7. Разработка общего алгоритма управления

Общий алгоритм управления ГАУ строится с учетом обозначенных выше временных характеристик. Выполнение любой задачи ЛСУ технологического оборудования инициализируется после принятия ее управляющего сигнала, посылаемым системой управления верхнего уровня (контроллером), следящей за состоянием таймеров. Фактически контроллер проводит диагностику каждого подчиненного ему объекта, от результатов которой по определенной программе он управляет всем производственным процессом.

Алгоритм управления также приведен в курсовом проекте по дисциплине «Интегрированные системы проектирования и управления».

8. Формирование уточненной архитектуры асу гак: спецификация и обоснование выбора технических средств

8.1. Конфигурирование плк. Работа в среде hw-Config по созданию аппаратной конфигурации плк Simatic s7

Прежде чем приступить к созданию аппаратной конфигурации ПЛК Simatic S7 необходимо обосновать выбор используемых модулей. Для этого приведем их краткую характеристику.

В качестве построения высокопроизводительной системы автоматизации с развитой локальной и распределенной системой ввода-вывода используют возможности центрального процессора CPU 315-2DP с встроенным интерфейсом PROFIBUS-DPV1. Рабочая память составляет 128кбайт (приблизительно 43К инструкций для выполнения программы.

С помощью встроенного MPI-интерфейса осуществляется до 16 логических соединений с программируемыми контроллерами S7-300/ S7-400/ программаторами/ компьютерами/ панелями оператора. Одно статическое соединение зарезервировано для связи с программатором и панелью оператора со скоростью передачи глобальных данных в 187.5Кбит/с (размер пакета глобальных данных составляет – 22 байта)

Возможности диагностического буфера позволяют сохранять 100 последних сообщений об отказах и прерываниях. А само содержание буфера используется для анализа причин, вызвавших остановку центрального процессора. При этом все диагностические сообщения могут снабжаться отметками даты и времени.

Программирование и отладка прикладных программ центрального процессора осуществляется за счет поддержания PG/OP функции связи. В этом случае за счет наличия тестовых функций возможно использования программатора в качестве отображения состояний сигналов во время выполнения программы, изменения переменных и состояний выходов непосредственно в программе пользователя.

А за счет информационных функций центральный процессор передает информацию программатору о свободном объеме памяти, режиме работы, используемых объемах загружаемой и рабочей памяти, текущем времени выполнения цикла программы, позволяет просматривать буфер диагностических сообщений в текстовом формате.

Время выполнения логических операций составляет – 0.1 мкс, операций со словами – 0.2 мкс, арифметических операций с фиксированной точкой – 2 мкс, арифметических операций с плавающей точкой – 3 мкс.

Количество S-блоков прерываний, одновременно находящихся в активном состоянии, не более 40.

Количество зарезервированных блоков данных (DB) – 1024, максимальный размер которых 16 кБайт; объем локальных данных : макс. 1024 Байта на задачу / 510 байт на блок. Количество функциональных блоков (FB) – 2048, функций (FC) – 2048, максимальный размер которых также по 16 кБайт. Глубина вложения блоков на приоритетный класс – 8, для программ обработки ошибок в пределах организационного блока – 4. объем локальных данных на приоритетный класс – максимум 128 Байт.

Количество таймеров и счетчиков – по 256 с настройкой на сохранение состояния при перебоях в питании контроллера. Диапазон выдержки времени таймеров: нижний предел – 10 мс, верхний – 9.990 с.

Таким образом, посредством 1-го встроенного интерфейса осуществляются MPI-функции с отсутствием гальванической развязки внешних и внутренних цепей, с помощью 2-го интерфейса осуществляются функции DP-ведущего устройства, DP-ведомого устройства со скоростью передачи данных 12 Мбит/с с адресным пространством входов и выходов – 244 кБайт соответственно. Количество ведомых устройств при этом составляет 124 единицы. Интерфейс осуществляется за счет физического уровня RS485 с использованием специального штекера.

3-й встроенный интерфейс зарезервирован для программирования с поддержкой языка программирования STEP 7.LAD, STEP.STL, STEP.SCL и др.

Функционирование ЦПУ обеспечивается блоком питания PS 307, который также подходит и для питания цепей датчиков и исполнительных устройств Кроме прочего, PS 307 подходит для питания цепей датчиков и исполнительных устройств. Основные его характеристики следующие:
	Вход	однофазный переменный ток
	Входное напряжение	~120/230 В
	Допустимый перерыв в питании при Iвых.ном	> 20 мс при  Vвх.= 93/187 В
	Частота переменного тока	50/60 Гц; от 47 до 63 Гц
	Входной ток Iвх.ном.	4.1/1.8 A
	Пусковой ток  (+25 °C)	< 55 A, < 3 мс
	Выход	Стаблизированный, изолированный от входных цепей
	Номинальное напряжение  Vвых.ном.	24 В DC
	Индикация	Зеленый светодиод индикации наличия выходного напряжения для 24 В O.K.
	Включение/ отключение питания	Без перерегулирования Vвых.(мягкий старт)
	Задержка запуска	< 1.5 с/стандартное значение 80 мс
	Выходной ток Iвых.ном.	10 A

Чаще всего для разгрузки центрального процессора контроллера от выполнения коммуникационных задач используют коммуникационный процессор СЗ 342-5, который также способен поддерживать широкий спектр коммуникационных функций: выполняет функции ведущего или ведомого устройства PROFIBUS DP; поддерживает связь с устройствами и системами человеко-

машинного интерфейса;

• поддерживает связь с другими программируемыми контроллерами SIMATIC S7/ C7/ WinAC;

• поддерживает связь с программируемыми контроллерами SIMATIC S5 (SEND/ RECEIVE).

Общие технические характеристики:

Скорость передачи	9.6…12000 Кбит/с
Максимальное количество CP 342-5 в одном S7-300	4
Интерфейс SEND/RECEIVE
Количество соединений, не более	16
Объем данных на соединение	240 байт (SEND и RECEIVE)
S7 функции связи
Количество соединений, не более	16 (определяется типом ЦПУ)
Комбинированный режим
Количество соединений, не более	32 (без DP), 28 (сDP)
Объем диагностических данных на ведомое DP-устройство	240 байт
Ведущее DP устройство
Ведущее устройство	DP V0
Количество ведомых DPведомых устройств, не более	124
Объем данных ввода-вывода	2160 байт на ввод и 2160 байт на вывод
Объем данных ввода-вывода на ведомое устройство	244 байт на ввод и 244 байт на вывод
Ведомое DP устройство
Ведомое устройство	DP V0
Объем данных ввода-вывода	240 байт на ввод и 240 байт на вывод
PG/OP функции связи
Количество соединений (асинхронный обмен данными), не более	16 (определяется типом ЦПУ)

Для организации обслуживания через AS-interface ведомых устройств применяют коммуникационный процессор СР 343-2 и в этом случае выполняется обслуживание до 248 дискретных входов и до 186 дискретных выходов, а также 31 аналогового ведомого устройства AS-Interface (до 4 каналов на одно ведомое устройство).
Цикл опроса шины	5мс на 31 дискретное ведомое устройство 10мс на 62 дискретных ведомых устройства
Интерфейсы:
адресное пространство аналогового ввода-вывода в S7-300	16 байт ввода-вывода и Р шина S7-300
cоединение сAS интерфейсом	через фронтальный соединитель
напряжение питания	=5В от шины контроллера
Потребляемый ток, не более
от шины контроллера	200 мА (при =5В)
от цепей питания ASинтерфейса	100 мА
Потребляемая мощность	2 Вт

Для произведения подключения рассматриваемого контроллера к сети Industrial Ethernet в целях разгрузки центрального процессора от выполнения коммуникационных задач используется коммуникационный процессор СР 343-1, посредством которого возможна поддержка: - транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP; - PG/OP функций связи (связь с программаторами и

устройствами человеко-машинного интерфейса более верхнего уровня – цеховое управление);

- S7 функций связи (клиент, сервер, мультиплексирование).

Модуль оснащен встроенными интерфейсами AUI/ITP и RJ45. Переключение между интерфейсами AUI и промышленной витой пары (ITP) выполняется автоматически. Передача данных производится в дуплексном или полудуплексном режиме со скоростью 10 или 100 Мбит/с. Операции определения скорости передачи и настройки на эту скорость выполняются автоматически. При использовании протокола UDP поддерживается передача широковещательных сообщений. CP 343-1 позволяет выполнять дистанционное программирование контроллеров через сеть, а также подключать контроллеры к офисной сети Ethernet.

CP 343-1 поставляется с предварительно установленным уникальным Ethernet адресом. Он осуществляет независимую передачу данных по сети Industrial Ethernet с соблюдением требований международных стандартов (уровни 1…4: физический, канальный, сетевой, транспортный). Он снабжен собственным микропроцессором и способен работать в комбинированном режиме, обеспечивая поддержку транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP.

Осуществлять связь одного контроллера S7-300 не более чем с 15 станциями оператора.

В случае непосредственного подключения к ПЛК контактных или бесконтактных датчиков BERO, а также исполнительных устройств или их коммутационных аппаратов используют модули ввода/вывода дискретных сигналов. В зависимости от требуемых условий управления подчиненными устройствами применяют модули ввода/вывода с 16-тью или 32-мя дискретными входами/выходами.

Так, модули ввода SM321 дискретных сигналов предназначены для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. Модули могут работать с контактными датчиками, а также бесконтактными датчиками BERO, подключаемыми по 2-проводным схемам. При этом длина экранированного кабеля составляет 1000 м, а обычного – 600 м. задержка распространения входного сигнала для стандартных входов от 0 к 1 минимум – 1.2 мс, максимум - 4.8 мс. Аппаратные и диагностические прерывания, а также диагностические функции поддерживаются только модулем ввода SM321 с серийным номером 6ES7 321-7BH01-0AB0.

Модули вывода SM322 дискретных сигналов выполняют преобразование внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. Данные модули способны управлять задвижками, магнитными пускателями, сигнальными лампами и т.д. Поддерживается диагностика прерываний с настройкой диагностических функций. Длина экранированного кабеля также составляет 1000 м, а обычного – 600 м. Номинальное напряжение нагрузки – 24÷120 В.

Таким образом, определив необходимые модули ПЛК для обеспечения управления производственным процессом, перейдем к созданию аппаратной конфигурации ПЛК Simatic S7 в среде HW-Config с использованием методического пособия «Работа с программным пакетом STEP 7 в среде SIMATIC Manager v5.2 при создании сетевых соединений» / Сост. А.В. Вьюнов.

Создадим новый проект, указав тем самым необходимый для решения поставленных задач центральный процессор (см. рис. 8.1).

Рис. 8.1. Указание центрального процессора комплектуемого ПЛК SimaticS7

Инструментом составления прикладной программы на STL, необходимой для решения задачи автоматизации, являются организационные блоки. В простейшем случае это:

- организационные блоки запуска (ОВ 100, ОВ 101);

- организационный блок циклической обработки основной программы (ОВ1);

- организационные блоки обработки ошибок (ОВ 80…ОВ 87, ОВ 121, ОВ 122), если ЦПУ в случае ошибки не должен переходить с STOP.

Кроме того, имеются и другие организационные блоки, с помощью которых можно обрабатывать прерывания ЦПУ или самого процесса управления (ОВ 10…ОВ 60).

Поэтому при конфигурировании обязательно указание необходимых организационных блоков (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Обозначение организационных блоков для составления прикладной программы обработки сигналов, воздействующих на управляемый процесс

Итак, после создания проекта под именем Metod, мы имеем возможность комплектации ПЛК посредством программы HW Config.

Для нас предоставляется рабочее поле, на котором уже предоставлена простейшая модель ПЛК со свободными слотами для «вставки» необходимых модулей. Центральный процессор организован (рис. 8.3.).

Рис. 8.3. Рабочее поле HW-Config

Выделив необходимые коммуникационные процессоры, блок питания и модули дискретного ввода/вывода, с помощью представленного каталога в правом окне можно осуществить комплектацию ПЛК.

Вставка блока питания осуществляется выбором его из папки «PS-300» и переносом на рабочее поле при помощи правой кнопки мыши, причем программой сразу идентифицируется необходимое место для вставки цветовым выделением (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Вставка блока питания

Таким же способом производится вставка коммуникационных процессоров из папки «СР-300» (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Выбор коммуникационных процессоров

При этом следует отметить, что при вставке коммуникационных процессоров СР 343-1 и СР 342-5 программа запрашивает у пользователя тип соединения. Так, при установке СР 342-5 появляется окно (рис. 8.6.):

Рис. 8.6. Установка свойств сетевой связи PROFIBUS

При установке СР 343-1 окно (рис. 8.7):

Рис. 8.7. Установка свойств интерфейса с промышленной сетью IndustrialEthernet

Модули дискретных ввода/вывода выбираются из папки сигнальных модулей «SM-300» и устанавливаются в доступные слоты (рис. 8.8).

Рис. 8.8. Установка сигнальных модулей

В некотором роде ПЛК укомплектован. В данном случае он выступает как ведущее устройство с задачей организации управления: определение порядка выполняемых операций подчиненных ему устройств. Прием входных сигналов и передача соответствующих управляющих осуществляется посредством промышленной сети PROFIBUS-DP, к которой также подключены ведомые им устройства. Однако для этого необходимо обозначить статус сконфигурированного ПЛК как DP-master.

Для этого двойным щелчком правой кнопки мыши на стоке с надписью DP (см. рис. 8.9):

Рис. 8.9.

в появившемся окне Properties - DP на вкладке Operating Mode устанавливается статус – DP-master (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Присвоение сконфигурированному ПЛК статуса DP-master

А с помощью вкладки General устанавливается тип соединения PROFIBUS(1) (рис. 8.11):

Рис. 8.11. Окно Properties PROFIBUS interface DP на вкладке Parameters

После чего будет создана ветка сети Profibus – DP –.

Соответственно сконфигурированный контроллер будет являться ведущим устройством (DP master system) для «закрепленных» за ним Slave-устройств – ведомых, с которыми он осуществляет обмен необходимыми данными.

Так в нашем случае, одним из Slave-устройств выступает однопозиционный привод туннельной моечной установки SIMODRIVE Posmo A. Обслуживание интеллектуальных датчиков осуществляется посредством модуля связи DP/AS-I Link 20.

Произведя выбор данных устройств в представленной библиотеке, они «прикрепляются» к DP-сети с установкой соответствующих параметров (рис. 8.12).

Рис. 8.12. Организация связи master-slave

Таким образом, определив основные модули программируемого контроллера и установив ему статус «DP-master», мы обозначили средства управления участком черновых операций. Для того, чтобы построить промышленную сеть, отражающую обобщенную архитектуру АСУ ТП ГАУ, необходимо воспользоваться возможностями среды NetPro. Работа, в которой осуществляется с использованием разработанного для таких целей указанного выше методического пособия. Другими словами, создадим сетевое окружение для сконфигурированного контроллера. Однако прежде всего необходимо обозначить основные элементы данного окружения.