ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Исследование контроллера simatic s7-200 для УПРАВЛЕНИЯ электроприводами
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследование микропроцессорных устройств simatic s7-200 для построения систем дискретного управления электроприводами сельскохозяйственных машин, агрегатов и поточных линий.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
Лабораторный стенд предназначен для:
-изучения функциональных возможностей simatic s7-200 для построения систем дискретного управления;
- исследования элементарных логических функций, применяемых для реализации алгоритмов дискретного управления электроприводами сельскохозяйственных машин, агрегатов и поточных линий;
- исследования вопросов программирования и моделирования дискретных алгоритмов управления в среде STEP 7-Micro/WIN, позволяющей быстро и легко создавать, тестировать, изменять, сохранять и распечатывать коммутационные программы.
Основные теоретические положения
Функциональная схема лабораторного стенда для simatic s7-200 представлена на рис. 4.1, схема стенда - на рис. 4.2.
Рис. 4.1. Функциональная схема лабораторного стенда
Рис. 2. Схема лабораторного стенда
В качестве «Исполнительного механизма» применен однооборотный привод с однофазным асинхронным электродвигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором. «Входной блок» состоит из: автоматического выключателя для защиты силовой цепи питания электродвигателя и цепи питания контроллера CPU 224 ХР. «Блок коммутации» содержит набор кнопок и тумблеров для моделирования сигналов управления, подаваемых на входные клеммы CPU 224 ХР; он так же содержит индикаторные лампочки с напряжением питания 220 В, подключаемые к выходным клеммам CPU 224 ХР, и катушки реле для управления электродвигателем. «Компьютер» предназначен для составления программ управления и их загрузки через «Интерфейсный кабель» в CPU 224 ХР, а так же тестирования при исследовании программ управления.
Схема лабораторного стенда (рис. 4.2) полностью соответствует его функциональной схеме (рис. 4.1), она содержит:
- QF, автоматический выключатель, предназначенный для защиты цепи питания электродвигателя и цепи питания элементов CPU 224 ХР;
- H1, сигнальная лампа, служащая для индикации о подаче напряжения на элементы стенда;
- ИМ, однооборотный исполнительный механизм, содержащий:
М - однофазный асинхронный электродвигатель;
С - фазосдвигающий конденсатор;
Rp - реостат обратной связи, связанный с выходным валом исполнительного механизма, значение сопротивления 120 Ом;
SQ1, SQ2 - конечные выключатели, ограничивающие угол поворота выходного вала исполнительного механизма при его вращении «вправо» или «влево» соответственно;
- CPU 224 ХР, микропроцессорное устройство simatic s7-200;
- К1, К2, электромагнитные реле;
- Н2, Н3, индикаторные лампочки;
- S1, S2, S3, кнопки управления с самовозвратом;
- S4, S5, тумблеры управления;
- S6, тумблер подачи питания на реостат Rp ИМ;
- Rд, добавочное сопротивление, ограничивающее величину напряжения на реостате обратной связи Rp до значения 12 В;
- PV, вольтметр постоянного напряжения, подключаемый к выходу реостата Rp.
На схеме (рис. 4.2): подключения компьютера и интерфейсного кабеля к CPU 224 ХР не показаны; приведены только используемые входные и выходные клеммы CPU 224 ХР.
Серия simatic S7–200 – это ряд промышленных логических контроллеров (ПЛК, PLC), которые могут управлять разнообразными прикладными системами автоматизации. Контроллеры этой серии собираются по модульному принципу. Контроллер в общем случае состоит из одного центрального единственного процессора (CPU); нескольких (0-7) моделей аналогового и дискретного ввода-вывода, а также коммуникационных модулей (Profibus, Ethetnet, AS-интерфейс) и модулей позиционирования.
Семейство simatic S7–200 включает 4 варианта CPU (221, 222, 224, 226) различающиеся объемом памяти, числом дискретных входов/выходов и подключаемых модулей. Это многообразие обеспечивает множество технических характеристик и обеспечивает рентабельность решения задач автоматизации. Процессорные модули содержат один или два последовательных коммуникационных порта. Порты поддерживают три варианта протоколов: точка–точка (PPI), многоточечный (MPI) и свободно программируемый режим (например, протокол Modbus).
Основная работа центрального процессора (CPU) контроллера S7-200 достаточно проста:
- CPU считывает значения входов;
- программа, хранимая в CPU, использует эти значения для вычисления значений выходов; во время выполнения программы CPU обновляет данные;
- CPU записывает данные в выходы.
CPU S7-200 предназначен для циклического выполнения ряда заданий, включая программу пользователя (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Диаграмма работы CPU S7-200
Циклическое выполнение заданий называется циклом сканирования. В течение цикла сканирования, контроллер выполняет все или большинство из следующих задач:
- считывание значений;
- выполнение программы;
- обработка коммуникационных запросов;
- выполнение самодиагностики CPU;
- запись в выходы.
Выполнение программы - в фазе выполнения контроллер реализует программу, начиная с первой команды и до последней.
Обработка коммуникационных запросов - во время фазы обработки контроллер обрабатывает запросы, принятые из коммуникационного порта.
Выполнение самодиагностики контроллера - во время этой фазы контроллер проверяет свое встроенное программное обеспечение и память программы пользователя. Он проверяет также состояние всех модулей ввода-вывода.
Запись в цифровые выходы - в конце каждого цикла сканирования конртроллера записывает значения, хранимые в регистре выходов образа процесса, в цифровые выходы.
Основные положения работы контроллера:
- входная информация остается неизменной на всем протяжении цикла выполнения сканирования;
- программа выполняется последовательно, начиная с первой команды и до последней команды цикла;
- обработка коммуникационных запросов от/в TD200 и от/в ProfiBus, и, соответственно, использование информации, считываемой из памяти контроллера, а также формирование новой информации при обработке коммуникационных запросов, производится после выполнения программы пользователя;
- контроллер записывает значения, хранимые в регистре выходов образа процесса, в цифровые выходы в конце цикла сканирования – после выполнения программы пользователя и обработки коммуникационных запросов.
Программа для контроллера CPU S7-200 создается при помощи системы программирования STEP 7 - Micro/WIN и состоит из трех основных элементов: главная программа, программы обработки прерываний, подпрограммы.
Главная программа – это основная часть программы, где размещаются команды, управляющие приложением. Команды главной программы выполняются последовательно и однократно в каждом цикле сканирования. Из главной программы можно вызывать различные подпрограммы и программы обработки прерываний.
Программы обработки прерываний – эти необязательные элементы программы выполняются при каждом возникновении события, вызывающего прерывание.
Подпрограммы – эти необязательные элементы программы выполняются только тогда, когда они вызываются из главной программы или программы обработки прерываний.
На первом этапе освоения контроллера CPU S7-200 предполагается исследовать только работу и команды главной программы при реализации алгоритмов дискретного управления. В соответствии со схемой лабораторного стенда (рис. 4.2) при исследовании алгоритмов дискретного управления должна использоваться нумерация входных и выходных выводов контроллера CPU 224 ХР согласно данным табл. 4.1.
Таблица 4.1