Инструментальные средства моделирования и проектирования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Старооскольский технологический институт им. А.А. УГАРОВА (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» Кафедра АИСУ Д.А. Полещенко ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ Опорный конспект лекций для студентов специальности 220700 – "Автоматизация технологических процессов и производств" (все формы обучения) Одобрено редакционно-издательским советом института Старый Оскол 2012 г. УДК 004.415.2 ББК 32.973 Рецензент: ведущий инженер группы КИПиА ООО «Городской институт проектирования металлургических заводов», к.т.н. Митин А.С. Полещенко Д.А., Инструментальные средства моделирования и проектирования. Конспект лекций. Старый Оскол, СТИ НИТУ «МИСиС», 2012. – 230 с. Конспект лекций по курсу «Инструментальные средства моделирования и проектирования» для студентов специальности 220700 – «Автоматизация технологических процессов и производств» для всех форм обучения. © Полещенко Д.А. © СТИ НИТУ «МИСиС» СОДЕРЖАНИЕ 1. Лекция №1…………………………………………………..……..4 2. Лекция №2………………………………………………………....9 3. Лекция №3…………………………………………………..……13 4. Лекция №4………………………………………………………..18 5. Лекция №5………………………………………………………..30 6. Лекция №6………………………………………………………..87 7. Лекция №7………………………………………………………112 8. Лекция №8………………………………………………..……..218 9. Список литературы…………………………………………....229 ЛЕКЦИЯ №1 ВВЕДЕНИЕ В КУРС. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ПРОСТЕЙШИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ, РАБОТА С МАССИВАМИ В ПАКЕТЕ MATLAB 2010 Компьютерная алгебра— новое научное направление в инфор­матике. Его появление тесно связано с созданием универсальных математических программных средств символьной математики, таких как Mathematica, Mathcad, Maple, МАТLАВ и др. Каждая из этих систем является уникальной. В ней имеется свой язык общения, наборы математических функций, алгоритмы и методы решения математических задач. Уникальность системы МАТLАВ определяется следующими ее особенностями: * система ориентирована на матричные операции; * наличие большого числа библиотечных функций, делающих ее одновременно специализированной математической систе­мой, предназначенной для решения ряда научных и инженер­ных задач (анализ и синтез систем управления, теория нечет­ких множеств, планирование эксперимента и многих других задач); * возможность диалога с другими математическими системами (Мар1е, Maple, МS Ехcel) расширяет возможности МАТLАВ, ликвидирует один из ее недостатков — слабую, по сравнению с другими системами, символьную математику. В результате этих особенностей МАТLАВ—- одна из наиболее мощных математических систем, пользующаяся большой попу­лярностью пользователей. Фильм 15 минут. Запуск MATLAB, командное окно, рабочая область, история команд. Главное меню системы Посредством меню выполняются наиболее общие действия сис­темы МАТLАВ. Меню имеет стандартный вид и организацию, присущие многим программным продуктам. Умение работать с меню может существенно облегчить диалог пользователя с ком­пьютером. В этом разделе мы рассмотрим более подробно только те пункты меню, которые необходимы для решения поставлен­ных задач. При этом нужно иметь в виду, что глубоко изучить и активно использовать меню можно только в процессе решения задач. Главное меню МАТLАВ содержит следующие шесть пунктов: * File (Файл) — работа с файлами; * Edit (Правка) — редактирование; * View (Вид) — управление окнами; * Web — связь с фирмой-разработчиком через Интернет; * Window (Окно) — связь с окнами системы; * Help (Справка) — связь со справочной системой МАТLАВ. Рассмотрим главное меню системы, его команды и операции. Меню File Меню содержит большое число команд. Будем их называть в дальнейшем пунктами главного меню системы. Пункт New (Создать) предоставляет возможность создать новый объект, а именно: * М-File (М-файл) — файл с расширением т, в который запи­сываются программы; * Figure (Фигура) — специальное окно для вывода графической информации. При решении математических задач обычно ис­пользуются функции, которые создают такие окна автомати­чески, поэтому данный пункт меню при визуализации вычис­лений используется редко; * Model (Модель) — модель Simulink; * GUI — графический интерфейс пользователя, используется для создания собственных приложений. Пункт Ореn (Открыть) позволяет выполнить открытие сущест­вующего объекта посредством стандартного диалогового окна. Пункт Import Data (Импортировать данные) производит импорт в среду МАТLАВ разнородных данных (анимационные ролики, звуковые файлы, числовые данные в различных форматах и т. д.). Пункт Save Workspace As (Сохранить рабочую область как) выполняет сохранение рабочей области. При выходе из программы рабочая область автома­тически уничтожается вместе со всеми переменными. Чтобы это­го не происходило, необходимо сохранить рабочую область на диске в виде файла с расширением mat. Проще всего это сделать посредством пункта меню Save Workspace As (Сохранить рабо­чую область как), можно также использовать команду save имя- файла.mat В дальнейшем сохраненная рабочая область загружается либо с помощью пункта меню Import Data (Импор­тировать данные), либо командой load имя-файла. Пункт Set Path (Задать путь) организовывает работу с путями доступа. При обращении к конкретному файлу (например, к функции) система МАТLАВ не требует указания пути. Это про­исходит потому, что МАТLАВ использует специальный список папок с путями доступа к ним. Когда вводится имя файла (с целью его поиска), система автоматически просматривает все известные ей папки, имеющиеся в списке. При инсталляции МАТLАВ список путей доступа строится автоматически. Для со­хранения файлов во вновь созданной папке необходимо внести имя папки и путь доступа в общий список с помощью пункта ме­ню Set Path (Задать путь). При вызове данного пункта появляется диалоговое окно с элементами управления (кнопками и списком). Наиболее актуальными являются кнопки Add Folder (Добавить папку), Add With Subfolder (Добавить вместе с вложенными папками). Нажав одну из кнопок, можно указать путь к желаемой папке, после чего она будет добавлена к списку путей доступа. Кнопка Save сохраняет сделанные изменения.. Следующие три пункта меню: Page Setup (Параметры страницы), Paint (Печать) и Print Selection (Печать выделенной области) служат для вывода информации на принтер, являются стандарт­ными для многих пакетов и объяснений не требуют. Меню File (Файл) имеет список последних открывавшихся фай­лов. Он содержит имена файлов с путями доступа и позволяет загрузить эти файлы двойным щелчком мыши. Пункт Exit МАТLАВ (Выход) позволяет завершить работу с про­граммой. Меню Edit Первые 7 пунктов полностью соответствуют своему стандартному предназначению и в комментариях не нуждаются. Первые пять из перечисленных пунктов меню продублированы кнопками на па­нели инструментов. Пункт Paste Special (Специальная вставка) используется для об­мена с внешними программами (например, МS Ехсе1), числовыми данными посредством буфера обмена. Пункт Clear Command Window (Очистить окно команд) очища­ет командное окно. Пункт Clear Command History (Очистить историю команд) очищает окно предыстории. Пункт Clear Workspace (Очистить рабочую область) очищает рабочую область от хранящихся в ней переменных. Символы и операторы языка Операторы языка — это символы операций над данными, назы­ваемыми операндами. В МАТLАВ применяются все общеприня­тые операнды. Однако некоторые из них имеют ряд особенно­стей. Следует всегда иметь в виду, что большинство операторов языка МАТLАВ относится к матричным операциям. Например, операторы * и / вычисляют произведение и частное от деления двух массивов векторов и матриц. Если же необходимо вычис­лить почленное умножение или деление массивов, то следует применять операторы . * и ./.В МАТLАВ также используется оператор деления справа налево (\ или . \). Подробно эти и другие, часто используемые операторы языка с большим числом примеров, рассмотрены далее. Полный список операторов можно получить по команде help орs. Специальные символы Специальными являются следующие символы языка МАТLАВ: ( ) — круглые скобки; [ ] —квадратные скобки; { } — фигурные скобки; — десятичная точка; ; — точка с запятой; : — двоеточие; , — разделитель (запятая); .. — родительский каталог; …— продолжение строки; % — комментарий; ! — вызов команды операционной системы; = — присвоение; ' — кавычка. Рассмотрим назначение специальных символов: * Оператор круглые скобки ( ) используется для задания аргу­ментов функции, порядка выполнения операций в математи­ческих выражениях, указания индексов элементов вектора или матрицы. * Оператор (;) Применяется в конце операторов для по­давления вывода информации на экран, а также внутри круг­лых скобок для отделения строк матрицы. * Запятая (,) используется для разделения элементов вектора и матрицы. * Знак процента (%) воспринимается программой как начало комментария. * Символ равенства (=) является знаком присваивания имени математическому выражению: х=[1 234 5], х=соs(а), х=2.5. * Одиночная кавычка (') применяется для указания того, что выражение содержит символьные перемен­ные. * Знак восклицания (!) указывает, что за ним следует команда операционной системы. * Знак из двух точек (..) определяет, что осуществляется пере­ход на один уровень вверх по дереву каталогов (родительский каталог). * Знак три точки (и более) (...) — продолжение строки. Его ис­пользуют при переносе текста на другую строку. ЛЕКЦИЯ №3 РАБОТА С МАССИВАМИ В ПАКЕТЕ MATLAB 2010 Для работы со множеством данных оказывается удобным использовать массивы. Например, можно создать массив для хранения числовых или символьных данных. В этом случае вместо создания переменной для хранения каждого дан­ного достаточно создать один массив, где каждому элементу будет присвоен порядковый номер. Таким образом, массив - множественный тип данных, со­стоящий из фиксированного числа элементов. Как и любой другой перемен­ной, массиву должно быть присвоено имя. Переменную, представляющую собой просто список данных, называют одномерным массивом или вектором. Для доступа к данным, хранящимся в опреде­ленном элементе массива, необходимо указать имя массива и порядковый но­мер этого элемента, называемый индексом. Если возникает необходимость хранения данных в виде таблиц, в формате строк и столбцов, то необходимо использовать двумерные массивы (матрицы). Для доступа к данным, хранящимся в таком массиве, необходимо указать имя массива и два индекса: первый должен соответствовать номеру строки, а второй номеру столбца, в которых хранится необходимый элемент. Значение нижней границы индексации в МАТLАВ равно единице. Индексы могут быть только целыми положительными числами или нулем. Формирование матриц. Для формирования простейшей матрицы/вектора можно применять следующие команды: A = [1,2,3,4,7,6,7,8,9] A = 1 2 3 4 7 6 7 8 9 Или B = 0:11 B = 0 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 Можно объединить эти векторы C=[A, B] C = 1 2 3 4 7 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 При помощи индексов можно из имеющегося вектора сформировать новый: D=C([1 5 10 13 15]) D = 1 7 0 3 5 Индексы могут идти в беспорядке и повторяться D1=D([1 1 3 1 4]) D1 = 1 1 0 1 3 Вместо чисел могут быть любые допустимые функции E=[D([1 2 3 4]), sin(D([1 5]))] E = 1.0000 7.0000 0 3.0000 0.8415 -0.9589 Векторы могут объединять любые типы чисел: – действительные, – комплексные, – символьные, – данные типа unit8. F=[i pi 5 2e-2] F = 0 + 1.0000i 3.1416 5.0000 0.0200 F1=['a' 'b' 'c'] F1 =abc Над векторами можно производить любые предусмотренные для обычных чисел действия и функциональные преобразования: -, +, *, .*, /, ./ , ^, .^, <, >, <=, >=, ', ==, ~= . Например: A1=A+5 A1 = 6 7 8 9 12 11 12 13 14 Векторы могут быть аргументами всех функций. abs(x), exp(x), sin(x), ......, log(x), log2(x), log10(x), sqrt(x), asin(x),..... sinh(x), ... round(x), sign(x), angl(z), real(z), imag(z), conj(z). А так же функций Эйри, Бесселя, Бета—функции, эллиптических, функции ошибки, интегральной показательной, Гамма—функции, ортогональных полиномов Лежандра. Для матриц (двухмерные и многомерные наборы чисел) можно применять следующие команды: AA=[1 2 3; 4 5 6; 7 8 9] AA = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Здесь вместо чисел могут быть векторы, матрицы, выражения и функции. К матрицам применимы все функции и арифметические действия, которые применимы к векторам. Например: BB=AA' BB = 1 4 7 2 5 8 3 6 9 Трёхмерная матрица образуется при помощи команды cat(3,AA,BB) ans(:,:,1) = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ans(:,:,2) = 1 4 7 2 5 8 3 6 9 sum(AA) ans = 12 15 18 prod(AA) ans = 28 80 162 sort(x), sort(x,dim), max(x), min(x), mean(x), median(x), std(x) (стандартное отклонение) diff(x), gradient(x), del2(x) -- пятиточечная аппроксимация лапласиана. Тестовые матрицы: Магический квадрат magic(5) ans = 17 24 1 8 15 23 5 7 14 16 4 6 13 20 22 10 12 19 21 3 11 18 25 2 9 sum(ans) ans = 65 65 65 65 65 zeros(n), zeros(m,n), ones(n), ones(m,n), eye(n), rand(n,m), randn(m,n), Функции от матрицы expm(magic(4)) ans = 1.0e+014 * 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 1.4587 Приведённый выше материал выполнены в виде М-книги. Это значит, что каждая команда MATLAB может быть выполнена прямо в файле Word. Результат появится сразу за этой командой. Команды могут быть произвольно изменены, и они будут выполняться в изменённом виде. ЛЕКЦИЯ №3 ВЫСОКОУРОВНЕВАЯ ГРАФИКА В ПАКЕТЕ MATLAB 2010 Построение графиков функции одной переменной МАТLАВ обладает хорошо развитыми графическими возможностями для визуализации данных. В настоящем разделе описано построение простейшего графика функции одной перемен­ной на примере функции y(x) = e-xsin10x, определенной на отрезке [0, 1]. Вывод отображения функции в виде графика состоит из следующих этапов: 1. Задание вектора значений аргумента х. Вычисление вектора у значений функции у(х). Вызов команды plot для построения графика. Команды для задания вектора х и вычисления функции лучше завершать точкой с запятой для подавления вывода в командное окно их значений (после команды рlot точку с запятой ставить не нужно, т. к. она ничего не выводит в командное окно). Не забудьте использовать поэлементное умно­жение (.*) >> х = 0:0.05:1; >> у = ехр(-х).*sin(10*х); >> рlot(х, у) После выполнения команд на экране появляется окно с графиком функции. Окно содержит меню, панель инстру­ментов и область графика. Далее будут описаны команды, предназначенные для оформления графика. Сейчас нас будет интересовать сам принцип построения графиков и некоторые про­стейшие возможности визуализации функций. Для построения графика функции в рабочей среде МАТLАВ должны быть определены два вектора одинаковой размерности, например х и у. Вектор х содержит значения аргументов, а у — значения функции от этих аргумен­тов. Команда рlot соединяет точки с координатами (х(1), у(1)) прямыми линиями, автоматически масштабируя оси для оптимального расположения графика в окне. При построении графиков удобно расположить на экране командное окно МАТLАВ и окно с графиком так, чтобы они не перекрыва­лись. Например, используя кнопку Dock Figure (справа в строке меню окна), можно встроить графическое окно в рабочую среду. Для получения отдельного графического окна следует нажать на кнопку Undock Figure. Построенный график не должен содержать изломов, т. к. сама функция гладкая. Для более точного построения графика можно вычислить функцию в большем числе точек на отрезке [0,1]. Однако, если график построен по ограниченному числу экспериментальных точек, единственный способ сгладить его – это провести его аппроксимацию. Встроенный в MATLAB графический редактор позволяет сделать это очень удобным способом. Для этого в окне с графиком в меню Tools следует выбрать пункт Basic Fitting и появится окно Basic Fitting (см. рисунок). В окне Check on display fits on figure выбрать желаемую аппроксимацию. На рисунке это многочлен 7 степени (слагаемые от х0 до х7 степени с коэффициентами р1 до р8). Сохранить эти коэффициенты можно в рабочем пространстве. Для этого надо нажать клавишу Save to Workspace…, появится окно, показанное в низу рисунка. В нём надо выбрать только верхнюю кнопку и дать название переменной, в которой хотим сохранить коэффициенты (на рисунка это fit). Для использования этого аппроксимирующего полинома может быть использована программа, которая записана с необходимыми комментариями: p1 =fit.coeff(1); %Из структуры fit извлекаются коэф- p2 =fit.coeff(2); %фициенты ролинома р1 ± р8. p3 =fit.coeff(3); p4 =fit.coeff(4); p5 =fit.coeff(5); p6 =fit.coeff(6); p7 =fit.coeff(7); p8 =fit.coeff(8); x=0:0.001:1; %Подробная сетка по оси х PP =p1*x.^7 +p2*x.^6+p3*x.^5+p4*x.^4+p5*x.^3+p6*x.^2+… p7*x +p8; % Запись полинома на строчке с продолжением plot(x,PP) % Печать аппроксимирующего полинома. Для изображения двух функций на одном графике сгенерируйте вектор-строку значений аргумента х и вектор-строки f и g, содержащие значения функций. Команда рlot с двумя парами аргументов приводит искомому графику, x = рi:0.01:2*рi; f = ехр(-0.1*х).*sin(х).^2; g = ехр(-0.2*х).*sin(х).^2; plot(x, f, x, g) Функции необязательно должны быть определены на одном и том же отрез­ке. В этом случае при построении графиков МАТLАВ выбирает макси­мальный отрезок, содержащий остальные. Важно только в каждой паре век­торов абсцисс и ординат указать соответствующие друг другу векторы. Аналогичным образом при помощи задания в рlot через запятую пар аргу­ментов: вектор абсцисс, вектор ординат, осуществляется построение графи­ков произвольного числа функций. Использование plot с одним аргументом — вектором приводит к по­строению "графика вектора", т. е. зависимости значений элементов векто­ра от их номеров. Аргументом функции в рlot может быть и матрица, в этом случае на одни координатные оси выводятся графики столбцов. Иногда требуется сравнить поведение двух функций, значения которых сильно отличаются друг от друга. График функции с небольшими значе­ниями практически сливается с осью абсцисс, и установить его вид не удает­ся. В этой ситуации помогает функция рlotуу, которая выводит графики в окно с двумя вертикальными осями, имеющими подходящий масштаб. Графики в логарифмических масштабах Для построения графиков в логарифмическом и полулогарифмическом масштабах служат функции: * loglog (логарифмический масштаб по обеим осям); * semilogx (логарифмический масштаб только по оси абсцисс); * semilogу (логарифмический масштаб только по оси ординат). Аргументы loglog, semilogх и semilogу задаются в виде пары векторов значений абсцисс и ординат так же, как для функции рlot, описанной ранее. Изменение свойств линий Построенные графики функций должны быть максимально удобными для восприятия. Часто требуется нанести маркеры, изменить цвет линий, а при подготовке к монохромной печати— задать тип линии (сплошная, пунк­тирная, штрихпунктирная и т. д.). МАТLАВ предоставляет возможность, для чего служит дополнительный аргумент, помещае­мый за каждой парой векторов. Этот аргумент заключается в апострофы и состоит из трех символов, которые определяют: цвет, тип маркера и тип ли­нии. Используются одна, две или три позиции, в зависимости от требуемых, последовательность символов произвольная. Цвет линии Тип точки Тип линии y желтый . точка - сплошная m фиолетовый o окружность : двойной пунктир c голубой x крест -. штрих-пунктир r красный + плюс -- штриховая g зелёный * звёздочка b синий s квадрат w белый d ромб k чёрный v треугольник < > ^ p пятиугольник h шестиугольник Кроме команды plot для визуализации используются ещё следующие команды: bar(...) barh(...) errorbar(...) hist(...) Создание трёхмерного изображения рассмотрим на следующем примере: 1. С помощь команды meshgrid создадим сетку с пределами по X -1 ÷ +1 и с пределами по Y 0 ÷ +1 [X,Y]=meshgrid(-1:0.01:1, 0:0.01:1);Z 2. Создадим функцию двух переменных Z=X.^2 +Y.^3; 3. Нарисуем каркасную поверхность с помощь функции surf surf(X,Y,Z) Сделаем невидимым каркас командой: shading interp 5. С помощью команды создадим цветовую шкалу: colorbar С помощью команды colormap(….) применим другую цветовую шкалу, например: colormap(gray) Для создания трёхмерных изображений применяются так же команды plot3(...) mesh(...) , meshz(...), surf(...) surfl(...) ЛЕКЦИЯ №4 ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ. SCADA СИСТЕМЫ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ВИЗУАЛИЗАЦИИ. Современная АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются по мере эволюции технических средств и программного обеспечения. АСУ ТП и диспетчерское управление ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ УРОВНЯ АСУТП Непрерывную во времени картину развития АСУТП можно разделить на три этапа, обусловленные появлением качественно новых научных идей и технических средств. В ходе истории меняется характер объектов и методов управления, средств автоматизации и других компонентов, составляющих содержание современной системы управления. • Первый этап отражает внедрение систем автоматического регулирования (САР). Объектами управления на этом этапе являются отдельные параметры, установки, агрегаты; решение задач стабилизации, программного управления, слежения переходит от человека к САР. У человека появляются функции расчета задания и параметры настройки регуляторов. • Второй этап - автоматизация технологических процессов. Объектом управления становится рассредоточенная в пространстве система; с помощью систем автоматического управления (САУ) реализуются все более сложные законы управления, решаются задачи оптимального и адаптивного управления, проводится идентификация объекта и состояний системы. Характерной особенностью этого этапа является внедрение систем телемеханики в управление технологическими процессами. Человек все больше отдаляется от объекта управления, между объектом и диспетчером выстраивается целый ряд измерительных систем, исполнительных механизмов, средств телемеханики, мнемосхем и других средств отображения информации (СОИ). • Третий этап - автоматизированные системы управления технологическими процессами - характеризуется внедрением в управление технологическими процессами вычислительной техники. Вначале - применение микропроцессоров, использование на отдельных фазах управления вычислительных систем; затем активное развитие человеко-машинных систем управления, инженерной психологии, методов и моделей исследования операций и, наконец, диспетчерское управление на основе использования автоматических информационных систем сбора данных и современных вычислительных комплексов. От этапа к этапу менялись и функции человека (оператора/диспетчера), призванного обеспечить регламентное функционирование технологического процесса. Расширяется круг задач, решаемых на уровне управления; ограниченный прямой необходимостью управления технологическим процессом набор задач пополняется качественно новыми задачами, ранее имеющими вспомогательный характер или относящиеся к другому уровню управления. Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов. Основой, необходимым условием эффективной реализации диспетчерского управления, имеющего ярко выраженный динамический характер, становится работа с информацией, т. е. процессы сбора, передачи, обработки, отображения, представления информации. От диспетчера уже требуется не только профессиональное знание технологического процесса, основ управления им, но и опыт работы в информационных системах, умение принимать решение (в диалоге с ЭВМ) в нештатных и аварийных ситуациях и многое другое. Диспетчер становится главным действующим лицом в управлении технологическим процессом. Говоря о диспетчерском управлении, нельзя не затронуть проблему технологического риска. Технологические процессы в энергетике, нефтегазовой и ряде других отраслей промышленности являются потенциально опасными и при возникновении аварий приводят к человеческим жертвам, а также к значительному материальному и экологическому ущербу. Статистика говорит, что за тридцать лет число учтенных аварий удваивается примерно каждые десять лет. В основе любой аварии за исключением стихийных бедствий лежит ошибка человека. В результате анализа большинства аварий и происшествий на всех видах транспорта, в промышленности и энергетике были получены интересные данные. В 60 - х годах ошибка человека была первоначальной причиной аварий лишь в 20% случаев, тогда как к концу 80-х доля "человеческого фактора" стала приближаться к 80 %. Одна из причин этой тенденции - старый традиционный подход к построению сложных систем управления, т. е. ориентация на применение новейших технических и технологических достижений и недооценка необходимости построения эффективного человеко - машинного интерфейса, ориентированного на человека (диспетчера). Таким образом, требование повышения надежности систем диспетчерского управления является одной из предпосылок появления нового подхода при разработке таких систем: ориентация на оператора/диспетчера и его задачи. КОНЦЕПЦИЯ SCADA Концепция SCАDA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации. Дружественность человеко-машинного интерфейса (HMI/MMI), предоставляемого SCADA - системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации, доступность "рычагов" управления, удобство пользования подсказками и справочной системой и т. д. - повышает эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводит к нулю его критические ошибки при управлении. Следует отметить, что концепция SCADA, основу которой составляет автоматизированная разработка систем управления, позволяет решить еще ряд задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сократить сроки разработки проектов по автоматизации и прямые финансовые затраты на их разработку. В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами). Управление технологическими процессами на основе систем SCADA стало осуществляться в передовых западных странах в 80-е годы. Область применения охватывает сложные объекты электро- и водоснабжения, химические, нефтехимические и нефтеперерабатывающие производства, железнодорожный транспорт, транспорт нефти и газа и др. В России диспетчерское управление технологическими процессами опиралось, главным образом, на опыт оперативно-диспетчерского персонала. Поэтому переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться несколько позднее. К трудностям освоения в России новой информационной технологии, какой являются SCADA-системы, относится как отсутствие эксплуатационного опыта, так и недостаток информации о различных SCADA-системах. В мире насчитывается не один десяток компаний, активно занимающихся разработкой и внедрением SCADA-систем. Каждая SCADA-система - это "know-how" компании и поэтому данные о той или иной системе не столь обширны. Большое значение при внедрении современных систем диспетчерского управления имеет решение следующих задач: • выбора SCADA-системы (исходя из требований и особенностей технологического процесса); • кадрового сопровождения. Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу, аналогичную принятию решений в условиях многокритериальности, усложненную невозможностью количественной оценки ряда критериев из-за недостатка информации. Подготовка специалистов по разработке и эксплуатации систем управления на базе программного обеспечения SCADA осуществляется на специализированных курсах различных фирм, курсах повышения квалификации. В настоящее время в учебные планы ряда технических университетов начали вводиться дисциплины, связанные с изучением SCADA-систем. Однако специальная литература по SCADA-системам отсутствует; имеются лишь отдельные статьи и рекламные проспекты. КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ Многие проекты автоматизированных систем контроля и управления (СКУ) для большого спектра областей применения позволяют выделить обобщенную схему их реализации, представленную на рис.5.1. Рис.5.1. «Обобщенную схема реализации проектов автоматизированных систем контроля и управления» Как правило, это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно - аппаратной платформой. • Нижний уровень - уровень объекта (контроллерный) - включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC - Programming Logical Controoller), которые могут выполнять следующие функции: ◦ сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса; ◦ управление электроприводами и другими исполнительными механизмами; ◦ решение задач автоматического логического управления и др. Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности каналов связи. В качестве локальных PLC в системах контроля и управления различными технологическими процессами в настоящее время применяются контроллеры как отечественных производителей, так и зарубежных. На рынке представлены многие десятки и даже сотни типов контроллеров, способных обрабатывать от нескольких переменных до нескольких сот переменных. К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на исполнительные устройства, датчики и т.д. Программируемые логические контроллеры должны гарантированно откликаться на внешние события, поступающие от объекта, за время, определенное для каждого события. Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с операционными системами реального времени (ОСРВ). Контроллеры под управлением ОСРВ функционируют в режиме жесткого реального времени. Разработка, отладка и исполнение программ управления локальными контроллерами осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения, широко представленного на рынке. К этому классу инструментального ПО относятся пакеты типа ISaGRAF (CJ International France), InConrol (Wonderware, USA), Paradym 31 (Intellution, USA), имеющие открытую архитектуру. • Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня (см. рис.). В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) реализуют различные функции. Некоторые из них перечислены ниже: ◦ сбор данных с локальных контроллеров; ◦ обработка данных, включая масштабирование; ◦ поддержание единого времени в системе; ◦ синхронизация работы подсистем; ◦ организация архивов по выбранным параметрам; ◦ обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем; ◦ работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем; ◦ резервирование каналов передачи данных и др. • Верхний уровень - диспетчерский пункт (ДП) - включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т. д. Часто в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций. Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи и призваны решать SCADA - системы. SCADА - это специализированное программное обеспечение, ориентированное на обеспечение интерфейса между диспетчером и системой управления, а также коммуникацию с внешним миром. Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах управления и реализован практически во всех пакетах: ◦ автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования; ◦ средства исполнения прикладных программ; ◦ сбор первичной информации от устройств нижнего уровня; ◦ обработка первичной информации; ◦ регистрация алармов и исторических данных; ◦ хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных); ◦ визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.; ◦ возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как "единое целое" ("recipe" или "установки"). Рассматривая обобщенную структуру систем управления, следует ввести и еще одно понятие - Micro-SCADA. Micro-SCADA - это системы, реализующие стандартные (базовые) функции, присущие SCADA - системам верхнего уровня, но ориентированные на решение задач автоматизации в определенной отрасли (узкоспециализированные). В противоположность им SCADA - системы верхнего уровня являются универсальными. ПУТИ И ИНСТРУМЕНТАРИЙ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРИКЛАДНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ Приступая к разработке специализированного прикладного программного обеспечения (ППО) для создания системы контроля и управления, системный интегратор или конечный пользователь обычно выбирает один из следующих путей: • Программирование с использованием "традиционных" средств (традиционные языки программирования, стандартные средства отладки и пр.) • Использование существующих, готовых - COTS (Commercial Of The Shelf) - инструментальных проблемно-ориентированных средств. Для большинства выбор уже очевиден. Процесс разработки ППО важно упростить, сократить временные и прямые финансовые затраты на разработку ППО, минимизировать затраты труда высококлассных программистов, по возможности привлекая к разработке специалистов-технологов в области автоматизируемых процессов. При такой постановке задачи второй путь может оказаться более предпочтительным. Для сложных распределенных систем процесс разработки собственного ППО с использованием "традиционных" средств может стать недопустимо длительным, а затраты на его разработку неоправданно высокими. Вариант с непосредственным программированием относительно привлекателен лишь для простых систем или небольших фрагментов большой системы, для которых нет стандартных решений (не написан, например, подходящий драйвер) или они не устраивают по тем или иным причинам в принципе. Итак, выбор пути сделан! Это очень важно, но тогда следует сделать и второй шаг - "определиться" с инструментальными средствами разработки ППО. Программные продукты класса SCADA широко представлены на мировом рынке. Это несколько десятков SCADA - систем, многие из которых нашли свое применение и в России. Наиболее популярные из них приведены ниже: Таблица 6.1. SCADA Фирма-изготовитель Страна Factory Link United States DATA Co. США InTouch Wonderware США Genesis Iconics США Citect CI Technology Австралия WinCC Siemens Германия RealFlex BJ Software Systems США Sitex Jade Software Англия FIX Intellution США TraceMode AdAstra Россия САРГОН НВТ-Автоматика Россия Simplicity GE Fanuc Automation США RSView Rockwell Software Inc. США КРИТЕРИИ ВЫБОРА SCADA-СИСТЕМ При таком многообразии SCADA - продуктов на российском рынке естественно возникает вопрос о выборе. Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу, аналогичную поиску оптимального решения в условиях многокритериальности. Ниже приводится примерный перечень критериев оценки SCADA - систем, которые в первую очередь должны интересовать пользователя. Этот перечень не является авторским и давно уже обсуждается в специальной периодической прессе. В нем можно выделить три большие группы показателей: • технические характеристики; • стоимостные характеристики; • эксплуатационные характеристики. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ SCADA-СИСТЕМ Программно-аппаратные платформы для SCADA-систем. Анализ перечня таких платформ необходим, поскольку от него зависит ответ на вопрос, возможна ли реализация той или иной SCADA-системы на имеющихся вычислительных средствах, а также оценка стоимости эксплуатации системы (будучи разработанной в одной операционной среде, прикладная программа может быть выполнена в любой другой, которую поддерживает выбранный SCADA-пакет). В различных SCADA-системах этот вопрос решен по разному. Так, FactoryLink имеет весьма широкий список поддерживаемых программно-аппаратных платформ: Операционная система Компьютерная платформа DOS/MS Windows IBM PC OS/2 IBM PC SCO UNIX IBM PC VMS VAX AIX RS6000 HP-UX HP 9000 MS Windows/NT Системы с реализованным Windows/NT, в основном на РС-платформе. В то же время в таких SCADA-системах, как RealFlex и Sitex основу программной платформы принципиально составляет единственная операционная система реального времени QNX. Подавляющее большинство SCADA-систем реализовано на MS Windows платформах. Именно такие системы предлагают наиболее полные и легко наращиваемые MMI - средства. Учитывая позиции Microsoft на рынке операционных систем (ОС), следует отметить, что даже разработчики многоплатформных SCADA-систем, такие как United States DATA Co (разработчик FactoryLink), приоритетным считают дальнейшее развитие своих SCADA-систем на платформе Windows NT. Некоторые фирмы, до сих пор поддерживавшие SCADA-системы на базе операционных систем реального времени (ОСРВ), начали менять ориентацию, выбирая системы на платформе Windows NT. Все более очевидным становится применение ОСРВ, в основном, во встраиваемых системах, где они действительно хороши. Таким образом, основным полем, где сегодня разворачиваются главные события глобального рынка SCADA--систем, стала MS Windows NT/2000 на фоне всё ускоряющегося сворачивания активности в области MS DOS, MS Windows 3.xx/95. Имеющиеся средства сетевой поддержки. Одной из основных черт современного мира систем автоматизации является их высокая степень интеграции. В любой из них могут быть задействованы объекты управления, исполнительные механизмы, аппаратура, регистрирующая и обрабатывающая информацию, рабочие места операторов, серверы баз данных и т.д. Очевидно, что для эффективного функционирования в этой разнородной среде SCADA-система должна обеспечивать высокий уровень сетевого сервиса. Желательно, чтобы она поддерживала работу в стандартных сетевых средах (ARCNET, ETHERNET и т.д.) с использованием стандартных протоколов (NETBIOS, TCP/IP и др.), а также обеспечивала поддержку наиболее популярных сетевых стандартов из класса промышленных интерфейсов (PROFIBUS, CANBUS, LON, MODBUS и т.д.) Этим требованиям в той или иной степени удовлетворяют практически все рассматриваемые SCADA-системы, с тем только различием, что набор поддерживаемых сетевых интерфейсов, конечно же, разный. Встроенные командные языки. Большинство SCADA-систем имеют встроенные языки высокого уровня, VBasic-подобные языки, позволяющие генерировать адекватную реакцию на события, связанные с изменением значения переменной, с выполнением некоторого логического условия, с нажатием комбинации клавиш, а также с выполнением некоторого фрагмента с заданной частотой относительно всего приложения или отдельного окна. Поддерживаемые базы данных. Одной из основных задач систем диспетчерского контроля и управления является обработка информации: сбор, оперативный анализ, хранение, сжатие, пересылка и т. д. Таким образом, в рамках создаваемой системы должна функционировать база данных. Практически все SCADA-системы, в частности, Genesis, InTouch, Citect, используют ANSI SQL синтаксис, который является независимым от типа базы данных. Таким образом, приложения виртуально изолированы, что позволяет менять базу данных без серьезного изменения самой прикладной задачи, создавать независимые программы для анализа информации, использовать уже наработанное программное обеспечение, ориентированное на обработку данных. Графические возможности. Для специалиста-разработчика системы автоматизации, также как и для специалиста - "технолога", чье рабочее место создается, очень важен графический пользовательский интерфейс. Функционально графические интерфейсы SCADA-систем весьма похожи. В каждой из них существует графический объектно-ориентированный редактор с определенным набором анимационных функций. Используемая векторная графика дает возможность осуществлять широкий набор операций над выбранным объектом, а также быстро обновлять изображение на экране, используя средства анимации. Крайне важен также вопрос о поддержке в рассматриваемых системах стандартных функций GUI (Graphic Users Interface). Поскольку большинство рассматриваемых SCADA-систем работают под управлением Windows, это и определяет тип используемого GUI. ОТКРЫТОСТЬ SCADA-СИСТЕМ Система является открытой, если для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней "внешние", независимо разработанные компоненты. Разработка собственных программных модулей. Перед фирмами-разработчиками систем автоматизации часто встает вопрос о создании собственных (не предусмотренных в рамках систем SCADA) программных модулей и включение их в создаваемую систему автоматизации. Поэтому вопрос об открытости системы является важной характеристикой SCADA-систем. Фактически открытость системы означает доступность спецификаций системных (в смысле SCADA) вызовов, реализующих тот или иной системный сервис. Это может быть и доступ к графическим функциям, функциям работы с базами данных и т.д. Драйверы ввода-вывода. Современные SCADA-системы не ограничивают выбора аппаратуры нижнего уровня, так как предоставляют большой набор драйверов или серверов ввода-вывода и имеют хорошо развитые средства создания собственных программных модулей или драйверов новых устройств нижнего уровня. Сами драйверы разрабатываются с использованием стандартных языков программирования. Вопрос, однако, в том, достаточно ли только спецификаций доступа к ядру системы, поставляемых фирмой-разработчиком в штатном комплекте (система Trace Mode), или для создания драйверов необходимы специальные пакеты (системы FactoryLink, InTouch), или же, вообще, разработку драйвера нужно заказывать у фирмы-разработчика. Разработки третьих фирм. Многие компании занимаются разработкой драйверов, ActiveX-объектов и другого программного обеспечения для SCADA-систем. Этот факт очень важно оценивать при выборе SCADA-пакета, поскольку это расширяет область применения системы непрофессиональными программистами (нет необходимости разрабатывать программы с использованием языков С или Basic). СТОИМОСТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКИ SCADA-СИСТЕМ При оценке стоимости SCADA-систем нужно учитывать следующие факторы: • стоимость программно-аппаратной платформы; • стоимость системы; • стоимость освоения системы; • стоимость сопровождения. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ SCADA-СИСТЕМ Показатели этой группы критериев наиболее субъективны. Это тот самый случай, когда лучше один раз увидеть, чем семь раз услышать. К этой группе можно отнести: • удобство интерфейса среды разработки - "Windows - подобный интерфейс", полнота инструментария и функций системы; • качество документации - ее полнота, уровень русификации; • поддержка со стороны создателей - количество инсталляций, дилерская сеть, обучение, условия обновления версий и т. д. Если предположить, что пользователь справился и с этой задачей - остановил свой выбор на конкретной SCADA - системе, то далее начинается разработка системы контроля и управления, которая включает следующие этапы: • Разработка архитектуры системы автоматизации в целом. На этом этапе определяется функциональное назначение каждого узла системы автоматизации. • Решение вопросов, связанных с возможной поддержкой распределенной архитектуры, необходимостью введения узлов с "горячим резервированием" и т.п. • Создание прикладной системы управления для каждого узла. На этом этапе специалист в области автоматизируемых процессов наполняет узлы архитектуры алгоритмами, совокупность которых позволяет решать задачи автоматизации. • Приведение в соответствие параметров прикладной системы с информацией, которой обмениваются устройства нижнего уровня (например, программируемые логические контроллеры - ПЛК) с внешним миром (датчики технологических параметров, исполнительные устройства и др.) • Отладка созданной прикладной программы в режиме эмуляции. ЛЕКЦИЯ №5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ВИЗУАЛИЗАЦИИ Для организации операторского управления и мониторинга в непосредственной близости с механизмами SIMATIC HMI® предлагает полный спектр продукции от единого производителя, начиная от кнопок, микропанелей, панелей и мультипанелей, до мобильных панелей и решений на базе панельных ПК с ПО визуализации времени исполнения Runtime. Новаторские решения в области программного и аппаратного обеспечения дают возможность масштабирования по цене и производительности, а также гибкость в степени открытости и возможности расширения. Являясь общемировым лидером, операторские панели SIMATIC используются по всему миру в широком спектре отраслей и применений. Кнопочные панели Кнопочные панели (Pushbutton panels, PP) являются современной альтернативой традиционно коммутируемым операторским панелям управления. Предварительно собранные, готовые к установке и работающие по шине, эти операторские панели гарантируют значительную экономию времени по сравнению с традиционным подключением кнопок управления. Микропанели Спроектированы для совместного применения с SIMATIC S7-200 Micro PLC, либо как текстовый дисплей, либо как сенсорный экран. Микропанели конфигурируются с помощью STEP 7-Micro/WIN - ПО для программирования SIMATIC S7-200, или с использованием TP-Designer. Мобильные панели Переносные операторские панели обеспечивают функции ЧМИ непосредственно в месте действия оборудования, в поле прямой видимости и прямого доступа к объекту. Они легко и надежно подключаются к работающему оборудованию и, как следствие, могут гибко использоваться для различных машин и установок. Текстовые панели Используются как текстовые дисплеи (TD) только для отображения, или как операторские панели (OP) с мембранной клавиатурой для операторского управления и мониторинга. Серии 170/270 С графическим точечным дисплеем для реалистичной передачи хода техпроцесса (в том числе и в цвете), поставляются либо как сенсорная панель (TP) с чувствительным экраном, либо как операторская панель (OP) с мембранной клавиатурой. Мультипанели Серии 270/370 Доступны в вариантах с сенсорным экраном или экранной клавиатурой. Могут использоваться как панели для управления и мониторинга. Мультипанели (MP) дополнительно обеспечивают возможность установки дополнительных приложений, позволяя, к примеру, интегрировать несколько задач автоматизации на единой платформе посредством использования ПО PLC WinAC MP. Диапазон цен на панели: Кнопочные от 560 € до 1600 € Текстовый дисплей 170 € - 600 € Мобильные панели 1500 € - 4000 € Операторские 70 серия от 280 € до 550 € 170 серия от 270 € до 1500 € 270 серия от 1500 € до 3000 € Мультифункциональные 277 серия от 1850 € до 2600 € 370 серия от 3200 € до 4395 € Ранее фирмой Siemens выпускался пакет ProTool. Он являлся достаточно легким в понимании среды и средств проектирования, обладал внушительным функционалом. ProTool и ProTool/Lite – это современные инструментальные средства для проектирования графики и текстов, которые относятся к системам небольшой производительности. Пользовательский интерфейс для инструментальных средств проектирования работает под управлением мыши. Понятно скомпонованные выпадающие меню обеспечивают быстрый доступ к функциям интерфейса проектирования. ProTool и ProTool/Lite – это обычные приложения MS Windows и имеют такой же дружественный графический пользовательский интерфейс. ProTool/Lite – это унифицированный интерфейс для проектирования текстовых дисплеев (от OP3 до OP17, TD17, от C7-621 до 624). ProTool – это унифицированный интерфейс для проектирования как текстовых, так и графических дисплеев (от OP25 до OP45;TP27/37, C7-621 до C7-634). Концепция MDI: "ProTool" и "ProTool/Lite" поддерживают также концепцию Microsoft MDI (Multiple Document Interface – многодокументальный интерфейс). Это значит, что различные редакторы ProTool могут быть активизированы одновременно. Вы можете также одновременно открывать и редактировать различные проекты (даже если они предназначены для различных целевых систем). Графические программы: Инженеры, занимающиеся проектированием, могут использовать для редактирования отображений процесса предпочитаемые ими графические программы (Designer, Corel Draw, MS-Draw, MS-Paintbrush,....) и не нуждаются в изучении новой графической программы. Затем они могут импортировать созданные статические растровые изображения (пиксельную графику) в проектируемый экран в форме битового образа. Цены Фирмой Siemens выпускаются WinCC и WinCC flexible. Давайте посмотрим на цены. Порядок 2000, 4000 € и выше. Следует отметить ценность данного курса. Около 600 € за Simatic и еще столько же за WinCC. Базовые пакеты Системное программное обеспечение SCADA (базовые функции), поставляется в виде различных пакетов и вариантов. Имеются базовые пакеты с: - 128 переменными процесса с программным обеспечением исполнения (runtime). - 256 переменными процесса с программным обеспечением исполнения (runtime). - 512 переменными процесса с программным обеспечением исполнения (runtime). - 2048 переменными процесса с программным обеспечением исполнения (runtime). Пакеты Powerpacks Для увеличения количества переменных могут быть использованы пакеты Powerpacks. PPI PPI (Point-to-Point Interface – интерфейс «точка-точка») – это исключительно двухточечное соединение между панелями оператора OP3 – OP37 и S7-200. К одной ОР можно подключить несколько систем S7-200. Для ОР3 – ОР17 можно спроектировать до 4 каналов. Для ОР25 – ОР37 возможно до 8 контролируемых соединений (каналов). Адресация ОР-master может обслуживать несколько slave-устройств S7-200. Каждое slave-устройство S7-200 должно иметь параметрически назначаемый номер станции. От каждой станции S7-200 можно установить только одно двухточечное логическое соединение. Стандартным адресом станции для S7-200 является 2. Любая ОР, подключенная к S7-200, имеет адрес станции 1. НЕ У ВСЕХ ЦПУ S7-200 ЕСТЬ MPI!!! Принцип ОР подключаются к контроллерам SIMATIC S7 через интерфейс MPI (Multipoint Interface – многоточечный интерфейс) S7-300/400. Коммуникации Программа пользователя S7 обменивается информацией с ОР через области данных пользователя в контроллере. Механизмы коммуникаций интерфейса прозрачны. Узлы SIMATIC MPI связан с внутренней коммуникационной шиной S7, то есть все интеллектуальные модули ввода/вывода являются узлами SIMATIC MPI. S7 может поддерживать через SIMATIC MPI лишь ограниченное количество соединений, зависящее от типа CPU. Это значит, что связь через MPI должна использоваться только для небольших конфигураций. Основное применение: для соединения S7 с PG или ОР. Примеры экранных форм Очередь сообщений Windows. Требования к программному обеспечению и поддерживаемые операционные системы. Для работы WinCC V7.0 требуется Microsoft SQL Server 2005. SQL Server поставляется вместе с продуктом WinCC V7.0 и находится на DVD-диске. WinCC V7.0 поддерживается следующими операционными системами. Для однопользовательских проектов WinCC и проектов клиента – Windows Vista Ultimate, Business и Enterprise – Windows XP Professional SP2 – Windows 2003 Server SP2 и Windows 2003 Server R2 SP2 Для WinCC Server – Windows 2003 Server SP2 и Windows 2003 Server R2 SP2 Установка WinCC Основные принципы программы установки WinCC V7.0 были переработаны. Это позволило упростить установку базовой системы WinCC и опций WinCC. Переработанная программа установки осуществляет установку необходимых компонентов в следующем порядке: - SQL Server 2005 SP2 - Необходимые изменения и исправления - Базовую систему WinCC - Необходимые компоненты Установка осуществляется с помощью структурированной программы установки. В этой программе установки хранятся внутренние взаимосвязи. После выполнения условий всех взаимосвязей можно установить продукт. Если один из необходимых компонентов отсутствует, то он будет установлен автоматически. Дополнительные компоненты можно установить позднее в любое время. Входящие в состав WinCC опциональные пакеты - WinCC/ WebNavigator - WinCC/DataMonitor - WinCC/Connectivity Pack - WinCC/Connectivity Station - SIMATIC NET - SIMATIC Logon WinCC – это мощная система человеко-машинного интерфейса (HMI), работающая под управлением операционной системы Microsoft Windows Vista или Windows XP. Аббревиатура HMI означает "Human Machine Interface", то есть интерфейс между человеком (оператором) и устройством (процессом). Автоматизация процесса (англ. automation process (AS)) позволяет поддерживать фактический контроль над всем процессом. Для обеспечения контроля устанавливается с одной стороны связь между WinCC и оператором, а с другой стороны – между системой автоматизацией и WinCC. WinCC используется для визуализации процесса и разработки графического интерфейса оператора. • WinCC позволяет оператору следить за процессом. Процесс отображается на экране графически. При этом отображение обновляется при каждом изменении состояния процесса. • WinCC обеспечивает управление процессом со стороны оператора. Например, оператор может задавать значения уставок или открывать клапан с помощью пользовательского графического интерфейса. • Система аварийных сообщений автоматически оповестит о критическом состоянии процесса. Если, например, превышено заранее заданное граничное значение, то на экране появится сообщение об этом. • В WinCC значения процесса могут быть распечатаны или сохранены в электронном виде. Это облегчает процесс документирования процесса и позволяет анализировать технологические данные позднее. Структура WinCC WinCC – это модульная система. Основными компонентами являются Configuration Software [Система проектирования] (CS) и Runtime Software (RT) [Система исполнения] Система проектирования Сразу после запуска WinCC открывается WinCC Explorer [Проводник WinCC]. WinCC Explorer [Проводник WinCC] является ядром системы проектирования. В WinCC Explorer [Проводнике WinCC] отображается структура всего проекта. Кроме того, здесь происходит администрирование проекта. Из WinCC Explorer [Проводника WinCC] могут быть вызваны специальные редакторы, предназначенные для проектирования. Каждый редактор используется для создания специальной подсистемы WinCC. Наиболее важными подсистемами WinCC являются: • графическая система; редактор графической системы, используемый для создания кадров процесса называется Graphics Designer [Графический дизайнер]; • система регистрации аварийных сообщений; процесс конфигурирования сообщений выполняется редактором Alarm Logging [Регистрация аварийных сообщений]; • система архивирования; редактор Tag Logging [Регистрация тегов] используется для определения данных, которые необходимо архивировать; • система отчетов; редактор для создания шаблонов отчетов называется Report Designer [Дизайнер отчетов]. • система администрирования пользователей, редактор которой называется User Administrator [Администратор пользователей]. • система обмена данными Communication [Связь] конфигурируется непосредственно в WinCC Explorer [Проводнике WinCC]. Все данные конфигурации сохраняются в базе данных CS. Система исполнения Система исполнения (Runtime software) позволяет пользователю следить и управлять процессом. Система исполнения в основном используется для решения следующих задач: • чтения данных, сохраненных в базе данных CS; • отображения кадров процесса на экране; • взаимодействия с системой автоматизации; • архивирования текущих данных процесса, например, значений процесса и сообщений о событиях; • управления процессом, например, путем ввода оператором значений уставок, переключения On/OFF. Производительность Производительность непосредственно зависит от характеристик используемого аппаратного обеспечения ПК, а также от конфигурации создаваемой системы. Примеры различных групп систем можно найти в WinCC Information System [Справочной системе WinCC] под заголовком "Performance data [Данные о производительности]". Последовательность действий Для создания проекта используются редакторы системы проектирования. Все редакторы WinCC сохраняют информацию о проекте в конфигурационной базе данных (англ. CS database). Во время исполнения информация о проекте читается из конфигурационной базы данных системой исполнения и проект выполняется. Текущие данные о проекте хранятся в базе данных системы исполнения (англ. RT database). • Графическая система отображает кадры на экране. Возможна обратная связь, при которой графическая система организует ввод данных оператором, например, по щелчку по кнопке или непосредственным вводом значения в поле ввода. • Связь между WinCC и системами автоматизации организуется с помощью коммуникационных драйверов или "channels [каналов]". Каналы собирают информацию о запрашиваемых компонентами системы исполнения значениях процесса, читают значения тегов процесса из систем автоматизации, и, если необходимо, записывают новые значения в компоненты системы автоматизации. • Обмен данными между WinCC и другими приложениями может быть осуществлен с помощью интерфейсов OPC, OLE или драйверов ODBC. • Система архивирования сохраняет значения процесса в архиве значений процесса. Архив значений процесса может использоваться, например, для отображения изменений значений на тренде в Online Trend Control [Окне отображения трендов] или в таблице в Online Table Control [Окне отображения таблиц]. • За отдельными значениями можно следить с помощью Alarm Logging [Регистрация аварийных сообщений]. Если превышено граничное значение, то система Alarm Logging [Регистрация аварийных сообщений] сгенерирует сообщение, которое будет отображено в Alarm Control [Окне отображения аварийных сообщений]. Система сообщений также следит за квитированием сообщений и управляет состояниями сообщений. Система Alarm Logging [Регистрация аварийных сообщений] сохраняет все сообщения в архиве сообщений. • Процесс документируется системой Report System [Система отчетов] по запросу или в заданное время. Для этого используется архив значений процесса и архив сообщений. Типы проектов В WinCC существует три типа проектов: • однопользовательский проект; • многопользовательский проект; • клиентский проект. Однопользовательский проект Введение Если в WinCC проекте предполагается использовать один компьютер, необходимо создать однопользовательский проект. В этом случае проект WinCC будет исполняться на компьютере, выполняющем как функции сервера по обработке данных, так и функции ввода на операторской станции. Другие компьютеры не смогут обращаться к проекту. Принцип работы Компьютер, на котором вы создаете однопользовательский проект, настраивается, как сервер. Компьютер подключается к программируемому контроллеру с помощью соответствующих средств связи с процессом. Резервируемость Однопользовательский проект можно создать, как резервированную систему. В таком случае, необходимо сконфигурировать однопользовательский проект для работы со вторым, резервированным сервером. Архивный сервер Для однопользовательского проекта можно создать архивный сервер. В этом случае необходимо сконфигурировать однопользовательский проект и второй сервер, на который будут архивироваться данные однопользовательского проекта. Многопользовательский проект Введение Если в проекте WinCC вы хотите работать с несколькими компьютерами, то необходимо создать многопользовательский проект. Существует два основных варианта многопользовательской системы: • многопользовательская система с одним или большим числом серверов: несколько серверов с одним или большим количеством клиентов. Одна клиентская станция обращается к нескольким серверам. Рабочие данные находятся на различных серверах. Конфигурационные данные хранятся на серверах и на клиентских станциях; • многопользовательская система только с одним сервером: один сервер и один или несколько клиентов. Все данные находятся на сервере. Принцип работы На сервере необходимо создать многопользовательский проект. С помощью соответствующих средств связи с процессом сервер подключается к программируемому контроллеру. В многопользовательском проекте вам необходимо сконфигурировать клиентов, которые обращаются к серверу. В качестве второго шага, нужно создать требуемые клиентские проекты на соответствующих компьютерах. Если вы собираетесь работать с несколькими серверами, продублируйте многопользовательский проект на втором сервере, а затем, настройте продублированный проект соответствующим образом. Кроме того, вы можете создать второй многопользовательский проект на втором сервере, который будет независим от проекта на первом сервере. Сервер может обращаться к другому серверу, как клиент. Этой возможностью можно воспользоваться при работе с архивным сервером или файл-сервером. Клиентский проект Введение После создания многопользовательского проекта необходимо сконфигурировать клиентов, которые будут обращаться к серверу. Для этого на компьютере, который будет использоваться в качестве клиентской станции, нужно создать клиентскую программу. Существует два основных варианта работы WinCC клиента: • многопользовательская система с одним или несколькими серверами: клиент обращается к серверам. Рабочие данные распределены между различными серверами. Конфигурационные данные многопользовательских проектов находятся на соответствующих серверах. Локальные конфигурационные данные клиентских проектов, такие как кадры, сценарии и теги, могут храниться на клиентских станциях; • многопользовательская система с одним сервером: клиент обращается к единственному серверу. Все данные находятся на сервере, клиенты к ним обращаются. Архивный сервер или файл-сервер может, как клиент, обращаться к другому серверу. Примечание: WinCC клиент заменяет клиентов и мультиклиентов, которые использовались в WinCC до версии V5.1. В зависимости от конфигурации WinCC клиент выполняет роль клиента V5.1 или роль мультиклиента V5.1. Принцип работы На сервере создается многопользовательский проект. С помощью средств связи с процессом сервер соединяется с программируемым контроллером. В многопользовательском проекте вам необходимо создать клиентов, которые будут обращаться к серверу. Если вы настраиваете многопользовательскую систему с одним сервером, вам не нужно создавать отдельный клиентский проект на WinCC клиенте. При конфигурировании многопользовательской системы с несколькими серверами на каждой клиентской станции необходимо создать отдельный клиентский проект. Это также необходимо сделать, если вы собираетесь работать только с одним сервером, но вам потребуются дополнительные конфигурационные данные на клиентской станции. Многопользовательская система с одним или более количеством серверов Для доступа к нескольким серверам, на клиентской станции необходимо создать клиентский проект. Свойства проекта определяются в WinCC клиенте. На сервере нужно создать пакеты с помощью компонента Serverdata [Данные сервера]. В пакетах содержатся все важные конфигурационные данные многопользовательского проекта. Пакеты необходимо загрузить на WinCC клиента. Создавать и компилировать пакеты вручную требуется только один раз – если конфигурационные данные на сервере изменяются, WinCC автоматически генерирует нужные пакеты. Загрузить пакеты на клиентскую станцию можно либо вручную, либо автоматически. Конфигурация с центральным сервером для многопользовательской системы с одним сервером Если вы хотите настроить клиента для работы только с одним сервером, все настройки многопользовательской системы нужно определить на сервере. При редактировании списка автоматически запускаемых программ на клиентской станции, вам следует указать только те приложения, которые действительно требуются на клиентской станции. На клиентской станции не нужно создавать отдельный клиентский проект, серверный проект запускается с помощью удаленного доступа. Web-клиент Вы можете настроить клиента, который обращается к серверу по сети интранет или Интернет. Если вам необходим такой вид доступа, с помощью опции WinCC Web Navigator вы можете создать Web-клиента. Работа с проектами Редакторы и функции WinCC Explorer [Проводника WinCC] Введение В навигационном окне WinCC Explorer [Проводника WinCC] можно посмотреть список установленных редакторов и функций WinCC. Редактор являющийся опцией WinCC, видим в навигационном окне только в том случае, если данная опция установлена. Некоторые инструменты и опции WinCC не отображаются в WinCC Explore [Проводнике WinCC]. Эти инструментальные средства можно вызвать командой "WinCC" > "Tools [Сервис]" из папки "Simatic" меню Windows Start [Пуск]. Существуют также опции WinCC, которые можно вызвать независим от WinCC, более подробную информацию можно найти в справке по отдельным опциям. Вызов редактора Вызвать редактор из WinCC Explorer [Проводника WinCC] можно следующими способами: • из контекстного меню в окне данных или в навигационном окне; • щелкнув дважды мышью в навигационном окне по редактору; • из меню "Редакторы" в строке меню. Список редакторов и функций В двух следующих таблицах приведены все редакторы и функции, вызываемые из WinCC Explorer [Проводника WinCC]. Таблицы содержат следующие поля: • Объект: имя редактора или функции в WinCC Explorer [Проводнике WinCC]. • Применение: информация о том, для чего используется объект. • Интерактивная справка: в этом поле перечисляются соответствующие разделы WinCC Information System [Справочной системы WinCC], в которых содержится более подробная информация об объекте. • Средства импорта/экспорта: перечисляются средства импорта и экспорта данных. • Изменение языка: информация о возможности настройки иностранных языков для объекта. • Настройка в режиме исполнения: приводится информация о том, может ли объект использоваться, во время выполнения проекта. Сведения об ограничениях на конфигурирование в режиме исполнения можно найти в разделе "Online Configuration [Проектирование в режиме исполнения]" и в описании редакторов. Рис.7.1. Рис.7.2. Рис.7.3. Рис.7.4. Рис.7.5. Использование тегов Соединение между WinCC и системой автоматизации устанавливается с помощью коммуникационных драйверов или драйверов связи. Данные, созданные системой автоматизации или проектом WinCC, передаются с помощью тегов. Рис.7.6. Tag Management (Управление тегами) Введение Подсистема Tag Management [Управление тегами] предназначена для администрирования тегов и коммуникационных драйверов, которые используются в проекте. Tag Management [Управление тегами] можно запустить из навигационного окна WinCC Explorer [Проводника WinCC]. Использование В WinCC теги, получающие значения от процесса, считаются внешними тегами или тегами процесса. Для тегов процесса Tag Management [Управление тегами] определяет коммуникационный драйвер, посредством которого WinCC соединяется с системой автоматизации, а также параметры обмена данными. Соответствующие теги создаются в папке этого коммуникационного драйвера. Теги, не получающие значений от процесса, называются "внутренними тегами" и создаются в папке "Internal Tags [Внутренние теги]". Для наглядного представления тегов в Tag Management [Управление тегами] их можно объединять в группы. В компоненте Tag Management [Управление тегами] созданные теги организуются в структуру папок, навигация по которой аналогична навигации по папкам Windows. Окно навигации Подсистема Tag Management [Управление тегами] отображается в окне навигации WinCC Explorer [Проводника WinCC]. Внутренние теги и группы тегов находятся в папке "Internal Tags" ["Внутренние теги"]. Для каждого установленного коммуникационного драйвера WinCC создает в Tag Management [Управлении тегами] новую папку. Она содержит модуль канала, его соединения, а также соответствующие группы тегов и теги процесса. Теги Введение В WinCC передача данных осуществляется с помощью тегов. Тег имеет адрес данных и символьное имя, которое используется в проекте. Адрес данных применяется при работе с системой автоматизации. WinCC работает с двумя видами тегов: • теги процесса; • внутренние теги. Определение Тег – это переменная scada системы, которая имеет символьное имя и определенный тип данных. Значение тега изменяется во время исполнения программы PLC. Теги, связанные с PLC называются глобальными (теги процесса). Теги, не связанные с PLC называются локальными (внутренние теги). Глобальные теги Тег, связанный с PLC занимает в PLC определенное адресное пространство, доступное для чтения и записи из операторского терминала и PLC. Локальные теги Локальные теги не связаны с PLC. Они доступны только в пределах операторского терминала. Вы можете создавать локальные теги, например, Для того чтобы оператор мог вводить на операторском терминале значения уставок. Для организации тегов можно использовать два следующих типа объектов: • группа тегов; • структурные типы. Соглашение об именовании Определяя имена тегов, Вы должны соблюдать определенные соглашения: • в рамках одного проекта теги должны иметь уникальные имена. При создании имен тегов символы верхнего и нижнего регистра не различаются; • длина имени тега не должна превышать 128 символов. Для структурного тега, это ограничение распространяется на все выражение "имя структурного тега + точка + имя элемента структурного тега"; • в именах тегов не допускается использование некоторых символов. Список этих символов приведен в WinCC Information System [Справочной системе WinCC] в разделе "Working with projects [Работа с проектами]" >"Authorized characters [Допустимые символы]". Замечание: Не допускаются имена тегов, начинающиеся с символа '@'. Теги с префиксом @ создаются только WinCC и PCS7. Замечание: WinCC различает верхний и нижний регистр символов в проекте. Поэтому при изменении в именах тегов регистра символов, необходимо соответствующим образом изменить и проект. Обновление тегов Для тегов процесса текущие значения процесса передаются в режиме исполнения по соединению между WinCC и системой автоматизации. В этом случае WinCC имеет доступ к области данных системы автоматизации, заданной в свойствах тега. После передачи, текущее значение тега процесса становится доступным для дальнейшего использования и оценки в компоненте WinCC Tag Management [Управлении Тегами]. Возможен и обратный процесс записи данных из WinCC в систему автоматизации. В WinCC определяется частота передачи данных и период обновления отображений. Во время конфигурирования не забывайте, что периодическое обновление тегов влияет на системную нагрузку системы и может негативно сказываться на производительности. Теги процесса Определение Теги процесса используются для связи WinCC и системы автоматизации. Свойства тега процесса зависят от используемого коммуникационного драйвера. Тег процесса создается в компоненте Tag Management [Управление Тегами] для конкретного коммуникационного драйвера, модуля канала и соответствующих соединений. Параметры тега процесса: • имя; • тип данных; • адрес модуля канала; • формат преобразования; • граничные значения; • начальное значение; • подстановочное значение; • масштабирование. Масштабирование тегов процесса в WinCC При использовании линейного масштабирования можно установить соответствие диапазона значений тега процесса определенному диапазону значений тега процесса в WinCC. Само значение процесса при этом не изменяется. Укажите следующие параметры для линейного масштабирования. ● Значения Value1 и Value2 процесса: определяют диапазон значений процесса. ● Значения Value1 и Value2 тега процесса: определяют диапазон значений тега процесса в WinCC. Линейное масштабирование доступно только для тегов процесса. Внутренние теги невозможно масштабировать. Используемые типы данных Тег процесса может иметь один из следующих типов данных: • Binary tag [двоичный тег]; • Signed 8-bit value [8-битное значение со знаком]; • Unsigned 8-bit value [8-битное значение без знака]; • Signed 16-bit value [16-битное значение со знаком]; • Unsigned 16-bit value [16-битное значение без знака]; • Signed 32-bit value [32-битное значение со знаком]; • Unsigned 32-bit value [32-битное значение без знака]; • Floating-point number 32-bit IEEE 754 [32-битное число с плавающей точкой]; • Floating-point number 64-bit IEEE 754 [64-битное число с плавающей точкой]; • Text tag, 8-bit [Текстовый тег с 8- битной кодировкой символов]; • Text tag, 16-bit character set [Текстовый тег с 16- битной кодировкой символов]; • Raw data tag [тег необработанных данных]. Авторизация тегов Чтобы иметь возможность использовать определенное количество тегов процесса и тегов архива, необходимо иметь соответствующую лицензию WinCC. Лицензированными тегами (англ. power tags) являются теги процесса, на которые есть лицензия. Имея лицензию на 1024 тега, Вы можете исполнять на компьютере проект WinCC, который использует до 1024 тегов процесса. Количество лицензированных и сконфигурированных тегов процесса можно посмотреть в строке состояния WinCC Explorer [Проводника WinCC]. Существуют следующие типы лицензий: • "RC": лицензия для проектирования и режима исполнения для определенного количества тегов процесса; • "RT": лицензия только для режима исполнения для определенного количества тегов процесса. Внутренние теги Определение Внутренние теги не связаны с процессом. Внутренние теги используются для управления данными в пределах проекта или для передачи данных в архив. Параметры внутреннего тега: • имя; • тип данных; • обновляется во всем проекте/ на локальных компьютерах (применимо только к многопользовательским проектам без дополнительных клиентских проектов); • граничные значения; • начальное значение. Используемые типы данных Для внутренних тегов Вы можете использовать следующие типы данных: • Text reference [Текстовая ссылка]; • Binary tag [Двоичный тег]; • Signed 8-bit value [8-битное значение со знаком]; • Unsigned 8-bit value [8-битное значение без знака]; • Signed 16-bit value [16-битное значение со знаком]; • Unsigned 16-bit value [16-битное значение без знака]; • Signed 32-bit value [32-битное значение со знаком]; • Unsigned 32-bit value [32-битное значение без знака]; • Floating-point number 32-bit IEEE 754 [32-битное число с плавающей точкой]; • Floating-point number 64-bit IEEE 754 [64-битное число с плавающей точкой]; • Text tag, 8-bit character set [Текстовый тег с 8- битной кодировкой символов]; • Text tag, 16-bit character set [Текстовый тег с 16- битной кодировкой символов]; • Raw data tag [Тег необработанных данных]. Авторизация тегов архива Чтобы иметь возможность использовать определенное количество тегов процесса и тегов архива, необходимо иметь соответствующие авторизации WinCC. Теги архива – это лицензированные теги в Tag logging [Регистрации тегов]. Базовые авторизации "WinCC CS" и "WinCC RT" содержат до 512 тегов архива. Для конфигурирования более 512 тегов архива необходима дополнительная авторизация для архива. Количество сконфигурированных архивных тегов можно посмотреть в строке состояния Tag logging [Регистрация тегов]. Системные теги Приложения WinCC создают теги, необходимые для внутреннего управления проектом. Имена этих тегов начинаются с символа "@". Вы не можете удалять или переименовывать эти теги. Вы можете оценивать, но не изменять значение такого тега. Исключение из этого правила составляют теги, созданные опцией "Redundancy [Резервирование]". Они могут определяться, например, скриптом: • @RM_MASTER • @RM_MASTER_NAME • @RM_SWITCHER Группы тегов Определение В Tag Management [Управлении тегами] теги можно сортировать по группам. Группа тегов создается как каталог в папке "Internal tags [Внутренние теги]" или в папке соединения для модуля канала. Подгруппы не допускаются в тематические группы. Например, можно создать группу тегов для каждого кадра проекта. Теги, используемые в одном кадре, создаются в отдельной группе. Таким образом, облегчается процесс назначения и поиска тегов. Соглашения об именовании Группы тегов должны иметь уникальные имена в рамках одного проекта. Не следует использовать имя одновременно для тега и группы тегов. При создании тегов и групп тегов WinCC не различает верхний и нижний регистры символов в именах. В именах групп тегов не допускается использование некоторых символов. Список этих символов можно найти в WinCC Information System [Справочной системе WinCC] в разделе "Working with projects [Работа с проектами]" >"Non-authorized characters [Недопустимые символы]". Пример визуализации тегов в окнах ввода вывода. Возможные ошибки визуализации тегов: 1. При выводе звездочек (***) – ошибка выводимого формата данных. 2. При выводе восклицательного знака в желтом треугольнике (!) – отсутствие соединения с контроллером. Создание экранов процесса Задачи графической системы На этапе конфигурирования при помощи графической системы создаются кадры, отображающие процесс во время исполнения проекта. Графическая система выполняет следующие функции: • отображает статические и управляемые оператором элементы кадров, такие как тексты, графические элементы или кнопки; • обновляет динамические элементы кадров, например, изменяет высоту гистограммы в соответствии со значением процесса; • реагирует определенным образом на действия оператора, например, на щелчок по кнопке или на ввод текста в поле ввода. Компоненты графической системы Графическая система включает компонент проектирования и компонент исполнения: • Компонентом проектирования графической системы является Graphics designer [Графический дизайнер]. Graphics Designer [Графический дизайнер] – это редактор, который используется для создания кадров. • Компонентом исполнения графической системы является Graphics Runtime [Система исполнения графического дизайнера]. Graphics Runtime [Система исполнения графического дизайнера] отображает кадры процесса на экране во время исполнения проекта и управляет всеми входными и выходными данными. Graphics Designer [Графический дизайнер] – это редактор, который используется для создания кадров процессов и позволяет делать кадры динамическими. Запустить Graphics Designer [Графический дизайнер] можно только для проекта, который открыт в данный момент в WinCC Explorer [Проводник WinCC]. WinCC Explorer [Проводник WinCC] можно использовать для просмотра кадров процесса открытого в данный момент проекта. Для работы с Graphics Designer [Графическим дизайнером] WinCC Explorer [Проводник WinCC] предоставляет следующие конфигурационные и функциональные возможности. • запуск Graphics Designer [Графического дизайнера]; • создание и переименование кадров; • конфигурирование библиотек объектов и элементов управления ActiveX; • конвертирование библиотек и кадров из более ранних программных версий; • конфигурирование и запуск системы исполнения Graphics Designer [Графический дизайнер] разработан в соответствии со стандартами Windows. На экране Graphics Designer [Графического дизайнера] размещаются рабочий стол, панель инструментов, панель меню, строка состояния и различные палитры. При запуске Graphics Designer [Графического дизайнера] появляется экран с установками по умолчанию. При этом обычно на экране отображается пустой кадр (файл в формате PDL). Вы можете перемещать палитры и панели на экране так, как вам удобно. Панели инструментов С помощью пункта меню "View [Вид]" "Toolbars... [Панели инструментов...]" перечисленные ниже панели инструментов можно отображать или скрывать. По умолчанию отображаются все панели инструментов, кроме панели инструментов для работы с тегами. Панели инструментов перечисляются ниже. • Objects [Объекты]: используется для вставки Standard Objects [стандартных объектов], Smart Objects [интеллектуальных объектов], Windows Objects [объектов Windows] и Controls [элементов управления]. • Styles [Стили]: используется для изменения типа и толщины линий и узоров заливки. • Default [По умолчанию]: используется для создания и сохранения документов, активизации режима исполнения и т.д. • Alignment [Выравнивание]: используется для выравнивания объектов. • Colors [Цвета]: используется для быстрого изменения цвета объекта. • Font [Шрифт]: используется для изменения шрифта, размера шрифта, цвета шрифта и цвета границы. • Zoom [Масштабирование]: используется для плавного увеличения и уменьшения масштаба. • Status [Состояние]: используется для отображения настроек языка и координат объекта. • Layers [Слои]: используется для отображения и скрытия отдельных слоев. • Dynamic Wizard [Мастер динамики]: используется для создания динамических объектов с помощью заранее подготовленных макросов C. • Tags [Теги]: используется для быстрого подключения тегов к объектам, которые можно сделать динамическими. Работа с кадрами Введение В Graphics Designer [Графическом дизайнере] кадр – это файл, который при отображении имеет вид листка бумаги для рисования. Размер листка можно корректировать. Листок состоит из 32 слоев, позволяющих структурировать организацию рисунка. Файлы сохраняются в папке проекта GraCS, в формате PDL. Для отображения всего процесса может использоваться несколько кадров, связанных между собой. В кадр процесса могут быть включены обращения к другим приложениям и файлам. Чем сложнее конфигурируемый процесс, тем более детальным должно быть проектирование проекта. Экранные формы являются представлением технологического процесса. Различные процессы могут отображаться на форме графически и в виде набора цифровых значений. Одна экранная форма в любом проекте должна быть объявлена стартовой. Стартовая экранная форма отображается сразу после запуска операторского терминала. Советы по разработке проекта • Разработайте структуру представления процесса - определите, сколько кадров вам потребуется и их иерархический порядок. Пример: части процесса могут быть показаны на отдельных кадрах, которые затем объединяются в основном кадре. • Разработайте навигацию внутри кадра и между отдельными кадрами: последовательности операций, кнопки и “горячие” клавиши должны быть согласованы на всех кадрах. • Создайте Mастер-кадр (англ. Master), в котором определены свойства кадра, установки по умолчанию и настройки для объектов. Этот Мастер-кадр следует использовать как образец при создании каждого отдельного кадра. • Воспользуйтесь функциональными возможностями редактора: кадры процессов могут быть созданы с помощью библиотек, копирования и передачи свойств, также можно работать со слоями и несколькими кадрами одновременно. • Для того чтобы избежать изменений в шаблоне кадра, убедитесь, что на этапе проектирования каждый кадр отображается в том размере, в котором он будет отображаться на станции оператора. • Для того чтобы избежать изменений в шаблоне кадре, убедитесь, что используются только те шрифты, которые установлены на станции оператора. Работа со слоями Введение В Graphics Designer [Графическом дизайнере] кадр состоит из 32 слоев, в которых могут быть размещены объекты. Расположение объекта в кадре определяется в тот момент, когда объект назначается какому-либо слою. Объекты слоя 0 (Layer 0) находятся в самом нижнем слое кадра (задний план); объекты слоя 32 (Layer 32) находятся в самом верхнем слое (передний план). Объекты всегда помещаются в активном в данный момент слое, однако их можно быстро переместить в другой слой. Назначение объекта слою может быть изменено при помощи атрибута "Layer [Слой]" в окне "Object Properties [Свойства объекта]". Кроме того, можно изменять расположение объектов по отношению друг к другу внутри одного слоя. Это можно сделать с помощью четырех функций в меню "Arrange/ Within the Layer [Расположить/ Внутри слоя]". Во время создания кадра процесса объекты, по умолчанию, будут располагаться в том порядке, в котором они добавляются в кадр: объект, который добавляется первым, будет расположен на заднем плане слоя, каждый дополнительный объект будет располагаться сверху. Методы работы со слоями – принцип работы Когда кадр открывается, на нем отображаются все 32 слоя, причем изменить данную настройку нельзя. С помощью палитры слоев можно скрыть все слои кроме активного. Таким образом, можно сосредоточить все внимание на редактировании объектов активного слоя. Применение слоев особенно удобно, в случае если кадр содержит много объектов различного типа. Например, можно поместить все объекты типа "Bar [Гистограмма]" в слое 1 (Layer 1), а все объекты "I/O Field [Поле ввода/вывода]" в слое 2 (Layer 2). Если позже вы захотите изменить цвет всех полей ввода/вывода, можно будет отобразить только слой 2 (Layer 2) и выбрать для изменения все объекты данного слоя. Таким образом, не нужно затрачивать время на поиск отдельных полей ввода/вывода по всему кадру. Работа с объектами Объекты из Object Palette [Палитры объектов] В Graphics Designer [Графическом дизайнере] предварительно определенные графические элементы, которые позволяют эффективно создавать кадры процесса, называются “объекты”. Все эти объекты могут быть вставлены в кадр из палитры объектов. В Object Palette [Палитре объектов] на закладке "Default [По умолчанию]" все объекты распределены по следующим группам: Рис.7.7. Свойства объекта Введение Форма объекта, его внешний вид, расположение и связь с процессом определяются в "Object properties [Свойства объекта]". В Graphics Designer [Графическом дизайнере] эти свойства могут быть при необходимости изменены. Свойства объекта описываются множеством атрибутов ("Attributes [Атрибуты]"). Свойства объекта можно изменить, если присвоить новые значения соответствующим атрибутам. Все атрибуты выбранного объекта или нескольких выбранных объектов можно посмотреть в окне "Object Properties [Свойства объекта]", на закладке "Properties [Свойства]". Все атрибуты разделены на группы свойств, такие как "Geometry [Геометрические]" или "Colors [Цвета]". Тип и количество групп свойств зависят от типа выбранного объекта, например, группа свойств "Font [Шрифт]" отображается только для тех объектов, с помощью которых можно отображать текст. При выборе нескольких объектов отдельные группы свойств объектов одного типа объединяются в общую группу свойств. Все атрибуты объединенных групп, формирующие атрибуты данной общей группы, помечаются меткой "Customized [Настроенные]". Изменять атрибуты объектов можно не только в окне "Object Properties [Свойства объекта]", но и при помощи мыши, клавиатуры, панелей инструментов и палитр. Однако таким образом можно изменять только некоторые свойства объекта, такие, например, как основные геометрические размеры, цвета, стили линий. Окно "Object Properties [Свойства объекта]" Введение В Graphics Designer [Графическом дизайнере] для изменения свойств объекта служит диалоговое окно "Object Properties [Свойства объекта]". Для создания кадров процесса, в первую очередь, важно настроить статические значения атрибутов, например, для определения формы, внешнего вида, расположения или функциональных возможностей объекта. Однако диалоговое окно "Object Properties [Свойства объекта]" позволяет создавать и динамические кадры процессов. Путем привязки атрибутов к динамическим диалоговым окнам, макросам C или тегам, свойства объекта могут динамически изменяться в соответствии с требованиями отображаемых процессов. Закладка "Properties [Свойства]" в диалоговом окне "Object Properties [Свойства объекта]" Введение В диалоговом окне "Object Properties [Свойства объекта]" на закладке "Properties [Свойства]" выполняется изменение статических значений выбранного объекта. Например, для прямоугольника с именем объекта "Rectangle1 [Прямоугольник1]" окно на закладке "Properties" может выглядеть так, показано выше. Ширину обеих областей в диалоговом окне и колонок, в которых отображаются атрибуты, можно изменить, передвигая вертикальные разделительные линии. Папка свойств В левой части диалогового окна отображается выбранный объект и его группы свойств в виде дерева папок. Выбранный объект представлен в виде папки. При выборе нескольких объектов или пользовательского объекта в этой папке помещаются только общие группы свойств отдельных объектов, содержащихся в выборке или в пользовательском объекте. При выборе группы сначала отображаются общие группы свойств, а затем, в папках нижнего уровня перечисляются отдельные объекты и их группы свойств. Элементы в папке свойств нельзя изменять. Папки верхнего и нижнего уровня можно разворачивать или сворачивать, дважды щелкнув мышью по пиктограмме "+" или "-". В области отображения атрибутов отображаются соответствующие атрибуты выбранного элемента. Область отображения атрибутов В правой части диалогового окна отображаются все атрибуты из папки свойств выбранного в левой части элемента. Область отображения атрибутов разделена на 5 столбцов, в которых находятся статические и динамические значения атрибутов выбранных объектов. Отображаемые значения атрибутов можно изменить, дважды щелкнув по ним мышью или вызвав всплывающее меню в соответствующем столбце. Рис.7.8. Стили шрифтов для отображения динамики и событий Динамика и события выделяются с помощью различных стилей шрифтов. Используются следующие стили написания шрифтов: • bold [жирный] –как только атрибут выбранного объекта сделан динамическим или для него определено событие, он выделяется в области отображения атрибутов жирным шрифтом. Соответствующая группа свойств в папке свойств и сам выбранный объект в выборке объектов на панели инструментов так же отображаются жирным шрифтом. • italics [курсив] – если для события было сконфигурировано прямое соединение, целевой объект прямого соединения выделяется в области отображения атрибутов курсивным шрифтом. Целевой объект так же выделяется курсивом в выборке объектов на панели инструментов. • bold [жирный] и italics[курсив] – если выбранный объект сделан динамическим и является целевым объектом прямого соединения, то атрибут в области отображения атрибутов и сам объект в выборке объектов на панели инструментов показаны жирным курсивным шрифтом. Закладка "Events [События]" в диалоговом окне "Object Properties [Свойства объекта]" Введение В диалоговом окне "Object Property [Свойства объекта]" на закладке "Events [События]" выполняется конфигурирование событий. • Например, для прямоугольника с именем объекта "Rectangle1 [Прямоугольник1]" окно на закладке"Events [События]” может выглядеть следующим образом: Рис.7.9. Папка событий В левой части диалогового окна отображается выбранный объект в виде дерева папок. В папках представлены такие элементы, как "Mouse [Мышь]", "Keyboard [Клавиатура]", "Focus [Фокус]" and "Misc [Разное]". С помощью этих элементов могут быть сконфигурированы события для управления объектом. В "Property Theme [Разделы свойств]" отображаются группы свойств выбранного объекта. Можно сконфигурировать событие для каждого атрибута из группы свойств. Если выбранный объект состоит из нескольких объектов, эта структура повторяется для каждого объекта. Элементы папки событий нельзя изменить. Папки верхнего и нижнего уровня можно разворачивать и сворачивать с помощью двойного щелчка мышью по пиктограммам "+" или "-". Те события, которые можно сконфигурировать для выбранного элемента, отображаются в области отображения событий. Область отображения событий В правой части диалогового окна находятся все события из папки событий выбранного элемента. Область отображения событий разделена на 2 столбца, в которых отображаются события и связанные с ними макросы. Отображаемые макросы можно изменить, для этого необходимо дважды щелкнуть мышью на макросе или вызвать всплывающее меню из столбца "Action [Макрос]". Столбцы области отображения событий Рис.7.10. Инициирующие события Рис.7.11. Группы свойств и атрибуты Введение На закладке "Properties [Свойства]" диалогового окна "Object Properties [Свойства объекта]" отображаются все группы свойств для выбранного объекта. При выборе одного из этих свойств, соответствующие атрибуты выбранного объекта перечисляются в области отображения атрибутов. Свойства объекта можно изменить, присвоив новые значения соответствующим атрибутам. Компоненты экранных форм Экранная форма состоит из статических и динамических компонентов. Статические компоненты, например, текст и рисунки, не обновляются контроллером. Динамические компоненты связаны с PLC и визуализируют текущие значения в памяти PLC. Визуализация может быть реализована в виде буквенно–цифровых индикаторов, трендов и гистограмм. Динамическими компонентами также являются поля ввода, с помощью которых значения, вводимые оператором с операторского терминала, попадают в память PLC. Работа со стандартными объектами Введение К стандартным объектам (англ. Standard Objects) относятся геометрические фигуры и статический текст. Геометрические фигуры используются для обозначения отдельных элементов в кадре процесса, статический текст, например, можно использовать для вывода обозначений в кадре процесса. В Graphics Designer [Графическом дизайнере] различные объекты обладают различными свойствами, заданными по умолчанию. При вставке эти свойства, заданные по умолчанию, импортируются (за исключением отдельных геометрических свойств). После того, как вставка закончена, свойства объекта можно редактировать. Аналогичным образом можно изменять настройки, заданные по умолчанию, для типов объектов. Обзор Рис.7.12. Рис.7.13. Работа с интеллектуальными объектами Введение Интеллектуальные объекты (англ. Smart Objects) позволяют создавать сложные системные кадры. В число дополнительных объектов входят различные окна, поля, гистограммы. С помощью этих объектов можно создавать динамические кадры процесса. В Graphics Designer [Графическом дизайнере] различные объекты обладают различными свойствами, заданными по умолчанию. При вставке данные свойства, заданные по умолчанию, импортируются (за исключением отдельных геометрических свойств). После того, как вставка закончена, свойства объекта можно редактировать. Аналогичным образом можно изменять настройки, заданные по умолчанию, для типов объектов. Обзор Рис.7.14. Рис.7.15. Рис.7.16. Работа с объектами Windows Введение Объекты Windows (англ. Windows objects) – это элементы, уже знакомые из приложений Windows, такие как button [кнопка], option group [группа кнопок выбора], slider [регулятор] и check box [поле-флажок]. Можно также сконфигурировать round button [круглую кнопку]. Объекты можно изменять и делать динамическими различными способами. Эти объекты позволяют обрабатывать события процесса и управлять процессом. В Graphics Designer [Графическом дизайнере] различные объекты имеют свойства, заданные по умолчанию. При вставке объекта эти свойства импортируются (за исключением отдельных геометрических свойств). После того, как вставка закончена, свойства объекта можно редактировать. Аналогичным образом можно изменять настройки для типов объектов, заданные по умолчанию. Обзор Рис.7.17. Быстрое конфигурирование объектов Введение В Graphics Designer [Графическом дизайнере] имеются конфигурационные диалоговые окна, с помощью которых можно быстро сконфигурировать отдельные объекты. Конфигурационные диалоги позволяют установить наиболее важные параметры объекта. Если в меню "Tools / Settings... [Сервис / Настройки…]" на закладке "Options [Опции]" активизировано использование конфигурационных диалоговых окон, то при вставке объекта вызывается соответствующее диалоговое окно. Вызвать конфигурационный диалог можно также с помощью всплывающего меню для объекта. Конфигурационные диалоговые окна существуют для следующих объектов: I/O field [поле ввода / вывода], bar [гистограмма], graphic object [графический объект], status display [индикатор состояния], text list [текстовый список], button [кнопка] и slider [регулятор]. Содержание конфигурационного диалога для различных объектов отличается. Краткое описание настраиваемых параметров Рис.7.18. Рис.7.19. Рис.7.20. Работа с составными объектами Введение Объекты из Object Palette [Палитры объектов] можно объединить в группу (grouр) или пользовательский объект (customized object). Кроме того, группу или пользовательский объект можно помещать в библиотеку проекта и затем использовать его в качестве объекта библиотеки (library object) в других кадрах процесса или проекта. Объект Рис.7.21. Работа с пользовательскими объектами Введение Можно создать пользовательский объект (англ. customized object) путем индивидуального конфигурирования свойств и событий объекта в диалоговом окне "Object Properties [Свойства объекта]" Graphics Designer [Графический дизайнер] позволяет работать с объектом пользователя, как с единым объектом из палитры объектов. Так же как и для объектов группы (group), после создания пользовательского объекта отметки выбора для отдельных объектов пользовательского объекта не отображаются. Отметка выбора окружает весь пользовательский объект. Рамка, указывающая, что несколько объектов выбраны, для пользовательского объекта выглядит как прямоугольник, расположенный вокруг всех объектов пользовательского объекта. Обратите внимание на следующие особенности при работе с пользовательскими объектами: • нельзя воспользоваться функцией "Undo [Отменить]" для редактирования пользовательского объекта; • при создании пользовательского объекта сконфигурированные события отдельных объектов удаляются; • если при выходе из режима редактирования ни один объект не был выбран, пользовательский объект не создается (удаляется). В пользовательский объект импортируется только тот объект, который был выделен при выходе из режима редактирования; • в пользовательском объекте не поддерживается назначение “горячих” клавиш и определение TAB-последовательности [табуляции] (англ.TAB sequence); • если в пользовательский объект включен групповой индикатор состояния (group display), то для такого объекта можно использовать атрибуты "group value [групповое значение]", "group relevant [имеющий отношение к группе]" и"bit pattern group display [битовая комбинация группового индикатора состояния]" – для фиксации и квитирования состояний. Примечание: Текстовые свойства текстового объекта должны быть динамическими, для того чтобы выполнялись изменения, инициированные внешним источником, например, чтобы работала функция изменения языка. Краткое описание элементов управления WinCC и дополнительных элементов управления Введение ActiveX Controls [Элементы управления ActiveX] служат для визуализации и контроля за измеряемыми значениями и системными параметрами. Определив соответствующую динамику для этих элементов, их можно использовать для управления процессом. WinCC Controls [Элементы управления WinCC] и Symbol Library [Библиотека символов] устанавливаются во время инсталляции WinCC. Обзор Подробное описание элементов управления, перечисленных ниже, можно посмотреть с помощью ссылок на панели меню. Рис.7.22. AutoDesk Volo View Control [Окно отображения файлов CAD] Этот элемент управления позволяет отображать на экране процесса файлы CAD формата DXF. Файлы DXF, например, могут быть созданы в программе EPLAN или AutoCAD. Архивирование значений процесса Основные сведения об архивировании значений процесса Введение Назначением системы архивирования значений процесса является сбор, обработка и архивирование данных, поступающих от промышленной установки. Полученные таким образом данные могут использоваться для выявления ключевых управленческих и технологических критериев, которые бы позволяли оценить работу установки. Режим исполнения В режиме исполнения значения процесса, которые необходимо архивировать, собираются, обрабатываются, а, затем, сохраняются в архивной базе данных. В режиме исполнения можно вывести и посмотреть текущие или архивные значения процесса в виде тренда или в виде таблицы. Кроме того, архивные значения процесса можно распечатать в виде журнала. Конфигурирование Конфигурирование параметров архивирования осуществляется в редакторе Tag Logging [Регистрация тегов]. В этом редакторе конфигурируются архивы значений процесса и вторичные архивы архивы, определяются циклы сбора и архивирования данных, а также выбираются те значения процесса, которые необходимо архивировать. В Graphics Designer [Графическом дизайнере] можно сконфигурировать элементы управления ActiveX для отображения данных процесса в режиме исполнения. Выводить данные на экран можно в виде трендов и таблиц. При конфигурировании в Report Designer [Дизайнере отчетов] определяется в каком виде архивные данные процесса выводятся в журнал регистрации данных. Значения процесса в журнале регистрации данных могут быть представлены в табличной форме или в виде тренда. Применение Вы можете использовать архивированные значения процесса для решения следующих задач: •своевременное обнаружение опасных состояний и условий, приводящих к неисправностям; • повышение производительности; • улучшение качества продукции; • оптимизация циклов технического обслуживания; • документирование изменения значений процесса. Архивирование значений процесса в WinCC Введение Система архивирования отвечает за архивирование значений процесса в режиме исполнения. Эта система обрабатывает значения процесса, которые временно хранятся в базе данных системы исполнения, и записывает их в архивную базу данных. Рис.8.1. В архивировании значений процесса участвуют следующие подсистемы WinCC: • Automation system [Система автоматизации] (AS): сохраняет значения процесса, которые передаются WinCC с помощью коммуникационных драйверов; • Data manager [Менеджер данных] (DM): обрабатывает значения процесса и возвращает их в систему архивирования через теги процесса; • Archive system [Система архивирования]: обрабатывает полученные значения процесса (например, формирует среднее значение). Метод обработки зависит от того, каким образом сконфигурирован архив; • Runtime database [База данных системы исполнения] (DB): хранит архивируемые значения процесса. Термины Решение вопроса о том, должны ли и когда должны осуществляться сбор и архивирование значений процесса, зависит от множества параметров. Используемый метод архивирования определяет какие, из перечисленных ниже параметров, нужно сконфигурировать: • Acquisition cycle [Цикл сбора данных] – определяет моменты времени, когда значение тега процесса считывается в системе автоматизации. Определить цикл сбора необходимо, например, для циклического архивирования значений процесса; • Archiving cycle [Цикл архивирования] - позволяет определить моменты времени, когда обработанное значение процесса сохраняется в архивной базе данных. Определить цикл архивирования необходимо, например, для циклического архивирования и циклического выборочного архивирования; • Start event [Стартовое событие] – возникновение такого события инициирует начало процесса архивирования значений, например, архивирование значений процесса начинается после того, как установка была включена. Стартовое событие конфигурируется, например, для ациклического архивирования значений процесса; • Stop event [Событие останова] –такое событие прекращает архивирование значений процесса после его возникновения, например, архивирование прекращается после выключения установки. Событие останова конфигурируется, например, для циклического выборочного архивирования значений процесса. Внешние и внутренние теги Введение В WinCC внешние теги используются для сбора значений процесса и имеют доступ к ячейкам памяти системы автоматизации, поэтому внешние теги называются тегами процесса. Внутренние теги не связаны с процессом ислужат для хранения внутрисистемных значений WinCC. Как внешние, так и внутренние теги могут храниться в виде архивных тегов в архиве значений процесса. Архивные теги Значения процесса хранятся в архивах значений процесса в виде архивных тегов. Существуют следующие типы архивных тегов: • аналоговый (англ. аnalog) архивный тег хранит численные значения процесса, например, уровень наполнения резервуара; • двоичный (англ. binary) архивный тег хранит двоичные значения процесса, например, сведения о том, включен двигатель или выключен; • тег, управляемый процессом (англ. process-controlled tag) хранит значения процесса, полученные от системы автоматизации в виде кодовой посылки (например, ряд значений процесса, полученных в результате серии измерений). Кроме того, можно выполнить обработку архивируемых значений процесса. Обработка выполняется путем применения математических функций (например, усреднение). Обработанные значения процесса хранятся во вторичном архиве (англ. compressed archive), в тегах вторичных архивов (англ.compressed tag). Методы архивирования Введение Вы можете архивировать значения процесса, используя различные методы архивирования. Например, можно контролировать отдельные значения процесса в определенные моменты времени, причем таким образом, чтобы этот контроль выполнялся в зависимости от определенных событий. Можно производить архивирование быстро изменяющихся значений процесса, не увеличивая нагрузку на систему. С целью уменьшения объема хранимых данных можно обрабатывать определенным образом уже архивированные значения процесса. Методы архивирования В режиме исполнения можно использовать следующие методы архивирования: • циклическое (англ. cyclic) архивирование значений процесса: непрерывное архивирование значений процесса (например, контроль значений процесса); • циклическое выборочное (англ.cyclic-selective) архивирование значений процесса: непрерывное архивирование значений процесса, управляемое событием (например, контроль значений процесса в определенный период времени); • ациклическое (англ.acyclic) архивирование значений процесса: архивирование значений процесса, управляемое событием (например, архивирование текущего значения процесса, после того как было превышено критическое предельное значение). • управляемое процессом (англ. process-controlled) архивирование значений процесса: архивирование нескольких тегов процесса или архивирование быстро изменяющихся значений процесса. • архивирование во вторичные архивы (англ. compressed archive): обработка/сжатие (англ. compression) отдельных архивных тегов или целых архивов значений процесса (например, почасовое усреднение значений процесса, архивируемых каждую минуту). Циклы и события Введение Управление архивированием значений процесса осуществляется с помощью циклов и событий. Циклы сбора и архивирования гарантируют непрерывный сбор и постоянное хранение значений процесса. Кроме этого, начать или остановить архивирование значений процесса можно с помощью событий. Вы можете комбинировать управление с помощью циклов и управление с помощью событий – например, сбор значения процесса осуществляется постоянно, однако, архивирование значения не начинается до тех пор, пока не произойдет некоторое двоичное событие. Цикл сбора (англ. Acquisition cycle) Цикл сбора данных позволяет определить диапазон времени, через который происходит считывание значений тега процесса. Наименьший возможный цикл равняется 500 мсек. Все остальные величины кратны этому значению. Примечание: Применение короткого цикла сбора может привести к высокой нагрузке на систему. Если в системе происходят частые или быстрые изменения значений процесса, следует использовать теги кодовых посылок. Цикл архивирования (англ. Archiving cycle) С помощью цикла архивирования определяется, диапазон времени, через который значения процесса сохраняются в архивной базе данных. Цикл архивирования всегда кратен циклу сбора. Все значения процесса, которые были получены из тегов процесса в период между сбором и архивированием данных, обрабатываются функцией архивирования. Для обработки архива значений процесса вы можете использовать одну из следующих функций архивирования: • максимальное значение (англ. Maximum): сохраняется наибольшее значение из всех собранных; • минимальное значение (Minimum): сохраняется наименьшее значение из всех собранных; • фактическое значение (Actual value): сохраняется последнее из собранных значений процесса; • среднее значение (Average value): сохраняется средняя величина всех собранных значений процесса; • сумма (Sum): сохраняется сумма всех собранных значений процесса; • макрос (Action): значение процесса вычисляется с помощью функции, созданной в Global Script [Глобальном сценарии]. Стартовые события/ события останова События могут запускать и останавливать архивирование значений процесса. Условия, определяющие событие, могут быть связаны с тегами и скриптами (C, VBS). В WinCC различают следующие события: • двоичное событие: изменение булевого тега процесса. Например, переключение двигателя из одного состояния в другое может инициировать архивирование значений процесса; • событие достижения граничного значения: выход за пределы верхнего или нижнего граничного значения или достижение граничного значения. Достижение или выход за пределы граничного значения могут быть абсолютными или относительными. Например, архивирование может начаться в случае, если температурные колебания превышают 2 %; • временное событие: фиксированный момент времени или истечение определенного периода времени после начала архивирования значений процесса. Например, формирование журнала регистрации может осуществляться по окончании каждой рабочей смены. Циклическое архивирование значений процесса Введение Циклическое архивирование значений процесса начинается сразу после запуска режима исполнения. Сбор значений процесса и их запись в архивную базу данных выполняется непрерывно с заданным циклом. Циклическое архивирование прекращается при выходе из режима исполнения. Режим работы Рис.8.2. В WinCC (B) теги процесса соответствуют определенным значениям процесса в памяти системы автоматизации (A). Цикл сбора (1) определяет моменты времени, когда значения процесса считываются из памяти системы автоматизации. Компонент исполнения архивной системы (C) обрабатывает значения процесса: • от того, каким образом сконфигурирована система архивирования зависит, архивируется ли данное значение процесса. Например, значение процесса может архивироваться только в том случае, если оно изменилось на определенную величину в абсолютном или относительном выражении (2); • функция архивирования (3) определяет, каким образом должны обрабатываться полученные значения процесса. Например, они могут усредняться. Цикл архивирования (4) определяет моменты времени, когда обработанные значения процесса записывается в архивную базу данных (D). Циклическое выборочное архивирование значений процесса Введение В режиме исполнения циклическое выборочное архивирование значений процесса начинается после того, как происходит стартовое событие. После начала архивирования сбор значений процесса и их запись в архивную базу данных происходит непрерывно с заданным циклом, как при циклическом архивировании и прекращается либо после того, как происходит событие останова, либо при выходе из режима исполнения. Когда происходит событие останова, последнее полученное значение процесса также архивируется. Режим работы Рис.8.3. В WinCC (B) теги процесса соответствуют определенным значениям процесса в памяти системы автоматизации (A). Архивирование значений процесса начинается после того, как происходит стартовое событие (1). Цикл сбора (2) определяет моменты времени, когда значения процесса считываются из памяти системы автоматизации. Компонент исполнения архивной системы (C) обрабатывает значение процесса: • от того, каким образом сконфигурирована система архивирования зависит, архивируется ли данное значение процесса. Например, значение процесса может архивироваться только в том случае, если оно изменилось на определенную величину в абсолютном или относительном выражении (3); • функция архивирования (4) определяет, каким образом должны обрабатываться полученные значения процесса. Например, они могут усредняться. До тех пор пока не происходит событие останова (6), цикл архивирования (5) определяет моменты времени, когда обработанные значения процесса записываются в архивную базу данных (D). Ациклическое архивирование значений процесса Введение В режиме исполнения при ациклическом архивировании текущие значения процесса заносятся в архивную базу тогда, когда происходит стартовое событие или изменяется значение тега процесса. Ациклическое архивирование значений процесса заканчивается при выходе из режима исполнения. Режим работы Рис.8.4. В WinCC (B) теги процесса соответствуют определенным значениям процесса в памяти системы автоматизации (A). При изменении значения тега процесса или возникновении стартового события (1), значение процесса считывается из памяти системы автоматизации (2). Компонент исполнения архивной системы (C) обрабатывает значение процесса: • от того, каким образом сконфигурирована система архивирования зависит, архивируется ли данное значение процесса. Например, значение процесса может архивироваться только в том случае, если оно изменилось на определенную величину в абсолютном или относительном выражении (3). После обработки фактическое значение процесса записывается в архивную базу данных (D) (4). Управляемое процессом архивирование значений процесса Введение Управляемое процессом архивирование значений процесса используется для одновременного архивирования нескольких тегов процесса или для архивирования быстро изменяющихся значений процесса. Значения процесса записываются в тег кодовой посылки, который декодируется системой архивирования. Полученные таким образом значения процесса, затем, хранятся в архивной базе данных. Режим работы Рис.8.5. В WinCC (B) теги процесса соответствуют определенным значениям процесса в памяти системы автоматизации (A). После того как начинается работа в режиме исполнения, значения процесса, подлежащие архивированию, считываются (1) и записываются в сконфигурированный тег кодовой посылки в виде двоичных данных. Компонент исполнения архивной системы (C) обрабатывает значение тега кодовой посылки: • DLL обработки (2) – это часть системы архивирования, которая декодирует двоичные данные тега кодовой посылки. Декодированные значения процесса записываются в архивную базу данных (D) (3). Вторичный архив (англ. compressed archive) Введение Для того чтобы уменьшить объем данных, которые находятся в архивной базе данных, архивные теги за определенный период времени можно сжать. Для этого нужно создать вторичный архив (англ. compressed archive), в котором все архивные теги хранятся в виде тегов вторичного архива (англ.compressed tag). Сами архивные теги сохраняются, однако их можно скопировать, переместить или удалить. Вторичный архив хранится в архивной базе данных таким же образом, что и архив значений процесса. Режим работы Обработка/сжатие данных выполняется применением математических функций. Для обработки/сжатия архива значений процесса к значениям процесса за определенный период времени применяется одна из следующих функций: • максимальное значение (max. value): в тег вторичного архива записывается максимальное значение процесса за этот период времени; • минимальное значение (min. Value): в тег вторичного архива записывается минимальное значение процесса за этот период времени; • среднее значение (average value): в тег вторичного архива записывается средняя величина значений процесса за этот период времени; • сумма (sum): в тег вторичного архива записывается сумма значений процесса за этот период времени. Используемый метод обработки/сжатия определяет, что происходит с первичными архивными значениями процесса после их обработки: • вычислить (Calculate): значения архивных тегов за определенный период считываются и обрабатываются. Значения процесса первичных архивных тегов сохраняются; • вычислить и скопировать (Calculate and copy): значения архивных тегов за определенный период считываются, обрабатываются и, кроме того, копируются во вторичный архив (compressed archive); • вычислить и удалить (Calculate and delete): значения архивных тегов за определенный период считываются, обрабатываются и, затем, удаляются; • вычислить, скопировать и удалить (Calculate, copy and delete): значения архивных тегов за определенный период, считываются, обрабатываются и, кроме того, перемещаются во вторичный архив (compressed archive). ЛЕКЦИЯ №6 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ СВЯЗИ. КОНТРОЛЛЕРНАЯ ТЕХНИКА НА ПРИМЕРЕ РЕШЕНИЙ ФИРМЫ SIEMENS. Для построения систем автоматизации производственных и технологических процессов всё чаще и чаще используются распределённые системы. Это означает, что весь комплекс задач управления распределяется между отдельными системами, выполняющими менее крупные подзадачи. В результате возникает необходимость в организации эффективной связи между распределёнными системами. В качестве примеров преимуществ такого (распределенные системы) подхода к построению систем управления можно привести следующие: - Независимый и одновременный ввод в эксплуатацию отдельных участков цеха/системы - Объём программ меньше, они более понятны - Параллельная обработка данных распределёнными системами автоматизации (программируемыми контроллерами) За счет этого достигается: - Более короткие времена реакции - Снижение нагрузки на отдельные устройства обработки - Повышенная работоспособность и надёжность цеха/системы Развитая высокопроизводительная система связи является неотъемлемой частью распределённой системы управления. Основой таких систем являются локальные сети (ЛС), которые подразделяются на следующие типы: - Электрические - Оптические - Комбинация электрических/оптических Своим семейством промышленных сетей SIMATIC NET фирма SIEMENS представляет открытую гетерогенную систему связи, предназначенную для использования на всех уровнях иерархии систем автоматизированного управления в условиях промышленного производства. Системы связи SIMATIC NET базируются на государственных и международных стандартах в соответствии с 7-уровневой моделью ISO/OSI. Модель ISO/OSI Архитектура протоколов PROFIBUS ориентирована на уже установленные национальные и международные нормы. Так, архитектура протоколов базируется на модели OSI (Open System Interconnection). Рис 9.1. Модель ISO/OSI для стандартов На рис.9.1. изображена модель ISO/OSI для коммуникационных стандартов, состоящая из 7 уровней, подразделяющихся на два класса: - ориентированных на пользователя с уровня 5 по уровень 7; - ориентированных на сеть (уровни 1-4). Уровни с 1 по 4 описывают пересылку передаваемых данных из одного пункта в другой, в то время как уровни с 5 по 7 предоставляют в распоряжение пользователя доступ к сети в соответствующей форме. В состав SIMATIC NET входят следующие компоненты: - Коммуникационная сеть, состоящая из среды передачи, средств для подключения к сети и передачи данных, а также соответствующие технологии передачи ; - Протоколы и службы, используемые для обмена данными между перечисленными выше устройствами; -Модули, предназначенные для подключения программируемого контроллера или компьютера к ЛС (коммутационные процессоры = .CP.) SIMATIC® NET - это имя для всего семейства сетей. Для реализации самого разнообразного круга задач, которые должны быть решены в том или ином проекте автоматизации, SIMATIC NET, в зависимости от конкретной ситуации, предлагает различные сети связи. Топология помещений, зданий, заводов и всего комплекса компании в целом, а также преобладающие условия окружающей среды могут быть различными, и это влечёт за собой разнообразные требования. Объединённые в сеть компоненты системы автоматизации также выдвигают различные требования к системе связи. Для выполнения этих разносторонних требований семейство SIMATIC NET предлагает следующие сети связи, удовлетворяющие государственным и международным стандартам: • Industrial Ethernet, соответствующий IEEE 802.3 международному сетевому стандарту для связи между помещениями. Сеть может работать при скорости передачи 10 Мбит/с с использованием триаксиального кабеля, стеклянного волоконно-оптического кабеля или экранированной витой пары. •Fast Industrial Ethernet, Коммуникационная сеть со скоростью передачи данных 100 Мбит/с. Для построения такой сети используется стеклянный волоконно-оптический кабель или экранированная витая пара. • PROFIBUS, соответствующий EN 50170 – международному стандарту для сетей полевого уровня с ограниченным числом узлов. Средой передачи может являться витая пара, волоконно-оптический кабель или беспроводная среда. • AS-интерфейс – для соединения с датчиками и приводами. Industrial Ethernet - Возможны открытые сетевые решения. Высокая скорость передачи обеспечивается различными режимами передачи. Промышленный Ethernet - это промышленный стандарт, широко проверенный и принятый. Функционирование Ethernet основано на соответствующей IEEE 802.3 процедуре CSMA/CD (Коллективный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий). Стандарт IEEE 802.3 Первый стандарт Ethernet 10BASE5 /1/ был введён международным .Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). в 1985 году. Стандарт базировался на использовании в качестве среды передачи коаксиального кабеля. Данный стандарт лёг в основу первой промышленной сети Industrial Ethernet. Эта сеть, названная SINEC H1, была улучшена за счёт использования триаксиального кабеля и за свою многолетнюю службу в системах автоматизации производственных и технологических процессов многократно подтвердила свою высокую пригодность /6/. С момента своего появления и стандарт IEEE, и семейство продуктов SIMATIC NET непрерывно улучшались в качестве и расширялись, ещё более повышая гибкость и производительность сетей Ethernet. Примером является использование в качестве канала связи волоконно-оптических кабелей и витых пар, а также появление стандарта Fast Ethernet, увеличившего скорость передачи данных в 10 раз. Общим свойством всех версий сети Ethernet является немодулированная передача данных и метод доступа CSMA/CD. Немодулированная передача данных Согласно IEEE 802.3, в Ethernet используется немодулированная передача данных. Это означает, что в канале связи (например, по шинному кабелю) передаются немодулированные импульсные сигналы. Среда распространения сигнала формирует единый канал связи, ресурсы которого должны использоваться одновременно всеми подключенными терминальными устройствами (ООД). Все подключенные терминальные устройства принимают передаваемую информацию одновременно. В любое время правом на передачу данных обладает лишь одно терминальное устройство. Если несколько терминальных устройств передают данные одновременно, в канале связи возникает коллизия. Сигналы терминальных устройств, пытающихся передавать данные одновременно, подавляют друг друга. Совершенно очевидно, что возникает необходимость в координировании доступа к среде передачи, используемой совместно. В стандарте IEEE 802.3 для решения этой проблемы используется протокол CSMA/CD. Управление доступом с помощью протокола CSMA/CD Протокол CSMA/CD (множественный доступ с опросом несущей и обнаружением коллизий) также известен как протокол LWT (Listen While Talk .буквально, .говори, слушая.). Такой метод доступа является распределённым, поскольку все терминальные устройства, подключенные к сети, обладают равными правами. Если терминальное устройство собирается передавать данные, оно сначала «слушает», не передаются ли по каналу связи данные другими терминальными устройствами. Если другие терминальные устройства не передают данные, оно может начать передачу. Если же терминальное устройство обнаружило, что среда передачи уже используется другим ООД, оно должно дождаться освобождения канала связи. Все терминальные устройства .слышат. передаваемые данные. Информация об адресе назначения, содержащаяся в данных, позволяет терминальному устройству распознать, должно оно принимать данные или нет. Если несколько терминальных устройств собираются передавать данные одновременно, и оба они обнаружили, что канал связи свободен, они начинают передачу. Спустя короткое время произойдёт «столкновение» передаваемых данных. Терминальные устройства снабжены механизмом, который позволяет им обнаруживать такие коллизии. Все терминалы, оказавшиеся участниками коллизии, прекращают передачу и в течение некоторого времени, величина которого случайна и рассчитывается для каждого отдельного терминала по-разному, вновь предпринимают попытку передачи данных. Так повторяется до тех пор, пока один из терминалов не добьётся успешной передачи в отсутствии коллизий. Другие терминалы ожидают освобождения канала связи. Домен обнаружения коллизий Техника доступа CSMA/CD функционирует без ошибок в сети Ethernet, протяжённость которой ограничена максимальным допустимым временем распространения пакета данных. Расстояние, в пределах которого протокол CSMA/CD работает корректно, называют .доменом обнаружения коллизий. или "коллизионным доменом". В классических сетях Ethernet (10 Мбит/с) домен обнаружения коллизий имеет протяжённость 4520 м. Profibus – шина уровня помещений с ограниченным числом узлов на базе европейского стандарта EN 50170, Volume 2, PROFIBUS. Так как требования соответствия EN 50170 выполнены, PROFIBUS допускает подключения компонентов от других производителей, которые подчиняются стандартам. Функционирование PROFIBUS основано на принципе ведущих-ведомых устройств, что обеспечивает различие между активными и пассивными участниками сети. Модификации: PROFIBUS-DP - высокоскоростная шина с циклической передачей данных, PROFIBUS-DP применяет уровни 1 и 2 модели ISO/OSI для коммуникационных стандартов, а также пользовательский интерфейс. Уровни с 3 по 7 не используются. Благодаря такой архитектуре достигается быстрая передача данных. Direct Data Link Mapper (DDLM) организует доступ к уровню 2. В основу пользовательского интерфейса положены необходимые пользовательские функции, а также системные и аппаратно-зависимые функции различных типов PROFIBUS-DP-приборов. Этот профиль протокола PROFIBUS оптимизирован для быстрого обмена данными специально для коммуникаций между системами автоматизации и децентрализованной периферией на полевом уровне. PROFIBUS-IP (PA)- для опасных процессов, PROFIBUS-PA применяет расширенный PROFIBUS-DP-протокол передачи данных. Техника передачи согласно IEC 1158-2 обеспечивает надежность и питание полевых приборов через шину. Приборы PROFIBUS-PA могут благодаря применению специальных устройств (PROFIBUS-PA-Links) в простейшем случае интегрироваться в PROFIBUS-DP-сеть. PROFIBUS-PA . специальная концепция, позволяющая подключать к общей шине датчики и приводы, находящиеся во взрывоопасной зоне. PROFIBUS-FMS – для событийной передачи данных. В PROFIBUS-FMS применяются уровни 1,2 и 7. Пользовательский уровень состоит из FMS (Fieldbus Message Specification) и LLI (Lower Layer Interface). FMS содержит пользовательский протокол и предоставляет в распоряжение коммуникационные службы. LLI реализует различные коммуникационные связи и создает для FMS аппаратно-независимый доступ к уровню 2. FMS применяется для обмена данными на уровне ячеек (PLC и PC). Мощные FMS-сервисы открывают широкие области использования и большую гибкость при передаче больших объемов данных. PROFIBUS-DP и PROFIBUS-FMS применяют одинаковую технику передачи и единый протокол доступа к шине и поэтому могут работать через общий кабель. AS-Interface - это сетевая система для двоичных датчиков и исполнительных устройств полевого уровня. AS-интерфейс допускает подключение удаленных бинарных исполнительных устройств и датчиков, которое нерентабельно выполнять по шине Profibus из-за высокой стоимости кабеля. В отличие от мощной сети PROFIBUS основная область применения линий связи по AS-интерфейсу – передача небольшого количества данных, таких например, как информация о положении переключателей. Маркерное кольцо/Ведущий–Ведомый В сетях PROFIBUS используются методы доступа, описываемые стандартом EN 50170, Том 2, а именно “Token Bus” (сеть с передачей маркера или маркерное кольцо) для активных станций и “Master–Slave” (Ведущий-Ведомый) – для пассивных. Рис.9.2. Принципы технологии доступа к среде передачи информации в сетях PROFIBUS Активные и пассивные узлы Технология доступа не зависит от конкретной среды передачи данных. На рисунке 9.2. “Принципы технологии доступа к среде передачи информации в сетях PROFIBUS” показана гибридная технология доступа с участием активных и пассивных узлов. Ниже приводятся краткие пояснения: • Все активные узлы (ведущие) формируют логическое маркерное кольцо, имеющее фиксированный порядок, при этом каждый активный узел "знает" другие активные узлы и их порядок в логическом кольце (порядок не зависит от топологии расположения активных узлов на шине). • Право доступа к каналу передачи данных, так называемый “маркер”, передаётся от активного узла к активному узлу в порядке, определяемом логическим кольцом. • Если узел получил маркер (адресованный именно ему), он может передавать пакеты. Время, отпущенное ему на передачу пакетов, определяется временем удержания маркера. Как только это время истекает, узлу разрешается передать только одно сообщение высокого приоритета. Если такое сообщение у узла отсутствует, он передаёт маркер следующему узлу в логическом кольце. Маркерные таймеры, по которым рассчитывается максимальное время удержания маркера, конфигурируются для всех активных узлов. • Если активный узел обладает маркером, и если для него сконфигурированы соединения с пассивными узлами (соединения "ведущее устройство-ведомое устройство"), производится опрос пассивных узлов (например, считывание значений) или передача данных на эти устройства (например, передача уставок). • Пассивные узлы никогда не принимают маркер. Описанная технология доступа поддерживает вход и выход узлов из логического кольца во время работы. Характеристики S7-200 • Модульная малая система управления для задач наиболее низкого уровня производительности. • Система рассчитана на использование CPU различной производительности (память до 8 кб, 8-40 интегрированных входов/выходов (I/O) на CPU). • Каждый CPU имеет вариант питания либо от =24 В, либо ~120/230 В. • В конструкцию может быть добавлено до 7 модулей расширения, в зависимости от CPU (кроме CPU 210 или CPU 221). • Широкий спектр используемых модулей. Примечание: Комбинация модулей серии S7-21x с модулями серии S7-22x НЕ ДОПУСКАЕТСЯ! •CPU подключается к модулям гибкими встроенными прорезиненными кабелями (для S7-22x серии) и посредством шинных соединителей (для S7-21x серии). •Работа в сети: - RS 485 коммуникационный интерфейс (кроме CPU 210), - как ведомое устройство в сети PROFIBUS (CPU 215, CPU 222 или мощнее). • Центральное подключение PG/ПК с доступом ко всем модулям. • Нет ограничений на использование слотов. • Использует собственное ПО S7 Micro/WIN32, т.е. STEP 7™ не требуется. • Функционально законченный модуль, включающий блок питания, CPU и I/O-периферию. • Защита паролем пользовательских программ - 3 уровня. Стоимость CPU от 147 € до 1000 €. В/В дискретный до 120 €, аналоговый до 200 €. Модули расширения (EM) • Цифровые входные модули: - 24 В постоянного тока, - 120/230 В переменного тока. • Цифровые выходные модули: - 24 В постоянного тока, - реле. • Аналоговые входные модули - напряжение, - ток, - сопротивление, - термопары. • Аналоговые выходные модули: - напряжение, - ток. Примечание: С CPU серии S7-21x могут использоваться только модули расширения серии S7-21x. Комбинация модулей серии S7-21x с модулями серии S7-22x НЕ ДОПУСКАЕТСЯ! Коммуникационные процессоры (CP) Вы можете использовать CP 242-2 для значительного увеличения числа входов/выходов (inputs/outputs) SIMATIC S7-200™ (серия S7-21x). CP используется как ведущее устройство (master) по отношению к интерфейсам приводов и датчиков (AS-Interface). В результате через 31 ведомое устройство (slave) AS-интерфейса можно управлять до 248 двоичными элементами. Принадлежности Шинный соединитель (Bus connector) (только для серии S7-21x) Коммуникационные процессоры (CP) С серией S7-22x Вы должны использовать CP 243-2 для подключения S7-200™ как ведущего устройства (master) по отношению к AS- интерфейсу. Новейший CP243-2 поддерживает до 62 ведомых (slave) устройств с AS-интерфейсом (или максимальное - 31 аналоговое ведомое устройство). До трех (CPU 224, CPU 226) CP243-2 процессоров может работать одновременно в этих S7-200 CPU. Модуль EM277 PROFIBUS-DP допускает подключение CPU серии S7-22x (6ES7-22x-xxx21-xxxx и более поздние) к шине PROFIBUS-DP (как ведомых), а также к сети MPI. Одновременная работа возможна в режиме MPI-ведомых и PROFIBUS-DP-ведомых (slave) устройств. При этом в подсети PROFIBUS-DP поддерживается скорость передачи данных до 12 Мбит/с. Переключатель режима Для ручного переключения режимов: STOP - режим останова; программа не выполняется. TERM - программа выполняется, доступен ввод/вывод от программатора. RUN - программа выполняется, возможно только чтение в программатор. Индикаторы состояния SF - Групповая ошибка; внутренняя ошибка CPU; красный. RUN - Рабочий режим ; зеленый. STOP - Режим останова; желтый. DP - PROFIBUS-DP (только для CPU 215). Карта памяти. Слот для карты памяти. Карта памяти сохраняет программу в случае отсутствия питания, если нет батареи. Соединение PPI Здесь подключается программирующее устройство, текстовый дисплей или другой CPU. Характеристики S7-300 • Модульная малая система управления низкой производительности. • Ряд CPU различной производительности. • Расширенный состав модулей. • Возможность расширения до 32 модулей. • Встроенная шина связи модулей. • Работа в сети с - многоточечным интерфейсом (MPI), - PROFIBUS или - Industrial Ethernet. • Централизованное соединение с программатором для всех модулей. Стоимость CPU от 377 € до 2042 €. В/В дискретный до 600 €, аналоговый до 800 €. • Сигнальные модули (SM) • Дискретные модули ввода: = 24 В, ~ 120/230 В. • Дискретные модули вывода: = 24 В, реле. • Аналоговые модули ввода: напряжение, ток, сопротивление, термопара. • Аналоговые модули вывода: напряжение, ток. Бывают двух типов: А и В. Модули типа А не могут прерывать работу программы, а В способны вызывать диагностические и аппаратные прерывания. Интерфейсные Модули (IM) IM360/IM361 и IM365 делают возможной многорядную конфигурацию. Они соединяют шину одного ряда с шиной другого. Псевдомодуль (Dummy Modul - DM) Модуль DM 370 резервирует слот для сигнального модуля, параметры, которого еще не назначены. Такой модуль также может быть использован, например, для резервирования слота для установки в дальнейшем интерфейсного модуля. Функциональные модули (FM) Выполнение “специальных функций": -счетчики, -позиционирование, - ПИД управление. Коммуникационные процессоры (CP) Обеспечение следующих сетей: • соединение точка-к-точке (PPI), • PROFIBUS, • Industrial Ethernet. Принадлежности Шинный соединитель и фронт-штекер. Переключатель режимов MRES - сброс CPU (Module RESet). STOP - режим останова; программа не выполняется. RUN - программа выполняется, возможно только чтение информации из CPU в программатор. RUN-P - программа выполняется, доступны чтение и запись информации из программатора. Индикаторы состояния (светодиоды) SF - Summary Fault, групповая ошибка; внутренняя неисправность CPU или неисправность в модулях с возможностями диагностики. BATF - ошибка батареи; батарея разряжена или отсутствует. DC5V - индикация внутреннего постоянного напряжения 5 V. FRCE - показывает, что один или несколько входов или выходов находятся в режиме FORCE. RUN - мигает при запуске CPU, светится постоянно в рабочем режиме. STOP- светится постоянно в режиме останова. Медленно мигает, когда требуется сброс памяти. Быстро мигает, когда выполняется сброс памяти. Медленно мигает, когда сброс памяти необходим, при включении карты памяти. Карта памяти. Слот для установки карты памяти. Карта памяти сохраняет программу при отключении от сети при отсутствии батареи. Отсек батареи Это место для установки литиевой батареи под крышкой. Батарея поддерживает состояние ОЗУ при отсутствии напряжения. Соединитель MPI Соединение с устройством программирования или другим устройством с интерфейсом MPI. Интерфейс DP Интерфейс для прямого подключения распределенной периферии к CPU. Ознакомьтесь с техническими возможностями систем S7-300™. Здесь приводятся данные на апрель 2000 г. Более подробную техническую информацию Вы можете найти в каталоге ST 70. Характеристики S7-400 • Мощный PLC для решения задач автоматизации среднего и верхнего уровней сложности. • Ряд CPU различной производительности. • Расширенный набор модулей. • Возможно расширение до более, чем 300 модулей. • Соединительная шина встроена в модули (Р и К-шины). • Работа в сети с - многоточечным интерфейсом (MPI), - PROFIBUS или - Industrial Ethernet. • Централизованное соединение с программатором и ПК с доступом ко всем модулям. • Нет ограничений на использование слотов. • Многопроцессорная работа (до четырех CPU в центральной стойке). Стоимость CPU от 400 € до 11016 €. В/В дискретный до 700 €, аналоговый до 2000 €. UR 1 / UR 2 UR1/UR2 могут использоваться как центральная стойка и как стойка расширения. У них есть параллельная периферийная шина (шина P) для высокоскоростной передачи I/O сигналов (1.5 мкс/ байт) и критического ко времени доступа к данным сигнального модуля. Кроме того, стойки UR1 (18 слотов) / UR2 (9 слотов) имеют мощный последовательный канал связи посредством коммуникационной шины (шина K) для высокоскоростного обмена данными (10.5 мбит/с) между станциями шины K (S7/M7 CPU S7/M7, FM, CP ). Благодаря разделению шин P и K, каждой задаче назначена своя собственная шинная система. Сигналы управления и данные используют свои отдельные магистрали данных. Поэтому коммуникационные задачи не замедляют управляющие. CR2 Сегментированная стойка CR2 отличается тем, что имеет раздельные шины I/O для двух сегментов – соответственно с 10 и 8 слотами. Для каждого сегмента может использоваться один CPU. Оба CPU являются ведущими устройствами в своем сегменте шины P и могут иметь доступ только к своим собственным сигнальным модулям. Рабочие режимы этих CPU не синхронизированы, т.е. они могут быть одновременно в различных рабочих режимах. Связь между этими CPU может быть установлена посредством неразрывной K-шины. Отличие CR2 В симметричной многопроцессорной системе (в отличие от системы на CR 2) все CPU (максимум 4) функционируют в одном и тот же режиме, например, STOP, то есть, в такой системе все переключения рабочих режимов синхронизированы. ER 1 / ER 2 Стойки ER1 (18 слотов) / ER2 (9 слотов) не имеют K-шины, линий прерываний, линии питания 24 В и батарейной поддержки питания. Используется только для модулей типа А. Нет ограничений на использование слотов Исключение: Источник питания PS должен устанавливаться в крайний левый, а принимающий (Receive) IM-модуль в стойке расширения ER - в крайний правый слот! Режим мультипроцессорной обработки S7-400 разрешает мультипроцессорную обработку (одновременное выполнение задач несколькими процессорами). Может быть осуществлено управление четырьмя соответствующим образом разработанными CPU в одной стойке, на одной P-шине или K-шине. Станция S7-400 автоматически перейдет в мультипроцессорный режим, если вы в утилите Hardware Configuration разместите более одного CPU в центральной стойке. Можно занимать произвольные слоты; CPU различаются по номерам, автоматически назначаемым в возрастающем порядке при монтаже CPU. Вы можете сами назначить эти номера на вкладке «Multicomputing» («Многопроцессорное вычисление»). Конфигурационные данные для всех CPU должны быть загружены в PLC, даже если вы вносите изменения только для одного CPU. После назначения параметров для центральных процессоров вы должны каждый модуль в станции назначить процессору. Это осуществляется путем параметризации модуля на вкладке «Addresses» («Адреса») в разделе «CPU Assignment» («Назначение CPU») (рисунок 20.5). Одновременно, назначая области адреса модуля, вы также можете назначить прерывания модуля для данного CPU. С помощью команды View → Filter → CPU No. x-modules (Вид →Фильтр → Номер CPU x-модули) вы можете выделить модули, назначенные CPU, в конфигурационных таблицах. В мультипроцессорной сети все CPU находятся в одном и том же рабочем режиме. Это означает, что 􀂾 Все они должны быть параметризованы с одинаковым режимом рестарта; 􀂾 Все они переходят в режим RUN одновременно; 􀂾 Все они переходят в режим HOLD, когда вы производите отладку в пошаговом режиме в одном из CPU; 􀂾 Все они переходят в режим STOP, как только один из CPU перешел в этот режим. Когда происходит сбой в одной из стоек станции, в каждом CPU вызывается организационный блок ОВ 86. Пользователь программирует в этих CPU независимое друг от друга выполнение; они не синхронизированы. SFC 35 MP_ALM вызывает одновременно во всех CPU организационный блок ОВ 60 «Multiprocessor interrupt» («Мультипроцессорное прерывание») (обратитесь к параграфу 21.6 «Мультипроцессорное прерывание»). CPU S7 CPU S7-400™ совместимы сверху вниз со всеми программами на языке STEP 7. Есть два варианта: модуль одинарной ширины и модуль двойной ширины со встроенным интерфейсом ведущего DP-устройства. Встроенный DP-интерфейс позволяет адресовать до 125 ведомых (slave) станций децентрализованной периферии. Максимальная скорость передачи - 12 мбит/с. FM Функциональные модули (FM) для позиционирования, автоматического управления и вычислительных задач заменяют собой модули серии S5-IP. IM Интерфейсные модули могут использоваться для соединения стоек расширения SIMATIC® S7 и SIMATIC® S5 с центральной стойкой S7-400™. CP Коммуникационные процессоры (CP) позволяют подключить CPU к следующим сетям: • Industrial Ethernet (CP 443-1 и CP 444) • PROFIBUS (CP 443-5) • Point-to-Point соединение (CP441-1 и CP441-2). Каждый CPU имеет также интерфейс MPI для подключения к MPI-сети. К MPI-сети может подключаться до 32 узлов Сигнальные модули (SM) • Дискретные модули ввода: = 24 В, ~ 120/230 В. • Дискретные модули вывода: = 24 В, реле. • Аналоговые модули ввода: напряжение, ток, сопротивление, термопара. • Аналоговые модули вывода: напряжение, ток. Интерфейсные модули (IM) Интерфейсные модули IM460, IM461, IM463, IM467 обеспечивают подключение к различным стойкам: • UR1 (универсальная стойка) до 18 модулей, • UR2 (универсальная стойка) до 9 модулей, • ER1 (стойка расширения) до 18 модулей, • ER2 (стойка расширения) до 9 модулей. Функциональные модули (FM) Выполнение “специальных функций": • счетчики, • позиционирование, • ПИД управление. Коммуникационные процессоры (CP) Обеспечение следующих сетей: • соединение точка-к-точке (PPI), • PROFIBUS, • Industrial Ethernet. Светодиодные индикаторы ошибки Светодиоды – индикаторы состояний CPU и ошибок, как внутренних, так и внешних. Слот для модуля памяти В зависимости от Ваших требований, в CPU S7-400 можно вставить RAM или Flash EPROM в качестве внешней загрузочной памяти. • RAM – модуль объемом 64кб, 256кб, 1Mб, 2Mб. Содержимое поддерживается батарейным питанием CPU. • Модуль Flash EPROM объемом 64кб, 256кб, 1Mб, 2Mб, 4Mб, 8Mб, 16Mб. Содержимое сохраняется во встроенном EEPROM. Переключатель режимов MRES - сброс памяти модуля (Module RESet). STOP - режим останова, программа не выполняется и блокировка выходов ( режим "OD“ - запрет выходов). RUN - программа выполняется, возможно только считывание из CPU. RUN-P - программа выполняется, возможно запись CPU и считывание из CPU. MPI / DP - интерфейс MPI / DP интерфейс (назначение параметров с HWConfig) ... • для установления интерактивной связи (online) с PG, • для подключения к распределенной периферии (DP), • для обмена данными с другими станциями (S7-коммуникации). DP- интерфейс Для подключения к распределенной периферии (DP, только для CPU с двумя или тремя интерфейсными разъемами). EXT-BATT Гнездо для установки дополнительного источника питания (постоянное напряжение 5...15V) для поддержки RAM, например, когда заменяется блок питания. Типы CPU Для каждой области применения центральные процессоры выбираются по ряду параметров: быстродействие, объем рабочей (work) памяти и число программных блоков. Field PG (Полевой PG) Программирующее устройство промышленного стандарта. Полевой программатор - мощный и простой в использовании прибор, особенно в наладочных работах и обслуживании. Он также приспособлен для программирования и конфигурирования – идеальное средство для различных прикладных приложений. Характеристики • Размеры-формат ноутбука. • Двухчасовая работа от внутренней батареи. • AT-совместимость. • Цветной TFT-дисплей. • Обеспечен всеми необходимыми интерфейсными портами системы SIMATIC. Power PG (Мощный PG) Портативное устройство программирования, идеальное для всех задач проектирования систем автоматизации. Он также является очень мощным ПК промышленного стандарта. Характеристики • Высокопроизводительная система. • Отличные средства расширения. • Цветной TFT-дисплей. • Очень прочная конструкция. • Обеспечен всеми необходимыми интерфейсными портами системы SIMATIC и картой 5611 для связи с контроллером. Примечание Для программирования S7-200™ в STL имеется карманное устройство программирования PG702 (примерно 230 г, 144 x 72 x 27мм, ЖК – дисплей 2 x 20 символов). Требования Программаторы SIMATIC PG являются оптимальной базой для использования ПО STEP 7. Тем не менее, Вы можете также использовать ПК, которые отвечают указанным выше требованиям. Таким образом, Вы можете выполнить необходимые интерактивные (online) соединения между автоматизированной системой (PLC) и ПК. ПК при этом должен быть оснащен одним из интерфейсов, перечисленных на рисунке. Если программы пользователя должны быть загружены в модуль памяти, то ПК должен также быть оборудован соответствующим программным интерфейсом. STEP 7 Micro/WIN служит для конфигурирования, работы и обслуживания контроллеров S7-200™. STEP 7 Mini служит для программирования, работы и обслуживания простых автономных приложений для S7-300™ и C7-620. В отличие от STEP 7, существуют следующие ограничения: • невозможна загрузка дополнительных пакетов, например, Engineering Tools, • невозможно конфигурирование связи (связь CPU - CPU). STEP 7 Базовый пакет для конфигурирования и программирования S7-300™/400™/WinAC с интерфейсами к опционным пакетам. Опционные пакеты Опционные пакеты - это пакеты программ для создания, отладки и обслуживания программ пользователя: • S7-SCL - язык высокого уровня, подобный Паскалю (Structured Control Language), • S7-GRAPH - графическое программирование управляющих систем, • S7-HiGraph - графическое программирование последовательности технологических операций, • CFC - графическое конфигурирование и взаимная связь блоков, • S7-PLCSIM - проверка программ при отключенной связи PG/PC, • S7-Pdiag - диагностика технологического процесса для логических контроллеров систем последовательного управления, • S7-VersionStore - управление проектами STEP 7, • TeleService - расширение интерфейса MPI с помощью телефонных сетей, • HARDPRO - программное обеспечение конфигурирования аппаратуры, • DOCPRO - программное обеспечение документирования. Плата микропамяти SIMATIC (Micro Memory Card . MMC) Модуль памяти Эти CPU используют плату микропамяти SIMATIC (Micro Memory Card MMC) в качестве модуля памяти. MMC можно использовать как загрузочную память или как перемещаемый носитель данных. Указание Плата MMC должна быть вставлена, прежде чем вы сможете использовать CPU. На MMC хранятся следующие данные: • программа пользователя (все блоки) • архивы и рецепты • проектные данные (проекты STEP 7) • данные для обновления и сохранения операционной системы Указание На одной MMC можно хранить или пользовательские и проектные данные, или операционную систему. Перекрестная ссылка Ваша плата MMC имеет внутренний серийный номер, который предоставляет возможность защиты от копирования для MMC на пользовательском уровне. Этот серийный номер можно прочитать с помощью системной функции SFC 51 "RDSYSST" через подсписок SZL 011CH индекс 8. Затем вы можете, например, запрограммировать в блоке, защищаемом от копирования, команду STOP, если фактический серийный номер вашей платы MMC не совпадает с ожидаемым. Дополнительную информацию можно найти в Списке операций (раздел Подсписок SZL) или в руководстве Системные и стандартные функции. Осторожно! Данные на плате микропамяти SIMATIC могут быть повреждены, если она удаляется во время записи. В этом случае MMC должна быть стерта на устройстве программирования (PG) или отформатирована на CPU. Никогда не удаляйте MMC в режиме RUN, а только при выключенном питании или в состоянии STOP CPU, когда отсутствует доступ на запись со стороны PG. Если в состоянии STOP вы не можете гарантировать отсутствие активности записывающих функций PG (напр., загрузка или удаление блоков), то предварительно разъедините коммуникационные соединения. Срок полезного использования MMC зависит от следующих факторов: 1. количество процессов стирания и записи, 2. внешние воздействия, например, окружающая температура. При температуре окружающей среды до 60° C срок полезного использования MMC составляет 10 лет при максимальном количестве процессов стирания и записи, не превышающем 100 000. Форматирование MMC при общем стирании В следующих особых ситуациях MMC необходимо отформатировать: • Модуль MMC не является модулем пользователя. • Плата MMC еще не была отформатирована • Плата MMC неисправна • Содержимое платы MMC неверно. Содержимое MMC помечено как недействительное. • Процесс загрузки программы пользователя был прерван из-за исчезновения сетевого питания (см. специальную обработку). • Процесс записи из ОЗУ в ПЗУ был прерван из-за исчезновения сетевого питания • Ошибка при анализе содержимого модуля при общем стирании. • Ошибка при форматировании, или форматирование не могло быть выполнено. Если произошла одна из описанных ошибок, то CPU и после выполнения общего стирания снова требует общего стирания. За исключением прерывания процессов загрузки пользовательской программы или записи из ОЗУ в ПЗУ из-за исчезновения сетевого питания содержимое платы сохраняется вплоть до выполнения специальной обработки. Для форматирования вашей платы MMC выполните следующие шаги: Если CPU запрашивает общее стирание (медленное мигание светодиода STOP), то произведите форматирование с помощью следующих операций с переключателем: 1. Переведите переключатель в положение MRES и удерживайте его в этом положении (около 9 секунд), пока светодиод STOP не загорится ровным светом. 2. В течение следующих 3 секунд вы должны отпустить переключатель и вновь перевести его в положение MRES. Теперь светодиод STOP мигает только во время форматирования. Всегда выполняйте эту последовательность операций в течение указанного времени, так как в противном случае MMC не форматируется, а возвращается в состояние общего стирания. Не форматируйте MMC, если для этого нет особых причин (см. выше); например, не форматируйте плату, если CPU запрашивает общее стирание после замены модуля, так как здесь переключение на MRES только инициирует нормальное общее стирание, при котором содержимое модуля остается действительным. Интерфейсы Интерфейс MPI Наличие: во всех CPU, описанных в этом документе. MPI (Multi Point Interface . многоточечный интерфейс) . это интерфейс CPU с устройством программирования (PG) или панелью оператора (OP) или для обмена данными в подсети MPI. Типовая (предустановленная) скорость передачи составляет 187,5 кБод. Для обмена данными с S7-200 можно установить также скорость 19,2 кБод. Другие скорости передачи невозможны. CPU автоматически посылает на интерфейс MPI свои установленные параметры шины (напр., скорость передачи). Благодаря этому устройство программирования, например, может автоматически извлечь правильные параметры и подключиться к подсети MPI. Указание В режиме RUN к подсети MPI можно подключать только устройства программирования. Других абонентов (напр., OP, TP, ...) не следует подключать во время работы к подсети MPI, так как в противном случае передаваемые данные могут быть искажены импульсами помех или потеряны пакеты глобальных данных. Интерфейс PROFIBUS-DP Наличие: все типы CPU с идентификатором "DP" (используются в качестве master-устройства DP) Интерфейс PROFIBUS-DP служит, главным образом, для подключения децентрализованной периферии. С помощью PROFIBUS-DP вы можете, например, строить протяженные подсети. Интерфейс PROFIBUS-DP может быть спроектирован как master или как slave и обеспечивает скорости передачи до 12 МБод. CPU посылает свои установленные параметры шины (напр., скорость передачи) на интерфейс PROFIBUS-DP (если он используется как master). Благодаря этому устройство программирования, например, может быть снабжено правильными параметрами и может автоматически подключаться к подсети PROFIBUS. Передача параметров шины может быть отключена при проектировании. Указание (Для интерфейса DP в режиме slave-устройства) Если вы снимете метку с триггерной кнопки Commissioning / Test mode [Ввод в действие/Режим тестирования] в свойствах интерфейса DP в STEP 7, то установленная вами скорость передачи будет проигнорирована, и автоматически будет использоваться скорость передачи master-устройства. Интерфейс PtP Наличие: типы CPU с идентификатором "PtP" Через двухточечный интерфейс PtP к CPU можно подключать такие устройства с последовательным портом, как, например, устройство считывания штрихового кода, принтер, и т.д. При этом возможны скорости передачи в полнодуплексном режиме (RS 422) до 19,2 кБод, а в полудуплексном режиме (RS 485) до 38,4 кБод. Для двухточечного соединения эти CPU оснащены следующими драйверами: • драйвер ASCII • протокол 3964 (R) • RK 512 (только CPU 314C-2 PtP) Какие устройства к какому интерфейсу можно подключать? Рис. 11.1. Память CPU 31xC можно разделить на три области: Рис. 11.2. Области памяти CPU Загрузочная память Загрузочная память размещается на плате микропамяти SIMATIC (MMC). Ее величина точно соответствует размеру MMC. Она служит для хранения кодовых блоков и блоков данных, а также системных данных (конфигурации, соединений, параметров модулей и т.д.). Блоки, обозначенные как неисполняемые, хранятся исключительно в загрузочной памяти. Кроме того, на MMC могут храниться конфигурационные данные всего проекта. Указание Загрузка пользовательских программ и, тем самым, эксплуатация CPU возможна только с вставленной MMC. ОЗУ (Рабочая память) Рабочая память встроена в CPU и не может быть расширена. Она служит для обработки кода, а также редактирования данных программы пользователя. Обработка программы происходит исключительно в области рабочей и системной памяти. Рабочая память CPU всегда является сохраняемой (реманентной). Системная память Системная память встроена в CPU и не может быть расширена. Она содержит • области операндов: битов памяти (меркеров), таймеров и счетчиков • образы процесса на входах и выходах • локальные данные Сохраняемая память Ваш CPU снабжен сохраняемой памятью. Сохраняемая (реманентная) память реализуется на MMC и в CPU. Содержимое реманентной памяти сохраняется также и при выключении питания и при новом (теплом) пуске. Загрузочная память Ваша программа в загрузочной памяти (MMC) всегда является сохраняемой. Данные программы записываются в MMC при загрузке и, таким образом, они защищены от стирания при потере питания и сбросе памяти. Рабочая память Ваши данные в рабочей памяти при исчезновении напряжения сети сохраняются на MMC. Таким образом, содержимое блоков данных принципиально реманентно. Системная память Для битов памяти (меркеров), таймеров и счетчиков при проектировании свойств CPU (CPU properties) во вкладке Retentive memory [Сохраняемая память] определяется, какая часть из них должна быть сохраняемой, а какая должна инициализироваться нулевым значением при новом (теплом) пуске. Диагностический буфер, адрес MPI (и скорость передачи), а также счетчик рабочего времени обычно сохраняются в реманентной области памяти на CPU. Сохраняемостью адреса MPI и скорости передачи гарантируется, что даже после потери питания, общего стирания или потери параметризации связи (напр., из-за вытаскивания MMC или стирания коммуникационных параметров) ваш CPU все же останется способным к обмену данными. Свойство сохраняемости объектов памяти Следующая таблица показывает свойство сохраняемости объектов памяти при отдельных изменениях режима работы. Таблица 11.1. Свойство сохраняемости объектов памяти x = сохраняется; . = не сохраняется ЛЕКЦИЯ № 7 РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В ПАКЕТЕ STEP 7 В прошлом задачи управления решались с помощью автономных PLC (Programmable Logical Controls – программируемых логических контроллеров), управляющих машинами или процессами. Сегодня для того, чтобы оставаться конкурентоспособными, компаниям не достаточно автоматизировать только отдельные установки или машины. Требования большей гибкости в сочетании с высокой производительностью могут быть удовлетворены, когда отдельные машины и/или процессы будут объединены в единую автоматизированную систему. Для комплексной автоматизации (TIA - Totally Integrated Automation) общей базой является общая среда программного обеспечения, которая объединяет все компоненты в единую систему, несмотря на разнообразие применяемых технологий. Она обеспечивает всем необходимым для программирования, конфигурирования, управления, обработки данных, коммуникаций и обслуживания всего проекта. Программа-менеджер Step 7 SIMATIC Manager, запускаемая на ПК или на Siemens PG, содержит встроенный набор утилит для всех системных компонентов, которые облегчают создание, тестирование, запуск, эксплуатацию и обслуживание проектов пользователя. Пока Вы программируете и конфигурируете свое решение системы управления, программное обеспечение Siemens сохраняет все Ваши данные в центральной базе данных, к которой все утилиты имеют доступ. Центральна БД (Central Database) Общая база данных всех компонентов системы TIA – это база, данные, в которую вводятся один раз и после этого являются доступными для всего проекта в целом. Полная интеграция всех компонентов в единую систему автоматизации возможна с помощью: • Единой общей среды программного обеспечения (Step 7 SIMATIC Manager), которая объединяет все компоненты и задачи в унифицированную, удобную для использования систему. • Общей системы управления данными. • Стандартных открытых шин, таких как Ethernet, PROFIBUS, MPI, AS-interface, связывающих друг с другом все компоненты от уровня управления до полевого уровня. SIMATIC® Manager – это графический интерфейс для редактирования в интерактивном (online) и автономном (offline) режимах S7-объектов (проектов, файлов пользовательских программ, блоков, оборудования станций и инструментов). С помощью SIMATIC® Manager Вы можете: • управлять проектами и библиотеками, • запускать утилиты STEP 7, • подключаться к PLC, • редактировать содержимое модуля памяти. Запуск SIMATIC® Manager На рабочем столе Windows находится значок "SIMATIC® Manager". А в меню "Пуск" (Start) на панели задач в подменю SIMATIC® находится пункт "SIMATIC® Manager". Как и при запуске любых других приложений Windows, Вы можете вызвать "SIMATIC Manager“ либо двойным щелчком на значке программы: либо, выбрав пункт меню: START -> SIMATIC® -> Пользовательский интерфейс SIMATIC® Manager управляет S7-объектами, в частности, проектами и пользовательскими программами. При открытии объекта запускается связанный с ним редактор. Например, двойной щелчок на программном блоке запускает редактор программ Program Editor, после чего блок может быть отредактирован (объектно-ориентированный запуск). Примечание Вы можете всегда получить контекстную помощь для текущего окна, нажав функциональную клавишу F1. Вкладка "Language" ("Язык") • Language (Язык): Вы можете выбрать язык для использования в SIMATIC® Manager, меню, окнах диалога и т.д. (В списке показаны только языки, установленные в системе) • Mnemonics (Мнемоники): Вы можете выбрать мнемоники для использования при программировании S7-блоков. Вкладка "General" ("Общие") Базовые установки для редактирования проектов и библиотек: • Storage location for projects/multiprojects (Путь хранения проектов): путь (раздел) для сохранения проектов (мультипроектов). • Storage location for libraries (Путь хранения библиотек): путь (раздел) для сохранения библиотек пользователя. • Другие опции для вставки объектов, открывания проектов, настройки окон будут рассмотрены позже. • Deactivated system messages (Выключенные системные сообщения): С помощью кнопки “Activate“ ("Активировать") Вы можете вновь активировать все системные сообщения, выключенные в окне, при выбранной опции “Always display this message….“ ("Всегда отображать это сообщение"). Вкладка "View" ("Вид") Здесь определяется вид отображения объектов проекта на экране. Вкладка "Columns" ("Столбцы") Здесь определяются столбцы, которые должны отображаться при включении "Detail view" ("Подробный вид") (см. “Help“). Вкладка "Message numbers" ("Номера сообщений") Здесь определяется способ назначения номеров сообщений для новых проектов. Установка по умолчанию “No default setting“ ("Нет заданного значения") может быть изменена только при использовании сообщений ProTool, WinCC или CPU. Вкладка "Archive" ("Архив") Тема архивирования проектов будет обсуждаться в главе "Документирование, сохранение, архивирование“. Получение помощи Имеются различные способы получения помощи: 1. Общая справочная система запускается командой меню Help - > Contents (Справка - > Содержание). 2. Контекстно зависимая помощь запускается функциональной клавишей F1 или нажатием кнопки в панели инструментов. Вкладки • “Contents" ("Содержание") - список разделов под общими заголовками. • "Index" ("Указатель")- список доступных пунктов справки в алфавитном порядке. • “Search" ("Поиск") - поиск слов или выражений внутри разделов справочной информации. "Горячие слова" Некоторые слова в текстах помощи подсвечиваются зеленым и подчеркиваются (это так называемые "Горячие слова"). Щелчок кнопкой манипулятора "мышь" на "Горячих словах" вызывает соответствующий раздел помощи с подробной информацией. Контекстно- зависимая справка … С помощью контекстно-зависимой помощи Вы можете получить информацию, непосредственно связанную с выбранным объектом. Как показано на рисунке, объект может быть системной функцией или, например, он может быть STL-инструкцией в блоке. ... активация Вы можете активировать контекстно-зависимую помощь в любой утилите, выбрав соответствующий объект, и затем нажав функциональную кнопку F1. Вы можете использовать кнопку "Help on STEP 7" ("Справка по STEP 7") для перехода от контекстной справочной системы к общей. Примечание Дополнительную информацию о STEP 7 Вы можете найти в электронных справочниках. Для получения этой информации выберите пункт меню: Start -> Simatic -> Documentation (Пуск -> Simatic -> Документация). Рис.12.1. Создание проекта Для открытия диалогового окна "New” ("Новый") и создания нового проекта или новой библиотеки выберите пункт меню: File -> New (Файл -> Новый ) или кнопку в панели инструментов. Примечание 1. Поле “Storage location (path)“ (место хранения (путь)) показывает путь который установлен в SIMATIC® Manager в пункте меню: Options -> Customize (Опции -> Установки пользователя). 2. Начиная с версии STEP 7 V3.2 для помощи в создании нового проекта имеется вспомогательная программа Wizard "New Project". 3. Проект содержит все компоненты автоматизируемой системы. Проект может содержать одну или несколько станций (программируемых логических контроллеров), которые связаны в сеть с помощью шинной системы. При этом обеспечивается обмен данными между CPU или сетевыми платами. В каждой станции Вы можете установить несколько программируемых модулей (функциональных модулей) или - для S7-400™ - также до 4-х CPU. Данные модули обычно имеют свои собственные, им предназначенные, папки (разделы). 4. Вы можете также создавать разделы аппаратно-независимых Step 7-программ. Это позволяет запрограммировать приложение еще до определения состава оборудования системы. В дальнейшем Вы без проблем можете копировать аппаратно-независимые программы или компоненты (например, отдельные блоки) в эти разделы или загружать их в CPU. Структура проекта Данные хранятся в проекте в виде объектов. Объекты в проекте размещаются в древовидной структуре (иерархия проекта). Древовидная структура, показываемая в окне проекта, подобна структуре, используемой в Windows Explorer. Различаются только значки объектов. Иерархия проекта 1-й уровень: Проект. Каждый проект представляет базу данных, в которой хранятся все актуальные данные. 2-й уровень: • Станции (например, S7-300™), где хранится информация о конфигурации аппаратуры и параметрах модулей. Станции - исходный объект для конфигурирования аппаратуры. • Папки S7 Program - исходный объект для написания программ. Все программное обеспечение для модулей с назначенными параметрами хранится в папке S7 Program. В эту папку вложены папки исходных файлов и S7-блоков. • Подсети (MPI, Profibus, Industrial Ethernet) являются частью общей сети. 3-й и последующие уровни зависят от объектов вышестоящего уровня. Введение Конфигурирование необходимо только в следующих случаях: • если Вы хотите изменить базовые установки модулей, • для станций с распределенным I/O, • для S7-400™ с несколькими CPU или стойками расширения. Можно выгрузить фактическую конфигурацию из CPU, для просмотра установленных параметров в существующей системе. Фактическая конфигурация Во время запуска, CPU генерирует фактическую конфигурацию, т.е. он сохраняет информацию о размещении модулей и распределяет для них адреса в соответствии с фиксированным алгоритмом. Если никакие параметры не назначены, то используются параметры, определенные по умолчанию (при изготовлении модулей). Система хранит эту фактическую конфигурацию в системном блоке данных. Считывание конфигурации Имеется два способа считывания фактической конфигурацию на PG/ПК: 1. С использованием SIMATIC® Manager, путем выбора: PLC -> Upload Station (PLC -> Считать станцию). 2. Используя утилиту HW Config, путем выбора: PLC -> Upload (PLC -> Считать) или нажатием мыши на кнопку: Сохранение в PG/ПК Фактическая конфигурация, считанная из контроллера, вставляется как новая станция в выбранном проекте на PG. Примечание Когда Вы считываете реальную конфигурацию, заказные номера модулей не могут быть полностью определены. По этой причине Вы должны проверить конфигурацию и, если необходимо, вставить точный тип существующих модулей. Для того, чтобы сделать это, выберите модуль, а затем выберите опции меню: Options -> Specify Module (Опции -> Определить модули) Конфигурация аппаратуры Модули поставляются с завода с настроенными начальными параметрами. Если эти параметры подходят, конфигурирования аппаратных средств не требуется. Конфигурирование требуется: • если Вы хотите модифицировать параметры или адреса модуля (например, разрешить аппаратное прерывание от модуля), • если Вы хотите сконфигурировать соединения связи, • для станций с распределенной периферией (PROFIBUS-DP), • для станций S7- 400™ с несколькими CPU (многопроцессорная система) или стойками расширения, • в отказоустойчивых PLC (дополнительный пакет). Заданная (Setpoint) конфигурация При проектировании системы создается ее проектная (заданная) конфигурация. Она содержит станции с установленными модулями и назначенными параметрами. Система PLC собирается согласно проектной конфигурации. При пуске проектная конфигурация загружается в CPU. Фактическая (Actual) конфигурация В собранной системе, фактически существующая конфигурация и назначенные параметры модулей могут быть считаны из CPU в PG. При этом в проекте возникает новая станция. Это необходимо, в частности, если структура проекта не записана в PG. После того, как считана фактическая конфигурация, могут быть проверены, а затем сохранены в проекте фактические параметры . Примечания В S7-400™ параметры CPU могут быть назначены таким образом, что при различиях между проектной и фактической конфигурацией, пуск CPU прерывается. Чтобы вызвать инструмент HW Config, в SIMATIC® Manager должна существовать аппаратная станция. Вставка станции Новая станция вставляется в текущий проект с помощью опций меню: Insert -> Station -> SIMATIC® 300 Station или SIMATIC® 400 Station (Вставка -> Станция -> SIMATIC® 300 Station / SIMATIC® 400 Station). Заказные номера Каждый модуль имеет свой заказной номер, например, 6ES7 972-OBB12-OXAO (штекер для кабеля). 6ES7 ххх-ууууу-признак или порядковый номер тип модуля (0 – PS, 1 – CPU, 2 – D, 3 – A, 4 – СР, …) номер контроллера Признак для сигнальных модулей принимает значения: 1 – вход, 2 – выход. HW Config Этот инструмент помогает Вам при конфигурировании, назначении параметров и диагностике аппаратуры. Запуск HW Config Для запуска утилиты HW Config : • в SIMATIC® Manager выделите объект-станцию и выберите меню опций Edit -> Open Object (Правка -> Открыть объект ) или • дважды щелкните кнопкой "мыши" на значке “Hardware”. "Hardware Configuration" Это окно утилиты "HW Config" Вы используете для установки компонентов из окна "Hardware Catalog". Строка заголовка этого окна содержит имена проекта и станции. “Hardware Catalog" Для открытия каталога • Выберите команду меню View -> Catalog (Вид -> Каталог) или • Щелкните по кнопке на панели инструментов. Если в качестве профиля каталога (набор компонентов) выбран “Standard”, то в окне каталога для выбора доступны все стойки, модули и интерфейсные модули. Пользователи могут создавать свои собственные профили каталога, содержащие часто используемые ими элементы, выбрав опции меню: Options -> Edit Catalog Profiles (Опции -> Редактирование профиля каталога). Элементы из раздела каталога "Profibus DP", которые не существуют в каталоге, могут быть добавлены позднее. Чтобы сделать это, надо использовать так называемые файлы GSE, которые поставляются изготовителем устройства. Файл GSE содержит описание устройства. Для того, чтобы включать slave-устройства в аппаратный каталог, используйте опции меню: Options -> Edit Catalog Profiles (Опции -> Редактирование профиля каталога), а затем: Options -> Update Catalog (Опции -> Обновление каталога). Вы найдете новые устройства в каталоге в дополнительной области устройств Profibus. Создание проектной конфигурации Здесь определяется, как и какие модули должны быть размещены в стойке. Конфигурация, определенная пользователем, называется проектной конфигурацией. Компонент “Rack” (стойка) Откроем в каталоге “Hardware” станцию SIMATIC® 300. Раздел каталога "RACK-300" содержит только значок шины DIN. Вы можете включить ее в окно "Hardware Configuration" двойным щелчком на ней или используя метод drag&drop. В отдельных окнах появляются два списка компонентов стойки: простой список в верхнем окне и подробный список с заказными номерами, MPI адресами и адресами I/O в нижнем. Источник питания Если требуется установить блок питания, Вы вставляете в слот 1 стойки соответствующий модуль из группы "PS-300" двойным щелчком или методом drag&drop. CPU Вы выбираете CPU в каталоге из группы, например, "CPU-300" и вставляете его в слот 2 . Слот 3 В S7-300 cлот 3 зарезервирован для интерфейсного модуля IM, необходимого для многорядных конфигураций. Если эта позиция должна резервироваться для последующей фактической установки IM, то вставьте в фактическую конфигурацию холостой модуль DM370 (DUMMY). Сигнальные модули Начиная со слота 4, Вы можете вставить на выбор до 8 сигнальных модулей (SM), коммуникационных процессоров (CP) или функциональных модулей (FM). Вы вставляете модули, выбирая слот в стойке, а затем дважды щелкаете на соответствующем модуле в каталоге или используете метод drag&drop. Слоты, в которые выбранные модули могут быть вставлены, выделяются зеленым цветом. Под "конфигурированием» будем понимать размещение стоек, модулей, устройств децентрализованной периферии и интерфейсных модулей в окне станции. Стойки представляются с помощью конфигурационной таблицы, которая, как и "реальная» стойка, допускает определенное число устанавливаемых модулей. В конфигурационной таблице STEP 7 автоматически присваивает каждому модулю адрес. Возможно изменение адреса модулей станции, если CPU допускает свободное присвоение адресов (каждому каналу модуля адрес может быть назначен свободно, независимо от слота). Возможно, как угодно часто копировать конфигурацию в другие проекты STEP 7, при необходимости модифицировать ее и загрузить в одну или несколько существующих установок. При запуске системы автоматизации CPU сравнивает заданную конфигурацию, созданную с помощью STEP 7, с фактической конфигурацией установки. Благодаря этому возможные ошибки немедленно распознаются и сигнализируются. Структура окна станции Окно станции в своей нижней части содержит подробный обзор вставленной и выделенной стойки. Здесь в табличной форме отображаются заказные номера и адреса модулей. Конфигурационная таблица как отображение стойки Для локальной конфигурации размещайте модули в стойке следом за CPU, а затем в стойках расширения. Допустимое количество стоек расширения, зависит от применяемого CPU. С помощью STEP 7 разместите модули на стойках точно так же, как в вашей реальной установке. Отличие: в STEP 7 стойки представляются с помощью "конфигурационных таблиц", которые имеют столько строк, сколько модулей можно разместить на реальной стойке. На следующем рисунке показано на конкретном примере преобразование реальной структуры в конфигурационную таблицу. Конфигурационная таблица соответствует применяемой стойке; STEP 7 автоматически проставляет номера стоек в скобках перед именем. Пример: (0) UR соответствует центральной стойке (Universal Rack – универсальная стойка) № 0. Последовательность конфигурирования и параметризации Рис.12.2. Пример создания проекта. Номера слотов Использование номеров слотов стойки S7-300™ упрощают адресацию в среде станции S7-300™. Позиция модуля в стойке определяет первый адрес в модуле. Самой первой вставляется шина "RACK-300". Слот 1 Источник питания. Он занимает первый слот по умолчанию. Модуль источника питания не является абсолютно необходимым. Станция S7-300™ может быть запитана от внешнего источника = 24 В. Слот 2 Слот для установки CPU. Слот 3 Слот зарезервирован для интерфейсного модуля IM, необходимого для многорядных конфигураций со стойками расширения. Даже если модуль IM не установлен, он включается в конфигурацию для целей адресации. Вы можете физически зарезервировать этот слот (для последующей фактической установки IM), вставив в слот холостой модуль DM370 (DUMMY). Слоты 4-11 Слот 4 – это первый слот, который можно использовать для I/O- модулей, коммуникационных процессоров (CP) или функциональных модулей (FM). Примеры адресации: • DI-модуль в слоте 4 имеет байтовый адрес 0. • Верхний светодиод DO-модуля в слоте 6 адресуется Q8.0. Примечание Четыре адресных байта резервируется за каждым слотом. При использовании 16-канальных DI/DO-модулей на каждом слоте теряется два байта адресов! Многорядные конфигурации Слоты также имеют фиксированные адреса в многорядных конфигурациях. Примеры • Q7.7 – последний бит 32-канального DO-модуля, вставленного в пятый слот 5 стойки 0. • IB105 – второй байт DI-модуля в шестом слоте стойки 3. • QW60 – первые два байта DO-модуля в 11 слоте стойки 1. • ID80 – все четыре байта 32-канального DI-модуля в восьмом слоте стойки 2. Общий обзор адресов Обзор I/O адресов сконфигурированной станции. Меню: View -> Address Overview … (Вид -> Общий обзор адресов). Сокращения: R (Rack number) – номер стойки; S (Slot number) - номер слота; DP (Distributed Peripherals (I/O)) – указывается при использовании; IF (Interface module) – ID интерфейсного модуля указывается при программировании M7-систем (на языке C++). Адресация с учетом слота Модулям назначаются фиксированные зависящие от слота адреса в станциях S7-300 (CPU без DP-интерфейса) и в станциях S7-400™ (без конфигурации оборудования). Адресация переменных В станциях S7-300™ (CPU со встроенным DP-интерфейсом) и в станциях S7-400™ могут назначаться параметры для стартовых адресов модулей. Действия При двойном щелчке на дискретном или аналоговом модуле открывается окно для назначения параметров. После того, как Вы выбрали вкладку "Addresses" ("Адреса"), Вы можете отменить опцию "System selection" ("Выбор системы"). После этого Вы можете определить начальный адрес в окне "Start" ("Начальный"). Если введенный адрес уже используется, то выводится сообщение об ошибке. Только для станций S7-400™ могут быть определены отдельные разделы области образа процесса (Part process images). Таким образом, отдельные входы и выходы (например, для критичных ко времени сигналов) могут быть сгруппированы в отдельном разделе. Системные функции запускают обновление разделов области отображения процесса в пользовательской программе. Примечание После сброса памяти CPU параметры и, следовательно, адреса операндов теряются. Тем не менее, зависящие от слотов адреса станции S7-300™ или заданные по умолчанию адреса станции S7-400™ снова будут действительны. Адресация S7-300™: (№ Rack х 8 +№ Slot - 4) х 4. Редактирование символьных имен Пользователь имеет прямой доступ к таблице символов (symbol table) из утилиты "HW Config". Это позволяет назначать символьные имена входам и выходам во время конфигурирования оборудования или позже при выполнении добавлений или изменений. Вы можете открыть таблицу символов с помощью щелчка правой кнопкой манипулятора "мышь" на символе модуля. После этого Вы во всплывающем окне выбираете пункт Edit Symbolic Names (Редактирование символьных имен). После этого открывается таблица символов с соответствующими адресами. Функция Monitor/Modify Функция мониторинга / модификации переменных (адресов, операндов) конфигурируемых модулей может быть использована непосредственно из утилиты "HW Config". С помощью данной функции сигналы входных модулей могут быть "проверены", а сигналы выходных модулей могут быть "изменены" (модифицированы). Save (Сохранить) Для сохранения текущей конфигурации в текущем проекте (без генерации системных блоков данных) выберите опции Station -> Save (Станция -> Сохранить). Save and Compile (Сохранить и скомпилировать) При выборе опций Station->Save and Compile (Станция -> Сохранить и компилировать) или при активации кнопки в панели инструментов конфигурация и назначенные параметры сохраняются также в системных блоках данных. Consistency Check (Проверка консистентности) При выборе опций Station -> Consistency Check (Станция -> Проверка соответствия) перед загрузкой проверяется возможность генерирования данных конфигурации на базе сделанных назначений. Download in Module (Загрузка в модуль) Вы выбираете пункт меню PLC ->Download (PLC -> Загрузка ) или соответствующую кнопку в панели инструментов для загрузки выбранной конфигурации в PLC. PLC должен быть в режиме "STOP"! Системные блоки данных Системные блоки данных (SDB) генерируются и модифицируются, когда Вы выполняете конфигурирование аппаратуры. Системные блоки данных содержат данные конфигурации и параметры модулей. Они сохраняются в рабочей памяти CPU после загрузки. Это упрощает замену модулей, поскольку параметры, назначенные для модулей, загружаются в новый модуль из системного блока данных при запуске CPU. В устройстве программирования системные блоки данных сохраняются под именем: Project \ Station \ CPU \ S7-program \ Blocks\ System data. Вы дважды щелкаете на значке системных данных (Мой портфель) в папке “Blocks”, чтобы открыть список системных блоков данных. Если Вы используете карту памяти Flash EPROM, Вы должны сохранить SDB там же. Таким образом, конфигурация не теряется, если Вы работаете без резервной батареи и произошел сбой питания. Назначение параметров Вы назначаете модулям параметры, чтобы приспособить их к требованиям процесса. Действия 1. Выбрать модуль в окне станции. 2. Дважды щелкнуть на выбранном модуле для открытия окна "Properties" ("Свойства"). 3. Диалоговое окно для CPU содержит 9 вкладок, в которых Вы можете установить значения для различных параметров CPU (см. след. страницу). Вкладка "General" ("Общие") Вкладка "General" (Общие свойства) предоставляет информацию о типе модуля, его размещении и, в случае программируемых модулей, об MPI-адресе. MPI – адрес Если Вы желаете создать сеть из различных PLC с помощью интерфейса MPI, то Вы должны назначить различные MPI - адреса для каждого CPU. Щелкните на кнопке "Properties" ("Свойства"), чтобы открыть диалоговое окно "Properties - MPI Interface" ("Свойства – MPI интерфейс"), которое содержит две вкладки: "General" ("Общие") и "Parameters" ("Параметры"). Задача Вы должны выполнить сброс памяти CPU и проверить, успешно ли выполнена операция сброса. Действия •Выполните сброс памяти CPU в соответствии с указаниями на рисунке. • Проверьте успешность выполненного сброса памяти. Сброс памяти будет успешным, только если все пользовательские блоки (DB, FC, FB, OB) будут удалены из памяти CPU: в SIMATIC® Manager выберите раздел S7 Program "My_Program", затем переключите вид на интерактивный (Online) с помощью кнопки на панели инструментов: Примечания При сбросе памяти CPU все данные пользователя из CPU удаляются. Эта операция выполняется, чтобы в памяти CPU не осталось "старых" блоков. При сбросе памяти происходит следующее: • Все данные пользователя из CPU удаляются (за исключением назначенных параметров MPI). • Инициализируется процедура тестирования оборудования. • Если вставлена карта памяти EPROM, то CPU копирует ее содержимое назад во внутреннюю память RAM (после сброса). • Если карта памяти EPROM отсутствует, то установленный MPI-адрес сохраняется. Если карта памяти установлена, то загружается MPI-адрес, сохраненный на ней. • Содержимое диагностического буфера, который может быть считан и отображен с помощью PG, сохраняется. Рис.12.3. Архитектура блоков; редактирование блоков Цели После завершения изучения данной главы слушатели ... …будут знать различные типы S7-блоков …будут понимать принцип "структурного программирования" …будут знать значение областей отображения процесса (PII, РIQ) …смогут объяснить принцип циклического выполнения программы …будут знать и будут способны выбрать язык программирования в STEP7 (LAD, FBD или STL) для требуемой задачи … будут уметь редактировать, сохранять и загружать логический S7-блок в CPU с использованием редактора LAD/STL/FBD … будут уметь выполнять отладку простой программы с помощью функции тестирования "Monitor Блок" ("Мониторинг блока") … будут уметь выполнять настройку редактора LAD/STL/FBD Рис.12.4. Типы кодовых блоков Блоки PLC предназначен для работы с различными типами блоков, которые могут быть в составе пользовательской программы, и в которых могут сохраняться соответствующие данные. Состав набора блоков, входящих в программу, определяется требованиями процесса. Организационные Организационные блоки OB представляют собой блоки интерфейс между операционной системой и программой пользователя. OB Программа в целом может быть записана в блоке OB1, который циклически вызывается операционной системой (линейная программа). Или же программа может быть разделена и сохранена в нескольких блоках (структурированная программа). Функции Функция FC содержит частное функциональное FC, SFC решение целой программы. При этом функции могут быть запрограммированы таким образом, что они могут работать с параметрами. В результате такие функции могут применяться в повторяющихся выражениях, в том числе для выполнения сложных вычислений. Системные функции SFC – это функции с параметрами, встроенные в операционную систему CPU. Их имена (номера) и их функции жестко определены. Подробную информацию по ним можно найти в справочной системе. Функциональные В основном функциональные блоки имеют те же блоки FB, SFB возможности, что и функции. Кроме того (instance DB). функциональные блоки имеют свою собственную область памяти в виде экземплярных блоков данных Поэтому функциональные блоки пригодны для использования в часто повторяющихся, сложных вычислениях, например, в задачах ПИД- управления. Системные функциональные блоки SFB - это функции с параметрами, встроенные в операционную систему CPU. Их имена (номера) и их функции жестко определены. Подробную информацию по ним можно найти в справочной системе. Блоки данных Блоки данных DB - это области данных программы, в DB которых данные пользователя организованы в определенную структуру. Допустимые Вы можете использовать весь набор операций во операции всех указанных выше блоках (FB, FC и OB). Рис.12.5.Структура программы Линейная Вся программа записывается в одном программа последовательном программном блоке. Этот тип программы подобен жестко запрограммированному автомату на релейных схемах, которые в настоящее время вытеснены программируемыми логическими контроллерами. CPU обрабатывает отдельные инструкции программы последовательно одну за другой. Составная Программа делится на отдельные блоки, каждый программа из которых содержит подпрограмму для решения части общей задачи. Внутри блока программа может быть также разбита на составные части сегменты. Вы можете создавать шаблоны для однотипных сегментов. Организационный блок OB1 содержит инструкции для вызова других блоков в определенной последовательности. Структурированная Структурированная программа разбивается на программа блоки. Программа ОВ1 функционально минимизирована и служит для вызова отдельных блоков, содержащих программы для решения конкретных задач. Для блоков назначаются параметры, которые могут передаваться, поэтому блоки могут быть универсальными. При вызове блока с параметрами в соответствии со списком его локальных переменных он получает для них фактические значения из вызывающего блока. Пример: • Блок “Pump” ("Насос") содержит команды для управления насосом. • Программные блоки, отвечающие за управление отдельными насосами, вызывают блок “Pump” и передают ему информацию о конкретном насосе и соответствующие параметры для управления. • Когда все инструкции в блоке "Pump" выполнены, управление передается вызвавшему блоку (например, OB1), где продолжается выполнение программы. Рис.12.6. Отображение процесса Введение CPU считывает состояния входов и выходов в каждом цикле. В памяти CPU определены специальные области, в которые загружаются двоичные данные из модулей: PII и PIQ. В процессе работы программа имеет доступ к этим областям памяти. PII В таблице отображения входов в памяти CPU хранятся состояния сигналов на входах. PIQ Таблица отображения выходов содержит выходные величины, получаемые при выполнении программы. Они пересылаются на фактические выходы (Q) в конце цикла сканирования программы. Программа При опросе входов в польз A I 2.0) считывается последнее состояние из PII. Это гарантирует, что при многократном опросе входа в пределах одного цикла, всегда используется одно и то же состояние сигнала. Примечание Выходы могут как получать значения сигнала, так и проверяться в программе. Выходу могут быть назначены определенные значения в нескольких местах программы, но только состояние сигнала, назначенное выходу последним, будет в дальнейшем передано в выходной модуль. ЦИКЛИЧЕСКОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ. ВРЕМЯ ЦИКЛА. ВРЕМЯ РЕАКЦИИ. ПРЕРЫВАНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОЙ ПРОГРАММЫ. Рис.13.1. Циклическое выполнение программы Запуск CPU выполняет полный перезапуск (с OB100) при включении или при переходе из режима STOP в режим RUN. При полном перезапуске, операционная система: • удаляет нереманентные меркеры, таймеры и счетчики; • очищает стек прерываний и стек блоков; • сбрасывает все сохраненные аппаратные и диагностические прерывания; • запускает мониторинг времени цикла. Цикл Циклическое функционирование CPU состоит из сканирования трех основных шагов (см. рисунок 13.1.). В процессе выполнения цикла CPU: • проверяет состояние входных сигналов и обновляет таблицу входов отображения процесса; • выполняет программу пользователя с соответствующими инструкциями; • записывает значения из таблицы выходов отображения процесса в выходные модули. Что мы подразумеваем под "временем цикла"? Время цикла – это время, которое необходимо операционной системе для обработки одного прогона программы, т.е. одного цикла OB 1, а также всех прерывающих этот цикл частей программы и системных операций. Это время контролируется. Модель квантов времени Циклическая обработка программы и, тем самым, исполнение программы пользователя происходит во времени дискретно. Образ процесса Чтобы центральному процессору на время циклической обработки программы предоставлялся в распоряжение согласованный образ сигналов процесса, сигналы процесса считываются и записываются перед обработкой программы. Затем, во время обработки программы, CPU при обращении к областям входов (I) и выходов (Q) получает доступ не непосредственно к сигнальным модулям, а к области в системной памяти CPU, в которой находится образ процесса на входах и выходах. Процесс циклической обработки программы Следующая таблица и рисунок показывают этапы циклической обработки программы. Таблица 13.1. «Циклическая обработка программы» Рис. 13.2. Модель квантов времени В отличие от CPU S7-400 (и CPU 318-2 DP) у CPU S7-300 доступ к данным через OP или TP (функции управления и наблюдения) осуществляется только в контрольной точке цикла. Функции управления и наблюдения не прерывают обработку программы пользователя. Увеличение времени цикла Вы всегда должны учитывать, что время цикла программы пользователя увеличивается за счет: • управляемой временем обработки прерываний • обработки аппаратных прерываний (см. также раздел Время реакции на прерывание) • диагностики и обработки ошибок • обмена данными с устройствами программирования (PG), панелями оператора (OP) и подключенными CP (напр., Ethernet, PROFIBUS-DP) • функций тестирования и ввода в действие, напр., наблюдение и управление переменными, статус блоков • передачи и удаления блоков, сжатия памяти, занимаемой программой пользователя • записи и чтения MMC из программы пользователя с помощью SFC 82 . 84 Различные времена циклов Обзор Время цикла (Tcyc) не одно и то же для всех циклов. Следующий рисунок показывает различные времена циклов Tcyc1 и Tcyc2 . Tcyc2 больше, чем Tcyc1, так как циклически обрабатываемый OB 1 прерывается OB прерываний по времени (здесь OB 10). Рис. 13.3. Различные времена циклов Время обработки блоков может быть различным Еще одной причиной различия времен циклов является также тот факт, что время обработки блоков (напр., OB 1) может изменяться из-за: • условных команд, • условных вызовов блоков, • различных путей в программе, • циклов и т.д. Максимальное время цикла С помощью STEP 7 можно изменять максимальное время цикла, установленное по умолчанию. Если это время истекло, то вызывается OB 80, в котором вы можете определить, как CPU должен реагировать на ошибку контроля времени. Если в памяти CPU нет OB 80, то CPU переходит в состояние STOP. Коммуникационная нагрузка Запроектированная коммуникационная нагрузка (обмен данными с PG/OP). Операционная система CPU постоянно предоставляет в распоряжение для обмена данными запроектированный вами процент общей производительности CPU (техника квантования времени). Если эта производительность не нужна для обмена данными, то она предоставляется в распоряжение другим видам обработки. При конфигурировании аппаратуры в HW Config вы можете установить коммуникационную загрузку между 5 % и 50 %. По умолчанию эта величина устанавливается равной 20 %. Для расчета коэффициента, на который увеличивается время цикла, можно использовать следующую формулу: Рис. 13.4. «Формула для расчета коммуникационной нагрузки» Рис. 13.5. Разбиение кванта времени Пример: Коммуникационная нагрузка 20 % При конфигурировании аппаратуры вы запроектировали коммуникационную нагрузку 20 %. Расчетное время цикла составляет 10 мс. При применении вышеприведенной формулы время цикла увеличивается в 1,25 раза. Пример: Коммуникационная нагрузка 50 % При конфигурировании аппаратуры вы запроектировали коммуникационную нагрузку 50 %. Расчетное время цикла составляет 10 мс. При применении вышеприведенной формулы время цикла увеличивается в 2 раза. Зависимость реального времени цикла от коммуникационной нагрузки Следующий рисунок описывает нелинейную зависимость реального времени цикла от коммуникационной нагрузки. В качестве примера мы выбрали время цикла 10 мс. Рис. 13.6. Зависимость времени цикла от коммуникационной нагрузки Воздействие на фактическое время цикла Из-за увеличения времени цикла за счет коммуникационной части со статистической точки зрения возникает также и больше асинхронных событий, например, прерываний, внутри цикла OB 1. Это дополнительно увеличивает время цикла. Это удлинение зависит от того, сколько событий возникает за цикл OB 1 и как долго длится обработка этих событий. Указание Проверьте воздействие изменения значения параметра .communication load [Коммуникационная нагрузка]. при работе установки. Коммуникационная нагрузка должна учитываться при максимальном времени цикла, так как в противном случае могут происходить ошибки синхронизации. Советы • По возможности примите значение, установленное по умолчанию. • Увеличивайте это значение только тогда, когда CPU используется главным образом для целей обмена данными, а программа пользователя не критична к времени. • Во всех остальных случаях это значение следует только уменьшать. Определение времени реакции Время реакции - это время от обнаружения входного сигнала до изменения связанного с ним выходного сигнала. Диапазон отклонений Фактическое время реакции находится между кратчайшим и длиннейшим временем реакции. При проектировании своей установки вы всегда должны рассчитывать на максимальное время реакции. Далее рассматриваются кратчайшее и длиннейшее время реакции, чтобы вы могли составить себе представление о диапазоне времен реакции. Факторы Время реакции зависит от времени цикла и от следующих факторов: • Запаздывание входов и выходов сигнальных модулей или встроенных входов и выходов. • Дополнительные времена цикла DP в сети PROFIBUS-DP (только у CPU 31xC-2 DP) • Обработка в программе пользователя Времена запаздывания вы найдете ... • в технических данных сигнальных модулей (Справочное руководство Данные модулей) • для встроенных входов и выходов в Технических данных встроенной периферии (Technical data of integrated I/O) Времена цикла DP в сети PROFIBUS-DP Если вы сконфигурировали сеть PROFIBUS-DP с помощью STEP 7, то STEP 7 рассчитывает ожидаемое типичное время цикла DP. Затем вы можете отобразить время цикла DP своей конфигурации на PG. Обзор времен цикла DP вы получите на следующем рисунке. В этом примере мы полагаем, что данные каждого slave-устройства DP в среднем имеют длину 4 байта. Рис. 13.7. Времена циклов DP в сети PROFIBUS-DP Если вы эксплуатируете сеть PROFIBUS-DP с несколькими master-устройствами, то вы должны учесть время цикла DP для каждого master-устройства, т.е. выполнить расчет для каждого master-устройства отдельно, а затем сложить результаты. Кратчайшее время реакции Условия для кратчайшего времени реакции Следующий рисунок показывает, при каких условиях достигается кратчайшее время реакции. Рис. 13.8. Кратчайшее время реакции Расчет Время реакции (кратчайшее) включает в себя: • 1 Ч Время передачи образа процесса на входах + • 1 Ч Время передачи образа процесса на выходах + • 1 Ч Время обработки программы + • 1 Ч Время работы операционной системы в контрольной точке цикла (CCP) + • Запаздывание входов и выходов Это соответствует сумме времени цикла и запаздывания входов и выходов. Длиннейшее время реакции Условия для длиннейшего времени реакции Следующий рисунок показывает, из-за чего имеет место длиннейшее время реакции. Рис. 13.9. Длиннейшее время реакции Расчет Время реакции (длиннейшее) включает в себя: • 2 x Время передачи образа процесса на входах + • 2 x Время передачи образа процесса на выходах + • 2 x Время работы операционной системы + • 2 x Время обработки программы + • 4 x Время исполнения кадра slave-устройства DP (включая обработку в master-устройстве DP) + • Запаздывание входов и выходов Это соответствует сумме удвоенного времени цикла и запаздывания входов и выходов, включая удвоенное время цикла шины. 13.10. Вставка S7-блока Вставка блока Для выделенного подраздела "Blocks" в разделе "S7 Program" выберите опции меню: Insert -> S7 Block (Вставка -> S7-блок) при этом откроется следующее окно меню со списком типов блоков: • Organization blocks (OB) Организационные блоки – блоки, которые вызываются операционной системой. Эти блоки представляют собой интерфейс между операционной системой и программой пользователя. • Functions (FC) и function blocks (FB) Функции и функциональные блоки – блоки, которые фактически содержат в себе программу пользователя. С их помощью сложная программа может быть разделена на отдельные, легко читаемые блоки. • Data blocks (DB) Блоки данных – блоки, в которых содержатся данные пользователя.После выбора нужного типа блока открывается диалоговое окно "Properties" ("Свойства"), с помощью которого Вы можете задать номер блока и выбрать язык для программирования ("Created in language": LAD, STL или FBD).Остальные установки зависят от типа блока. Эти установки будут обсуждаться позднее. После выполнения требуемых установок и подтверждения их кнопкой "OK" новый блок вставляется в текущую (открытую) программу. Рис. 13.11. Редактор LAD/STL/FBD Запуск редактора Самый легкий способ запуска редактора LAD/STL/FBD – способ с использованием двойного щелчка кнопкой манипулятора "мышь" на значке S7-блока в SIMATIC® Manager. Редактор имеет следующие компоненты: Таблица Таблица объявлений входит в состав блока. объявлений Таблица используется для объявления переменных и параметров блока. Подробно данный раздел блока обсуждается в главе "Функции и функциональные блоки". Раздел кода Раздел кода содержит собственно программу, разделенную (при необходимости) на отдельные сегменты. При вводе инструкций (в STL) осуществляется синтаксическая проверка маркировки элементов программы и символов операторов. Окно с подробной Окно с подробной информацией предоставляет информацией следующие функции и следующую информацию: (Details) 1: Error (Ошибки): перечисляются синтаксические ошибки, обнаруженные в процессе ввода и при компиляции 2: Info (Информация): дополнительная информация типа "ожидаемый тип данных операнда" 3: Cross references (Перекрестные ссылки): перечисляются адреса (операнды) и где они используются в целом в программе 4: Address info (Адреса (Операнды)) мониторинг операндов (адресов), используемых в сегменте 5: Modify (Модификация адреса (Операнда)) функция изменения операндов (адресов), используемых в сегменте 6: Diagnostics (Диагностическая информация) выдаются данные диагностики процесса (если сконфигурирована) 7: Comparison (Сравнение) окно навигации для функции сравнения блоков "Compare blocks". Рис.13.12. Языки программирования в STEP 7 Введение STEP 7 включает в себя несколько языков программирования, которые могут использоваться в зависимости от индивидуальных предпочтений, знаний. Программу, созданную на языке STL, в соответствии с определенными правилами, можно затем преобразовывать в программу на другом языке программирования. В свою очередь, программу, созданную на любом языке программирования можно всегда преобразовать в программу на STL. LAD Контактный план (Ladder Diagram) подобен схеме электрической цепи. Используются, например, такие символы, как контакты и катушки. Этот язык программирования рассчитан на тех, кто привык работать с электрическими схемами STL Список инструкций (Statement List) содержит команды языка STEP7. На STL Вы можете довольно свободно программировать. Этот язык программирования предпочитают программисты, которые знакомы с другими языками программирования высокого уровня. FBD Функциональный план (Function Block Diagram) для обозначения конкретных функций использует прямоугольники. Символ в прямоугольнике указывает на функцию (например, & - логическая функция И). Этот язык программирования имеет то преимущество, что с ним может работать даже не программист, например, инженер-технолог. Функциональная схема введена в STEP7, начиная с версии 3.0. Рис.13.13. Выбор языка программирования Обзор Чтобы переключиться с одного языка программирования STEP 7 на другой, Вы выбираете в меню View (Вид): • LAD (Ladder Diagram - контактный план) • FBD (Function Block Diagram - функциональный план) • STL (Statement List - список инструкций). Переключение Вы можете сменить язык программирования, когда языка Вы пожелаете: при создании программы или программирования. позднее. LAD/FBD => STL Вы можете преобразовать в STL сегменты программы, которые были написаны на графических языках программирования (LAD/FBD). Однако результат этого преобразования не всегда является наиболее эффективным решением для STL. STL => LAD/FBD Не во всех случаях возможно преобразовать сегменты программы, написанные на STL, в LAD или FBD. Сегменты программы, которые не могут быть преобразованы, остаются в STL. При преобразованиях никакие сегменты программы не теряются. Рис.13.14. Программирование на LAD/FBD Элементы Часто используемые элементы LAD или FBD представлены кнопками в панели инструментов. Вы щелкаете на них кнопкой "мыши", чтобы установить эти элементы на выбранную в программе позицию. Кнопки панели инструментов FBD: Кнопки панели инструментов LAD: Overviews (Обзор) Щелчок на символе "Overviews" открывает новое окно с вкладками: Program Elements (Элементы программы): Вкладка со всеми элементами программы и символами управления. (Содержание окна определяет выбранный язык программирования: LAD/STL/FBD) Call Structure (Структура вызовов): Вкладка показывает структуру программы и/или вложение блоков - какой блок вызван и откуда. Сегменты При нажатии в панели инструментов на кнопку : (Networks) "New Network", после текущего сегмента добавляется новый сегмент. Вы можете также правой кнопкой "мыши" вызвать контекстное меню и выбрать пункт "insert network" ("вставить сегмент"). Примечание Если Вы хотите включить новый сегмент перед сегментом Network 1, Вы должны выбрать имя блока ("FC1: Mode Section" - в вышеуказанном примере) перед активацией кнопки "New Network". Empty Box Вы можете использовать Emty Box для более (Пустой блок ) быстрого включения элементов LAD или FBD. Элементы можно вставлять непосредственно без необходимости выбора их в окне Program Elements (Элементы программы). После выделения в сегменте позиции вставки элемента, нажмите кнопку “Empty Box“ в панели инструментов: При вводе первых символов имени элемента появляется список имен элементов, начинающихся с этих букв, - можно выбирать элемент с помощью этого списка. Insert/Overwrite Вы можете использовать кнопку "Insert" ("Вставка") для переключения (Вставка/Замена) между режимами "Cp" (Замена) и "Insert" ("Вставка"). В строке состояния показан текущий выбор. Рис.13.15. Программирование на STL Инструкции Пользователю нужно знать инструкции для записи программы на языке STL. Вы можете получить информацию о синтаксисе и функциональном назначении через подсказку: Help -> Help on STL. Доступна следующая информация : "Statement List Instructions" - описывает все инструкции, которые имеются в этом языке программирования "Working with Statement List " (работа с списком команд) – описывает Statement List View and General Syntax (список команд и основы синтаксиса) Entering and Viewing Constant Data (ввод и наблюдение констант) Types of Blocks (типы блоков) Switch Contacts and Signal States (контакты и состояния сигнала) Overviews При программировании на STL окно "Overviews" (Обзоры) содержит только список существующих блоков, которые могут быть вызваны из текущего блока, и библиотеки. Сегменты Сегменты вставляются в программу также, как в редакторе LAD/FBD (см. предыдущую страницу). Insert/Overwrite Вы можете использовать кнопку "Insert" (Вставка/Замена) ("Вставка") для переключения между режимами "Cp" (Замена) и "Insert" ("Вставка"). В строке состояния показан текущий выбор. Рис.13.16. Сохранение блока Сохранение блока Когда Вы закончили редактирование блока, Вы можете сохранить его на жестком диске устройства программирования: • выбрав пункт меню: File -> Save (Файл -> Сохранить) или • щелчком на значке "Save" на панели инструментов. Примечание Если несколько блоков открыты с помощью редактора, то посредством активации значка "Save" сохраняется только видимый блок в активном окне. Рис.13.17. Вызов блока в OB1 Циклическое Чтобы включить вновь созданный блок в выполнение циклически выполняемую программу для CPU, он должен быть вызван в OB1.Самый простой способ включить в программу вызов блока в графических языках программирования LAD и FBD - посредством браузера (смотри рисунок). В языке программирования STL вызов блока организуется с помощью инструкции вызова CALL. Рис.13.18. Загрузка блоков в PLC Загрузка блоков Вы можете загрузить блоки из SIMATIC® Manager в PLC следующим образом: • нажать кнопку в панели инструментов или • выбрать пункт меню: PLC -> Download (PLC -> Загрузить). Прежде чем сделать это, Вы должны выбрать блоки, которые Вы хотите загрузить: • Все блоки: Выделить папку "Blocks" в окне проекта. • Отдельные блоки: Удерживая клавишу CTRL, щелкнуть"мышью"на выбираемых блоках. • Один блок: Выделить блок. Рис.13.19. Отладка простой программы Требования Прежде чем Вы сможете активизировать режим мониторинга состояния блока, Вы должны открыть блок, который Вы хотите контролировать, в режимах offline или online. Примечание: для тестирования блока в режиме offline его сначала необходимо загрузить в PLC. Активация / Имеются два варианта для активации/деактивации Деактивация тестовой функции "Monitor" : • щелкнуть мышью на кнопке "Monitor": • выбрать пункт меню Debug -> Monitor (Отладка -> Мониторинг). Обзор Состояние программы отображается различно в зависимости от выбранного языка программирования (LAD/STL/FBD). Когда тестовая функция активирована, Вы не можете изменить язык программирования (LAD/FBD/STL), в котором отображается блок. Примечание Вы найдете больше информации об отладке программ в главе “Поиск неисправностей”. Рис.13.20. Загрузка и сохранение модифицированных блоков Коррекция блоков Вы можете корректировать блоки, открытые или online, или offline, но не в режиме тестирования. • Вы загружаете модифицированный блок в PLC, тестируете его, если необходимо, делаете корректировки, и, когда блок полностью отлажен, сохраняете его на жестком диске. • Если Вы не хотите тестировать программу сразу, Вы можете просто сохранить изменения на жестком диске, чтобы тестировать ее позже. Старая версия блока в этом случае стирается. • Если Вы делаете исправления во многих блоках, и не хотите пока обновлять исходную версию программы, Вы можете вначале загрузить блоки в CPU, не сохраняя их на жестком диске PG/ПК. Вы можете сохранить блоки после того, как успешно протестируете всю программу. Режимы вставки и Для LAD или FBD по умолчанию установлен замены режим вставки. Нажимая клавишу “Insert (Ins)“, Вы активизируете режим записи с заменой. После этого Вы можете, например, модифицировать тип таймера, без перемонтажа входов и выходов. Рис.13.21. Шаговый режим для двигателя (Jog Motor) (FC 16) Задача Используя ключ симулятора I 0.2, Вы должны вызывать пошаговое движение конвейера (мотора) вправо (Q 8.5). Используя ключ симулятора I 0.3, Вы должны вызывать пошаговое движение конвейера (мотора) влево (Q 8.6). При одновременной активации ключей мотор не должен включаться (блокировка включения мотора!). Действия 1. Вставьте новый блок FC16 в SIMATIC® Manager. Выберите раздел Blocks, затем опции меню: Insert -> S7 Блок -> Function (Вставка -> S7 Блок -> Функция), далее в окне свойств "Properties" выберите FBD в качестве языка программирования. 2. Запустите редактор LAD/STL/FBD двойным щелчком на FC 16 3. Откройте окно элементов программы Program Elements в окне Overviews (Обзор) с помощью кнопки: 4. Создайте сегмент Network 1 блока FC16 (см. рисунок): с помощью метода drag&drop скопируйте требуемый логический символ из окна элементов программы Program Elements в выбранную точку раздела кодов блока, затем маркируйте адрес символа логической операции -> для получения инвертирующего входа выберите адрес, затем нажмите кнопку: 5. Добавьте новый сегмент с помощью и аналогично запрограммируйте Network 2 6. Сохраните блок в режиме offline, используя 7. Загрузите блок в CPU с помощью: Переключение Просмотрите Ваш блок в разных представлениях: языка LAD / STL / FBD. Для этого в редакторе программирования LAD/STL/FBD выбирайте опции меню: View (Вид) -> LAD, STL или FBD Рис.13.22. Упражнение: Вызов FC 16 в OB 1 Задача В OB 1 запрограммируйте вызов FC 16 для циклического выполнения. Действия 1. Откройте блок OB 1 с помощью редактора LAD/STL/FBD 2. В меню: "View" ("Вид") выберите язык FBD 3. Откройте окно элементов программы "Program Elements" в Overviews (Обзор), используя кнопку: 4. В этом окне откройте раздел "FC Blocks" и методом drag&drop перетащите блок FC 16 в сегмент Network 1 блока OB 1. 5. Сохраните (Save) блок в режиме offline, используя: 6. Загрузите блок в CPU, используя: 7. Откройте блок FC 16 еще раз в редакторе LAD/STL/FBD 8. Протестируйте функцию FC 16, используя кнопку: Рис.13.23. Настройка редактора: Вкладка «General» («Общие») "Font" (Шрифт) На этой вкладке, используя кнопку "Select" ("Выбрать"), Вы можете выбирать шрифт и его размер ("Font size") для использования в программных блоках. "Control at Contact" Входами и меркерами, которые имеют в таблице (Управление символов атрибут CC (Control at Contact - при контакте) "управление при контакте"), можно управлять непосредственно из редактора программ (Program Editor) с помощью кнопок (при контакте). "Report Cross На этой вкладке Вы можете установить, чтобы при References as Error" попытке общего доступа к экземплярным DB, (Отчет о перекрест- которые были введены в таблицу символов, ных ссылках как выводилось сообщение об ошибке. об ошибке) "Save Window Содержание и настройки окна сохраняются при Arrangement on Exit" выходе из режима редактирования. При следующем (Сохранение запуске параметры окна редактора установятся в настроек окна соответствии с настройками пользователя. при выходе) "Set Network Title На этой вкладке Вы можете установить, чтобы Automatically" комментарий для адреса первого выхода, меркера, (Автоматическое таймера или счетчика, для которого назначается задание заголовка состояние в сегменте с использованием сегмента) операций "=", "S" и "R", автоматически использовался в заголовке сегмента. Рис.13.24. Настройка редактора: Вкладка «View» («Вид») View after Block Open После открытия блоков в редакторе Вы (Вид после можете отобразить блоки следующим образом: открытия блока) • с символьной или абсолютной адресацией • с или без символьной информации (symbol information) • с или без символьной селекцией (только в LAD и FBD) • с или без комментариев блоков и сегментов • на языке, на котором они были записаны (т.е. на языке, в котором блок был сохранен последний раз) или на заранее установленном языке (LAD/STL/FBD). View for Block Types (Виды для соответствующих типов блоков): Logic Blocks Вы используете опции “STL”, “LAD”, “FBD” для (Логические блоки) выбора языка, на котором Вы хотите написать новый блок.Мультиэкземплярные функциональные блоки рассматриваются в расширенном курсе программирования ST-7PRO2. Data Blocks Вы можете отображать блоки данных в следующих (Блоки данных) видах: • declaration view (Вид объявлений) или • data view (Вид данных). Program Elements - Здесь Вы определяете, как логические блоки Overview должны быть отсортированы в окне “Overviews“ (Программные ("Обзор) – в соответствии с типом и номером или в элементы – общий соответствии с именем семейства (поле в вид) диалоговом окне "Properties" ("Свойства блока"). Рис.13.25. Настройка редактора: Вкладка «STL» Status Fields При мониторинге блока в STL отображается (поля состояния) состояние только тех параметров, которые активированы в этом диалоговом окне. Для мониторинга доступны следующие параметры: •Status Bit Бит состояния. •RLO Результат логической операции (RLO). •Default Слово таймера, счетчика Status или содержимое аккумулятора в зависимости от используемой операции. •Address Register 1 Адресные регистры, •Address Register 2 используемые для косвенной адресации. •Accumulator 2 Содержимое аккумулятора ACCU 2. •DB Register 1 Содержимое регистров для открытых блоков DB. •DB Register 2 •Indirect *) Параметр для косвенной адресации через память. •Status Word Отображается слово состояния. •Default Кнопка "Default" позволяет выбрать стандартные системные установки для показа поля Status (состояния). Отображаются бит состояния, RLO и стандартное состояние). •Activate New Эта опция имеет смысл только Breakpoints для функции тестирования Immediately “Breakpoint” (Точки прерывания) Примечание *) Темы “Indirect Addressing” (косвенная адресация), “DB Registers” (регистры для блоков данных), структура слова состояния обсуждаются в расширенном курсе программирования ST-7PRO2. Рис.13.26. Настройка редактора: Вкладка «LAD/FBD» Layout Формат для принтера: (Шаблон) • DIN A4 Portrait (вертикальный A4) • DIN A4 Landscape (горизонтальный A4) • maximum size (Максимальный размер). Width of Address Вы можете установить предельное количество Field (ширина ад- символов для адресного поля (в диапазоне 10 - 24). ресного поля) Заданное значение определит усечение символьной строки в элементе программы Element Программные элементы могут отображаться в двух Representation вариантах: (представление • 2-х мерные (без тени) элементов) • 3-х мерные (с тенью). Line/Color Вы используете это окно, чтобы выбрать, как будут (линия/цвет) отображаться: • Selected Element (Выделенный элемент - цвет) • Contacts (Контакты - линия) • Status Fulfilled (Состояние для активных элементов - цвет и линия) • Status Not Fulfilled (Состояние для неактивных элементов - цвет и линия). Type Check Когда Вы редактируете блок, всегда (контроль типа) контролируются адреса логических операций. Вы можете деактивировать контроль адресов для операций сравнения, математических инструкций и т.п. (только для опытных пользователей!). Display Symbol При активации данной функции символьная Information at информация не ляжет на нижний край сегмента, а Address наложится прямо на адрес. (Отображать информацию на адресе) Рис.13.27. Настройка редактора: Вкладка «Block»(«Блок») Create Reference При изменении и сохранении блоков данные Data ссылок автоматически обновляются, если (Создание данных отмечена опция "Create Reference Data" ссылок) ("Создание данных ссылок") на вкладке "Block" ("Блок"). Если эта опция не отмечена, то первоначально данные ссылок не обновляются. Если Вы в дальнейшем открываете: Options -> Reference Data -> Display (Опции -> Данные ссылок -> Отображение), то Вы должны указать, требуется ли обновлять данные ссылок, и для каких блоков именно. Примечание: данные ссылок подробно обсуждаются в главе "Поиск неисправностей". Create Logic Blocks С помощью этой опции Вы выбираете язык (Создание программирования по умолчанию (LAD/STL/FBD) логических блоков) для программирования новых блоков. Рис.13.28. Настройка редактора: Вкладки «Sources» и «Source Text» («Исходный код» и «Исходный текст» Sources Можно вводить программу или часть программы в (Исходный код) виде исходного кода на языке STL (ASCII код – "ASCII sources"). Исходные файлы могут содержать код одного, нескольких или всех блоков. После этогоисходный STL-код может быть компилирован в исполняемые S7-блоки. Создание программы с использованием исходного кода имеет следующие преимущества: •Вы можете создавать и редактировать исходную программу с помощью любого ASCII-редактора и затем импортировать ее в STEP 7. Затем исходный код программы может быть компилирован в отдельный исполняемый блок для STEP 7. •Вы можете запрограммировать несколько блоков в исходном коде, используя полезные функции ASCII редакторов (например функции поиска и замены за одну операцию во всех блоках). • Вы можете сохранять исходные программы даже с синтаксическими ошибками. Такой возможности нет при создании логических блоков методом инкрементного программирования с помощью редактора LAD/STL/FBD, из-за встроенной системы синтаксической проверки. Это позволяет запрограммировать блоки с символьной адресацией до создания таблицы символов. Исходный код создается с использованием синтаксиса языка программирования STL ("Statement List"). При этом исходная программа структурируется также как сами блоки (таблица объявлений, сегменты и т.д.) с использованием ключевых слов. Компиляция На вкладке "Sources" ("Исходный код") Вы можете установить опции генерации S7-блоков из исходного STL- или ASCII-кода. Отдельные опции полностью освещены в справочной интерактивной системе (STEP 7 Online Help). Source Text На этой вкладке Вы можете выбрать опции для (Исходный текст) отображения текста в исходных файлах (source files). Отдельные опции полностью освещены в справочной интерактивной системе (STEP 7 Online Help) ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ БЛОКИ Рис. 13.29. Организационные блоки Цели После завершения изучения данной главы слушатели ... … будут знать о доступных организационных блоках … будут понимать разницу между "Полным перезапуском" ("Complete restart"), 'Теплым перезапуском" ("Warm restart") и "Холодным перезапуском" ("Cold restart") … смогут объяснить принципы обработки прерываний … будут знать следующие прерывания: 'Time-of-Day Interrupt" (прерывание по времени суток), "Cyclic Interrupt' (циклическое прерывание). "Hardware Interrupt" (аппаратное прерывание). "Time-Delay Interrupt" (прерывание с задержкой времени). "Diagnostic Interrupt' (диагностическое прерывание) … будут знать ОВ обработки синхронных и асинхронных ошибок и будут уметь использовать их для управления реакцией CPU на обнаруженные ошибки … будут способны интерпретировать стартовую информацию ОВ и будут уметь считывать её в программе Рис. 13.30. Общий обзор организационных блоков Запуск Программа запуска выполняется перед циклическим выполнением программы после восстановления питания или изменения режима работы (переключателем режима CPU или программатором).Для запуска используются OB100, OB101, OB102. В этих блоках Вы можете, например, выполнить предварительные установки для коммуникаций. Циклическая Непрерывно выполняемая программа находится в программа организационном блоке OB1. После полного выполнения программы пользователя в OB1, новый цикл начинается с обновления областей отображения процесса и, затем, начиная с первой инструкции OB1. Время цикла сканирования и время реакции системы - результат этих операций. Время реакции системы складывается из времени работы операционной системы CPU и времени, необходимого для выполнения программы пользователя. Время реакции, то есть то, как быстро, после изменения на входе, может быть переключен выход, равняется удвоенному времени цикла сканирования. Периодически Периодическое выполнение программы можно выполняемые прерывать с фиксированными интервалами. Блоки программы OB30…OB37 вызываются с заданными периодами, например, каждые 100 мс, начиная с момента инициализации. В этих блоках, в частности, программируются блоки управления с обратной связью, которые обычно требуют определенного интервала дискретизации. OB прерывания по времени дня выполняется в специфическое время, например, ежедневно в 17:00, чтобы сохранить данные за рабочую смену. Выполнение Прерывание от аппаратуры можно использовать программы, для быстрой реакции на события процесса. Сразу управляемое после внешнего события прерывается циклическая событиями программа и выполняется программа обработки прерывания. Прерывание с задержкой запускается с заданным интервалом после события в процессе. В OB ошибок Вы можете определить, как должна вести себя система при ошибке, например, если выходит из строя резервная батарея. Рис. 13.31. Стартовые OB Полный Полный перезапуск (Complete Restart) – это такой перезапуск перезапуск системы, при котором стираются Complete Restart) данные таблиц входов/выходов образа (процесса (PII, PIQ) и все нереманентные меркеры, таймеры и счетчики. В то же время реманентные меркеры, таймеры и счетчики, а также текущие данные в DB сохраняются (только при наличии резервной батареи; а для S7-300™ даже без резервной батареи и если используется модуль памяти EPROM и заданы параметры для реманентных областей и поведения CPU).Программа в OB 100 выполняется один раз, после чего запускается выполнение циклической программы. "Теплый" "Теплый" перезапуск (Warm Restart) – это такой перезапуск, перезапуск системы, при котором сохраняются (Warm Restart) состояния всех адресов (меркеры, таймеры, счетчики данные таблиц входов/выходов образа процесса и текущие данные в DB. Программа в OB 101 выполняется один раз, после чего запускается выполнение циклической программы с точки, в которой произошло прерывание (по причине выключения питания или перехода CPU в состояние STOP). После завершения, начиная с этой точки, оставшейся части цикла циклической программы ее циклическое выполнение возобновляется с самого начала. "Холодный" CPU типов 318-2 и 417-4 имеют дополнительный перезапуск вариант перезапуска системы – так называемый (Cold Restart) "холодный" перезапуск (Cold Restart). Этот тип перезапуска может быть установлен для случая возобновления подачи питающего напряжения после его выключения. Установка производится с помощью утилиты HW Config при параметризации CPU. Единственное отличие "холодного" перезапуска (cold restart) от полного перезапуска (complete restart) заключается в том, что при "холодном" перезапуске все меркеры, таймеры и счетчики (в том числе и реманентные!) стираются. Кроме того, при "холодном" перезапуске текущие данные в DB перезаписываются текущими значениями, сохраненными в загрузочной (load) памяти или теми значениями, которые были изначально загружены с блоками данных в CPU. Рис. 13.32. Прерывания циклической программы Вызовы блоков OB Организационные блоки (OB) являются интерфейсом между операционной системой CPU и пользовательской программой. Организационные блоки запускаются исключительно операционной системой. Существуют различные стартовые события (прерывания по времени суток [time-of-day interrupts], аппаратные прерывания [hardware interrupts] ), каждое из которых приводит к запуску соответствующего (связанного с ним) организационного блока. Прерывания Когда операционная система вызывает другой OB, циклической при этом происходит прерывание выполнения программы циклической программы, так как блок OB1 имеет самый низкий приоритет. Следовательно, любой другой организационный блок OB может прервать выполнение главной программы, чтобы выполнить свою собственную программу. Впоследствии OB1 возобновляет свое выполнение, начиная с точки прерывания. Если вызывается OB с более высоким приоритетом, чем приоритет выполняемого в данный момент блока, то выполнение последнего прерывается после завершения обработки текущей инструкции. После этого операционная система сохраняет целиком стек регистров (register stack) прерванного блока. Эта информация для регистров вновь востребуется при возобновлении выполнения прерванного блока. Приоритеты Каждое выполнение программы OB может прерываться событием (OB) с высшим приоритетом на границах команд. Приоритеты имеют значения от 1 до 28, 1 имеет самый низкий приоритет и 28 - самый высокий приоритет. OB, имеющие одинаковый приоритет, не прерывают друг друга, но запускаются один после другого в последовательности возникновения. Кроме того, в S7-400™ имеется ОВ90, предназначенный для выполнения фоновых задач. Этот ОВ имеет самый низкий приоритет - 29. Выполнение этого ОВ могут прерывать любые другие ОВ. Если ОВ в данном проекте не вызывается, то ему нужно назначить приоритет 0 Рис. 13.33. Прерывания во времени суток (Time-of-Day Interrupt) (OB10) Прерывания Прерывания по времени суток используются для по времени выполнения определенной программы, вызываемой (Time-of-Day) в OB 10 (к примеру) или только один раз в определенное время или периодически (ежеминутно, ежечасно, один раз день, один раз в недели, раз в месяц, раз в год), начиная с определенного времени.Прерывания по времени конфигурируются с помощью утилиты "HW Config". Чтобы выбрать, когда и как OB 10 должен быть активирован, выберите опции меню: CPU -> Object Properties (CPU -> Свойства объекта) (вкладка "Time-of-Day Interrupts"). "Active" Если Вы отметите опцию " Active", то OB прерывания по времени будет активировано при каждом перезапуске CPU. Примечание Прерываниями по времени можно управлять с помощью системных функций в RT-режиме. В наличии есть следующие системные функции: •SFC 28 "SET_TINT" Установка начальной даты, времени и периода •SFC 29 "CAN_TINT" Отмена прерывания по времени •SFC 30 "ACT_TINT" Активация прерывания по времени •SFC 31 "QRY_TINT" Запрос прерывания по времени. S7-400™ В PLC S7-400™ может быть организовано до восьми различных OB для обработки прерываний по времени ("Time-of-Day") (OB 10 …17). Рис. 13.34. Циклическое прерывание (Cyclic Interrupt) (OB35) Циклическое Циклические прерывания используются для прерывание выполнения блоков через фиксированные интервалы. Циклическим прерыванием в S7-300™ является блок OB 35. По умолчанию интервал вызова OB 35 = 100 мс. Вы можете изменить это значение в пределах от 1 мс до 1 минуты. Стартовое время Когда Вы активируете управляемое временем прерывание, Вы определяете интервал относительно "стартового времени". Стартовое время начинается сразу при переходе CPU от STOP к RUN. Интервал Вы должны убедиться, что интервал, который Вы определяете, дольше, чем время, необходимое для выполнения OB. Операционная система циклически вызывает OB 35 через определенное время. Если OB 35 еще активен в это время, то операционная система вызывает OB 80 (OB обработки ошибки циклического прерывания). Примечание Системные функции в RT-режиме не могут управлять циклическими прерываниями (cyclic interrupts). S7-400™ В PLC S7-400™ может быть организовано до девяти различных OB для обработки циклических прерываний (с OB 30 до OB 38). Рис. 13.35. Аппаратное прерывание (Hardware Interrupt) (OB40) Аппаратное Программа в OB аппаратного прерывания (OB40) прерывание выполняется сразу, как только произойдет определенное событие. Аппаратные прерывания могут запускаться различными модулями посредством соответствующих сигналов: •Для параметрируемых сигнальных модулей (DI, DO, AI, AO) Вы можете использовать утилиту "HW Config" для определения условий активации аппаратных прерываний. •В случае использования модулей CP и FM характеристики прерываний определяются с помощью программного обеспечения для конфигурирования соответствующего модуля. Пример В примере, приведенном на рисунке, указанные значения предельных величин сконфигурированы для модуля аналоговых входов. Если измеренная величина превышает заданный предел, вызывается OB40. Это имеет тот же эффект, что и включение в OB1 операции сравнения, которая вызывает FB или FC, когда достигается верхний предел. Тем не менее, если Вы используете OB40, Вам не нужно писать программу для другого блока. Вы можете использовать программу в OB40 для генерации прерывания или для управления процессом. S7-400™ В PLC S7-400™ может быть организовано до восьми различных OB для обработки аппаратных прерываний (OB 40 …OB 47). Рис. 13.36. Прерывание с задержкой времени (Time-Delay Interrupt) (OB20) Прерывание Программа в OB (OB20) выполняется спустя с задержкой определенное время после некоторого события. OB20 может активироваться только вызовом в программе системной функции SFC32 (SRT_DINT). Эта функция используется также для установки времени задержки. SFC 32 •OB_NR = Номер OB, который должен выполниться с задержкой времени. •DTIME = Время задержки (от 1 до 60000 мс) •SIGN = Определяемое пользователем значение, которое передается во временную переменную OB2х_SIGN вызываемого блока OB2х_ для идентификации события, вызвавшего данный блок •RET_VAL = Код ошибки для случая, если возникнет ошибка во время выполнения OB прерывания с задержкой (См. контекстную справку для кодов ошибок). Примечание Кроме SFC32 могут применяться также и другие SFC для работы с прерываниями с задержкой: •SFC33 (CAN_DINT) = Отмена прерывания с задержкой •SFC34 (QRY_DINT) = Запрос состояния прерывания с задержкой. S7-400™ В PLC S7-400™ может быть организовано до четырех различных OB для обработки прерываний с задержкой времени (OB20…23). СИНХРОННЫЕ И АСИНХРОННЫЕ ОШИБКИ Рис. 13.37. Диагностическое прерывание (Diagnostic Interrupt) и прерывания асинхронных ошибок (Asynchronous Error Interrupt) (OB81…87) Асинхронные Асинхронные ошибки рассматриваются как ошибки функциональные отказы PLC. Они происходят асинхронно относительно выполнения программы и не могут “прослеживаться” в конкретной точке программы (например, диагностическое прерывание из модуля). Реакция системы Если ошибка обнаруживается в RUN-режиме и запрограммирован соответствующий OB для обработки ошибки, то OB вызывается и выполняется его программа. Эта программа может, например, содержать: • команду на включение сирены; • инструкции для копирования данных с последующей инструкцией перехода к состоянию STOP; • программу для записи частоты проявления дефекта, не вызывая перехода CPU в режим STOP. Примечание Если OB ошибки для конкретного дефекта не предусмотрен, то CPU автоматически переходит в режим STOP. Пример Прерывание OB82 при асинхронной ошибке вызывается, например, в следующих ситуациях : • Обрыв провода в модуле с внутренней диагностикой • Неисправность питания в модуле аналоговых входов • Превышен диапазон измерения в модуле аналоговых входов и т.д. Рис. 13.38. OB асинхронных ошибок Приоритет OB обработки ошибок вызываются при возникновении асинхронной ошибки и выполняются немедленно, так как они имеют самый высший приоритет среди всех прерываний и среди всех OB обработки ошибок: • Приоритет 26, если происходит ошибка, когда выполняется OB с более низким приоритетом (<26) (режим RUN) • Приоритет 28, если происходит ошибка пока выполняется OB запуска (с приоритетом 27) (режим STURTUP). Рис. 13.39. Синхронные ошибки Синхронные Эти ошибки могут прослеживаться в конкретной ошибки точке программы, если ошибка проявляется во время выполнения определенной команды. OB ошибки вызываются как реакция на синхронные ошибки в программе, причем с тем же самым приоритетом, что и у блока, в котором была обнаружена ошибка. Рис. 13.40. Системные функции для управления OB прерываний OB Вы найдете полный список и описание OB ошибок в интерактивной справочной системе: LAD/STL/FBD -> Help -> Contents -> Help on Blocks -> Help on Organization Blocks (Редактор LAD/STL/FBD -> Справка -> Содержание -> Справка по блокам -> Справка по организационным блокам). SFC Системные функции и их использование, вызов, назначение параметров обсуждаются в курсе ST-7PRO2. Рис. 13.41. Стартовая информация OB Стартовая При вызове OB операционной системой Вы можете информация получить стандартную системную стартовую информацию в стеке локальных данных. Стартовая информация имеет длину 20 байтов и доступна после начала выполнения OB. Доступ к стартовой STEP 7 предоставляет символьный доступ к информации стартовой информации в стандартной таблице объявлений (пример для OB81) Таблица 13.1. «Пример для OB81» Примечание Вы можете изменить или дополнить стандартную таблицу объявлений. Смысл переменных объясняются Вам в интерактивной справочной системе или в руководстве по стандартным и системным Функциям Например, переменная OB8_FLT_ID содержит признак неисправности и указание на неисправную батарею. ОБРАБОТКА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ Цели После завершения изучения данной главы слушатели ... … будут знать принципы обработки аналоговых значений …будут уметь назначать параметры для аналоговых модулей с использованием утилиты конфигурирования оборудования "HW Config" и правильно устанавливать кодирующий ключ (модуль диапазона измерения) в требуемое положение … будут уметь адресовать аналоговый модуль … будут уметь интерпретировать разрешение модуля … будут уметь проверять выходной сигнал аналогового модуля в программе Рис.14.1. Использование аналоговых модулей Принцип При решении задач автоматизации целый ряд физических величин производственного процесса (давление, температура, поток, скорость, величина pH, вязкость, и т.п.) требуется обрабатывать в PLC. Датчик Измерительные датчики реагируют на изменения физической величины изменением своих свойств: линейным расширением, изменением удельной электропроводности и т.п. Преобразователь Измерительные преобразователи переводят эти изменения в стандартные аналоговые сигналы, например,: ± 500 мВ, ± 10 В, ± 20 мА, 4…20 мА. Эти сигналы подаются на аналоговых входные модули. АЦП Перед обработкой в CPU аналоговые сигналы должны быть преобразованы в цифровую форму. Преобразование выполняется с помощью АЦП (аналого-цифровой преобразователь) в модуле ввода аналоговых сигналов. В модуле сигналы каждого входного канала преобразуются по очереди. Запоминание Результат преобразования записывается в память результатов результатов и остается там до тех пор, пока не перепишется новой величиной. Преобразованная аналоговая величина может быть прочитана с помощью инструкции загрузки: “L PIW...”. Вывод аналоговых Инструкция передачи “T PQW...” используется для сигналов записи аналоговых величин, вычисленных программой, в модуль вывода аналоговых сигналов, где ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) преобразует их в стандартные аналоговые сигналы. Аналоговые Аналоговые выходные сигналы – это стандартные приводы сигналы, имеющие диапазон значений, например: ± 10 В или 4 .. 20 мА. Вы можете подключать аналоговые приводы непосредственно к аналоговым выходным модулям без дополнительных преобразователей. Рис.14.2. Кодирующие ключи Тип Вы изменяете тип и диапазон измерения, измерения устанавливая кодирующие ключи. Некоторые модули без кодирующих ключей имеют специальные контакты для измерения напряжения и тока, а тип измерения устанавливается подключением проводов к соответствующим контактам. Кодирующие Кодирующие ключи находятся на левой боковой ключи стороне модуля. Вы должны их правильно установить, прежде чем вставить модуль в стойку. Возможные установки ключа - позиции “A”, “B”, “C” и “D”. Установочные позиции ключа для различных типов измерения и диапазонов измерения напечатаны на модуле. Утилита HW Config показывает Вам позицию ключа, соответствующую выбранному диапазону измерения сигналов. Группы каналов В некоторых модулях несколько каналов объединены в группы. В этом случае установки кодирующих ключей относятся к целой группе. Рис.14.3. Параметры аналогового модуля Назначение Инструментом для назначения параметров параметров аналоговым модулям является утилита HW Config. После загрузки из программатора в станцию S7-400/300™ параметры сохраняются в CPU. CPU передает эти параметры в соответствующие аналоговые модули. Кроме того, в требуемую позицию должны быть установлены кодирующие ключи. В режиме RUN некоторые из параметров (динамические параметры) могут быть изменены посредством SFC-блоков. Тем не менее, после смены режима (RUNSTOP, STOPRUN) параметры возвращаются к значениям, заданным посредством утилиты HW Config. Диагностическое Модуль инициирует диагностическое прерывание прерывание CPU, если обнаруживается ошибка. При этом информация об ошибке вводится в диагностический буфер и CPU немедленно переходит к обработке программы в OB82 – в организационном блоке диагностического прерывания. В этом блоке пользователь может запрограммировать необходимую реакцию системы на ошибку. Типы ошибок, которые аналоговый модуль может распознать зависит от типа модуля. Примеры ошибок: •Ошибка конфигурирования / назначения параметров •Короткое замыкание на "землю" (только для выходных каналов) •Обрыв провода •Отсутствие напряжения в нагрузке: L+ (кроме AI 4x14 битов, Ex) Аппаратное Модули с внутренней диагностикой могут прерывание инициировать аппаратные прерывания (OB40 … OB47). Модуль инициирует аппаратное прерывание, если происходят определенные события (например, превышение предельного напряжения в канале аналогового входного модуля). При этом CPU немедленно переходит к обработке программы, созданной пользователем в одном из блоков: OB40…47, и которая определяет отклик системы на событие. Примечание Только в первом канале в группе каналов может выполняться мониторинг входного сигнала на предмет его выхода за пределы заданного диапазона значений. Прерывания разрешаются для аналогового модуля в целом. Рис.14.4. Модули ввода аналоговых сигналов Время цикла Время цикла сканирования (scan cycle time) – это сканирования время, требуемое для того, чтобы модуль выполнил (Scan Cycle Time) преобразование аналогового сигнала в цифровой (digital) сигнал и переслал его в память. Время цикла сканирования (scan cycle time) определяется как сумма времени преобразования сигналов от всех активных аналоговых входных каналов модуля ввода аналоговых сигналов. Время аналого-цифрового преобразования состоит из базового времени преобразования и дополнительных значений времени работы модуля по измерению сопротивления и контролю линий на предмет их разрыва. Базовое время преобразования зависит непосредственно от метода преобразования:"суммирования","последовательного приближения" в аналоговом входном канале. Для методов суммирования время суммирования непосредственно влияет на время преобразования. Поле "Measuring Щелкните на поле для отображения и выбора Type" ("Тип одного из типов измерения (напряжение, ток, …). измерения") Поле "Measuring Щелкните на поле для отображения и выбора Range" ("Диапазон одного из доступных измерительных диапазонов измерения") для соответствующего типа измерения. Position of Measuring Убедитесь, что кодирующий ключ установлен в Range Selection указанном положении, соответствующем Module (Положение выбранному диапазону измерения. кодирующего ключа) Integration time / Щелкните на поле для отображения и выбора (Время одного из доступных значений времени интегрирования - интегрирования или подавления помехи параметр (частота интерференции). В модуле устанавливается подавления подавление помехи и разрешение по входу в помехи) соответствии с выбранным временем интегрирования. Правило Если группа каналов не подключена, то выберите опцию "Deactivated" ("Деактивировано"). Остальные входные сигналы будут обновляться в более короткие временные интервалы. Рис.14.5. Модули вывода аналоговых сигналов Поле "Type of Щелкните на поле для отображения и выбора Output" одного из типов выходных сигналов (например, ("Тип выходных ток). сигналов") Совет: Для обеспечения отсутствия напряжения на неподключенных выходных каналах деактивируйте их. Для этого в поле "Type of Output" ("Тип выходных сигналов") выберите опцию "Deactivated" ("Деактивировано") и оставьте каналы разомкнутыми. Это приведет к уменьшению времени цикла сканирования (scan cycle time). Поле "Output Щелкните на поле для отображения и выбора Range" ("Диапазон одного из доступных диапазонов для выходных соответствующего типа выходных сигналов. сигналов") Поле "Reaction Здесь выберите, как выходы должны реагировать to CPU- STOP" на переход CPU в состояние STOP (набор ("Реакция на значений здесь для каждого типа модуля свой) переход в STOP") •SSV (Switch to Substitute Value) = = "Переключение на заданное значение (значение подстановки)" - По умолчанию значение подстановки равно ”0”; т.е., при этом значении все выходы выключены. Вы можете задавать для каждого выхода свое значение подстановки в строке ”Substitute value”. Значение подстановки должно находиться в допустимых пределах. •RLV (Retain Last Value) = = "Сохранить последнее значение" - В данном случае на выход выводится последнее сохраненное значение выходного сигнала перед переходом CPU в режим STOP. •OWVC (Outputs Without Voltage or Current) = = "Выходы без напряжения или тока" - В данном случае выход отключается (V/I = 0 V/mA). Предупреждение Обеспечьте, чтобы при поступлении на выходы значений подстановки система всегда находилась в безопасном состоянии. Рис.14.6. Представление аналогового сигнала и разрешение по входу Представление Аналоговая величина представляется как число числа в дополнительном коде. Величина положительна, если 15-й бит содержит "0" и отрицательна, если 15-й бит содержит "1". Разрешение Если разрешение аналогового модуля менее 15 бит, то аналоговое значение записывается в аккумулятор со сдвигом влево. Неиспользованные, незначимые битовые позиции заполняются “0”. Время Разрешение определяется косвенно путем выбора интегрирования времени интегрирования в утилите “HW Config”. (Integration Time) Следующая таблица для SM331 иллюстрирует зависимость между временем интегрирования, разрешением и подавлением частоты интерференции (interference frequency suppression): Время интегр. Разрешение Частота интерференции (мс) (в битах) (Гц) 2.5 9+ зн. бит 400 16.6 12+ зн. бит 60 20 12+ зн. бит 50 100 14+ зн. бит 10 Точность В зависимости от типа модуля возможно разрешение от 8 до 15 битов. Время Время преобразования зависит от процедуры преобразования преобразования, используемой в модуле (интегрирование, последовательное приближение). Время преобразования для различных модулей приводится в руководстве по S7-300™. Пример: модуль SM344 имеет время интегрирования только 5 мс для всех 4 входных каналов. Рис.14.7. Представление аналогового сигнала в различных диапазонах измерения Напряжение, ток Кодировка симметричных диапазонов измерения (симметричный напряжения и тока диапазон) • ± 80 мВ • ± 2.5 В • ± 3.2 мА • ± 250 мВ • ± 5 В • ± 10мА • ± 500 мВ • ± 10 В • ± 20 мА • ± 1 В соответствуют номинальной области: - 27648 … +27648. Напряжение, ток Кодировка асимметричных диапазонов измерения (асимметричный напряжения и тока диапазон) • 0 - 2 В • 0 - 20 мА • 1 - 5 В • 4 - 20 мА соответствуют номинальной области: 0 … +27648. Сопротивление Кодировка диапазонов сопротивления • 0 - 150 Ом • 0 - 300 Ом • 0 - 600 Ом соответствуют номинальной области: 0 … +27648. Температура Температура измеряется с помощью термосопротивлений и термопар. Значения соответствуют номинальной области, определяемой как увеличенный в 10 раз температурный диапазон для термопары: Датчик: Температурный Кодирование диапазон : ном. диапазона : •Pt 100 -200 до + 850 ºC -2000 до + 8500 •Ni 100 -60 до + 250 ºC -600 до + 2500 •Термопара тип K -270 до + 1372 ºC -2700 до + 13720 •Термопара тип N -270 до + 1300 ºC -2700 до + 13000 •Термопара тип J -210 до + 1200 ºC -2100 до + 12000 •Термопара тип E -270 до + 1000 ºC -2700 до + 10000 Рис.14.8. Представление аналогового сигнала для аналоговых выходов Напряжение, ток Для симметричного диапазона напряжения или (симметричный тока номинальный диапазон -27648 … +27648 диапазон) преобразуется в: • ± 10 В • ± 20 мА. Напряжение, ток Для асимметричного диапазона напряжения или (асимметричный тока номинальный диапазон 0 … +27648 диапазон) преобразуется в: • 0 … 10 В • 1 … 5 В • 0 … 20 мА • 4 … 20 мА. Переполнение Если величина, которая должна преобразовываться, достигает области переполнения, то выходные сигналы аналогового выходного модуля блокируются (0 В, 0 мА). Рис.14.9. Адресация аналоговых модулей для S7-300 Область адресов S7-300™ имеет специальную адресную область для аналоговых входов и аналоговых выходов, отдельную от областей отображения входов и выходов для дискретных модулей (PII/PIQ). Эта адресная область занимает адреса с байта 256 по байт 767. Каждый аналоговый канал занимает 2 байта. По умолчанию каждый аналоговый модуль занимает 16 байтов доступного адресного пространства. Так же как в дискретных сигнальных модулях, здесь номер занятого слота определяет в модуле начальный байтовый адрес. Доступ Вы имеете доступ к аналоговым модулям с помощью инструкций “L” (загрузить) и “T” (переслать). Пример: инструкцией "L PIW322" считывается значение из второго канала модуля в 8-м слоте в 0-й стойке. S7-400™ В станции S7-400™ область адресов для аналоговых модулей начинается с байта 512. МАСШТАБИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ Рис.14.10. Масштабирование аналоговых входных сигналов Примеры Уровень заполнения бака измеряется в литрах (общий объем – 500 л).В примере A показано масштабирование сигнала в случае, когда датчик выдает сигнал 0 В при пустом баке и +10 В, если бак полон. В примере B показано масштабирование сигнала в случае, когда датчик выдает -10 В при пустом баке и +10 В В, если бак полон. Разрешение В примере B уровень измеряется с двойным разрешением по входу или с удвоенной точностью, так как значения входного сигнала приводятся к большему динамическому диапазону значений внутренней переменной: - 27648 …+27648. Масштабирование Диапазон входного сигнала аналогового модуля –10В…+10В приводятся к диапазону значений внутренней переменной -27648…+27648. Преобразование данного диапазона значений к исходным физическим величинам (например, 0 л … 500 л) называется масштабированием. Для масштабирования аналоговых значений используется стандартный блок FC 105. В ПО STEP 7 блок FC 105 поставляется в стандартной библиотеке "Standard Library" в разделе "TI-S7 Converting Blocks" в S7 program. IN В блоке FC 105 аналоговое значение на входе IN может быть считано прямо из модуля или передано через интерфейс данных в формате INT. LO_LIM, HI_LIM Входы LO_LIM (нижний предел) и HI_LIM (верхний предел) используются для задания границ физической величины. В примере выполняется приведение к диапазону 0 л … 500 л. OUT Масштабированное значение (физическая величина) сохраняется как действительное (real) число на выходе OUT (LO_LIM <= OUT <= HI_LIM). BIPOLAR На входе BIPOLAR Вы можете задать режим приведения сигнала только к положительному или к биполярному диапазону значений. Если в параметр передается ´0´, то производится нормировка к диапазону 0…+27648. Если в параметр передается ´1´, то производится нормировка к диапазону –27648 …+27648. RET_VAL Выходное значение RET_VAL возвращает 0, если при выполнении не было ошибок. Рис.14.11. Преобразование вещественной переменной в аналоговый выходной сигнал Примеры Аналоговое значение в диапазоне 0.0…100.0%, которое рассчитывается в пользовательской программе преобразуется (денормируется) с помощью функции FC106 в диапазон 0…+27648 (униполярный) или -27648…+27648 (биполярный). Когда денормированное значение выдается в аналоговый выходной модуль, этот модуль управляет приводом (например, заслонка с серводвигателем) сигналами с диапазоном 0В…+10В (униполярный) или –10В…+10В (биполярный). В примере A показано масштабирование сигнала в случае, когда на привод подается сигнал 0 (0 В или 0 мА) при значении переменной из программы, равном 0%, и когда на привод подается максимальный сигнал (например, +10В или 20 мА) при значении переменной = 100%. В примере B показано масштабирование сигнала в случае, когда на привод подается минимальный сигнал (-10В или –20мА) при значении переменной = 0%, и когда на привод подается максимальный сигнал (например, +10В или 20 мА) при значении переменной = 100%. Денормирование Значение, рассчитанное в программе (в примере показано в процентах), должно быть денормировано в диапазон выходного аналогового модуля. Для денормирования аналоговых значений используется стандартный блок FC 106. В ПО STEP 7 блок FC 106 поставляется в стандартной библиотеке "Standard Library" в разделе "TI-S7 Converting Blocks" в S7 program. IN Рассчитанное в программе значение должно быть в формате REAL. LO_LIM, HI_LIM Входы LO_LIM (нижний предел) и HI_LIM (верхний предел) используются для задания границ рассчитанного значения. В примере - это границы диапазона: 0.0% …100.0%. OUT Денормированное значение в формате INT выводится на выход OUT. BIPOLAR На входе BIPOLAR Вы можете задать режим приведения сигнала только к положительному или к биполярному диапазону значений. Если в параметр передается ´0´, то производится нормировка к диапазону 0…+27648. Если в параметр передается ´1´, то производится нормировка к диапазону –27648 …+27648. RET_VAL Выходное значение RET_VAL возвращает 0, если при выполнении не было ошибок. Рис.14.12. Упражнение: Назначение параметров для аналогового модуля SM335 Примечание В зависимости от типа аналогового модуля на Вашем учебном стенде, Вы должны выполнить или данное упражнение или упражнение, представленное на следующей странице. Задача Вы должны назначить параметры для аналогового модуля, используя данные на слайде (рисунке). Действия 1. В утилите HW Config откройте Вашу HW-станцию с именем "My_Station". SIMATIC® Manager -> двойной щелчок на значке Hardware 2. Откройте окно назначения параметров для аналогового модуля. Выделите аналоговый модуль и откройте окно свойств объекта: Edit -> Object Properties или двойной щелчок на поле Analog Module 3. Назначьте параметры для модуля, выбрав опции в полях Measuring Type и Measuring Range для входов как показано на слайде. Активируйте диагностическое прерывание Diagnostic Interrupt (не забудьте отметить отдельные входные каналы в Group Diagnostics). Так как вывод аналоговых сигналов не требуется, деактивируйте все выходы: deactivate all Outputs. 4. Сохраните и скомпилируйте измененную конфигурацию оборудования и назначенные параметры: HW Config -> Station -> Save and compile (Сохранить и скомпилировать) 5. Загрузите измененные системные данные в CPU: HW Config -> PLC -> Download... (Загрузить...) Рис.14.13. Упражнение: Назначение параметров для аналогового модуля SM331 Примечание В зависимости от типа аналогового модуля на Вашем учебном стенде, Вы должны выполнить или данное упражнение или упражнение, представленное на предыдущей странице. Задача Вы должны назначить параметры для аналогового модуля, используя данные на слайде (рисунке). Действия 1. В утилите HW Config откройте Вашу HW-станцию с именем "My_Station". SIMATIC® Manager -> двойной щелчок на значке Hardware 2. Откройте окно назначения параметров для аналогового модуля. Выделите аналоговый модуль и откройте окно свойств объекта: Edit -> Object Properties или двойной щелчок на поле Analog Module 3. Назначьте параметры для модуля, выбрав опции в полях Measuring Type и Measuring Range для входов как показано на слайде. Активируйте диагностическое прерывание Diagnostic Interrupt (не забудьте отметить отдельные входные каналы в Group Diagnostics). 4. Сохраните и скомпилируйте измененную конфигурацию оборудования и назначенные параметры: HW Config -> Station -> Save and compile (Сохранить и скомпилировать) 5. Загрузите измененные системные данные в CPU: HW Config -> PLC -> Download... (Загрузить...) Рис.14.14. Упражнение: Диагностика оборудования по диагностическому прерыванию Задача Ваша задача - инициировать диагностическое прерывание из аналогового входного модуля. Вы назначили параметры для Вашего аналогового модуля и активировали диагностическое прерывание в предыдущем упражнении. Вращая ручку потенциометра на панели симулятора, имитирующего изменения входного аналогового сигнала необходимо инициировать диагностическое прерывание. После перехода CPU в режим STOP из-за диагностического прерывания выполните поиск "отказа" с помощью функции тестирования Hardware Diagnostics (Диагностика оборудования) (см. рисунок). Действия Примечание: В зависимости от выполненных Вами установок в SIMATIC® Manager, включите или вид Hardware Diagnostics Quick View (Быстрый просмотр диагностики оборудования), или общий вид станции Station View. Вы можете выполнить установки с помощью: SIMATIC® Manager -> Options (Опции) -> Customize (Установки пользователя) -> View (Вид) Инициируйте диагностическое прерывание • Вращая ручку потенциометра на панели симулятора, вызовите "отказ системы". • Запустите функцию тестирования Hardware Dignostics (Диагностика оборудования): SIMATIC® Manager -> PLC -> Hardware Dignostics (Диагностика оборудования) • Двойным щелчком на элементе CPU или щелчком на кнопке Module Information (Информация о модуле) откройте события, внесенные в диагностический буфер. • Дважды щелкните на элементе аналоговый модуль или выберите элемент аналоговый модуль и щелкните на кнопке Module Information (Информация о модуле) для просмотра диагностических данных. Рис.14.15. Упражнение: Запись и отображение веса транспортируемых деталей Текущее состояние Число транспортированных деталей отображается функции дисплея на цифровом BCD- дисплее. Функция подсчета и отображения числа транспортированных деталей запрограммирована в блоке FC 18. Задача Детали, транспортируемые в автоматическом режиме, должны быть взвешены на рабочем месте Conveyor End (фотоэлемент). Текущий вес в диапазоне значений от 0 до 500 кг может быть установлен с использованием потенциометра на симуляторе ( 0…10 В ). При включении (с фиксацией) ключа симулятора I 0.6 текущее значение веса (0…500 кг) должно отображаться на цифровом BCD-дисплее. При выключении ключа симулятора I 0.6 дисплей должен отображать число транспортированных деталей. Если фактический вес детали меньше 100 кг или больше 400 кг, то принимается решение об отбраковке детали. Бракованные детали не должны быть сосчитаны. Действия 1. При назначении параметров CPU задайте для OB 35 (циклическое прерывание - Cyclic Interrupt) запуск через каждые 250 мс: HW Config -> двойной щелчок на CPU -> Cyclic Interrupt 2. В OB 35 запрограммируйте контроль и отображение на дисплее фактического значения веса детали (для проверки граничных значений веса используйте функции сравнения). - для масштабирования аналоговых измеренных значений в OB 35 вызывайте блок TI-S7-преобразования FC 105, который Вы скопировали из библиотеки в Ваш проект в начале курса. - запрограммируйте меркер M 35.0 для хранения результата проверки веса. Назначайте меркеру значение "1", когда вес в пределах нормы, и "0", когда деталь признается бракованной. - пересылка масштабированного значения веса на BCD-дисплей, только если включен ключ симулятора I 0.6. 3. Фильтруйте значение M35.0 в FC 18, чтобы бракованные детали не были сосчитаны. Сделайте отображение количества деталей на BCD-дисплее зависящим от положения ключа I 0.6. В АСУ ТП на нижних уровнях иерархии управления находятся подсистемы автоматического управления и регулирования технологическими агрегатами и отдельными параметрами. Функциональная структура типового контура автоматического регулирования приведена на рис. 15.1. Рис. 15.1. Функциональная схема типового контура регулирования В данной лабораторной работе рассматривается контур управления температурой в электрической нагревательной печи. Объектом управления является печь, выходная величина которой – температура – измеряется при помощи термопары или термосопротивления. Для стабилизации значения температуры в STEP 7 при построении контура управления на базе ПИД, ПИ регуляторов рекомендуется использовать блок (TCONT_CP), который реализует функции указанных регуляторов. Вызов блока регулятора Схема, изображенная на рис. 15.2, показывает вызов управления в FBD. А в таблице 15.1. приведено описание некоторых параметров блока ПИД-регулирования (TCONT_CP). Рис. 15.2. Схема TCONT_CP Таблица 15.1. Описание используемых в работе параметров блока TCONT_CP Параметр Назначение Тип Описание PV_IN INPUT (Вход) EAL Вход переменной процесса (“Process Variable In”). Начальное значение может быть установлено на данном входе или может быть подключена внешняя переменная процесса в формате чисел с плавающей запятой. SP_INT INPUT (Вход)/ OUTPUT (Выход) EAL Внутреннее значение сигнала установки (“Internal Setpoint”). Вход “Internal Setpoint” используется для задания уровня сигнала уставноки. MAN INPUT (Вход)/ OUTPUT (Выход) EAL Управляющая переменная, введенная вручную (“Manual Value”). При автоматическом режиме корректируется до значения управляющей переменной. MAN_ON INPUT (Вход)/ OUTPUT (Выход) OOL Переключатель на работу в ручном режиме (“Manual Operation On”). Если параметр “Manual Operation On” установлен, то управляющая переменная, введенная вручную (MAN), устанавливается в качестве значения управляющей переменной. 0 – автоматический режим; 1 – ручной режим. LMN OUTPUT (Выход) REAL Управляющая переменная (“Manipulated Variable”). Действующее значение управляющей переменной в формате числа с плавающей запятой подается на одноименный выход: Manipulated Variable. QPULSE OUTPUT (Выход) OOL Выходной импульсный сигнал (“Output Pulse”). ШИМ-модулированное импульсное представление управляющей переменной на выходе: Output Pulse. Порядок конфигурирования блока, реализующего ПИ-закон регулирования: 1) Создать организационный блок OB35; открыть его и из справочника Overviews взять компонент FB58 TCONT_CP CONTROL по ветви Libraries / Standard Library / PID Control Blocks (см. рис. 15.3). Рис. 15.3. Выбор блока, реализующего ПИ-закон регулирования, из справочника Overviews 2) Необходимо выделить место в памяти контроллера для ПИ-регулятора. Для этого надо создать блок данных DB58. Рис. 15.4. Окно параметров блока данных DB58 3) После того как создали DB58, в OB35 в заголовке блока TCONT_CP выбрать “PID” (см. рис. 15.5). Рис. 15.5. Привязка блока ПИ-регулирования (TCONT_CP) к DB58 4) Открыть блок DB58 и ввести значения требуемых параметров (рис. 15.6). Рис. 15.6. Окно ввода значений параметров блока данных DB58 ЛЕКЦИЯ № 8 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ STEP 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Общий обзор битовых инструкций. Битовые логические инструкции работают с двумя числами - 1 и 0. Эти две цифры образуют базис системы счисления, называемой двоичной системой. Цифры 1 и 0 называются двоичными цифрами (binary digits) или просто битами. При работе со схемами, использующими контакты и катушки, значение 1 означает активное состояние или протекание тока, а 0 – неактивное состояние или отсутствие протекания тока. Битовые логические инструкции интерпретируют состояния сигналов 1 и 0 и комбинируют их по правилам булевой логики. Эти комбинации дают результат 1 или 0, называемый Результатом Логической Операции (RLO). ---| |--- Нормально открытый контакт (Адрес) Нормально открытый контакт будет замыкаться при состоянии бита, указанного в качестве <адреса>, равном 1. Если состояние сигнала по указанному адресу равно 1, то контакт замкнут, и результат логической операции (RLO) равен 1. Если состояние сигнала по указанному адресу равно 0, то контакт разомкнут, и команда дает результат логической операции (RLO) равный 0. ---| / |--- Нормально замкнутый контакт (Адрес) Нормально замкнутый контакт) будет замыкать цепь при состоянии бита, указанного в качестве <адреса>, равном 0. Если состояние сигнала по указанному адресу равно 0, то контакт замкнут, и результат логической операции (RLO)равен 1. Если состояние сигнала по указанному адресу равно 1, то контакт разомкнут, и команда дает результат логической операции (RLO) равный 0. XOR : Логическая инструкция исключающее ИЛИ. Для логической функции “Исключающее ИЛИ” (XOR) должна быть составлена следующая комбинация нормально открытых и нормально закрытых контактов: --|NOT|-- Инверсия результата логической операции ---|NOT|--- Инструкция инверсия результата логической операции выполняет изменение на противоположное значение результата логической операции RLO. ---( ) Выходная катушка Выходная катушка работает как катушка в цепи управления релейно-контактной схемы. Если к катушке подводится ток (RLO = 1), бит <адрес> устанавливается в "1". Если к катушке не подводится ток (RLO = 0), бит <адрес> устанавливается в "0". Выходную катушку можно установить только на правом конце логической цепи. Возможно использование нескольких выходных катушек (максимум 16). Вы можете инвертировать выход с помощью инструкции---|NOT|--- . Зависимость от главного управляющего реле MCR (Master Control Relay) Эта зависимость имеет место только при размещении выходной катушки внутри активированной зоны главного управляющего реле. Внутри зоны действия MCR, если функция MCR активирована и ток протекает на выходную катушку , бит адреса устанавливается на подводимое к нему значение RLO. Если функция MCR деактивирована, логический "0" записывается в выходной адрес независимо от подводимого к нему RLO. ---( # )--- Коннектор ---( # )--- Коннектор – это промежуточный присваивающий элемент, сохраняющий RLO в указанном битовом <адресе>. Этот промежуточный элемент запоминает результат логической операции предыдущей логической цепочки. При последовательном соединении с другими контактами ---( # )--- работает как обычный контакт. Элемент ---( # )--- никогда не может ставиться один перед катушкой, в конце сегмента или в конце открытой ветви. Инверсный ---( # )--- можно получить с помощью элемента ---|NOT|--- (инверсия RLO). Зависимость от MCR Функция MCR влияет только при расположении коннектора внутри MCR зоны. Внутри активированной зоны MCR , при ее включении, адрес принимает значение подводимого RLO. Внутри деактивированной зоны MCR логический "0" записывается в указанный адрес независимо от подводимого RLO. ---( R ) Сброс бита Катушка сброса Команда сброса выполняется только тогда, когда RLO предыдущей инструкции = 1 (ток поступает на катушку). При протекании тока (RLO = "1"), указанный над катушкой <адрес> сбрасывается в "0". При RLO = "0" (катушка не запитана) инструкция не изменяет статуса указанного операнда. В качестве <адреса> может также использоваться таймер (T ) для сброса его значения в "0" или счетчик (C ) для сброса его в "0". Зависимость от главного управляющего реле (Master Control Relay) Зависимость от главного управляющего реле (MCR )проявляется только при нахождении катушки сброса внутри активированной MCR зоны. При этом если главное управляющее реле MCR включено и ток протекает через катушку сброса, адресуемый бит сбрасывается в "0". Если главное управляющее реле MCR выключено, инструкция не изменяет статуса указанного операнда, независимо от протекания тока через катушку. ---( S ) : Установка бита Катушка установки. Инструкция Установить бит исполняется только тогда, когда RLO предыдущей инструкции равен 1. Если RLO равен 1, эта инструкция устанавливает указанный адрес в 1. Если RLO равен 0, то инструкция не влияет на указанный адрес, который остается неизменным. Зависимость от главного управляющего реле (Master Control Relay) Зависимость от главного управляющего реле (MCR )проявляется только при нахождении катушки установки внутри активированной MCR зоны. При этом, если главное управляющее реле MCR включено и ток протекает через катушку установки, адресуемый бит устанавливается в "1". Если главное управляющее реле MCR выключено, инструкция не изменяет статуса указанного операнда, независимо от протекания тока через катушку. RS: RS- Триггер Инструкция RS- триггер сбрасывает указанный адрес операнда, когда состояние сигнала на входе R равно 1, а состояние сигнала на входе S равно 0. Если вход R равен 0, а вход S равен 1, то триггер установлен. Если RLO на обоих входах равен 1, то триггер выполняет установку (S) или сброс (R) в соответствии с их приоритетом. RS- триггер сначала производит сброс операнда, а затем его установку, таким образом в дальнейшей программе указанный адрес будет оставаться установленным. Эти инструкции работают только тогда, когда RLO = 1. RLO, равный 0, не оказывает влияния на эти инструкции, адрес, указанный в команде остается неизменным. Зависимость от главного управляющего реле (Master Control Relay) Зависимость от главного управляющего реле (MCR )проявляется только при нахождении RS-триггера внутри активированной MCR зоны. При этом, если главное управляющее реле MCR включено, то адресуемый бит устанавливается в "1" или сбрасывается в “0” как описано выше. Если главное управляющее реле MCR выключено, инструкция не изменяет статуса указанного операнда, независимо от состояния входных адресов триггера. SR: SR- Триггер Инструкция SR- триггер устанавливает указанный адрес операнда, когда состояние сигнала на входе S равно 1, а состояние сигнала на входе R равно 0. Если вход S равен 0, а вход R равен 1, то триггер сбрасывается. Если RLO на обоих входах равен 1, то триггер выполняет установку (S) или сброс (R) в соответствии с их приоритетом. SR- триггер сначала производит установку операнда, а затем его сброс, таким образом в дальнейшей программе указанный адрес будет оставаться сброшенным. Эти инструкции работают только тогда, когда RLO = 1. RLO, равный 0, не оказывает влияния на эти инструкции, адрес, указанный в команде остается неизменным. Зависимость от главного управляющего реле (Master Control Relay) Зависимость от главного управляющего реле (MCR )проявляется только при нахождении SR-триггера внутри активированной MCR зоны. При этом, если главное управляющее реле MCR включено, то адресуемый бит устанавливается в "1" или сбрасывается в “0” как описано выше. Если главное управляющее реле MCR выключено, инструкция не изменяет статуса указанного операнда, независимо от состояния входных адресов триггера. ---( N )--- : Выделение отрицательного фронта RLO Инструкция Выделение отрицательного фронта RLO обнаруживает изменение с 1 на 0 (падающий фронт) по указанному адресу и отображает это установкой RLO в 1 после выполнения инструкции. Текущее состояние RLO сравнивается с состоянием сигнала операнда (бит памяти фронта). Если состояние сигнала операнда равно 1, а RLO перед выполнением инструкции равен 0, то RLO после выполнения инструкции будет равен 1 (импульс). Во всех остальных случаях RLO равен 0. Входной RLO затем сохраняется в указанном бите памяти. ---( P )---: Выделение положительного фронта RLO Инструкция Выделение положительного фронта RLO обнаруживает изменение с 0 на 1 (нарастающий фронт) по указанному адресу и отображает это с помощью значения RLO, равного 1, после выполнения инструкции. Текущее состояние RLO сравнивается с состоянием сигнала операнда (бит памяти фронта). Если состояние сигнала операнда равно 0, а RLO перед выполнением инструкции равен 1, то RLO будет равен 1 (импульс) после выполнения инструкции. Во всех остальных случаях RLO равен 0. Входной RLO затем сохраняется в указанном бите памяти. NEG: Выделение отрицательного фронта сигнала NEG Инструкция Выделение отрицательного фронта сигнала сравнивает состояние сигнала, который хранится в <адресе 1> с состоянием сигнала в предыдущем цикле, сохраненном в <адресе 2>. Если происходит изменение статуса сигнала с 1 на 0, то выход Q имеет значение 1, во всех остальных случаях он равен 0. POS: Выделение положительного фронта сигнала POS Инструкция Выделение положительного фронта сигнала сравнивает состояние сигнала в <адресе1> с предыдущим состоянием сигнала, который хранится в <адресе 1>. Если происходит изменение с 0 на 1, то выход Q имеет значение 1, во всех остальных случаях он равен 0. ИНСТРУКЦИИ СРАВНЕНИЯ ДЛЯ ТИПОВ ДАННЫХ Integer, Double, Real Вы можете использовать следующие инструкции сравнения: • CMP I : Сравнение чисел типа Integer • CMP D : Сравнение чисел типа Double Integer • CMP R : Сравнение чисел типа Real Инструкция CMP I :Сравнить целые числа может использоваться как обыкновенный контакт в любом удобном месте контактного плана. Эта инструкция сравнивает входы IN1 и IN2 в соответствии с типом сравнения, выбираемым из окна списка. Если условие сравнения выполняется, то RLO получает значение "1". Он сопрягается с результатами опроса последующих логических операций по схеме И, если они находятся в последовательной цепи и по схеме ИЛИ в случае параллельной цепи. БЛОК MOVE MOVE : Передача значения Инструкция MOVE (Передать значение) активируется при разрешении на входе EN. Значение, указанное на входе IN, копируется в адрес, указанный на выходе OUT. ENO имеет то же состояние сигнала, что и EN. Инструкция MOVE позволяет передавать данные с шириной доступа BYTE, WORD или DWORD. Типы данных, определенные пользователем, такие как массивы или структуры, должны копироваться с помощью системной функции ”BLKMOV” (SFC 20). MCR : Влияние главного управляющего реле Влияние главного управляющего реле (MCR) проявляется только в случае, если инструкция Move находится внутри MCR зоны. В этом случае, внутри зоны MCR, если функция MCR включена и разрешающий сигнал подан на вход EN; данные будут скопированы , как описано ранее. Если функция MCR выключена, то при выполнении функции MOVE , значение "0" будет записано в указанный адрес на выходе OUT независимо от содержимого входа IN . Замечание При передаче значений между переменными различной ширины доступа, старшие байты отсекаются или заполняются нулями: Рис. 16.2. Область памяти и компоненты таймера Область памяти Таймеры имеют область, зарезервированную для них в памяти Вашего CPU. Эта область памяти резервирует одно 16-битное слово для каждого таймерного адреса. При программировании в КОP поддерживаются 256 таймеров. Для определения точного количества таймеров, Вам необходимо обратиться к руководству на Ваш контроллер. К области памяти таймеров имеют доступ следующие функции: • Таймерные инструкции • Актуализация таймерных слов генератором тактовых импульсов. В режиме RUN эта функция CPU уменьшает заданное значение времени на одну единицу с интервалом, установленным базой времени, пока значение времени не станет равным нулю. Значение времени Биты с 0 по 9 в таймерном слове содержат значение времени в двоичном коде. Значение времени задает количество временных отрезков. Когда таймер актуализируется, значение времени уменьшается на одну единицу через интервалы, установленные базой времени. Значение времени уменьшается до тех пор, пока оно не станет равным нулю. Вы можете задавать значение времени в двоичном, шестнадцатиричном или двоично-десятичном коде(BCD). Вы можете загрузить значение времени с использованием следующего синтаксиса: • W#16#wxyz , где -w - база времени ( временной интервал или разрешение) -xyz – значение времени в BCD коде • S5T#aH_bM_cS_dMS - где: a = часы, b = минуты, c = секунды и d = миллисекунды - База времени выбирается автоматически и значение округляется до ближайшего меньшего числа с этой базой времени. Максимальное время, которое Вы можете ввести, составляет 9 990 секунд или 2H_46M_30S. S5TIME#4S = 4 секунды s5t#2h_15m = 2 часа и 15 минут S5T#1H_12M_18S = 1 час, 12 минут и 18 секунд База времени Биты 12 и 13 в таймерном слове содержат базу времени в двоичном коде. База времени определяет интервал времени, через который значение времени уменьшается на одну единицу . Минимальная база времени равна 10 мс; максимальная - 10 с. S_PULSE : Задание параметров и запуск таймера «Импульс» S_PULSE : (S5 таймер «Импульс») запускает заданный таймер по нарастающему фронту (изменение состояния сигнала с 0 на 1) на входе запуска (S). Для запуска таймера всегда необходимо изменение сигнала. Таймер продолжает работать в течение времени, заданного на входе TV, пока состояние сигнала на входе S остается равным 1. Пока таймер работает, опрос выхода Q на высокий уровень дает результат логической операции 1. Если на входе S сигнал меняется с 1 на 0 до истечения заданного времени, таймер останавливается. Тогда опрос состояния сигнала на 1 на выходе Q дает 0. Если во время работы таймера происходит изменение с 0 на 1 сигнала на входе сброса (R), то таймер сбрасывается. Это изменение сбрасывает в ноль время и базу времени. Единица на входе R таймера не оказывает никакого влияния если таймер не работает. Текущее значение времени может быть считано на выходах BI и BCD. Значение времени на выходе BI представлено в двоичном формате, а на BCD - в двоично-десятичном формате. Текущее время равно разнице между начальным значением, заданным на входе TV и временем, прошедшим с момента запуска таймера. S_PEXT : : Задание параметров и запуск таймера «Удлиненный импульс» S_PEXT:(S5 таймер «Удлиненный Импульс») запускает заданный таймер, по нарастающему фронту на входе запуска (S). Для запуска таймера всегда необходимо изменение сигнала. Таймер продолжает работать в течение времени, заданного на входе TV, даже если состояние сигнала на входе S меняется на 0 до истечения заданного времени. Пока таймер работает выход Q выдает сигнал 1. Таймер перезапускается с заданным временем, если состояние сигнала на входе S меняется с 0 на 1 во время работы таймера. Если во время работы таймера происходит изменение с 0 на 1 сигнала на входе сброса (R), то таймер сбрасывается. Это изменение сбрасывает в ноль время и базу времени. Текущее значение времени может быть считано на выходах BI и BCD. Значение времени на BI представлено в двоичном формате, а на BCD – в двоично-десятичном формате. Текущее время равно разнице между начальным значением, заданным на входе TV и временем , прошедшим с момента запуска таймера. S_ODT : Задание параметров и запуск таймера «Задержка включения» S_ODT: (таймер «Задержка включения») запускает заданный таймер если имеется нарастающий фронт (изменение состояния сигнала с 0 на 1) на входе запуска (S). Для запуска таймера всегда необходим фронт сигнала. Таймер продолжает работать в течение времени, заданного на входе TV, пока состояние сигнала на входе S равно 1. Выход Q выдает 1, когда время истекло без ошибок при состоянии сигнала на входе S равном 1. Если состояние сигнала на входе S меняется с 1 на 0 во время работы таймера, таймер останавливается. В этом случае выход Q остается в 0. Если вовремя работы таймера происходит изменение с 0 на 1 сигнала на входе сброса (R), то таймер сбрасывается. Это изменение сбрасывает в ноль время и базу времени. На выходе Q выдается 0. При этом таймер сбрасывается независимо от сигнала на входе S . Текущее значение времени может быть считано на выходах BI и BCD. Значение времени на BI представлено в двоичном формате, а на BCD – в двоично-десятичном формате. Это время равно разнице между начальным значением, заданным на входе TV и временем , прошедшим с момента запуска таймера. S_ODTS : Задание параметров и запуск таймера «Задержка включения с памятью» S_ODTS: ( Таймер «Задержка включения с памятью») запускает заданный таймер, если имеется нарастающий фронт на входе запуска (S). Для запуска таймера всегда необходимо изменение сигнала. Таймер продолжает работать в течение времени, заданного на входе TV, даже если состояние сигнала на входе S меняется на 0 до истечения заданного времени. Состояние сигнала на выходе Q выдает значение 1, по истечении заданного времени, независимо от состояния сигнала на входе S. Таймер перезапускается с заданным временем, если состояние сигнала на входе S меняется с 0 на 1 во время работы таймера. Изменение с 0 на 1 сигнала на входе сброса (R) таймера сбрасывает таймер независимо от состояния RLO на входе S. Текущее значение времени может быть считано на выходах BI и BCD. Значение времени на BI представлено в двоичном формате, а на BCD - в двоично-десятичном формате. Это время равно разнице между начальным значением, заданным на входе TV и временем , прошедшим с момента запуска таймера. S_OFFDT : Задание параметров и запуск таймера «Задержка выключения» S_OFFDT : ( Таймер «Задержка выключения») запускает заданный таймер, если имеется падающий фронт на входе запуска (S). Для запуска таймера всегда необходимо изменение сигнала. Выход Q равен 1, когда состояние сигнала на входе S равно 1 или пока таймер работает. Таймер сбрасывается, когда состояние сигнала на входе S меняется с 0 на 1 во время работы таймера. Таймер не перезапускается, пока состояние сигнала на входе S снова не изменится с 1 на 0.Изменение с 0 на 1 сигнала на входе сброса (R) таймера во время его работы сбрасывает таймер. Текущее значение времени может быть считано на выходах BI и BCD. Значение времени на BI представлено в двоичном формате, а на BCD - в двоично-десятичном формате. Это время равно разнице между начальным значением, заданным на входе TV и временем , прошедшим с момента запуска таймера. ПРИНЦИП РАБОТЫ СЧЕТЧИКОВ S_CUD, S_CD, S_CU. Обзор инструкций счетчиков Область памяти Счетчики имеют область, зарезервированную для них в памяти CPU. Эта область памяти резервирует по одному 16-битному слову для каждого адреса счетчика. При программировании в KOP поддерживается 256 счетчиков. Инструкции счета являются единственными функциями, которые имеют доступ к области памяти счетчиков Значение счетчика Биты слова счетчика с 0 по 9 содержат значение счетчика в двоичном коде. Значение счетчика берется из аккумулятора и вводится в слово счетчика, при установке счетчика. Значение счетчика может находиться в диапазоне от 0 до 999. Вы можете изменять значение счетчика, используя следующие инструкции: • S_CUD : прямой/обратный счет • S_CD : обратный счет • S_CU : прямой счет • ---(SC) : катушка назначения параметров • ---(CU) : катушка прямого счета • ---(CD) : катушка обратного счета Структура битов в счетчике Счетчик устанавливается на требуемое значение загрузкой числа между 0 и 999 в качестве значения счетчика, например, 127 в следующем формате: C# 127. С# означает двоично-десятичный формат (BCD-формат: каждая группа из четырех битов содержит двоичный код для одного десятичного разряда). Биты Аккумулятора с 0 по 11 содержат значение счетчика в двоично-десятичном формате. На рисунке показано содержимое аккумулятора после загрузки значения 127 и содержимое слова счетчика, после того, как он был установлен. S_CUD : Назначение параметров и прямой/обратный счет S_CUD : (Реверсивный счетчик) устанавливается на значение, указанное на входе PV при появлении положительного фронта (изменение сигнала с 0 на 1) на входе S реверсивного счетчика. Счетчик увеличивается на 1, если состояние сигнала на входе CU изменяется с 0 на 1 (нарастающий фронт) и значение счетчика меньше 999. Счетчик уменьшается на 1, если состояние сигнала на входе CD изменяется с 0 на 1 (нарастающий фронт) и значение счетчика больше 0. При статической 1 или отрицательном фронте сигнала содержимое счетчика не изменяется. Если имеет место нарастающий фронт на обоих счетных входах, то выполняются обе инструкции и счетчик сохраняет прежнее значение. Счетчик сбрасывается, если RLO=1 появляется на входе R. Опрос на 1 состояния сигнала на выходе Q дает 1, если значение счетчика больше 0; опрос дает результат 0, если значение счетчика равно 0. S_CU : Назначение параметров и прямой счет S_CU : (прямой счет) устанавливается на значение, указанное на входе PV при появлении положительного фронта (изменение сигнала с 0 на 1) на входе S счетчика. Счетчик сбрасывается, если RLO=1 появляется на входе R. Счетчик увеличивается на 1, если состояние сигнала на входе CU изменяется с 0 на 1 (нарастающий фронт RLO) и значение счетчика меньше 999. При статической 1 или отрицательном фронте сигнала содержимое счетчика не изменяется. Опрос на 1 состояния сигнала на выходе Q дает 1, если значение счетчика больше 0; опрос дает результат 0, если значение счетчика равно 0. S_CD :Обратный счет S_CD : (обратный счет) устанавливается на значение, указанное на входе PV при появлении положительного фронта (изменение сигнала с 0 на 1) на входе S счетчика. Счетчик сбрасывается, если RLO=1 появляется на входе R. Счетчик уменьшается на 1, если состояние сигнала на входе CD изменяется с 0 на 1 (нарастающий фронт RLO) и значение счетчика больше 0. При статической 1 или отрицательном фронте сигнала содержимое счетчика не изменяется. Опрос на 1 состояния сигнала на выходе Q дает 1, если значение счетчика больше 0; опрос дает результат 0, если значение счетчика равно 0. Список литературы 1.  Интегрированные системы управления технологическими процессами [Текст] : учебное пособие / В.Г.Харазов. - СПб. : Профессия, 2009. - 590 с. + 1 эл. опт. диск (CD-ROM). 2. Интегрированные системы проектирования и управления в машиностроении. Структура и состав [Text] : учебное пособие / Т.Я. Лазарева, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схиртладзе, В.П. Борискин. - Старый Оскол : ООО "ТНТ", 2008. - 235 с. 3. Интегрированные системы проектирования и управления [Text] : метод. указания к выполнению лабораторных работ для студентов спец. 220301, 230201, 230102, 230105 (всех форм обучения) / Д.А. Полещенко, М.А. Цуканов. - Старый Оскол: СТИ НИТУ МИСиС, 2011. - 84 с. + эл.версия. 4. Повышение адаптивности корпоративных АСУ на примере подсистемы техобслуживания и ремонтов оборудования [Текст] / Ю.И.Еременко, С.Ю.Халапян. - Старый Оскол: ООО "Оскольская типография", 2009. - 143 с. –Нейросетевое управление чашевым окомкователем [Текст] / Ю.И.Еременко, Д.А.Полещенко. - Старый Оскол: ОАО"Старооскольская типография", 2008. - 136 с. Учебное издание Полещенко Дмитрий Александрович ИНТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ Опорный конспект лекций Редактор: Иванова Н.И. Компьютерный набор: Полещенко Д.А. Корректор: Иванова Н.И. Подписано в печать___________ Бумага для множительной техники Формат _____ Усл. печ. л.________Тираж _____ экз. Заказ __ Отпечатано с авторского оригинала в отделе оперативной печати СТИ НИТУ «МИСиС» г. Старый Оскол, м-н Макаренко 40