Ельцина Кафедра «Электронное машиностроение» (стр. 1 из 5)
ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Кафедра «Электронное машиностроение»
Программирование контроллера Simatic S7-300
Программирование панели
человеко-машинного интерфейса TP-177A
Методические указания
к лабораторным работам
по дисциплине «Технические средства автоматизации»
для студентов специальности
«Автоматизация технологических процессов и производств»
Екатеринбург 2008
Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд выполнен на базе оборудования промышленной автоматизации фирмы Siemens (Германия) и включает в себя программируемый контроллер Simatic S7-300 CPU 313C, сенсорную HMI-панель[*] TP-177A, персональный компьютер, адаптер интерфейсов USB-MPI и панель имитатора объекта управления.
Рис.1. Функциональная схема лабораторного стенда
Контроллер состоит из блока питания PS-307 и процессорного модуля CPU-313C, имеющего встроенные входы и выходы. Блок питания преобразует напряжение электрической сети 220 В переменного тока в напряжение 24 В постоянного тока, используемое для питания контроллера, HMI-панели, а также элементов имитатора объекта управления. На передней панели блока питания находится выключатель.
Всего модуль CPU-313C имеет 24 дискретных входов, 16 дискретных выходов, 5 аналоговых входов и 2 аналоговых выхода. В лабораторных работах используется 3 дискретных входа (условно обозначим их A, B и С), 3 дискретных выхода (условно обозначим их X, Y и Z), 1 аналоговый вход (условно обозначим его R) и 1 аналоговый выход (условно обозначим его H). Дискретные логические сигналы (0/24 В) подаются на входы A, B, C от трёх переключателей П1, П2, П3 соответственно. Дискретные логические сигналы (0/24 В) с выходов X, Y, Z управляют лампами Л1, Л2, Л3 соответственно. Аналоговый сигнал (0…10 В) приходит на вход R от реостата Р. Аналоговый сигнал (0…10 В) с выхода H управляет микродвигателем постоянного тока Д.
HMI-панель получает питание (24 В) от блока PS-307 через отдельный тумблер (расположен ниже панели). Панель может как отображать информацию о работе управляемого объекта, так и использоваться в качестве задающего устройства. На экране HMI-панели могут программироваться сенсорные кнопки, чувствительные к прикосновению, с помощью которых оператор системы может подавать в контроллер управляющую информацию.
Контроллер и HMI-панель взаимодействуют друг с другом, через последовательный интерфейс MPI (выполненный на базе электрического интерфейса RS-485). Интерфейс MPI является многоточечным, поэтому к общей шине RS-485 кроме контроллера и HMI-панели можно подключить третье устройство. Таким устройством в лабораторном стенде является персональный компьютер, который используется как программатор контроллера и HMI-панели (поскольку компьютер не имеет интерфейса MPI, он подключается через адаптер USB-MPI).
Для разработки и загрузки программ на компьютере установлено необходимое программное обеспечение – пакет Step-7 Lite (для программирования контроллеров Simatic S7-300) и пакет WinCC Flexible (для программирования HMI-панелей, в частности панели TP-177A).
Среда программирования Step-7 Lite
Проект в Step-7 Lite состоит из собственно программы контроллера и набора различных параметров, связанных с его работой. В среде Step-7 Lite можно создать новый проект или открыть существующий проект (на рис.2 показан вид рабочей среды Step-7 Lite с открытым проектом).
Окно проекта (см.рис.2) содержит ссылки на несколько страниц, в частности Hardware (страница аппаратной конфигурации системы), Symbol Table (страница описания переменных программы), Program – папка модулей программы. На рис.2 в этой папке содержится только один модуль OB1 – это основной программный модуль, который выполняется контроллером циклически. Один цикл работы контроллера, включающий в себя считывание входных сигналов, выполнение модуля OB1 и установку выходных сигналов, называется циклом сканирования. Время цикла сканирования зависит от сложности программы и обычно составляет от нескольких миллисекунд до нескольких десятков миллисекунд.
На рис.2 показано открытое окно программы (модуля OB1). В лабораторных работах программы будут разрабатываться на языке Ladder Logic (лестничная логика). Элементы для составления программы находятся в окне библиотеки элементов и могут перетаскиваться в окно программы с помощью мыши.
| Условное обозначение входа (выхода) | Адрес в памяти контроллера |
| A | I125.3 |
| B | I125.4 |
| C | I125.5 |
| X | Q125.0 |
| Y | Q125.1 |
| Z | Q125.2 |
Структура адреса битовой ячейки, в которой хранятся данные типа Bool, следующая – сначала записывается буква, обозначающая область памяти, затем номер байта этой области (байты нумеруются с нуля), точка и номер бита в данном байте (биты также нумеруются с нуля, поэтому номер бита может быть 0…7).
Для хранения промежуточных данных не связанных непосредственно с входами м выходами контроллера можно использовать M-память. Принцип адресации отдельных битов M-памяти такой же как Q-памяти и I-памяти (например, M0.0, M0.1 и т.д.).
Кроме типа Bool используются и более сложные типы данных. Тип Byte занимает 1 байт памяти, данные этого типа представляют собой целые числа в диапазоне 0…255. Для адресации отдельных байтов памяти записывается буква области памяти, затем буква B (говорящая о том, что адресуется 1 байт) и номер байта – например (MB0, MB1, MB2 и т.д.).
Тип Word представляет собой двухбайтное целое число в диапазоне 0…65535. Вторая буква в адресе для такого типа будет W, а число представляет собой адрес первого байта из двух – например, MW10 адресует данные типа Word, которые расположены в байтах 10 и 11 M-памяти.
Тип Int представляет собой двухбайтное целое число со знаком в диапазоне –32768…32767. Адресуется также как тип Word (например, MW0, MW2, MW4 и т.д.). Следует помнить, что данные типов Word и Int не всегда совместимы друг с другом.
Типы Dword и Dint представляет собой четырехбайтное целое число без знака и со знаком соответственно. Для адресации четырёх байтов памяти второй буквой в адресе записывается D, а номер указывает на первый из четырёх байтов (например, MD0, MD4, MD8 и т.д.).
Тип Real представляет собой вещественное число (записанное в формате с плавающей точкой) и занимающее в памяти 4 байта. Адресация данных типа Real такая же, как типов Dword и Dint (например по адресу MD12 может находиться число любого из 4-байтных типов, занимающее байты 12, 13, 14, 15).
Аналоговый вход принимает аналоговый сигнал (напряжение 0…10 В), который подаётся на аналого-цифровой преобразователь, формирующий двухбайтный код типа Int. Этот код записывается в PI-память. Адрес двухбайтной ячейки памяти, связанной с аналоговым входом R – PIW752. Аналоговый выход получает выходной сигнал (напряжение 0…10 В) от цифро-аналогового преобразователя, на входе которого двухбайтный код типа Int. Этот код берется из PQ-памяти. Адрес двухбайтной ячейки памяти, связанной с аналоговым выходом H – PQW752.
В Step-7 возможна символическая адресация, т.е. вместо записи адреса можно записывать связанное с этим адресом имя (выбираемое по усмотрению программиста). Для установления связи имен и адресов заполняется таблица Symbol Table (рис.3)
Рис.3. Пример таблицы Symbol Table.
Программирование логических выражений и триггеров
Программа контроллера разделяется на блоки (Network), которые выполняются последовательно сверху вниз. Каждый блок начинается от вертикальной линии. Принято, что на этой линии всегда высокий уровень сигнала (логическая единица). Чтобы запрограммировать логическое выражение достаточно использовать 2 вида контактов (нормально разомкнутый и нормально замкнутый) и катушку (см. рис. 4).