Использование аппарата сетей Петри позволит проанализировать корректность составленной модели процесса управления.

Преимуществом сетей Петри является моделирование на событийном уровне, т.е. определяются, какие действия происходят в системе, какие состояние предшествовали этим действиям и какие состояния примет система после выполнения действия. В целом выполнения событийной модели в сетях Петри описывает поведение системы или рассматриваемого процесса управления. Анализ результатов выполнения может сказать о том, в каких состояниях пребывала или не пребывала система, какие состояния в принципе не достижимы.

Простая сеть Петри представляет собой набор N=(P, T, F), где:

- Р=(Р₁,…,Р_п) - множество позиций (мест);

- T=(t₁,…,t_n) - множество переходов таких, что ;

- - отношение инцидентности такое, что

а) ;

б) , то есть для каждого перехода существует единственный элемент , задающий для него входную функцию I и выходную функцию О.

Для построения сети Петри приведем в соответствие множество позиций множеству описанных входных сигналов, множество переходов – множеству выходных сигналов. Для последующего анализа корректности построенной сети Петри произведем ее исполнение, обозначив множества входных I(t) и выходных O(t) функций.

5.1. Соответствие множества позиций СП множеству входных сигналов

Свяжем позиции сети Петри с элементами разработанной математической модели (см. табл. 5.1).

Таблица 5.1

Соответствие множества позиций сети Петри множеству входных сигналов

Позиция СП	Входной сигнал	Позиция СП	Входной сигнал
Р6.1	Х6	Р6.2
Р7.1	Х7	Р7.2
Р8.1	Х8	Р8.2
Р9.1	Х9	Р9.2
Р10.1	Х10	Р10.2
Р11.1	Х11	Р11.2
Р12.1	Х12	Р12.2
Р13.1	Х13	Р13.2
Р14.1	Х14	Р14.2
Р15.1	Х15	Р15.2
Р16.1	Х16	Р16.2
Р17.1	Х17	Р17.2
Р18.1	Х18	Р18.2
Р19.1	Х19	Р19.2
Р20.1	Х20	Р20.2
Р21.1	Х21	Р21.2
Р22.1	Х22	Р22.2
Р23.1	Х23	Р23.2
Р24.1	Х24	Р24.2
Р25.1	Х25	Р25.2
Р26.1	Х26	Р26.2
Р27.1	Х27	Р27.2
Р28.1	Х28	Р28.2
Р29.1	Х29	Р29.2
Р30.1	Х30	Р30.2
Р31.1	Х31	Р31.2
Р32.1	Х32	Р32.2
Р33.1	Х33	Р33.2
Р34.1	Х34	Р34.2
Р35.1	Х35	Р35.2
Р36.1	Х36	Р36.2
Р37.1	Х37	Р37.2
Р38.1	Х38	Р38.2
Р39.1	Х39	Р39.2
Р40.1	Х40	Р40.2
Р41.1	Х41	Р41.2
Р42.1	Х42	Р42.2
Р43.1	Х43	Р43.2
Р44.1	Х44	Р44.2
Р45.1	Х45	Р45.2
Р46.1	Х46	Р46.2
Р47.1	Х47	Р47.2
Р48.1	Х48	Р48.2
Р49.1	Х49	Р49.2
Р50.1	Х50	Р50.2
Р51.1	Х51	Р51.2
Р52.1	Х52	Р52.2
Р53.1	Х53	Р53.2
Р54.1	Х54	Р54.2
Р55.1	Х55	Р55.2
Р56.1	Х56	Р56.2
Р57.1	Х57	Р57.2
Р58.1	Х58	Р58.2
Р59.1	Х59	Р59.2
Р60.1	Х60	Р60.2
Р61.1	Х61	Р61.2
Р1	Х1	Р2	Х2
Р3	Х3	Р4	Х4
Р5	Х5

5.2. Соответствие множества переходов СП множеству выходных сигналов

Поставим в соответствие переходам сети Петри выходные сигналы (см. табл. 5.2).

Таблица 5.2

Соответствие множества переходов сети Петри множеству выходных сигналов

Переход сети Петри	Выходной сигнал	Переход сети Петри	Выходной сигнал	Переход сети Петри	Выходной сигнал
t11	Y11	tа7	Yа	tа25	Yа
t1	Y1	tа8	Yа	tа26	Yа
t21	Y121	tа9	Yа	tа27	Yа
t22	Y122	tа10	Yа	tа28	Yа
t2	Y2	tа11	Yа	tа29	Yа
t31	Y131	tа12	Yа	tа30	Yа
t32	Y132	tа13	Yа	tа31	Yа
t3	Y3	tа14	Yа	tа32	Yа
t41	Y14	tа15	Yа	tа33	Yа
t4	Y4	tа16	Yа	tа34	Yа
t51	Y15	tа17	Yа	tа35	Yа
t5	Y5	tа18	Yа	tа36	Yа
tа1	Yа	tа19	Yа	tа37	Yа
tа2	Yа	tа20	Yа	tа38	Yа
tа3	Yа	tа21	Yа	tа39	Yа
tа4	Yа	tа22	Yа	tа40	Yа
tа5	Yа	tа23	Yа
tа6	Yа	tа24	Yа

5.3. Множества входных и выходных функций СП

Множество входных функций	Множество выходных функций
I(t11) = {Р1,Р6.2,Р7.2,Р8.1,Р9.1,Р10.1,Р15.1,Р16.1,Р17.1, Р19.1,Р20.1,Р21.1,Р61.2}	О(t11) = {Р2,Р6.1,Р7.1,Р16.1,Р17.1,Р18.2,Р19.2, Р20.2,Р21.2}
I(t1) = {Р11.1,Р12.1,Р13.1,Р14.1,Р15.2,Р16.1, Р17.1,Р18.2,Р19.2, Р20.2,Р21.2,Р10.1,Р61.2}	О(t1) = {Р18.1,Р19.1,Р20.1,Р21.1}
I(t21) = {Р2,Р6.1,Р7.1,Р10.1,Р26.1,Р27.1, Р29.2,Р30.2,Р31.1, Р35.1,Р36.1,Р8.1,Р9.1,Р61.2}	О(t21) = {Р3,Р6.1,Р7.2,Р27.2,Р29.1,Р30.1,Р33.2, Р34.2}
I(t31) = {Р3,Р6.1,Р7.2,Р8.1,Р9.1,Р10.1, Р41.1,Р42.1,Р44.1, Р46.1,Р47.1,Р61.2}	О(t31) = {Р4,Р6.2,Р7.1,Р55.1}
I(t41) = {Р4,Р6.2,Р7.1,Р8.1,Р9.1,Р10.1, Р52.1,Р53.1,Р54.1, Р55.1,Р61.2}	О(t41) = {Р5,Р6.1,Р7.2,Р14.1,Р53.1,Р54.2,Р55.2}
I(t4) = {Р48.1,Р49.1,Р50.1,Р51.1,Р52.2,Р53.1, Р54.2,Р55.2,Р10.1, Р61.2}	О(t4) = {Р52.1,Р53.1,Р54.1,Р55.1}
I(t51) = {Р5,Р6.1,Р7.2,Р8.1,Р9.1,Р10.1, Р60.1,Р61.2}	О(t51) = {Р2,Р6.2,Р7.2,Р60.2}
I(t5) = {Р56.1,Р57.1,Р58.1,Р59.1,Р60.2,Р10.1,Р61.2}	О(t5) = {Р60.1}
I(t22) = {Р2,Р6.2,Р7.2,Р8.1,Р9.1,Р10.1, Р26.1,Р28.1,Р32.1, Р61.2}	О(t22) = {Р3,Р6.1,Р7.2,Р28.2,Р35.2,Р36.2,Р26.2}
I(t2) = {Р22.1,Р23.1,Р24.1,Р25.1,Р26.2,Р27.1, Р28.1,Р31.2,Р32.2, Р35.2,Р36.2,Р10.1,Р61.2}	О(t2) = {Р26.1,Р31.1,Р32.1,Р35.1,Р36.1}
I(t32) = {Р3,Р6.1,Р7.2,Р8.1,Р9.1,Р10.1, Р41.1,Р43.1,Р45.1, Р46.1,Р47.1,Р61.2}	О(t32) = {Р4,Р6.2,Р7.1,Р43.1,Р45.2,Р47.2}
I(t3) = {Р37.1,Р38.1,Р39.1,Р40.1,Р41.2,Р42.1, Р43.1,Р44.2,Р45.2, Р46.2,Р47.2,Р10.1,Р61.2}	О(t3) = {Р41.1,Р44.1,Р45.1,Р46.1,Р47.1}
I(tа1) = {Р10.2}	О(tа1) = {Р61.1}

5.4. Построение сети Петри

Сети Петри имеют удобную графическую форму представления в виде графа, в котором позиции изображаются кружками, а переходы прямоугольниками или «полочками». Позиции и переходы, причем позиция Р соединяется с переходом t если и t соединяется с Р если для некоторого натурального числа , где число n называют кратностью дуги, которое графически изображается рядом с дугой. Дуги, имеющие единичную кратность, будут обозначаться без приписывания единицы.

Само по себе понятие сети имеет статическую природу. Для задания динамических характеристик используют понятие маркировки сети , т.е. функции , сопоставляющей каждому месту целое число. Графически маркировка изображается в виде точек, называемых метками (tokens), и располагающихся в кружках, соответствующих местам сети. Отсутствие меток в некотором месте говорит о нулевой маркировке этого места.

Построенная сеть представлена в курсовом проекте по дисциплине «Интегрированные системы проектирования и управления».

6. Разработка уточненной математической модели с учетом анализа своевременности поступления сигнала от процесса

Как было отмечено выше, одним из вариантов возникновения нештатной ситуации является несоблюдение технологического регламента, иначе превышение лимита времени либо обработки заготовки оборудованием, либо операции обслуживания роботом каждой единицы оборудования. Циклограмма функционирования ГАУ строилась на основе этих временных характеристик. И непрерывным режимом работы ГАУ считается непревышение лимитного порога суммированного времени обслуживания роботом группы оборудования. При этом операции разгрузки/загрузки исполняются при условии соблюдения временного порога обработки заготовки на конкретной единице оборудования. Поэтому разработанная ранее математическая модель возникновения аварийной ситуации требует коррекции. Сведем в табл. 6.1. временные характеристики работы оборудования и обслуживания роботом участка.

Таблица 6.1

Идентификация таймеров

Время, отведенное роботу на обслуживание С1 (разгрузка заготовок 1,2), с	Т11
Время, отведенное С1 на обработку заготовок 1,2, с	Т1
Время, отведенное роботу на обслуживание С2 (1-ая загр./разгр. заготовок), с	Т21
Время, отведенное роботу на обслуживание С2 (2-ая загр./разгр. заготовок), с	Т22
Время, отведенное С2 на обработку заготовок 1,2/3,4, с	Т2
Время, отведенное роботу на обслуживание С3 (1-ая разг./загр. заготовки 1), с	Т31
Время, отведенное роботу на обслуживание С3 (2-ая разг./загр. заготовок 2), с	Т32
Время, отведенное С3 на обработку заготовок 1,2, с	Т3
Время, отведенное роботу на обслуживание С4 (разг./загр. заготовки 1), с	Т41
Время, отведенное роботу на обслуживание С4 (разг./загр. заготовки 2), с	Т42
Время, отведенное С4 на обработку заготовки ½, с	Т4
Время, отведенное роботу на обслуживание М1/5 (загр. заготовки ½), с	Т51
Время, отведенное М1/5 на обработку полуфабриката 1/2, с	Т5
Общее время, отведенное роботу на обслуживание группы оборудования (С2,С3, С4, М1/5) перед разгрузкой С1	ТΣ

Таймер лимита i -операций обозначим через Т_ilim. Соответственно для нормальной бесперебойной работы ГАУ является выполнение следующего условия:

Необходимо также подкорректировать условия выполнения задач, закрепленных за ЛСУ конкретной единицы оборудования, а именно:

1. - разгрузка 1-го оборудования осуществляется после сброса таймера Т_Σ (загрузка С2, С3, С4, М1/5 окончена) и Т₁ (заготовки на 1-ом оборудовании обработаны);

2. - о готовности 1-го оборудования к обработке детали свидетельствует сброс таймера Т₁₁ – разгрузка/загрузка оборудования произведена;

3. - 1-ый этап разгрузки/загрузки 2-го оборудования производится после выполнения требуемых условий, сброса таймеров: Т₁₁ (разгрузка 1-го оборудования произведена успешно) и Т₂ - таймера обработки на 2-ом оборудовании (обработка заготовок на 2-ом оборудовании завершена);

4. - 1-ый этап разгрузки/загрузки 3-го оборудования осуществляется после произведенной 1-ой разгрузки/загрузки 2-го оборудования - сброс таймера Т₂₁ и окончания обработки на самом разгружаемом оборудовании - сброс таймера Т₃;

5. - разгрузка/загрузка 4-го оборудования производится после сброса таймера 1-ой разгрузки/загрузки 3-го Т₃₁ и сброса таймера окончания обработки заготовки на данном оборудовании - Т₄;

6. - о готовности 4-го оборудования к обработки загруженной заготовки свидетельствует сброс таймера Т₄₁ - разгрузка/загрузка оборудования завершена;

7. - загрузка туннельной моечной установки производится после окончания операции разгрузки/загрузки 4-го оборудования Т₄₁ и окончания операции обработки предыдущего полуфабриката – Т₅;

8. - о готовности моечной установки к обработке полуфабриката свидетельствует сброс таймера загрузки данной установки – Т₅₁;

9. - последняя разгрузка 2-го оборудования осуществляется после проведения загрузки моечной установки – сброс таймера Т₅₁;

10.

- о готовности 2-го оборудования к обработке загруженных заготовок свидетельствует сброс таймера последней разгрузки данного оборудования – Т₂₂;

11. - последняя разгрузка/ загрузка 3-го оборудования производится после сброса таймера последней разгрузки 2-го оборудования – Т₂₂;

12. - о готовности 3-го оборудования к началу обработки загруженных заготовок свидетельствует сброс таймера последней проведенной разгрузки/загрузки данного оборудования – Т₃₂;

13. - очередная разгрузка/ загрузка 4-го оборудования производится после сброса таймера последней разгрузки/загрузки 3-го - Т₃₂ и сброса таймера окончания обработки предыдущей загруженной заготовки на данном оборудовании - Т₄.

14. - о готовности 4-го оборудования к обработки загруженной заготовки свидетельствует сброс таймера Т₄₂ - очередная разгрузка/загрузка оборудования завершена.

Относительно возникновения аварийной ситуации следует добавить, что причины ее появления возрастают из-за обязательного соблюдения, так называемого технологического регламента математическая модель аварийных ситуаций дополняется условием:

7. Разработка общего алгоритма управления

Общий алгоритм управления ГАУ строится с учетом обозначенных выше временных характеристик. Выполнение любой задачи ЛСУ технологического оборудования инициализируется после принятия ее управляющего сигнала, посылаемым системой управления верхнего уровня (контроллером), следящей за состоянием таймеров. Фактически контроллер проводит диагностику каждого подчиненного ему объекта, от результатов которой по определенной программе он управляет всем производственным процессом.

Алгоритм управления также приведен в курсовом проекте по дисциплине «Интегрированные системы проектирования и управления».

8. Формирование уточненной архитектуры АСУ ГАК: спецификация и обоснование выбора технических средств

8.1. Конфигурирование ПЛК. Работа в среде HW-Config по созданию аппаратной конфигурации ПЛК Simatic S7

Прежде чем приступить к созданию аппаратной конфигурации ПЛК Simatic S7 необходимо обосновать выбор используемых модулей. Для этого приведем их краткую характеристику.

В качестве построения высокопроизводительной системы автоматизации с развитой локальной и распределенной системой ввода-вывода используют возможности центрального процессора CPU 315-2DP с встроенным интерфейсом PROFIBUS-DPV1. Рабочая память составляет 128кбайт (приблизительно 43К инструкций для выполнения программы.

С помощью встроенного MPI-интерфейса осуществляется до 16 логических соединений с программируемыми контроллерами S7-300/ S7-400/ программаторами/ компьютерами/ панелями оператора. Одно статическое соединение зарезервировано для связи с программатором и панелью оператора со скоростью передачи глобальных данных в 187.5Кбит/с (размер пакета глобальных данных составляет – 22 байта)

Возможности диагностического буфера позволяют сохранять 100 последних сообщений об отказах и прерываниях. А само содержание буфера используется для анализа причин, вызвавших остановку центрального процессора. При этом все диагностические сообщения могут снабжаться отметками даты и времени.

Программирование и отладка прикладных программ центрального процессора осуществляется за счет поддержания PG/OP функции связи. В этом случае за счет наличия тестовых функций возможно использования программатора в качестве отображения состояний сигналов во время выполнения программы, изменения переменных и состояний выходов непосредственно в программе пользователя.

А за счет информационных функций центральный процессор передает информацию программатору о свободном объеме памяти, режиме работы, используемых объемах загружаемой и рабочей памяти, текущем времени выполнения цикла программы, позволяет просматривать буфер диагностических сообщений в текстовом формате.

Время выполнения логических операций составляет – 0.1 мкс, операций со словами – 0.2 мкс, арифметических операций с фиксированной точкой – 2 мкс, арифметических операций с плавающей точкой – 3 мкс.

Количество S-блоков прерываний, одновременно находящихся в активном состоянии, не более 40.

Количество зарезервированных блоков данных (DB) – 1024, максимальный размер которых 16 кБайт; объем локальных данных: макс. 1024 Байта на задачу / 510 байт на блок. Количество функциональных блоков (FB) – 2048, функций (FC) – 2048, максимальный размер которых также по 16 кБайт. Глубина вложения блоков на приоритетный класс – 8, для программ обработки ошибок в пределах организационного блока – 4. объем локальных данных на приоритетный класс – максимум 128 Байт.

Количество таймеров и счетчиков – по 256 с настройкой на сохранение состояния при перебоях в питании контроллера. Диапазон выдержки времени таймеров: нижний предел – 10 мс, верхний – 9.990 с.

Таким образом, посредством 1-го встроенного интерфейса осуществляются MPI-функции с отсутствием гальванической развязки внешних и внутренних цепей, с помощью 2-го интерфейса осуществляются функции DP-ведущего устройства, DP-ведомого устройства со скоростью передачи данных 12 Мбит/с с адресным пространством входов и выходов – 244 кБайт соответственно. Количество ведомых устройств при этом составляет 124 единицы. Интерфейс осуществляется за счет физического уровня RS485 с использованием специального штекера.

3-й встроенный интерфейс зарезервирован для программирования с поддержкой языка программирования STEP 7.LAD, STEP.STL, STEP.SCL и др.

Функционирование ЦПУ обеспечивается блоком питания PS 307, который также подходит и для питания цепей датчиков и исполнительных устройств Кроме прочего, PS 307 подходит для питания цепей датчиков и исполнительных устройств. Основные его характеристики следующие:

Вход	однофазный переменный ток
Входное напряжение	~120/230 В
Допустимый перерыв в питании при Iвых.ном	> 20 мс при Vвх. = 93/187 В
Частота переменного тока	50/60 Гц; от 47 до 63 Гц
Входной ток Iвх.ном.	4.1/1.8 A
Пусковой ток (+25 °C)	< 55 A, < 3 мс
Выход	Стаблизированный, изолированный от входных цепей
Номинальное напряжение Vвых.ном.	24 В DC
Индикация	Зеленый светодиод индикации наличия выходного напряжения для 24 В O.K.
Включение/ отключение питания	Без перерегулирования Vвых. (мягкий старт)
Задержка запуска	< 1.5 с/стандартное значение 80 мс
Выходной ток Iвых.ном.	10 A

Чаще всего для разгрузки центрального процессора контроллера от выполнения коммуникационных задач используют коммуникационный процессор СЗ 342-5, который также способен поддерживать широкий спектр коммуникационных функций: · выполняет функции ведущего или ведомого устройства PROFIBUS DP; · поддерживает связь с устройствами и системами человеко-

машинного интерфейса;

· поддерживает связь с другими программируемыми контроллерами SIMATIC S7/ C7/ WinAC;

· поддерживает связь с программируемыми контроллерами SIMATIC S5 (SEND/ RECEIVE).

Общие технические характеристики:

Скорость передачи	9.6…12000 Кбит/с
Максимальное количество CP 342-5 в одном S7-300
Интерфейс SEND/RECEIVE
Количество соединений, не более
Объем данных на соединение	240 байт (SEND и RECEIVE)
S7 функции связи
Количество соединений, не более	16 (определяется типом ЦПУ)
Комбинированный режим
Количество соединений, не более	32 (без DP), 28 (с DP)
Объем диагностических данных на ведомое DP-устройство	240 байт
Ведущее DP устройство
Ведущее устройство	DP V0
Количество ведомых DP ведомых устройств, не более
Объем данных ввода-вывода	2160 байт на ввод и 2160 байт на вывод
Объем данных ввода-вывода на ведомое устройство	244 байт на ввод и 244 байт на вывод
Ведомое DP устройство
Ведомое устройство	DP V0
Объем данных ввода-вывода	240 байт на ввод и 240 байт на вывод
PG/OP функции связи
Количество соединений (асинхронный обмен данными), не более	16 (определяется типом ЦПУ)

Для организации обслуживания через AS-interface ведомых устройств применяют коммуникационный процессор СР 343-2 и в этом случае выполняется обслуживание до 248 дискретных входов и до 186 дискретных выходов, а также 31 аналогового ведомого устройства AS-Interface (до 4 каналов на одно ведомое устройство).
Цикл опроса шины	5мс на 31 дискретное ведомое устройство 10мс на 62 дискретных ведомых устройства
Интерфейсы:
адресное пространство аналогового ввода-вывода в S7-300	16 байт ввода-вывода и Р шина S7-300
cоединение с AS интерфейсом	через фронтальный соединитель
напряжение питания	=5В от шины контроллера
Потребляемый ток, не более
от шины контроллера	200 мА (при =5В)
от цепей питания AS интерфейса	100 мА
Потребляемая мощность	2 Вт

Для произведения подключения рассматриваемого контроллера к сети Industrial Ethernet в целях разгрузки центрального процессора от выполнения коммуникационных задач используется коммуникационный процессор СР 343-1, посредством которого возможна поддержка: - транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP; - PG/OP функций связи (связь с программаторами и

устройствами человеко-машинного интерфейса более верхнего уровня – цеховое управление);

- S7 функций связи (клиент, сервер, мультиплексирование).

Модуль оснащен встроенными интерфейсами AUI/ITP и RJ45. Переключение между интерфейсами AUI и промышленной витой пары (ITP) выполняется автоматически. Передача данных производится в дуплексном или полудуплексном режиме со скоростью 10 или 100 Мбит/с. Операции определения скорости передачи и настройки на эту скорость выполняются автоматически. При использовании протокола UDP поддерживается передача широковещательных сообщений. CP 343-1 позволяет выполнять дистанционное программирование контроллеров через сеть, а также подключать контроллеры к офисной сети Ethernet.

CP 343-1 поставляется с предварительно установленным уникальным Ethernet адресом. Он осуществляет независимую передачу данных по сети Industrial Ethernet с соблюдением требований международных стандартов (уровни 1…4: физический, канальный, сетевой, транспортный). Он снабжен собственным микропроцессором и способен работать в комбинированном режиме, обеспечивая поддержку транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP.

Осуществлять связь одного контроллера S7-300 не более чем с 15 станциями оператора.

В случае непосредственного подключения к ПЛК контактных или бесконтактных датчиков BERO, а также исполнительных устройств или их коммутационных аппаратов используют модули ввода/вывода дискретных сигналов. В зависимости от требуемых условий управления подчиненными устройствами применяют модули ввода/вывода с 16-тью или 32-мя дискретными входами/выходами.

Так, модули ввода SM321 дискретных сигналов предназначены для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. Модули могут работать с контактными датчиками, а также бесконтактными датчиками BERO, подключаемыми по 2-проводным схемам. При этом длина экранированного кабеля составляет 1000 м, а обычного – 600 м. задержка распространения входного сигнала для стандартных входов от 0 к 1 минимум – 1.2 мс, максимум - 4.8 мс. Аппаратные и диагностические прерывания, а также диагностические функции поддерживаются только модулем ввода SM321 с серийным номером 6ES7 321-7BH01-0AB0.

Модули вывода SM322 дискретных сигналов выполняют преобразование внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. Данные модули способны управлять задвижками, магнитными пускателями, сигнальными лампами и т.д. Поддерживается диагностика прерываний с настройкой диагностических функций. Длина экранированного кабеля также составляет 1000 м, а обычного – 600 м. Номинальное напряжение нагрузки – 24÷120 В.

Таким образом, определив необходимые модули ПЛК для обеспечения управления производственным процессом, перейдем к созданию аппаратной конфигурации ПЛК Simatic S7 в среде HW-Config с использованием методического пособия «Работа с программным пакетом STEP 7 в среде SIMATIC Manager v5.2 при создании сетевых соединений» / Сост. А.В. Вьюнов.

Создадим новый проект, указав тем самым необходимый для решения поставленных задач центральный процессор (см. рис. 8.1).

Рис. 8.1. Указание центрального процессора комплектуемого ПЛК Simatic S7

Инструментом составления прикладной программы на STL, необходимой для решения задачи автоматизации, являются организационные блоки. В простейшем случае это:

- организационные блоки запуска (ОВ 100, ОВ 101);

- организационный блок циклической обработки основной программы (ОВ1);

- организационные блоки обработки ошибок (ОВ 80…ОВ 87, ОВ 121, ОВ 122), если ЦПУ в случае ошибки не должен переходить с STOP.

Кроме того, имеются и другие организационные блоки, с помощью которых можно обрабатывать прерывания ЦПУ или самого процесса управления (ОВ 10…ОВ 60).

Поэтому при конфигурировании обязательно указание необходимых организационных блоков (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Обозначение организационных блоков для составления прикладной программы обработки сигналов, воздействующих на управляемый процесс

Итак, после создания проекта под именем Metod, мы имеем возможность комплектации ПЛК посредством программы HW Config.

Для нас предоставляется рабочее поле, на котором уже предоставлена простейшая модель ПЛК со свободными слотами для «вставки» необходимых модулей. Центральный процессор организован (рис. 8.3.).

Рис. 8.3. Рабочее поле HW-Config

Выделив необходимые коммуникационные процессоры, блок питания и модули дискретного ввода/вывода, с помощью представленного каталога в правом окне можно осуществить комплектацию ПЛК.

Вставка блока питания осуществляется выбором его из папки «PS-300» и переносом на рабочее поле при помощи правой кнопки мыши, причем программой сразу идентифицируется необходимое место для вставки цветовым выделением (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Вставка блока питания

Таким же способом производится вставка коммуникационных процессоров из папки «СР-300» (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Выбор коммуникационных процессоров

При этом следует отметить, что при вставке коммуникационных процессоров СР 343-1 и СР 342-5 программа запрашивает у пользователя тип соединения. Так, при установке СР 342-5 появляется окно (рис. 8.6.):

Рис. 8.6. Установка свойств сетевой связи PROFIBUS

При установке СР 343-1 окно (рис. 8.7):

Рис. 8.7. Установка свойств интерфейса с промышленной сетью Industrial Ethernet

Модули дискретных ввода/вывода выбираются из папки сигнальных модулей «SM-300» и устанавливаются в доступные слоты (рис. 8.8).

Рис. 8.8. Установка сигнальных модулей

В некотором роде ПЛК укомплектован. В данном случае он выступает как ведущее устройство с задачей организации управления: определение порядка выполняемых операций подчиненных ему устройств. Прием входных сигналов и передача соответствующих управляющих осуществляется посредством промышленной сети PROFIBUS-DP, к которой также подключены ведомые им устройства. Однако для этого необходимо обозначить статус сконфигурированного ПЛК как DP-master.

Для этого двойным щелчком правой кнопки мыши на стоке с надписью DP (см. рис. 8.9):

Рис. 8.9.

в появившемся окне Properties - DP на вкладке Operating Mode устанавливается статус – DP-master (рис. 8.10).

Рис. 8.10. Присвоение сконфигурированному ПЛК статуса DP-master

А с помощью вкладки General устанавливается тип соединения PROFIBUS(1) (рис. 8.11):

Рис. 8.11. Окно Properties PROFIBUS interface DP на вкладке Parameters

После чего будет создана ветка сети Profibus – DP – .

Соответственно сконфигурированный контроллер будет являться ведущим устройством (DP master system) для «закрепленных» за ним Slave-устройств – ведомых, с которыми он осуществляет обмен необходимыми данными.

Так в нашем случае, одним из Slave-устройств выступает однопозиционный привод туннельной моечной установки SIMODRIVE Posmo A. Обслуживание интеллектуальных датчиков осуществляется посредством модуля связи DP/AS-I Link 20.

Произведя выбор данных устройств в представленной библиотеке, они «прикрепляются» к DP-сети с установкой соответствующих параметров (рис. 8.12).

Рис. 8.12. Организация связи master-slave

Таким образом, определив основные модули программируемого контроллера и установив ему статус «DP-master», мы обозначили средства управления участком черновых операций. Для того, чтобы построить промышленную сеть, отражающую обобщенную архитектуру АСУ ТП ГАУ, необходимо воспользоваться возможностями среды NetPro. Работа, в которой осуществляется с использованием разработанного для таких целей указанного выше методического пособия. Другими словами, создадим сетевое окружение для сконфигурированного контроллера. Однако прежде всего необходимо обозначить основные элементы данного окружения.

8.2. Средства съема - интеллектуальные датчики

В разделе 3.1. уже были обозначены основные средства съема и передачи сигналов состояния объекта. В качестве устройств полевого уровня выступают датчики позиционирования, приближения.

В качестве обеспечения светового барьера защиты работы промышленного робота используется продукт ф. Siemens – лазерный сканер LS4-4 AS-Interface. Принцип действия следующий: пучки световых импульсов генерируются с помощью лазерного диода, связанного с

передающей оптикой. Они отклоняются вращающимся зеркалом таким образом, что в течение 40 мс импульс света запускается во всех угловых сегментах (скорость развертки: 25 циклов/с). Если световой импульс наталкивается на объект или человека, то свет отражается и воспринимается и анализируется сканером (см. рис. 8.13).

Рис. 8.13. Принцип действия лазерного сканера

Таким образом, он работает по принципу измерения времени распространения импульса. При излучении чрезвычайно коротких импульсов света появляется разность во времени между передаваемым и принимаемым световым импульсом. Время распространения светового импульса непосредственно определяет расстояние до цели. Возможно деление рабочего диапазона сканера (190°) на угловые сегменты по 0.36°. С помощью соответствующего программного обеспечения производится параметризация полей защиты предупреждения персонала. Технические характеристики и возможности такого интеллектуального устройства полевого уровня представлены в Приложении.

Функционирование AS интерфейса невозможно без использования блока питания. Работая по принципу первичного импульсного стабилизатора напряжения, он вырабатывает регулируемое постоянное напряжение 30 В постоянного тока с высокой стабильностью и низкими остаточными пульсациями.

В принципе через двухжильный кабель AS-Interface одновременно передаются данные и энергия. Таким образом, блок питания AS-Interface наряду с электроснабжением сети AS-Interface также одновременно обеспечивает развязку с данными. Однако, как правило, энергия для питания исполнительных устройств не берется из кабеля AS интерфейса. В этом случае предусматривается отдельный блок питания нагрузки, который подключается через отдельный кабель (напр., черный плоский кабель AS-Interface).

8.3. Средства исполнения управления – интеллектуальные узлы

Средством исполнения управления выступают системы числового программного управления с

Обслуживание всех ведомых устройств ПЛК, подключенных к AS-Interface осуществляется посредством модуля связи DP/AS Link 20E, который, в свою очередь, является ведущим устройством AS-интерфейса.

На его фронтальной панели располагаются светодиоды индикации рабочих режимов AS интерфейса, состояния подключенных по AS-интерфейсу устройств, адреса ведомого PROFIBUS-DP устройства, ошибки в передаче данных по PROFIBUS-DP. Кроме того, на фронтальной панели располо-

жена кнопка, с помощью которой можно изменять режимы работы модуля, принимать существующую конфигурацию, устанавливать адрес ведомого DP устройства. Питание модуля осуществляется по шине AS интерфейса.

Модуль DP/AS 20 позволяет ведущему устройству PROFIBUS-DP, а именно ПЛК обслуживать до 248 дискретных элементов (до 124 входов и до 124 выходов), подключаемых к AS интерфейсу. Модуль может использоваться в стандартном рабочем режиме AS-интерфейса (М2). В этом режиме может выполняться обращение к битам данных ведомых устройств. При этом поддерживаются следующие запросы ведущего устройства: изменение адреса; запись параметров; чтение данных конфигурации; установка режимов конфигурирования; установка текущей конфигурации.

Преимуществом данного модуля является включение AS-интерфейса без связи с сетью PROFIBUS, соответственно выделенный ранее коммуникационный процессор ПЛК СР 343-2 не требуется, также как и не требуется дополнительный источник питания.

В качестве ведущих устройств PROFIBUS-DP используются:

- сконфигурированный ранее контроллер SIMATIC S7-300 с коммуникационным процессором CP 342-5;

- промышленный компьютер с коммуникационным процессором СР 5613 (или СР 5614, а также коммуникационными процессорами CP 5611/ CP 5511 и пакетом SOFTNET DP).

Посредством данного модуля сокращается время простоев и обслуживания при выходе из строя slave-устройства благодаря наличию световой индикации. Его технические характеристики представлены ниже:

Время цикла AS-интерфейса	5мс на сеть с 31 ведомым устройством, 10мс на сеть с 62 ведомыми устройствами
Скорость передачи данных по PROFIBUS-DP	До 12 Мбит/с
Поддерживаемый профиль ведущего устройства AS-интерфейса	M0e, М1e в соответствии со спецификацией AS интерфейса версии 2.1
Конфигурирование AS-интерфейса	С помощью кнопки на фронтальной панели модуля.
Интерфейсы:
подключения к AS-интерфейсу	7-полюсный терминальный блок с винтовыми зажимами
подключения к PROFIBUS-DP	9-полюсное гнездо соединителя D-типа
Питание	От кабеля AS-интерфейса в соответствии со спецификацией сети EN 50295
Потребляемый ток:
от AS-интерфейса	До 200мА
от PROFIBUS-DP	До 90мА
Потребляемая мощность	3.7Вт
Монтаж	На профильную шину DIN или на плоскую поверхность.
Степень защиты	IP 20
Диапазон рабочих температур	0 … 60°C при горизонтальной установке, 0 … 45°C при вертикальной установке
Диапазон температур хранения и транспортировки	-40 … +70°C
Относительная влажность	95% при 25°C
Формат модуля	S7-200
Габариты	90х80х60мм
Масса	200 г

Также на рассматриваемом участке используется такое вспомогательное технологическое оборудование как туннельная моечная установка, включение и выключение которой осуществляется через ПЛК. В этом случае управляющие сигналы от ПЛК передаются децентрализованному участнику PROFIBUS-DP - интеллектуальному позиционирующему двигателю Simodrive Posmo A. Связь осуществляется посредством коммуникационного интерфейса на двигателе. Наличие программной памяти позволяет двигателю выполнять программные функции: ограничение рывка, смену кадров «на лету», установку фактического значения, наезда на жесткий упор, компенсацию люфта, управление конечными выключателями.

Таким образом, через PROFIBUS-DP осуществляется передача всего спектра возможностей перемещения. Для нашего случая это:

- либо абсолютное движение до конечной позиции со скоростью и управляемым ускорением;

- либо относительное смещение на отрезок, в направлении, со скоростью и управляемым ускорением.

Возможно построение и других задач управления таких, как движение при выполнении условия времени или логического условия; движение до тех пор, пока выполняется условие времени или логическое условие; движение и сигнализация от позиции определенной заранее комбинации байтов.

В связи с использование AS-interface и соответственно устройств подключенных к нему для организации электробезопасности участка используется модуль обнаружения ошибки заземления, которые относится к семейству SlimLine S22.5. Он позволяет выявлять замыкание на землю: - «плюсовой» жилы линии AS-интерфейса; - «минусовой» жилы линии AS-интерфейса;

- в цепях подключения датчиков и исполнительных устройств, получающих питание от AS-интерфейса.

Однако модуль не контролирует замыканий на землю в цепях вспомогательных блоков питания.

При этом выступает в качестве пассивного модуля и не требует задания сетевого адреса. В случае с рассматриваемым участком применение повторителей не требуется, соответственно достаточно использование одного такого модуля.

Контроль состояния системы осуществляется по встроенным светодиодам модуля. Кроме того, сообщения о замыкании могут выводиться через два встроенных выхода. Сброс модуля после обнаружения неисправности может быть выполнен отключением питания AS-интерфейса или применением внешней кнопки сброса.

Таким образом, его функциональное назначение - контроль AS-интерфейса. Производитель представляет следующее описание данного устройства: AS-интерфейс SLIMLINE Module S22.5 - контроль КЗ на землю IP20; 1×1 вход, удаленный сброс 2-х сигнальных выхода, релейные, 1А DC12 1А (2А МАХ) DC13 500 мА (24V), пружинные зажимы, ширина модуля 22.5 мм, AS-I адрес не требуется.

8.4. Сетевая архитектура передачи. Проектирование промышленных сетей в среде NetPro

В п.8.2. был сконфигурирован один контроллер, но перед нами стоит задача организация управления ГАУ посредством четырех контроллеров с обязательным обеспечение операторских функций управления. Соответственно для этого потребуется конфигурирование остальных, но возможности SIMATIC Manager таковы, что конфигурирование других рабочих станций сети осуществляется «на месте» - в среде NetPro. Параллельно с работой в среде Hardware формируется промышленная сеть в зависимости от указанных коммуникационных модулей. Соответственно для перехода к одной из них достаточно сохранив произведенные действия в среде Hardware и закрыв ее, выделить проект (рис. 8.14).

Рис. 8.14. Окно отображения используемых в проекте промышленных сетей

При выделении PROFIBUS (1) осуществляется немедленный переход в рабочую среду NetPro (рис. 8.15).

Рис. 8.15. Сетевое окружение сконфигурированной рабочей станции SIMATIC 300

Для проектирования окончательной архитектуры АСУ ТП из библиотеки «Selection of the network» выбираются необходимые другие станции.

Если в нашем случае контроль за технологическим процессом осуществляет оператор ГАУ, то для этого необходимы информационно-управляющие системы, а именно промышленный компьютер с программатором, с помощью которого осуществляется разработка прикладных программ контроллеров. Установка такой станции производится тем же способом, что вставка модулей при конфигурации контроллера – правой кнопкой мыши с переносом на рабочее пространство. После чего задаются необходимые параметры: «Properties - PG/PC» вкладка «Interfaces» (рис. 8.16).

Рис. 8.16. Указание интерфейса рабочей станции «Операторский пункт»

Таким образом, произведя все необходимые подключения станция PG/PC позволяет оператору ГАУ, во-первых, «диспетчировать» PROFIBUS-DP, во-вторых, посредством MPI осуществлять логическое соединение с локальными операторскими пунктами, являющиеся периферией системой управления оборудованием, в-третьих, производить необ

Дата добавления: 2015-07-19