Методические указания к решению задачи 4

PLC (Programmable Logical Controller) – программируемые логические контроллеры (ПЛК) представляют собой завершенную форму микропроцессорных средств, которые характеризуются оригинальной архитектурой и специальным программным обеспечением (ПО) [1,3]. Интерфейс между датчиками, исполнительными устройствами и центральным процессом PLC, обеспечивается специальными электронными модулями ввода/вывода (цифровых и аналоговых сигналов). Структура PLC показана на рисунке.

PLC отличается циклическим характером работы. Память программ PLC обычно состоит из 2 сегментов, в первом размещается неизменяемая часть – интерпретатор инструкций программы пользователя, которая размещается во втором сегменте (изменяемая часть).

При обработке конкретной программы на 1 этапе работы PLC производится тестирование аппаратуры CPU, и запускается цикл опроса всех входных переменных с запоминанием их состояния в специальной области памяти данных (ОЗУ), называемый "образ состояния входных переменных" PII (Process Input Image).

На следующем этапе цикла осуществляется вычисление логических выражений, используя в качестве аргументов состояния входных образов и внутренние переменные, которые обозначают режимы работы системы, а так же отражают состояние программных таймеров и счетчиков.

Результатом выполнения программы являются значения выходных переменных и новые значения внутренних переменных.

CPU записывает выходные переменные в другую область памяти данных, называемую "образ состояния выходных переменных" POI (Process Output Image). Одновременно CPU управляет счетчиками и таймерами. На последнем этапе цикла слово выходных воздействий выдается из POI в адаптеры выходных сигналов.

Такая организация работы PLC по существу является операционной системой реального времени с жестким циклом работы, зависящим от возможностей CPU PLC.

 

PLC являются проблемно-ориентированными машинами. Языки их программирования в основном ориентированы на специалистов по автоматизации, а не программистов. Накопленный опыт по языкам PLC был обобщен в виде стандарта Международной электротехнической комиссии: IEC1131–3, в котором выделено 5 языков программирования:

1. SFC (Sequential Function Chart) – последовательных функциональных схем;

2. LD (Ladder Diagram) – лестничных диаграмм (язык релейно-контакторных схем);

3. FBD (Function Block Diagram) – функциональных блоковых диаграмм;

4. ST (Structured Text) – структурированного текста;

5. IL (Instruction List) – список инструкций (команд).

Язык SFC описывает логику программы на уровне чередующихся функциональных блоков и условных переходов. Инструкции для функциональных блоков могут быть написаны на одном из 4 других языков. Например: для логической функции:

      _

С = А·В

1) На языке LD имеется цепь

 

2) FBD имеется обозначение

 

 

3) ST имеется строка   C = A AND NOT B

4) На языке IL имеется последовательность инструкций (типа языка ассемблера)

LD   A

ANDN B

ST       C

Наиболее понятным для инженеров-специалистов в области автоматизации является язык LD или РКС (релейно-контакторных схем).

Синтаксис языка РКС основывается на следующих предпосылках:

-для логического управления программу можно представить в виде системы уравнений:

Y₁ = f(X_i, Y_j, Z_k)

………

Y_m = f(X_i, Y_j, Z_k)

Z₁ = f(X_i, Y_j, Z_k)

………

Z_q = f(X_i, Y_j, Z_k)

где X_i – входные переменные (i = 1, … n),

  Y_j – выходные переменные (j = 1, … m),

  Z_k – внутренние переменные (k = 1, … l);

-логические функции в правых частях уравнений представляют собой ДНФ или КНФ с применением операций И, ИЛИ, НЕ;

-каждое уравнение трактуется как цепь релейно-контактной схемы, т.е. соединение элементов релейной схемы с хотя бы одной инструкцией присвоения.

Запись операции на языке РКС содержит логическое выражение с инструкцией присвоения:

 

 - логическое выражение         - инструкция присвоения

f(x_i, y_j, z_k)                                         = Y, = Z

 

Символика РКС	Булева функция	Содержание операции
Логические компоненты
	·	Опрос входа, выхода внутренней переменной
	·/	Опрос с    инверсией
	(	Начало ветвления параллельной цепи
	)	Конец ветвления параллельной цепи
	+	Перенос маркера в начало ветвления
Символы присвоения
	=	Присвоение результата вычислений внутренней переменной или выходу
	= S	Включение выхода или внутренней переменной с фиксацией
	= R	Аналогично выключение с фиксацией

 

Программа для PLC представляет собой сеть из логических функций (Network (англ.), Netzwerk (нем.)). Каждая сеть должна либо оканчиваться катушкой реле или блоком (например, таймером).

Вернемся к решению поставленной задачи управления светофорами.

Определим число требуемых входных / выходных переменных:

1. 2 входа (Е1, Е2) – кнопки требования зеленого света от пешеходов на обеих сторонах улицы;

2. 5 выходов – для управления индикацией обоих светофоров;

3. 5 таймеров (Т) – для определения длительности соответствующих фаз светофоров;

4. 1 маркер (М) – для включения светофора по требованию зеленого сигнала пешеходом.

Присвоим входным и выходным переменным символические обозначения:

 

 

Адрес	Описание	Символическое имя
А 0.0	Красный цвет для пешехода	People_Red
А 0.1	Зеленый цвет для пешехода	People_Green
А 0.5	Красный цвет для автомобиля	Auto_Red
А 0.6	Желтый цвет для автомобиля	Auto_Yellow
А 0.7	Зеленый цвет для автомобиля	Auto_Green
Е 0.0	Кнопка на правой стороне	P_Right
Е 0.1	Кнопка на левой стороне	P_Left
М 0.0	Маркер для включения светофора по требованию зеленого цвета пешехода	Marker
Т 2	Длительность желтой фазы для автомобилей (3 с.)	Auto_Yellow
Т 3	Длительность зеленой фазы для пешехода (10 с.)	People_Green
Т 4	Задержка красной фазы для автомобилей (6 с.)	Auto_Green
Т 5	Длительность красно-желтой фазы для автомобилей (3 с)	Auto_R – Y
Т 6	Задержка следующего требования на зеленый свет для пешеходов(1 с)	Pause_People

 

Алгоритм функционирования конечного автомата можно представить в виде последовательной функциональной диаграммы или циклограммы.

 

Циклограмма

Для PLC SIMATIC программирование осуществляется с использованием языка STEP 7, используя либо графический язык РКС (КОР – контактный план) или список команд AWL.

Алгоритм действий при программировании:

1. Создать необходимые блоки: организационный блок (ОВ1) для циклической обработки программы и функцию (FC1), в которую собственно и вводится программа.

2. Назначить редактор языка (КОР или AWL).

3. Запрограммировать блоки, запустить редактор языка, объявить переменные и ввести программу, разделенную на сети.

4. Сохранить и загрузить блоки на выполнение.

Для рассматриваемой задачи в символах РКС организационный блок имеет вид:

Netzwerk 1: Вызов функции FC1 для управления светофором

 

Элементы КОР для FC1 имеют вид:

Netzwerk 1: Есть ли запрос на зеленый свет для пешеходов

 

Netzwerk 2: Зеленая фаза для автомобилей

 

 

Netzwerk 3: Пуск таймера желтой фазы для автомобилей

 

Netzwerk 4: Желтая фаза для автомобилей

Netzwerk 5: Красная фаза для автомобилей

Netzwerk 6: Пуск таймера зеленой фазы для пешеходов

Далее допишите оставшиеся сети для реализации алгоритма или циклограммы.