Темы для ов Контрольное задание 1 (стр. 4 из 10)

Соответственно, для 32-разрядного счетчика можно получить период квантования, равный 1 час, для 16-разрядного счетчика выходная частота составит ≈ 18 имп/сек, а для 8-разрядного счетчика при заданной частоте f_вх, выходная частота составит ≈ 4676 имп/сек. Таким образом, применение счетчиков от 8-разрядного до 48-разрядного позволяет настроить систему управления в достаточно широком диапазоне регулирования периода квантования цифровой системы регулирования.

Задача 4. Составить на языке лестничных диаграмм LD (Ladder Diagram) программу для управления транспортным и пешеходным светофором согласно техническому заданию. В качестве программируемого логического контроллера используется контроллер SIMATIC фирмы SIEMENS.

Техническое задание

1. Цель разработки программы: управление движением транспорта и пешеходов на пешеходном переходе.

2. Программа должна управлять включением соответствующих цветов транспортного и пешеходного светофоров. Транспортный светофор оснащен красным (RED), желтым (YELLOW), зеленым (GREEN) огнями. Пешеходный светофор имеет: зеленый и красный цвет, а так же кнопку, чтобы потребовать зеленый свет для пешеходов.

3. Для исключения угрозы безопасности пешеходов и водителей должны быть выполнены условия:

3.1. Предварительная (начальная) установка светофоров: горит зеленый свет для транспортного светофора и красный свет для пешеходного.

3.2. Если контроллер по нажатию кнопки получает требование переключить пешеходный светофор на зеленый свет, то он переключает транспортный светофор с зеленого света на красный, через желтый.

4. Требования к таймерам по длительности "горения" соответствующих цветов светофора:

4.1. Желтая фаза после зеленой для автомобильного движения – 3 сек.

4.2. Красная фаза для автомобильного движения – 16 сек и начинается одновременно с зеленой фазой пешеходного движения.

4.3. Зеленая фаза для пешеходного движения – 10 сек.

4.4. Желтая фаза после красной для автомобильного движения – 3 сек

4.5. Задержка для следующего требования на зеленый свет (нажатие кнопок на разных концах улицы) – 1 сек.

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.