Микропроцессорные средства в электроприводах и технологических комплексах. Программирование логического контроллера LOGO! по заданным логическим функциям

22 Pages·00.646 MB·Russian

by  Коллектив авторов

Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ

Программирование логического
контроллера LOGO! по заданным логическим функциям

Учебно-методическое пособие
для практических занятий

Электронное издание

Красноярск
СФУ
2012
УДК 622:621.31(07)
ББК 33-42я73
М597

Составитель: Павлов Виктор Викторович.

М597 Микропроцессорные средства в электроприводах и технологических
комплексах. Программирование логического контроллера LOGO! по
заданным логическим функциям: учебно-методическое пособие для
практических занятий [Электронный ресурс] / сост. В.В. Павлов. –
Электрон.дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – Сис-
тем.требования: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows
98/XP/7; AdobeReader V8.0 и выше. –Загл. с экрана.

Представлены методические указания для практических занятий по про-
граммированию логических контроллеров.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специально-
сти 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологи-
ческих комплексов».

УДК 622:621.31(07)
ББК 33-42я73

© Сибирский
федеральный
университет, 2012

Учебное издание

Подготовлено к публикации редакционно-издательским
отделом БИК СФУ

Подписано в свет 19.09.2012 г. Заказ 9329.
Тиражируется на машиночитаемых носителях.

Редакционно-издательский отдел
Библиотечно-издательского комплекса
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
Тел/факс [phone]. E-mail [email protected]
http://rio.sfu-kras.ru

2
Содержание

1. РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ....... 4
2. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ LOGO! ......................................................................................................... 6
3. ПРОГРАММИРОВАНИЕ МОДУЛЕЙ LOGO! С ПОМОЩЬЮ LOGO!SOFT COMFORT ........ 10
4. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ ............................................................................................... 10
4.ТЕСТИРОВАНИЕ КОММУТАЦИОННОЙ ПРОГРАММЫ В РЕЖИМЕ ЭМУЛЯЦИИ................ 16
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ............................................................................. 19
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ................................................................................ 21

3
1. Реализация логических функций с помощью логических эле-
ментов

В современной информационной электронике цифровой принцип по-
строения системуправления занимает доминирующее положение по сравнению
с аналоговым.Большинство задач управления объектом описываются с помо-
щью логических функций.
На базе цифровой техники выполняются системы управления и регули-
рования, устройства измерения и отображения информации, цифровая вычис-
лительная техника.
В отличие от аналоговых систем, в которых сигналы изменяются непре-
рывно во времени, в импульсных системах используются сигналы импульс-
ной формы.
Преимущества цифровых систем:
меньше потребление тока (больший к. п. д.);
более высокая точность;
помехоустойчивость;
простота представления информации и эффективные способы ее преобра-
зования.
В схемах управления для обработки и преобразования информации ис-
пользуют цифровые методы.
Они базируются на использовании сигналов прямоугольной формы,
имеющие два фиксированных уровня напряжения, что позволяет представить
сигнал в цифровой форме:
уровню более высокого напряжения присваивают символ “1”,
более низкого - “0” (положительная потенциальная логика).
Но может быть наоборот - (отрицательная потенциальная логика).
Цифровая форма представления сигнала упрощает рассмотрение им-
пульсных систем и позволяет использовать при их анализе и синтезе соответ-
ствующий математический аппарат - Алгебру логики.
Алгебра логики (Булева алгебра) изучает связь между переменными,
принимающими два дискретных значения:
логическая единица 1 - истинное высказывание,
логический ноль 0 - ложное высказывание.

Логические операции
Вид операции Булевые выраже- Буквеннаяформа Условная(графическая) Таблицаистинности
ния(аналитическая фор-
ма)
Дизъюнкция(логическое Q = x+ y
x y
сложение) Q = x(cid:218) y ИЛИ x 1 Q 0 0
0 1
y 1 0
1 1

4
Конъюнкция(логическое Q = x• y
x y
умножение) Q = x(cid:217) y И x & Q 0 0
0 1
y 1 0
1 1

Инверсия
x F
(логическое отрицание) Q = x НЕ 1 Q 0 1
x
1 0

Аксиомы (правила) алгебры логики:

дизъюнкции:
x ++++0 ==== 0, x ++++1 ==== 1, x ++++ x ==== x x ++++ x ==== 1.
конъюнкции:
x(cid:215)(cid:215)(cid:215)(cid:215) 0==== 0, x(cid:215)(cid:215)(cid:215)(cid:215) 1==== x, x(cid:215)(cid:215)(cid:215)(cid:215) x==== x x(cid:215)(cid:215)(cid:215)(cid:215) x==== 0.
инверсии:
(x)= x (x)= x

Законы алгебры логики:

переместительный:
(cid:215) (cid:215)
x+y=y+x, x y=y x;
сочетательный:
(cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215)
x+y+z=(x+y)+z=x+(y+z), x y z= (x y) z=x (y+z);
распределительный:
(cid:215) (cid:215) (cid:215) (cid:215)
x (y+z)=x y+x z, (x+y) (x+z)=x+yz;
инверсии:
x ++++ y ++++ z ==== x(cid:215)(cid:215)(cid:215)(cid:215) y(cid:215)(cid:215)(cid:215)(cid:215) z x(cid:215)(cid:215)(cid:215)(cid:215) y(cid:215)(cid:215)(cid:215)(cid:215) z==== x ++++ y ++++ z.

Из комбинации логических элементов И, ИЛИ, НЕ, взятых в достаточном
количестве можно построить цифровое устройство любой сложности (функ-
ционально полный набор).

Примеры реализации простых функций И, ИЛИ, НЕ:

Логическое сложениеQ=х +х
1 0

Логическое умножениеQ=х ·х
1 0
5
Инверсия Q=x

2И-НЕQ=(х3·х2).

2. Микроконтроллеры LOGO!

Логические модули LOGO! являются компактными функционально за-
конченными универсальными изделиями, предназначенными для построения
простейших устройств автоматики с логической обработкой информации. Ал-
горитм функционирования модулей задается программой, составленной из на-
бора встроенных функций. Программирование модулей LOGO!Basic может
производиться как со встроенной клавиатуры, так и с помощью программного
обеспечения. Стоимостные показатели модулей настолько низки, что их при-
менение может оказаться экономически целесообразным даже в случае замены
схем, включающих в свой состав 2 многофункциональных реле времени или 2
таймера и 3-4 промежуточных реле.
Области применения
• Управление технологическим оборудованием (насосами, вен-
тиляторами, компрессорами, прессами);
• Системы отопления и вентиляции;
• Управление наружным и внутренним освещением, освещением витрин;
• Управление коммутационной аппаратурой (АВР, АПВ и т.д.);
• Конвейерные системы;
• Системы управления дорожным движением;
• Управление подъемниками и т.д.
Состав
Серия продуктов LOGO! объединяет в своем составе логические модули
LOGO!Basic и LOGO!Pure, модули ввода-вывода дискретных сигналов
6
DM8/DM16, модули ввода и вывода аналоговых сигналов AM2/AM2 AQ, ком-
муникационные модули CM, модули бесшумной коммутации трехфазных це-
пей переменного тока LOGO!Contact, блоки питания LOGO!Power, аксессуары,
а также программное обеспечение LOGO!SoftComfort.
Логические модули LOGO!Basic и LOGO!Pure

Логические модули LOGO! Basic характеризуются следующими показа-
телями:
• 8 дискретных входов, 4 дискретных выхода.
• 39 встроенных функции, сгруппированные в библиотеки логических
(GF) и специальных (SF) функций. Объем программы до 200 программных бло-
ков.
• 27 внутренних флага.
• Встроенный календарь и часы.
• Встроенный жидкокристаллический дисплей с поддержкой кириллицы
и клавиатура
• Интерфейс для установки модуля памяти/батареи, подключения кабеля
ПК для программирования с компьютера или соединительного кабеля для ана-
логового модема.
• Интерфейс для подключения панели TDLOGO!.
• Интерфейс расширения: до 24 дискретных входов + 8 аналоговых вхо-
дов +16 дискретных выходов +2 аналоговых выхода.
Логические модули LOGO!Pure не имеют дисплея и клавиатуры. Про-
граммирование таких модулей производится либо с компьютера, оснащенного
пакетом LOGO!SoftComfort, либо установкой заранее запрограммированного
модуля памяти.
Все модули LOGO! имеют встроенные входы, которые могут ис-
пользоваться для ввода дискретных сигналов. Напряжение питания входных
цепей соответствует напряжению питания модуля.
В моделях с питанием =12/24В или =24В 4 из 8 встроенных дискретных
входов имеют универсальное назначение. I1, I2, I7 и I8 могут использоваться
для ввода аналоговых сигналов 0…10В
I3…I6 могут использоваться для регистрации импульсных сигналов, сле-
дующих с частотой до 5 кГц.
Различные модели модулей LOGO! имеют 4 транзисторных или релейных
выхода. Транзисторные выходы способны коммутировать токи до 0,3А в цепях
напряжением =24В и оснащены электронной защитой от короткого замыкания.
7
Релейные выходы способны коммутировать токи до 10А (активная нагрузка)
или до 3А (индуктивная нагрузка) в цепях напряжением =12/24В, ~24В или
~115/240В.
Для более жестких условий эксплуатации существует
модификацияSIPLUSLOGO!Basic, SIPLUSLOGO!Pure и модулей ввода-вывода
с диапазоном рабочих температур от -40 до +70°C.
Маркировка модулей содержит в своем составе логотип LOGO!, за кото-
рым следуют буквенно-цифровые обозначения, характеризующие конструктив-
ные особенности данной модели:
• 12/24, 24, 230: напряжение питания модуля.
• R: релейные выходы.
• C: часы реального времени и календарь.
• o: модели LOGO!Pure без дисплея и клавиатуры.
Расширение системы ввода-вывода
Для увеличения количества обслуживаемых входов-выходов и макси-
мальной адаптации к требованиям решаемой задачи к каждому логическому
модулю LOGO! могут подключаться модули расширения в количестве до 8
штук. Такая система может включать в свой состав до 24 дискретных входов,
до 16 дискретных выходов, до 8 аналоговых входов и до 2 аналоговых выходов.

Модули ввода-вывода дискретных сигналов DM8/DM16
Маркировка модулей DM8/DM16 выполняется по правилам, изложенным
для логических модулей. Модули DM8 имеют 4 входа и 4 выхода, а DM16 – 8
входов и 8 выходов. Релейные выходы модулей при активной нагрузке способ-
ны коммутировать токи до 5А. Внутренняя шина модулей DM8/DM16 может
быть подключена только к модулю с таким же номиналом напряжения питания.
Модули ввода-вывода аналоговых сигналов AM2
Модули аналоговых сигналов имеют гальваническую развязку и потому
могут быть подключены к модели LOGO! любого номинала питания. Эти мо-
дули предназначены для работы с сигналами 0…10В, 0…20мА и 4…20мА, а
также сигналами термометров
Коммуникационные модули
Коммуникационные модули позволяют производить подключение логи-
ческих модулей к сетям AS-Interface, EIB/KNX и LON. В сети AS-Interface мо-
дули LOGO! выполняют функции ведомых устройств, а в сетях EIB/KNX и
LON – ведомых и ведущих устройств. Коммуникационные модули рекоменду-
ется устанавливать последними в линейке расширения. Для параметрирования
модулей EIB/KNX и LON необходимо специальное программное обеспечение
ETS3. Подробная информация www.konnex-russia.ru.
Модули LOGO!Contact
8
Модули LOGO!Contact предназначены для бесшумной коммутации трех-
фазных цепей переменного тока напряжением до 400В с активной нагрузкой до
20А или асинхронными короткозамкнутыми двигателями мощностью до 4кВт.
Модули выпускаются в двух модификациях, отличающихся напряжением пи-
тания обмотки управления: =24В или ~230В. Модули не подключаются к внут-
ренней шине LOGO! Для управления их обмотками необходимо использовать
соответствующие дискретные выходы модулей LOGO! или DM8/DM16.
Модули памяти и батареи
Для LOGO! существует 3 типа дополнительных модулей. Они предназна-
чены для хранения, копирования и защиты Вашей программы, для поддержания
питания встроенных часов реального времени. Один из модулей объединяет в
себе все эти функции.
Текстовый дисплей LOGO! TD
Текстовый дисплей подключается непосредственно к базовому модулю
LOGO! кабелем длиной 2,5 м. Панель имеет 4-х строчный дисплей, который
может отображать до 24 символов в каждой строке, 6 стандартных клавиш и 4
параметрируемых. Экраны сообщений могут содержать символы или гисто-
граммы. Поддерживается изменение уставок для параметров, включенных в со-
общение. Доступно программирование 50 сообщений. Меню настроек и сооб-
щения поддерживают кириллицу
Блоки питания LOGO!Power
Блоки питания LOGO!Power преобразуют сетевые напряжения ~115/230В
в выходное напряжение =12В или =24В с различными значениями тока нагруз-
ки. Модули обеспечивают защиту нагрузки от коротких замыканий.
Программирование LOGO!
Программирование модулей LOGO!Basic может выполняться с клавиату-
ры при помощи встроенного дисплея. Процесс программирования сводится к
последовательному соединению встроенных функциональных блоков и зада-
нию параметров настройки (задержек включения / выключения, значений счет-
чиков и т.д.). Для выполнения всех этих операций используется система встро-
енных меню. Готовая программа может быть скопирована в модуль памяти для
копирования на другие LOGO! Все встроенные функции хранятся в памяти ло-
гического модуля в виде двух библиотек. Библиотека GF содержит набор
функций, выполняющих все основные логические операции. В библиотеку SF
собраны специальные функции: триггеры, счетчики, таймеры, импульсные реле,
компараторы, генераторы импульсов и т.д.
LOGO!SoftComfort
ПО LOGO!SoftComfort позволяет производить разработку и отладку про-
грамм для LOGO! на компьютере, документировать программы и эмулировать
работу алгоритма. Поддерживается программирование в виде функциональных
блоков и релейно-контактных схем. Пакет может работать под управлением
операционных систем WindowsNT/ME/2000/XP/Vista, Linux, MACOS-X и под-
держивает русский интерфейс. Готовая программа может загружаться в память
логического модуля через кабель ПК-LOGO! или записываться в модуль памяти
через специальное устройство LOGO!Prom.
9
Начиная с версии LOGO!SoftComfortV6, возможно производить удалён-
ное программирование и контроль за работой LOGO! с помощью соединения
через аналоговый модем.

3. Программирование модулей LOGO! с помощью
LOGO!SoftComfort

Так как при изучении микропроцессорных средств, непосредственное
программирование микроконтроллеров иногда невозможно выполнить, либо
по причине их отсутствия, либо по причине опасения за сохранность оборудо-
вания, фирмы изготовители выпускают программное обеспечение для разра-
ботки и отладкипрограмм для микроконтроллеров и выполнения их в режиме
эмуляции.
Для программирования модулей LOGO! фирмойSiemens выпускается па-
кет программ LOGO!SoftComfort, версия ПО LOGO!SoftComfortV4 находится
на диске с заданием на КР, там же имеется обновление до русифицированной
версииLOGO!SoftComfortV6. Порядок установки в файле Readme. Рассмотрим
процесс разработки, отладкипрограмм и выполнения их в режиме эмуляции на
примере задания на курсовую работу.

4. Пример выполнения задания

Задание: составить коммутационную программумикроконтроллера для
выполнения программируемым логическим контроллером LOGO! операций за-
данных логическими функциями в таблице вариантов.
Q ,Q иQ выходные сигналы контроллера. Логические переменные х , х ,
1 2 3 3 2
х , х входные сигналы контроллера. В силу специфики работы текстового ре-
1 0
дактора операция «ИНВЕРСИЯ» обозначена подчеркиванием т.е. х означает х ,
0 0
а(х +х )инверсия над результатом сложения (х +х ).
3 2 3 2
Коммутационная программа должна быть выполнена с помощью про-
граммы «LOGO! SoftComfort» в виде диаграммы (схемы) функциональных бло-
ков (FBD – FunctionalBlockDiagram).Необходимо набрать блок схему коммута-
ционной программы и протестировать её выполнение в режиме эмуляции (не
загружая ее в контроллер). По результату тестирования для каждой функции
составить таблицу истинности: значения выходных сигналов при всех возмож-
ных значениях входных сигналовв виде:

№ Входы Выходы
(все значения логических переменных) (Значение функции)
х х х х Q Q Q
3 2 1 0 1 2 3
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
10