Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Кафедра Промышленная автоматика

СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ (МИКРОПРОЦЕССОРЫ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ)

Практикум по дисциплине

«Средства автоматизации и управления (Микропроцессоры в системах управления технологическими процессами)»

Кумертау 2015

Составители:

Л.Н. Грачева

20

г.

подпись

ФИО

дата

20

г.

подпись

ФИО

дата

Рассмотрено на заседании кафедры

«

2

»

09

20

15

г.

Зав. кафедрой

Грачева Л.Н.

Ф.И.О.

(подпись)

Рассмотрено на заседании научно-методичесого совета по направлению подготовки дипломированного специалиста (бакалавра, магистра)

15.03.04

«Автоматизация технологических процессов и производств»

«

4

»

09

20

15

г.

(протокол №

1

)

Председатель научно-методического совета

д.т.н., профессор, Лютов А.Г.

Содержание

Введение 4

Практическая работа №1 5

Практическая работа №2 15

Практическая работа №3 33

Практическая работа №4 42

Список литературы 64

Введение

Настоящий практикум является частью учебно-методического комплекса дисциплины «Средства автоматизации и управления» по направлению подготовки бакалавров 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств .

Цель практикума– формирование и закрепление навыков программирования микропроцессорных систем управления, что соответствует компетенциям ПК-6, ПК-17, ПК-18:

• способен собирать и анализировать исходные информационные данные для проектирования систем автоматизации (ПК-1);

• способен осваивать средства программного обеспечения автоматизации и управления и их сертификации (ПК-26);

• способен изучать и анализировать необходимую информацию, технические данные, показатели и результаты работы, обобщать их и систематизировать, проводить расчеты с использованием современных технических средств и программного обеспечения (ПК-38);

• способен составлять заявки на: оборудование, технические средства и системы автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления, запасные части, инструкции по испытаниям и эксплуатации данных средств и систем, техническую документацию на их ремонт (ПК-52).

На выполнение каждой практической работы отводиться 2-4 часа.

Для того чтобы практические занятия приносили максимальную пользу, необходимо помнить, что упражнение и решение задач проводятся по вычитанному на лекциях материалу и связаны, как правило, с детальным разбором отдельных вопросов лекционного курса и изучением технической документации к лабораторному оборудованию, которое используется для выполнения практических заданий. При выполнении практических работ также рекомендуется пользоваться источниками, указанными в списке литературы.

Отчет по практической работе оформляется на листах формата А4 по требованиям ГОСТ и СТП к выполнению лабораторных, расчетно-графических, курсовых и дипломных работ. На титульном листе указывается тема практической работы, дисциплина, вариант, фамилия, группа студента, фамилия преподавателя. Текст отчета может распечатывается на принтере или может быть рукописным.

При компьютерном выполнении отчета необходимо использовать размер шрифта - 14, интервал 1, шаблоны рамок предусмотренных ГОСТ.

Практическая работа №1

«Изучение технических характеристик и основ программирования многофункционального таймера OMRON H5CX»

Цель работы:Изучение технических характеристик и основ программирования микропроцессорной системы управления на примере многофункционального таймера OMRON H5CX

Теоретическая часть

Многофункциональный таймер OMRON H5CX (рисунок 1) предназначен для включения и выключения нагрузки в циклическом или разовом режиме в соответствии с заданными интервалами времени с различными вариантами пуска.

Рисунок 1 – Внешний вид многофункционального цифрового таймера H5CX

В таблице 1 представлены общие характеристики таймера H5CX.

Таблица 1. Характеристики таймера H5CX

Параметр	Значение
Напряжение питания	От 12 до 24 В постоянного тока
Потребляемая мощность	2,4 Вт при 12 В постоянного тока
Дисплей	7-сегментный LCD дисплей
Цвет сегментов	Красный или зелёный (программируется)
Количество разрядов	4
Временные диапазоны (величина дискреты)	9,999 с (0,001 с), 99,99 с (0,01 с), 999,9 с (0,1 с), 9999 с (1 с), 99 мин 59 с (1 с), 999,9 мин (0,1 мин), 9999 мин (1 мин), 99 ч 99 мин (1 мин), 999,9 ч (0,1 ч), 9999 ч (1 ч) (программируется)
Режимы работы выходов	A, A-1, A-2, A-3, b, b-1, d, E, F, Z (программируется)
Сброс таймера	При отключении питания (кроме режимов A-1,b-1,F), внешний и ручной сброс
Внешняя память	EEPROM (количество циклов записи – 100000 раз, может сохранять записанную информацию более 10 лет)

Общая характеристика входов таймера представлена в таблице 2. На рисунке 2 изображены варианты подключения входных сигналов

Таблица 2. Характеристика входов таймера H5CX

Параметр	Значение
Количество входов	3 (Start – запуск таймера, Gate – блокировка, Reset – сброс таймера)
Минимальная длительность входного сигнала	1 мс или 20 мс (программируется – одинаково для всех входов)
Варианты подключения входных цепей	Вход без источника напряжения - уровень логической 1: максимум 1 кОм - уровень логического 0: минимум 100 кОм Вход с источником напряжения - уровень логической 1: от 4,5 до 30 В - уровень логического 0: от 0 до 2 В пост. тока

Рисунок 2 – Варианты подключения входных сигналов

Общая характеристика выходов таймера представлена в таблице 3, схема подключения выходных цепей изображена на рисунке 3.

В таймере H5CX можно реализовать два типа таймера: обычный таймер и двойной таймер.

Таблица 3. Характеристика выходов таймера H5CX

Параметр	Значение
Количество и тип выходов	2 – замыкающий и размыкающий релейные контакты
Длительность включениявыходов	Фиксированный или от 0,01 до 99,99 с
Допустимая нагрузка	Максимальная: 5А при 30В постоянного тока. Минимальная: 10 мА при 30 В постоянного тока.
Прочность реле	механическая – минимум 10.000.000 операций электрическая – минимум 100.000 операций

Рисунок 2 – Схема подключения выходных цепей

В обычном таймере программируется только одна уставка, которая является временем до отключения или до включения в зависимости от режима работы выхода. Также таймер может включаться по переднему или заднему фронту запускающего сигнала, что также зависит от режима работы выхода.

В двойном таймере программируется время как включенного, так ивыключенного состояний выходного реле.

При использовании таймера пользователь может работать с несколькимирежимами работы таймера. Основным режимом является рабочий, в котором таймер выполняет свои функции, то есть производит отсчёт времени. В режиме программирования пользователь может выбрать необходимые параметры. В режиме выбора типа таймера определяется необходимый тип таймера, а также можно посмотреть положения контактов DIP- ключа. Следует заметить, что при работе в режиме выбора таймер прекращает отсчёт времени.

Для каждого типа таймера существуют различные режимы работы выходов (для обычного таймера – 10 режимов работы выходов, для двойного – 2 режима).

Обычный таймер : ниже (таблица 4) представлены возможные режимы работы выходов обычного таймера.

Таблица 4. Характеристика режима работы выходов обычного таймера

Режимы работы выхода		Временные диаграммы
Режим A: задержка на включение-1 при появлении стартового сигнала. Таймер включается при появлении 1 на пусковом входе. Выход импульсный или фиксированный.
Режим A-1: задержка на включение-2 при появлении стартового сигнала. Таймер включается при появлении 1 на пусковом входе и сбрасывается при появлении 0. Выход импульсный или фиксированный.
Окончание табл.4
Режим A-2: задержка на включение-1 при появлении питания. Таймер включается при появлении питания. При 1 на пусковом входе отсчёт времени блокируется. Выход импульсный или фиксированный.
Режим A-3: задержка на включение-2 при появлении питания. Таймер включается при появлении питания. При появлении 1 на пусковом входе отсчёт времени блокируется. Выход импульсный или фиксированный.
Режим b: повторяющийся цикл 1. Таймер включается при появлении 1 на пусковом входе.	Выход фиксированный.
	Выход импульсный.
Режим b-1: повторяющийся цикл 2. Таймер включается при появлении 1 на пусковом входе.	Выход фиксированный.
	Выход импульсный.
Режим d: задержка на отключение по заднему фронту стартового сигнала.
Режим e: задержка на отключение по переднему фронту стартового сигнала.
Режим f: накопительный. Отсчёт времени идет только во время, когда на пусковом входе есть 1. По достижении заданного времени выход переходит в 1.
Режим z: регулируемая пульсация выхода из 1 (ON) в 0 (OFF). Таймер включается при появлении 1 на пусковом входе. Одновременно с этим выход переходит в 1 на заданное время, после этого переходит в 0 на заданное время.

Примечания:

1. В режимах A, A-1, A-2, A-3, b, d, E, F, Z таймер сбрасывается при появлении питания, а в режиме b -1 таймер не сбрасывается.

2. Во всех режимах при появлении логической 1 на блокировочном входе отсчёт времени прекращается, при появлении логического 0 на этом входе таймер продолжает отсчёт времени.

3. Во всех режимах при появлении логической 1 на сбросовом входе таймер сбрасывается. В режимах A-2, A-3, b, b-1, Z таймер начинает с начала отсчёт времени, в режимах A, A-1, d, E, F – нет.

4. При пропадании питания во всех режимах установившийся в 1 выход сбрасывается.

5. Во всех режимах, кроме режимов d и E, выход переходит в 0 при появлении 1 на сбросовом входе.

В рабочем режиме можно контролировать текущее значение, регулировать величину уставки таймера, а также время цикла и процент времени включенного состояния. Схема управления таймером в рабочем режиме представлена на рисунке 3.

В режиме обычного таймера можно воспользоваться некоторыми дополнительными функциями:

- изменение минимальной длительности входного сигнала;

- смена цвета дисплея;

- уровень ключа защиты. Можно выбрать необходимый уровень защиты от незащищенного до полного запрета использования клавиш на лицевой панели.

На рисунке 4 изображена схема программирования дополнительных функций таймера с помощью рабочих клавиш.

Рисунок 3 – Схема управления таймером в рабочем режиме

Рисунок 4 – Схема программирования дополнительных функций таймера с помощью рабочих клавиш

Двойной таймер

Для выбора двойного таймера необходимо перейти в режим выбора типа таймера (рисунок 5).

Рисунок 5 – Выбора типа таймера

В таблице 5 представлены режимы работы выходов для двойного таймера.

Режимы работы выхода	Временные диаграммы
Режим toff : работа выхода начинается с выкл. состояния. При появлении питания и 1 на пусковом входе выход переходит на заданное время t1 в 0, после этого на заданное время t2 – в 1.
Режим ton: пульсация выхода начинается с вкл. состояния. При появлении питания и 1 на пусковом входе выход переходит на заданное время t1 в 1, далее на заданное время t2 – в 0.

Примечания:

1. Двойной таймер сбрасывается при появлении питания и при появлении 1 на сбросовом входе.

2 . При появлении 1 на блокирующем входе временно прекращается отсчёт времени. При появлении логического 0 на этом входе таймер продолжает отсчёт времени.

3. При пропадании питания или появлении 1 на сбросовом входе во всех режимах установившийся в 1 выход сбрасывается.

В рабочем режиме можно регулировать время включенного состояния выхода и время его выключенного состояния. Схема управления двойным таймером в рабочем режиме представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема программирования с помощью рабочих клавиш

Варианты заданий

Вариант 1. Получить на выходе таймера импульсы 1 с с частотой 5 Гц.

Вариант 2. Запрограммировать двойной таймер. Выход находится 4 с в включенном состоянии и 2 с – в выключенном. Работа таймера начинается с выключенного состояния выходного реле.

Вариант 3. Запрограммировать таймер таким образом, чтобы выход включался на 5 с с задержкой 10 с по заднему фронту пускового сигнала.

Вариант 4. Выход таймера включается фиксировано через 5 с после появления питания. Если на пусковом входе появится единичный сигнал, отсчёт времени должен заблокироваться.

Вариант 5. Несколькими способами получить на выходе таймера меандр со следующими параметрами: длительность импульса – 2 с, период – 3 с.

Вариант 6. Исследовать режим Z работы таймера. В данном режиме получить меандр частотой 2 Гц и длительность импульса 0,1 с. Далее, после того, как таймер был запрограммирован и переключён в рабочий режим, с помощью клавиш на лицевой панели частоту увеличить до 5 Гц с неизменной длительностью импульса.

Вариант 7. В режиме двойного таймера на выходе получить меандр частотой 1 Гц с длительностью импульса 0,2 с.

Вариант 8. Запрограммировать таймер так, что при появлении кратковременно 1 на пусковом входе, таймер начинает работать в следующем режиме: включенное состояние выхода – 3 с, выключенное – 3 с.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные технические характеристики изучаемого таймера

2. Охарактеризуйте режимы работы изучаемого таймера

3. В чем различия режимов выходов обычного таймере и двойного таймера?

4. Перечислить режимы работы выходов таймера.

5. Функциональное назначение клавиш на лицевой панели таймера?