Билет № 12
Выбор контроллерного оборудования. Классификация контроллеров.
Основная задача АС – это выполнение алгоритмов автоматизированного управления технологическим процессом (ввод сигналов измерений, вычисление регулирующего воздействия, вывод сигналов управления исполнительным органом). Для решения этих задач используется программируемый логический контроллер (ПЛК), который включает в себя процессорный модуль и модули ввода-вывода, которые часто называют устройствами связи с объектом (УСО) (рисунок 10). УСО осуществляют, в случае необходимости, нормализацию сигналов (приведение к унифицированному уровню сигналов), преобразование их в цифровой код и ввод/выводные операции.
Модули ввода/вывода базового назначения бывают четырех типов:
модули аналогового и дискретного ввода/вывода.
Модули аналогового ввода(AI, analogue input). Они принимают от датчиков, подключенных к его входам, электрические сигналы унифицированного диапазона, например: 0–20 или 4–20 mA (токовый сигнал); 0–10 V или 0–5 V (потенциальный сигнал); миливольтовый сигнал от термопар (TC) или сигнал от термосопротивлений (RTD) (в случае неунифицированного сигнала для ввода данных необходим специальный модуль – нормализатор). Внутреннее устройство (АЦП) преобразует их в цифровой код.
Модули дискретного ввода(DI, discrete input) принимают от датчиков дискретный электрический сигнал, который может иметь только два значения: или 0 или 24 V (в редких случаях 12, 48 В постоянного тока, 120 В переменного тока). Вход модуля DI также может реагировать назамыкание/размыкание контакта в подключенной к нему цепи. К DI обычно подключают датчики контактного типа, кнопки ручного управления, статусные сигналы от систем сигнализации, приводов, позиционирующих устройств и т. д.
Модули дискретного вывода(DO, discrete output). В зависимости от внутреннего логического состояния выхода («1» или «0») возбуждает на клеммах дискретного выхода или снимает с них напряжение 24 V. Есть вариант, когда модуль, в зависимости от логического состояния выхода, просто замыкает или размыкает внутренний контакт (модуль релейного типа).
Характеристика контроллера
В качестве таких характеристик при выполнении проекта АС предлагается семь обобщенных показателей:
·характеристики процессора;
·характеристики периферийной части ПЛК;
·характеристики каналов ввода/вывода, поддерживаемых контрол-
лерами;
·коммуникационные возможности;
·условия эксплуатации;
·техническая поддержка;
·программное обеспечение.
Характеристики процессора– это тип, разрядность основной процессорной платы и рабочая частота; поддержка математики с плавающей запятой, позволяющая выполнять эффективную обработку данных; наличие битовых операций, число манипуляций для обработки данных, возможности системы прерываний. Чем меньше манипуляций для обработки данных, чем совершеннее система прерываний, тем более предпочтителен такой процессор в АС.
Характеристики периферийной части ПЛК– это наличие и объем различных видов памяти.
Как зарубежные, так и отечественные производители контроллеров комплектуют свои изделия широкой гаммой модулей дискретного и аналогового ввода/вывода. По количеству подключаемых сигналов различают модули на 4, 8, 16, 32 и 64 канала. Такое разнообразие модулей облегчает подбор требуемой конфигурации контроллера, позволяя минимизировать стоимость технических средств.
Коммуникационные возможности контроллеров.
К параметрам контроллеров, характеризующим их способность взаимодействовать с другими устройствами системы управления, относятся:
·количество и разнообразие портов в процессорных модулях;
·широта набора интерфейсных модулей и интерфейсных процессоров;
·поддерживаемые протоколы;
·скорость обмена данными и протяженность каналов связи.
Типы ПЛК
Для классификации огромного разнообразия существующих в настоящее время контроллеров рассмотрим их существенные различия.
Основным показателем ПЛК является число каналов ввода-вывода. По этому признаку ПЛК делятся на следующие группы:
• нано-ПЛК (менее 16 каналов);
• микро-ПЛК (более 16, до 100 каналов);
• средние (более 100, до 500 каналов);
• большие (более 500 каналов).
По расположению модулей ввода-вывода ПЛК бывают:
• моноблочными, в которых устройство ввода-вывода не может быть удалено из контроллера или заменено на другое. Конструктивно контроллер представляет собой единое целое с устройствами ввода-вывода (например, одноплатный контроллер). Моноблочный контроллер может иметь, например, 16 каналов дискретного ввода и 8 каналов релейного вывода;
• модульные, состоящие из общей корзины (шасси), в которой располагаются модуль центрального процессора и сменные модули ввода-вывода. Состав модулей выбирается пользователем в зависимости от решаемой задачи. Типовое число слотов для сменных модулей — от 8 до 32;
• распределенные (с удаленными модулями ввода-вывода), в которых модули ввода-вывода выполнены в отдельных корпусах, соединяются с модулем контроллера по сети (обычно на основе интерфейса RS-485) и могут быть расположены на расстоянии до 1,2 км от процессорного модуля.
Часто перечисленные конструктивные типы контроллеров комбинируются, например моноблочный контроллер может иметь несколько съемных плат; моноблочный и модульный контроллеры могут быть дополнены удаленными модулями ввода-вывода, чтобы увеличить общее количество каналов.
Многие контроллеры имеют набор сменных процессорных плат разной производительности. Это позволяет расширить круг потенциальных пользователей системы без изменения ее конструктива.
По конструктивному исполнению и способу крепления контроллеры делятся на:
• панельные (для монтажа на панель или дверцу шкафа);
• для монтажа на DIN-рейку внутри шкафа;
• для крепления на стене;
• стоечные — для монтажа в стойке;
• бескорпусные (обычно одноплатные) для применения в специализированных конструктивах производителей оборудования (OEM — Original Equipment Manufacturer).
По области применения контроллеры делятся на следующие типы:
• универсальные общепромышленные;
• для управления роботами;
• для управления позиционированием и перемещением;
• коммуникационные;
• ПИД-контроллеры;
• специализированные.
По способу программирования контроллеры бывают:
• программируемые с лицевой панели контроллера;
• программируемые переносным программатором;
Контроллеры для систем автоматизации
• программируемые с помощью дисплея, мыши и клавиатуры;
• программируемые с помощью персонального компьютера.
Контроллеры могут программироваться на языке МЭК 61131-3, используются также языки С, С#, Visual Basic.
Контроллеры могут содержать в своем составе модули ввода-вывода или не содержать их. Примерами контроллеров без модулей ввода-вывода являются коммуникационные контроллеры, которые выполняют функцию межсетевого шлюза, или контроллеры, получающие данные от контроллеров нижнего уровня иерархии АСУ ТП.
Билет 2
Математическое обеспечение. Классификация математических моделей. Модели объемного планирования.
Билет 23
Типы переменных, адресация. Счетчики.
CPU S7–200 хранит информацию в различных ячейках памяти, имеющих уникальные адреса. Адрес может быть указан явно, что позволит программе иметь прямой доступ к информации.
Использование адреса памяти для доступа к данным
Для обращения к биту в области памяти указывается адрес, включающий в себя идентификатор области памяти, адрес байта и номер бита
Используя байтовый формат адреса, можно обращаться к данным в различных областях памяти CPU
Для доступа к байту, слову или двойному слову в памяти CPU следует указать адрес таким же способом, как и при указании адреса бита. Он включает идентификатор области, обозначение
размера данных и начальный байтовый адрес байта, слова или двойного слова. Доступ к данным в других областях памяти CPU (таким, как T, C, HC и аккумуляторы) производится с помощью
формата адреса, включающего идентификатор области и номер элемента.
Счетчики
В CPU S7–200 счетчики – это элементы, которые считают каждый нарастающий фронт на входе (входах) счетчика. CPU предоставляет три типа счетчиков: один считает только вперед, один –
только назад и один – как вперед, так и назад. Со счетчиком связаны две переменные величины:
текущее значение (16-битовое целое число со знаком хранит накопленное счетчиком значение);
бит счетчика (этот бит устанавливается или сбрасывается как результат сравнения текущего и предустановленного значения).
Обращение к обеим переменным производится с помощью адреса счетчика (C + номер счетчика). К какому из этих элементов, биту счетчика или текущему значению, производится обращение, зависит от используемой команды: команды с битовым операндом обращаются к биту счетчика, тогда как команды, имеющие в качестве операнда слово, обращаются к текущему значению.
Команда Прямой счет увеличивает значение счетчика вплоть до максимального значения при появлении нарастающих фронтов сигнала на входе CU (Count Up = Прямой счет). Когда текущее значение
(Сххх) больше или равно предустановленному значению (PV), бит счетчика (Cxxx) устанавливается. Счетчик сбрасывается, когда включается вход сброса R. Он прекращает счет при достижении PV.
Команда Реверсивныйсчет увеличивает значение счетчика при появлении нарастающих фронтов сигнала на входе CU).Она уменьшает значение счетчика при появлении нарастающих фронтов сигнала на входе CD (Count Down = Обратный счет). Когда текущее значение (Сххх) больше или равно предустановленному значению (PV), бит счетчика (Cxxx) устанавливается. Счетчик сбрасывается, когда включается вход сброса R.
Команда Обратный счетуменьшает значение счетчика от предустановленного значения при появлении нарастающих фронтов сигнала на входе CD. Когда текущее значение равно нулю, бит счетчика (Cxxx) включается. Счетчик сбрасывает свой бит (Cxxx) и загружает текущее значение предустановленным значением (PV), когда включается вход загрузки (LD). Обратный счет прекращается при достижении нуля.
Область счетчиков: Cxxx = C0–C255