його вологості близько 21% термін зберігання становить 3-4 доби. У
зв'язку з цим є необхідність тимчасової консервації зерна до його надходження
в зерносушарки. Для тимчасової консервації зерна, а також для забезпечення
сталого та рівномірного завантаження зерносушильних комплексів
використовуються вентильовані бункери.
Найбільш поширеною моделлю є вентильований бункер БВ-40 (рис. 1).
Призначений він для тимчасового накопичення та консервації зернових
культур. Бункер здатний забезпечити ефективний час зберігання зерна з
вологістю до 24% протягом чотирьох діб. Зерно з вологістю до 30% здатне
зберігатись добу за умови заповнення обсягу не більше ніж на 50-70% із
періодичним пересипанням його з бункера в бункер.
Рис. 1 – Бункер БВ-40: 1-вентилятор; 2-кільцева рама; 3-корпус бункера;
4-повітропровід; 5-повітряний клапан; 6-розподільник зерна
Стінки бункера виготовлено із штампованої перфорованої сталі.
Всередині циліндра по центру вмонтовано циліндричний повітророзподільник
діаметром 750 мм, в якому є поршень, що переміщується у вертикальному
7
напрямку за допомогою лебідки, системи тросів i блоків залежно від
завантаження бункера. При його повному завантаженні зерном поршень
перебуває у верхньому положенні.
Рівень зерна в бункері фіксується важелем i прапорцем. При потребі
повітря підігрівається в електрокалорифері, який монтується біля отвору
вентилятора, що подає повітря в бункер. Бункер обладнаний двома
пробовідбірниками, перетворювачем для контролю рівня зерна в бункері та
трьома регуляторами вологості. Регулятор вологості, який вмонтований у
нижню або середню частину зовнішньої стінки бункера, вимикає вентилятор
при досягненні вологості зерна, нижче заданої. Два інших регулятори вологості
вмикають або вимикають електрокалорифер.
Рис. 2 – Імітаційна модель системи автоматичного керування бункером
активного вентилювання зерна з використанням ПЛК M238
У системі автоматичного керування роботою бункера БВ-40 (рис. 2)
приймемо наступний спрощений алгоритм роботи (рис. 3-4):
1. Процес завантаження бункера починається після натискання кнопки
"ПУСК" та припиняється після спрацювання датчика верхнього рівня
зерна в бункері який імітується натисканням кнопки "Верхній рівень".
2. Процес вентилювання зерна розпочинається відразу після заповнення
бункера зерном та відбувається протягом заданого часу затримки τ.
3. Після
закінчення
вентилювання
автоматично
вмикається
вивантаження зерна яке припиняється спрацюванням датчика
нижнього рівня який імітується натисканням кнопки "Нижній рівень".
8
4. Зупинка процесу можлива на кожному етапі натисканням кнопки
"СТОП".
Рис. 3 – Підключення елементів САК до ПЛК M238
Рис. 4 – Блок схема роботи програми САК до ПЛК M238
9
Перевіримо за алгоритмом роботи правильність складання програми для цього
виконаємо послідовність дій зазначену в алгоритмі та відповідність вихідних до
керуючих дій за табл. 1.
Таблиця 1 – Дослідження роботи імітаційної моделі системи автоматичного
керування бункером активного вентилювання зерна
Керуючі дії
Вихідний сигнал
індикація норії завантаження
натискаємо кнопку "ПУСК"
індикація датчика нижнього рівня
вмикання вентилятора
індикація руху повітря в бункері
натискаємо кнопку "Верхній рівень"
індикація датчика верхнього рівня
індикація датчика нижнього рівня
закінчення затримки часу на
індикація норії вивантаження
вентилювання
індикація датчика нижнього рівня
натискаємо кнопку "Нижній рівень"
всі індикатори гаснуть
зупинка процесу на кожній операції та
натискаємо кнопку "СТОП"
перехід до початку алгоритму
(скидання змінних)
ЗМІСТ ЗВІТУ
Звіт має містити: назву та мету лабораторної роботи, скорочений порядок
виконання лабораторної роботи, програму з об'явленими змінними, таблицю
результатів досліджень.
10
ЗМІСТ
Вступ ........................................................................................................................ 3
Лабораторна робота № 1 Використання середовища SoMachine для складання
проекту, програмування та налагодження системи на базі ПЛК M238 ................ 4
Лабораторна робота № 2 Використання мови Ladder Logic Diagram (LD) при
розробці програмних модулів на базі ПЛК M238 .................................................. 5
Лабораторна робота № 3 Розробка, налагодження та контроль виконання
програми
ПЛК
M238
в
системі
автоматичного
керування
процесом
вентилювання зерна в бункері ................................................................................. 7
11