3. Методические указания МУ ПА-OMRON (1). Методические указания для проведения занятий по повышению квалификации на базе лабораторного стенда промышленная автоматика omron
 Скачать 5.4 Mb.
|
|
III Методические указания по проведению учебных занятий по программе повышения квалификации 1. Изучение технических характеристик и основ программирования компактного промышленного контроллера OMRON CP1L-E Цель занятия Ознакомиться с устройством и техническими характеристиками компактного промышленного контроллера (далее ПЛК) OMRON CP1L-E, приобрести навыки программирования с применением программного обеспечения OMRON CX- Programmer, изучить основные функции и операции. Содержание занятия 1) Изучить назначение, технические характеристики ПЛК OMRON CP1L-E, основные узлы и возможности лабораторного комплекса. 2) Изучить систему команд и принципы программирования ПЛК. 3) Освоить графическую среду программного обеспечения OMRON CX- Programmer. 4) Освоить принципы конфигурирования оборудование. 5) Освоить основы работы с аналоговыми сигналами. 6) Освоить основы работы с функциональными блоками. 7) Оценить правильность функционирования разработанной программы. 1.1 Номенклатура модулей ЦПУ, плат и модулей расширения, правила выбора оборудования, краткие технические характеристики изучаемого кон- троллера 1.1.1 В табл. 1-4 в кратком виде представлен обзор семейства компактных промышленных контроллеров CP1. В табл. 1 представлен обзор модулей ЦПУ. В табл. 2 – платы расширения, а стандартные и специальные модули расширения представлены соответственно в табл. 3 и 4. 17 18 19 Таблица 2 Описание Модель Применение Плата расширения RS-232C CP1W-CIF01 Устанавливается в слот 1 или 2 модуля ЦПУ и работает как порт RS232C Платы расширения RS-422A/485 CP1W-CIF11 / CP1W-CIF12 Устанавливается в слот 1 или 2 модуля ЦПУ и работает как порт RS422A/ RS 485 Плата расширения LCD CP1W-DAM01 Используется в качестве экрана для редактирования пользовательских сообщений, времени и других данных модуля ЦПУ Плата расширения аналоговых входов CP1W-ADB21 Устанавливается в слот 1 или 2 модуля ЦПУ и работает как модуль аналогового ввода: 2 аналоговых входа 0…10 В (разрешение: 1/4000) или 0…20 мА (разрешение: 1/2000) Плата расширения аналоговых выхо- дов CP1W-DAB21V Устанавливается в слот 1 или 2 модуля ЦПУ и работает как модуль аналогового вывода: 2 аналоговых выхода 0…10 В (разрешение: 1/4000) Плата расширения аналоговых вхо- дов/выходов CP1W-MAB221 Устанавливается в слот 1 или 2 модуля ЦПУ и работает как модуль аналогового ввода/вывода: 2 аналоговых входа 0…10 В (разрешение: 1/4000) или 0…20 мА (разрешение: 1/2000) 2 аналоговых выхода 0…10 В (разрешение: 1/4000) Карта памяти CP1W-ME05M Используется для записи и хранения программы пользо- вателя, параметров и данных для последующего копиро- вания в другой модуль ЦПУ Таблица 3 Краткая спецификация Описание Модель Входы Выходы CP1W-40EDR 16 реле CP1W-40EDT 16 транз., сток Модуль ввода/вывода, 40 точек CP1W-40EDT1 24 входа (=24 В) 16 транз., исток CP1W-32ER 32 реле CP1W-32ET 32 транз., сток Модуль вывода, 32 точки CP1W-32ET1 Нет 32 транз., исток CP1W-20EDR1 8 реле CP1W-20EDT 8 транз., сток Модуль ввода/вывода, 20 точек CP1W-20EDT1 12 входов (=24 В) 8 транз.х, исток CP1W-16ER 16 реле CP1W-16ET 16 транз., сток Модуль вывода, 16 точек CP1W-16ET1 Нет 16 транз., исток Модуль ввода, 8 точек CP1W-8ED 8 входов (=24 В) Нет CP1W-8ER 8 реле CP1W-8ET 8 транз., сток Модуль вывода, 8 точек CP1W-8ET1 Нет 8 транз., исток Таблица 4 Описание Модель Краткая спецификация Модуль аналогового ввода/вывода CP1W-MAD11 2 аналоговых входа (0…5 В, 1…5 В, 0…10 В, - 10…+10 В, 0…20 мА, 4…20 мА, разрешение: 1/6000) 1 аналоговый выход (1…5 В, 0…10 В, -10…+10 В, 0…20 мА, 4…20 мА, разрешение: 1/6000) Модуль аналогового CP1W-AD041 4 аналоговых входа (0…5 В, 1…5 В, 0…10 В, - 20 Описание Модель Краткая спецификация ввода 10…+10 В, 0…20 мА, 4…20 мА, разрешение: 1/6000) CP1W-DA021 2 аналоговых выхода (1…5 В, 0…10 В, -10…+10 В, 0…20 мА, 4…20 мА, разрешение: 1/6000) Модуль аналогового вы- вода CP1W-DA041 4 аналоговых выхода (1…5 В, 0…10 В, -10…+10 В, 0…20 мА, 4…20 мА, разрешение: 1/6000) CP1W-TS001 Термопары типа К или J, 2 входа CP1W-TS002 Термопары типа К или J, 4 входа CP1W-TS101 Платиновый термометр сопротивления Pt100, 2 вхо- да Модуль датчиков темпе- ратуры CP1W-TS102 Платиновый термометр сопротивления Pt100, 4 вхо- да Модуль CompoBus Link CP1W-SRT21 Ведомое устройство сети CompoBus/S, 8 входов / 8 выходов В целом номенклатура компактных промышленных контроллеров CP1L-E семейства CP японской фирмы OMRON содержит следующие компоненты: − модули ЦПУ (9 моделей); − платы расширения (8 моделей); − стандартные модули расширения (16 моделей); − специальные модули расширения (9 моделей). При выборе того или иного программируемого контроллера, удовлетворяю- щего поставленной задаче и, учитывая специфику устройств, критерии оценки можно разделить на три группы (рис. 1) [1]: − технические характеристики; − эксплуатационные характеристики; − потребительские свойства. При этом критериями выбора можно считать потребительские свойства, т.е. соотношение показателей затраты/производительность/надежность, а технические и эксплуатационные характеристики – ограничениями для процедуры выбора. Кроме того, необходимо разделить характеристики на прямые (для которых положительным результатом является её увеличение) и обратные (для которых положительным результатом является её уменьшение). Так как характеристики между собой конфликтны, т.е. улучшение одной ха- рактеристики почти всегда приводит к ухудшению другой, необходимо для каж- дой характеристики K i (Р, П, П1 П2, Н и т.д., см. рис. 1) определить весовой коэф- фициент a j , учитывающий степень влияния данной характеристики на полезность устройства, другими словами — поставить ей оценку. Терминология и состав критериев оценки ПЛК приведены в соответствии с основными положениями квалиметрии и стандартами качества (ГОСТ 15467-79). 21 Рис. 1. Критерии выбора ПЛК Выбор аппаратуры производится в четыре этапа (рис. 2): 1) определение соответствия технических характеристик предъявленным тре- бованиям; 2) определение соответствия эксплуатационных характеристик предъявлен- ным требованиям; 3) оценка потребительских свойств выбираемой аппаратуры; 4) ранжирование изделий. 22 Рис. 2. Алгоритм выбора ПЛК На первом этапе каждая техническая характеристика анализируемого изделия сравнивается с предъявленными к проектируемой системе требованиями, и если данная характеристика не удовлетворяет этим требованиям, изделие снимается с рассмотрения. Такой же анализ проводится на втором этапе с эксплуатационными характе- ристиками, и только если технические и эксплуатационные характеристики соот- ветствуют поставленной задаче и предъявленным требованиям, проводится оцен- ка потребительских свойств ПЛК. Для этого используется аддитивный метод оценки, когда суммарная оценка каждого свойства вычисляется по следующей формуле где K i , K j – прямая и обратная характеристики выбираемого изделия; K’ i , К’ j – соответствующие характеристики аналога; a i , a j – весовые коэффициенты харак- теристик; n, т – количество прямых и обратных характеристик. Деление на характеристики аналога необходимо для приведения всех свойств к относительным величинам. Определение весовых коэффициентов для характеристик ПЛК является од- ной из самых ответственных задач, т.к. именно от их правильной величины зави- сит достоверность результатов анализа. Для нахождения усредненной оценки ка- ждого коэффициента может быть рекомендована следующая методика эксперт- ных оценок и программа их расчета: 1) Составляется матрица «Эксперты – коэффициенты» (табл. 5), в которой проставляются полученные от каждого эксперта оценки коэффициентов по шкале от 0 до 10. 23 Таблица 5 Коэффициент Эксперт 1 2 3 4 5 6 1 2 … j … m 2) Рассчитывается относительная значимость W ij всех коэффициентов в от- дельности для каждого эксперта. С этой целью оценки, полученные от каждого эксперта, суммируются (по горизонтали), а затем нормируются: 3) Вычисляется усредненная оценка, данная всеми экспертами каждому ко- эффициенту. Для этого нормированные оценки, полученные в предыдущем шаге, суммируются (по вертикали), а затем рассчитывается среднее арифметическое для каждого коэффициента: 4) В результате анализа потребительских свойств аппаратуры составляется матрица «Изделия – потребительские свойства» (табл. 6), которая содержит ис- ходные данные для выбора ПЛК. Таблица 6 Потребительские свойства Изделия П Н 3 1 2 … j … n Ранжирование изделий, т.е. расположение их в порядке возрастания (или убывания) соотношения показателей затраты/производительность/надежность це- лесообразно проводить по формуле Р = П + Н + З. Необходимо отметить, что применение данной методики допускает варьиро- вание характеристик в зависимости от конкретной ситуации. Это может быть обу- словлено как объективными, так и субъективными причинами. Проведенный анализ не претендует на полноту охвата всех показателей в ос- новном по субъективным причинам. Однако даже в таком виде можно сделать 24 вывод о том, что данная методика позволяет провести оценку и принять решение о выборе ПЛК с достаточно высокой степенью достоверности. 1.1.2 В лабораторном комплексе используется промышленный логический контроллер (ПЛК) OMRON CP1L-E. Он представляет собой компактный про- мышленный контроллер с множеством встроенных функций. На рис. 3 показан внешний вид контроллера. Пояснения к позиционным обозначениям рис. 3 даны в табл. 7. Рис. 3. ПЛК OMRON CP1L-E Таблица 7 № п/п Объект Описание 1 Батарейный отсек Батарея предназначена для питания внутренних часов и со- хранения содержимого ОЗУ при отключении питания. Светится Питание включено POWER (Зеленый) Не светится Питание выключено Светится Выполняется программа в режиме RUN (Вы- полнение) или в режиме MONITOR (Монито- ринг) RUN (Зеленый) Не светится Работа прекращена в режиме PROG-AM, или из-за критической ошибки Светится Произошла критическая ошибка (включая вы- полнение команды FALS) или аппаратная ошибка (ошибка сторожевого таймера (WDT)). Работа CP1L-E прекращается, все выходы переходят в выключенное состояние Мигает Произошла некритическая ошибка (включая выполнение команды FAL). Модуль CP1L-E продолжает работать ERR/ALM (Красный) Не светится Обычный режим работы Светится Бит выключения выходов (A500.15) установ- лен в состояние ВКЛ. Все выходы переходят в выключенное состояние INH (Желтый) Не светится Обычный режим работы Мигает Происходит обмен данными (передача или прием) через порт Ethernet 2 Рабочие индикаторы LNK/ACT (Желтый) Не светится Любое другое состояние 25 № п/п Объект Описание Светится • Выполняется чтение или запись пользова- тельской программы, параметров или содер- жимого памяти данных из/во встроенную флэш-память (память резервного хранения). • Выполняется чтение или запись пользова- тельской программы, параметров, содержимо- го памяти данных, содержимого памяти DM (значения по умолчанию) или содержимого из/на карту памяти. • Пользовательские программы, параметры и содержимое памяти данных восстанавливают- ся при включении питания CP1L-E. Примечание: Не отключайте питание CP1L-E, пока светится этот индикатор BKUP (Желтый) Не светится Любое другое состояние 3 DIP-переключатель Предназначен для настройки параметров CP1L-E [1, стр. 21] 4 Гнездо для карты памяти Используется для подключения карты памяти. Картe памяти можно использовать для хранения резервных копий про- грамм и параметров CP1L-E, а также данных. Кроме того, использование карт памяти позволяет копировать данные в другие модули CP1L-E без применения инструмента про- граммирования (программного обеспечения) 5 Клеммник Предназначен для подключения аналоговых сигналов к встроенным аналоговым входам CP1L-E 6 Порт Ethernet Предназначен для подключения к сети Ethernet (программи- рование и межсетевое взаимодействие с другими устройст- вами) 7 Индикаторы состояний входов Индикатор светится, когда соответствующий вход находится в состоянии «ВКЛ». 8 Блок клемм питания, за- земления и входных сиг- налов Используется для подключения цепей питания, заземления и входных сигналов. 9 Гнезда для плат расши- рения Используется для установки плат расширения последова- тельных интерфейсов RS-232C, RS-422A/485 или аналоговых вводов/выходов 10 Разъем для модуля рас- ширения входов/выходов Используется для подключения модулей расширения вхо- дов/выходов серии CP и модулей расширения. 11 Блок клемм внешнего питания и выходных клемм • Клемма питания внешних устройств: В модулях с питанием от источника переменного тока преду- смотрен выход напряжения =24В, рассчитанный на макси- мальную нагрузку 300 мА. Данный выход можно использо- вать для подачи питания на входные устройства. • Выходные клеммы: Используются для подключения выход- ных цепей. 12 Индикаторы состояний выходов Индикатор светится, когда замкнут (ВКЛ) соответствующий выходной контакт. В табл. 8 представлены общие характеристики ПЛК OMRON CP1L-E. 26 Таблица 8 Параметр Значение Модель ЦПУ СР1L-EМ30DT1-D Напряжение питания = 24 В Потребляемая мощность 20 Вт Память программ 10К шагов Память под функциональные блоки 10К шагов Способ управления Выполнение хранимой программы Способ обработки входов/выходов Циклический опрос с немедленным обновлением Язык программы Лестничные диаграммы (LD) Функциональные блоки (FB) Макс. количество экземпляров FB: 128; макс. количество блоков: 256 Языки программирования, применяемые в FB: Релейно- контактные схемы, структурированный текст (ST) Длина инструкций От 1 до 7 шагов на инструкцию Количество инструкций 500 Время выполнения инструкций Базовые инструкции: мин. 0,61 мкс; Специальные инструкции: мин. 4,1 мкс Общее время обработки 0,38 мс Количество модулей расширения 3 модуля серии СР Макс. число входов/выходов 150 (30 встроенных + 40 х 3 модуля расширения) Встроенные входы/выходы 30 (18 входов, 12 выходов) Входы прерываний 6 входов (время срабатывания: 0,3 мс) Входы прерываний в режиме счет- чика 6 входов (частота срабатывания: макс. 5 кГц для всех входов прерываний), 16 разрядов Счетчики прямого или обратного счета Быстродействующие входы 6 входов (мин. длительность входных импульсов: 50 мкс) Высокоскоростные счетчики 4 счетчика, 2 оси (вход 24 В=), 4 входа: двухканальный со сдвигом фаз (4x), 50 кГц или одноканальный (импульс + направление, прямой/ обратный счет, приращение), 100 кГц Диапазон значений: 32 разряда, линейный или кольцевой режим Прерывания: достижение заданного значения или попа- дание в диапазон Импульсные выходы (только для моделей с транзисторными выходами) Импульсные выходы: трапецеидальный или S-образный профиль разгона и торможения (скважность: 50%, фикси- рованная) 2 выхода, от 1 Гц до 100 кГц (против/по часовой стрелке (CCW/CW) или импульсы + направление) Выходы ШИМ: Скважность: от 0,0% до 100,0% (устанав- ливается с шагом 0,1% или 1%) 2 выхода, от 0,1 до 6553,5 Гц или от 1 до 32800 Гц (по- грешность: ±5% при 1 кГц) Встроенные аналоговые входы 2 входа (разрешение: 1/1000, сигнал: 0…10 В) Порт Ethernet Встроенный Количество задач 288 (32 циклические задачи и 256 задач обработки преры- ваний) Задачи обработки прерываний по входам 6 (задачи обработки прерываний №140 ... 145, фиксиро- ванные) (Задачи обработки прерываний также могут на- значаться и выполняться по прерываниям от высокоско- ростных счетчиков.) Макс. количество подпрограмм 256 27 Параметр Значение Макс. количество переходов 256 Запланированные прерывания 1 Часы реального времени Поддерживается. Точность (среднемесячное отклонение): от –4,5 минут до –0,5 минут (55° C), от -2,0 мин до +2,0 мин (25°C), от -2,5 мин до +1,5 мин (0°C) Резервное сохранение содержимого памяти Батарея: содержимое области регистров хранения и об- ласти DM, а также значения счетчиков (флаги, текущие значения) сохраняются в памяти за счет подпитки от батареи. Флэш-память: программы, параметры (например, на- стройки ПЛК), комментарии и начальное содержимое всей области DM На рис. 4 представлены функциональные схемы входов контроллера. Общая характеристика входов контроллера представлена в табл. 9. а) б) в) Рис. 4. Функциональные схемы входов: CIO 0.00 – CIO 0.03 (а), CIO 0.04 – CIO 0.09 (б), CIO 0.10, CIO 0.11 и CIO 1.00 – CIO 1.05 (в) Таблица 9 Значение Высокоскоростной счетный вход Вход прерывания и быстрого отклика Обычный вход Параметр CIO0.00…0.03 CIO0.04…0.09 CIO0.10…0.11 CIO1.00…1.11 Входное напряжение = 24В Тип подключения 2-проводные и 3-проводные датчики Входное сопротивление 3.0 кОм 4.7 кОм Входной ток 7,5 мА 5 мА Напряжение уровня логической 1 Мин. 17 В Мин. 14,5 В Напряжение уровня логического 0 Макс. 5 В, 1мА Задержка включения/выключения Макс. 2,5/2,5 мкс. Макс. 50/50 мкс. Макс. 1/1 мс. На рис. 5а представлена схема подключения входов к клеммнику ПЛК. На 18 входов имеется одна общая точка. При этом внешний источник питания подсое- 28 диняется одним полюсом к общей точке COM, а другим – к используемому входу ПЛК (полярность не имеет значения). На рис. 5б представлена схема подключения выходных устройств к клеммни- ку ПЛК. У выходов есть свои общие точки: СОМ1 (СОМ (V+) – выходы 100.00 – 100.03; СОМ2 – выходы 100.04 – 100.07; СОМ3 – выходы 101.00 – 101.03; Общая характеристика выходов ПЛК представлена в табл. 10. а) б) Рис. 5. Схема подключения входных и выходных сигналов для CP1L-Е Таблица 10 Входы Значение Тип выхода Все Транзисторный Максимальная Все 0,3 А/выход, 0,9 А/блок, 3,6 А/модуль Нагрузка при 4,5–30 В Минимальная Все 10 мА/выход Ток утечки Все 0,1 мА CIO100.00…100.03 Макс. 0,1/0,1 мс. Задержка включе- ния/выключения CIO100.04…100.07 CIO101.00…101.03 Макс. 0,1/1 мс. Выходы имеют функциональные схемы, представленные на рис. 6. а) б) Рис. 6. Функциональные схемы выходов: а) CIO100.00…100.03, б) CIO100.04…100.07, CIO101.00…101.03 На рис. 7 представлена схема подключения аналоговых сигналов к встроен- ным аналоговым входам ПЛК. 29 Рис. 7. Схема подключения аналоговых входных сигналов для CP1L-Е Общая характеристика аналоговых входов ПЛК представлена в табл. 11. Таблица 11 Параметр Значение Число входов 2 (2 слова зарезервировано в области AR – А642 и А643) Диапазон входного сигнала 0…10 В Входное сопротивление 100 кОм Разрешение 1/1000 Общая погрешность 25°C: ±2.0%, от 0 до 55°C: ±3.0% (от полного диапазона) Диапазон преобразования данных 0000…03E8 (hex) Для расширения функциональных особенностей ПЛК в соответствующие гнезда установлены платы расширения аналоговых входов/выходов OMRON CP1W-MAB221 и последовательного интерфейса RS485 OMRON CP1W-CIF11 (рис. 8). а) б) Рис. 8. Внешний вид плат расширения OMRON CP1W-MAB221 (а) и OMRON CP1W-CIF11 (б) Технические характеристики платы расширения OMRON CP1W-MAB221 представлены в табл. 12. Таблица 12 Значение Параметр Вход/выход по напряжению Токовый вход Диапазон входного сигнала 0…10 В 0…20 мА Разрешение 1/4000 1/2000 Общая погрешность 25°C: ±0,5%, от 0 до 55°C: ±1.0% (от полного диапазона) 25°C: ±0,6%, от 0 до 55°C: ±1.2% (от полного диапазона) Диапазон преобразования данных 0000…0FA0 (hex) 0000…07D0 (hex) Диапазон выходного сигнала 0…10 В - Разрешение 1/4000 - Общая погрешность 25°C: ±0,5%, от 0 до 55°C: ±1.0% (от полного диапазона) - Диапазон преобразования данных 0000…0FA0 (hex) - 30 В табл. 13 представлено описание работы индикаторов на платах расшире- ния. Таблица 13 Индикатор Описание Статус Примечания Мигает Ошибка связи с модулем ЦПУ, вызванная модулем ЦПУ Горит Другие ошибки ERR (красный) Состояние ошибки Не горит Режим нормального функционирования Осуществляется обмен данными COMM (желтый) Связь Мигает Обмена нет Схемы подключения плат расширения OMRON CP1W-MAB221 и OMRON CP1W-CIF11 представлены на рис. 9. а) б) Рис. 9. Схемы подключения плат расширения OMRON CP1W-MAB221 (а) и OMRON CP1W-CIF11 (б) В зависимости от подключаемых устройств DIP-переключатель на тыльной стороне платы расширения OMRON CP1W-CIF11 необходимо установить в за- данное положение в соответствии с табл. 14. Курсивом выделены положения DIP- переключателя по умолчанию для работы совместно с преобразователем частоты. Таблица 14 Пин Положение Настройка |