ОСОБЕННОСТИ  РАЗРАБОТКИ  ПРОГРАММ  УПРАВЛЕНИЯ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ  ОБОРУДОВАНИЕМ  СРЕДСТВАМИ  ПРОГРАММИРУЕМЫХ  ЛОГИЧЕСКИХ  КОНТРОЛЛЕРОВ

Латышев  Виктор  Александрович

канд.  тех.  наук,  доцент  кафедры  ЕНОТД  филиала  Тюменского  государственного  нефтегазового  университета,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

E-mail: 

PECULIARITIES  OF  PROCESSING  EQUIPMENT  PROGRAM  CONTROL  DEVELOPMENT  BY  MEANS  OF  PROGRAMMABLE  LOGIC  CONTROLLERS

Viktor  Latyshev

Candidate  of  Technical  Sciences,  Associate  Professor  of  Natural  Science  and  Technical  Disciplines  Chair,  Branch  of  Tyumen  State  Oil  and  Gas  University,  Russia,  Yamalo-Nenets  Autonomous  Okrug,  Novy  Urengoy

АННОТАЦИЯ

В  соответствии  с  требованиями  современной  идеологии  управления  и  автоматизации  в  машиностроении  применяются  многоуровневые  системы  управления.  Для  непосредственного  регулирования  и  управления  параметрами  технологического  процесса  применяют  программируемые  контроллеры.  Рассмотрены  элементы  методики  синтеза  программ  управления.  Представлены  тексты  программ  для  реализации  основных  функций  контроллера:  опрос  датчиков,  пуск  и  останов  исполнительных  органов,  задание  таймеров  и  счетчиков. 

ABSTRACT

According  to  demands  of  control  and  automaticity  ideology,  layered  control  systems  are  used  in  machine  industry.  For  direct  regulation  and  control  process  variables  programmable  controllers  are  applied.  The  author  distinguishes  elements  of  a  synthesis  strategy  of  the  control  program.  Program  texts  for  a  controller  basic  functions  realization  are  presented:  sampling,  startup  and  shutdown  of  final  control  elements,  timers  and  counters  tasks.

Ключевые  слова:  управление;  программируемый  логический  контроллер;  программа;  датчик;  исполнительный  орган.

Keywords:  control;  programmable  logic  controller;  program;  sensor;  final  control  element. 

Эффективность  работы  современного  технологического  оборудования  во  многом  определяется  возможностями  систем  автоматического  управления  на  основе  средств  вычислительной  техники.  Компьютерные  системы  управления  играют  ключевую  роль  в  промышленности,  транспорте  и  системах  связи  и  защиты  окружающей  среды.  Применение  компьютерных  систем  управления  приводит  к  повышению  производительности  труда,  сокращению  количество  обслуживающего  персонала  и  улучшению  качества  выпускаемой  продукции,  обеспечивая  высокую  точность  ведения  технологических  процессов.  В  соответствии  с  требованиями  современной  идеологии  управления  и  автоматизации  в  машиностроении  применяются  многоуровневые  системы  управления  производством.  Нижний  уровень  составляют  датчики,  устройства  измерения  технологических  параметров,  приводы  и  исполнительные  устройства,  установленные  на  технологическом  оборудовании  и  предназначенные  для  сбора  первичной  информации  и  реализации  исполнительных  воздействий.  Следующий  уровень  управления  —  программируемые  логические  контроллеры.  Они  выполняют  функцию  непосредственного  автоматического  управления  технологическим  процессом.  Управление  исполнительными  органами  осуществляется  по  определенным  алгоритмам  путем  обработки  данных  о  состоянии  технических  параметров,  полученных  посредством  измерительных  приборов. 

  Программируемый  логический  контроллер  (ПЛК)  —  это  электронное  специализированное  устройство,  работающее  в  реальном  масштабе  времени,  для  автоматизации  технологических  процессов  [1;  3].  В  качестве  основного  режима  работы  ПЛК  выступает  его  длительное  автономное  использование,  зачастую  в  неблагоприятных  условиях  окружающей  среды,  без  серьёзного  обслуживания  и  практически  без  вмешательства  человека.  ПЛК  имеют  ряд  особенностей,  отличающих  их  от  прочих  электронных  приборов,  применяемых  в  машиностроении:

·       в  отличие  от  микроконтроллера  (однокристального  компьютера)  —  микросхемы,  предназначенной  для  управления  электронными  устройствами  —  областью  применения  ПЛК  обычно  являются  автоматизированные  процессы  промышленного  производства  в  контексте  производственного  предприятия;

·       в  отличие  от  компьютеров  ПЛК  ориентированы  на  работу  с  агрегатами  машин  через  развитый  ввод  сигналов  датчиков  и  вывод  сигналов  на  исполнительные  механизмы,  ориентированных  на  принятие  решений  и  управление  оператором; 

·       в  отличие  от  встраиваемых  систем  ПЛК  изготавливаются  как  самостоятельные  изделия,  отдельные  от  управляемого  при  его  помощи  оборудования.

·         наличие  расширенного  числа  логических  операций  и  возможность  задания  таймеров  и  счетчиков. 

·       все  языки  программирования  ПЛК  имеют  лёгкий  доступ  к  манипулированию  битами  в  машинных  словах,  в  отличие  от  большинства  высокоуровневых  языков  программирования  современных  компьютеров.

Для  программирования  ПЛК  используются  стандартизированные  языки  МЭК  (IEC)  стандарта  IEC61131-3  [4],  например,  графические  языки  программирования:

·     LD  (Ladder  Diagram)  —  язык  релейных  схем  —  самый  распространённый  язык  для  ПЛК,

·     FBD  (Function  Block  Diagram)  —  язык  функциональных  блоков  —  второй  по  распространённости  язык  для  ПЛК,

·     SFC  (Sequential  Function  Chart)  —  язык  диаграмм  состояний  —  используется  для  программирования  конечных  автоматов.

Конфигурация  ПЛК  определяется  номенклатурой  модулей  в  зависимости  от  целей  управления.  Это  модули:

·     дискретного  ввода,

·     дискретного  вывода,

·     релейного  выхода,

·     цифроаналоговые  преобразователи  по  току  и  напряжению,

·     аналогоцифровые  преобразователи  по  току  и  напряжению,

·     вводы  с  термопар,

·     входы  с  термосопротивлений,

·     частотные  входы,

·     последовательные  интерфейсы.

Завершая  обзор  функциональных  возможностей  ПЛК,  отметим,  что  основные  операции  ПЛК  соответствуют  комбинационному  управлению  логическими  схемами  специфических  агрегатов  —  механических,  электрических,  гидравлических,  пневматических  и  электронных.  В  процессе  управления  контроллеры  генерируют  выходные  сигналы  (включить  —  выключить)  для  управления  исполнительными  механизмами  (электродвигателями,  клапанами,  электромагнитами  и  вентилями)  на  основании  результатов  обработки  сигналов,  полученных  от  датчиков,  либо  устройств  верхнего  уровня.  Современные  программируемые  контроллеры  выполняют  также  и  другие  операции,  например,  совмещают  функции  счетчика  и  интервального  таймера,  обрабатывают  задержку  сигналов.  Конструктивно  ПЛК  приспособлены  для  работы  в  типовых  промышленных  условиях,  с  учетом  загрязненной  атмосферы,  уровней  сигналов,  термо-  и  влагостойкости,  ненадежности  источников  питания,  а  также  механических  ударов  и  вибраций.  С  этой  целью  аппаратная  часть  заключается  в  прочный  корпус,  минимизирующий  негативное  влияние  ряда  производственных  факторов. 

  В  лаборатории  электроники  и  микросхемотехники  Ямальского  нефтегазового  института  филиала  ТюмГНГУ  в  городе  Новом  Уренгое,  разработана  и  в  течение  нескольких  лет  тестируется  методика  проектирования  рабочих  программ  управления  агрегатами  и  механизмами  технологического  оборудования.  В  качестве  базовых  моделей  контроллеров  использовали  ПЛК  типа  ОВЕН  и  ПЛК  256.  Опыт  тестирования  и  отладки  рабочих  программ  в  конкретных  производственных  условиях  и  в  процессе  обучения  студентов  по  направлению  220700.62  «  Автоматизация  технологических  процессов  и  производств»  свидетельствует  о  необходимости  создания  и  использования  типовой  структуры  процедуры  обработки  сигналов.  Основными  элементами  этой  процедуры  являются:

1.  Старт.

2.  Подготовка  исходных  данных.

3.  Ввод  информации.

4.  Анализ  датчиков  осведомительных  сигналов.  Если  входной  сигнал  равен  1,  то  переход  к  пункту  6.  Если  входной  сигнал  равен  0,  то  переход  к  пункту  5.

5.  Управление.

6.  Синхронизация.

Рабочая  программа,  описывающая  алгоритм  управления  объектом,  подразделяется  на  сегменты,  начало  каждого  из  которых  определяется  инструкцией  НАЧАЛО  СЕГМЕНТА.  В  свою  очередь,  каждый  сегмент  программы  состоит  из  блоков.  Начало  каждого  блока  отмечается  инструкцией  НАЧАЛО  БЛОКА.  С  учетом  опыта  проектирования  рабочих  программ  целесообразно  следующее  распределение  сегментов  программ  [2]:

·     сегмент  00  —  анализ  блокировок  и  аварийных  ситуаций;

·     сегмент  01  —  ручной  (наладочный)  режим  работы  технологического  оборудования;

·     сегмент  03  —  автоматический  режим  работы;

·     сегмент  04  —  программы  контроля  и  диагностики.

Рассмотрим  тексты  основных  рабочих  программ,  представляющих  упорядоченную  последовательность  инструкций,  каждая  из  которых  имеет  порядковый  номер.  Инструкция  является  наименьшей  самостоятельной  единицей  программы  управления.  Управление  действиями  по  выполнению  отдельных  циклов  работы  объекта  управления  могут  быть  содержимым  отдельных  блоков  рабочей  программы.  Рассмотрим  тексты  программ  элемента  «Управление»  (пункт  5  типовой  процедуры). 

Программа  «  RS  триггер».  Вход  установки  триггера  10001,  вход  сброса  триггера  10002,  выход  00001.

7.  *  10001  3.  *  10002

8.  =  S  00001  4.  =R  00001 

Программа  включения  электромагнита,  выход  модуля  00001,  имеет  вид:

1.  *  10001  3.  *  10003

2.  /  10002  4.  =  00001

Программа  параллельного  включения  двух  исполнительных  органов  (выходы  модулей  00001  и  00002  соответственно)  состоит  из  пяти  инструкций:

1.  *  10001  4.  =  00001

2.  /  10002  5.  =  00002

3.  *  10003

Программа  выключения  двух  электромагнитов  исполнительных  органов:

1  *  10001  4.  =  /  00001

2.  /  10002  5.  =  /  00002

3.*  10003

Программа  задания  таймера  счетчика  с  задержкой  на  включение  на  величину  105  секунд  представлена  ниже.

1.  *  10003

2.  ЗТС  012  0  0105

Программа  подсчета  времени  предназначена  для  отсчета  времени  работы  конкретного  агрегата  технологической  установки.  Счетчик  секунд  организован  на  слове  000,  счетчик  минут  расположен  на  слове  001  и  счетчик  часов  занимает  слово  002.

1.    НСТ  00  9.  *  00016

2.  НБЛ  00  10.  ЗТС  001  6  0060

3.  СТС  001  11.  *  00116

4.  СТС  002  12.  СТС  001

5.  СТС  003  13.  ЗТС  002  6  0024 

6.  ПБЛ  01  14.  *  00216

7.  *  /  00016  15.  ЗТС  77

8.    ЗТС  000  0  0060  16.  НСТ  77

При  выполнении  последовательности  инструкций,  кодирующих  некоторую  релейно-контактную  цепь,  процессор  присваивает  внутренней  бинарной  переменной  R  (результат)  состояние  0,  если  комбинация  состояния  переменных,  определяющих  состояние  контактов  цепи  «запрещает»  протекание  тока  по  ней  и  состояние  1,  если  комбинация  состояний  этой  переменных  «  разрешает»  протекание  тока  по  цепи.

В  заключение  необходимо  отметить,  что  применение  данной  методики  допускает  варьирование  инструкции,  блоков,  модулей  и  сегментов  рабочих  программ  для  других  типов  ПЛК  в  зависимости  от  конкретной  ситуации  управления  конкретным  технологическим  процессом:  технических  характеристик  объекта  управления,  параметров  датчиков  осведомительных  сигналов  и  исполнительных  органов. 

Список  литературы:

1. Дорф  Р.,  Бишоп  Р.  Современные  системы  управления.  М.:  Лаборатория  базовых  знаний.  2005.  —  831  с.
2. Латышев  В.А.  Моделирование  элементов  процессорных  систем  управления  технологическим  оборудованием  //  Технологические  системы  и  техника.  Первая  электронная  международная  научно-техническая  конференция.  сб.  тр.  Тула,  2002.  —  72  с.
3. Петров  И.С.  Программируемые  контроллеры.  М.:  Солон  Пресс,  2012.  —  256с.
4. Современные  компоненты  автоматизации  //Конструктор  машиностроитель.  —  2013.  —  №  3,  —  с.  8—20.