“STEROWNIKI PROGRAMOWALNE – OBSŁUGA AWARII ZA

Instrukcja do ćwiczenia “Obsługa awarii za pomocą sterownika Simatic S7”
“STEROWNIKI PROGRAMOWALNE – OBSŁUGA AWARII ZA POMOCĄ
STEROWNIKA SIEMENS SIMATIC S7”
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobami obsługi stanów awaryjnych w układach
sterowania zbudowanych z wykorzystaniem sterownika programowalnego firmy Siemens –
Simatic S7. W ramach ćwiczenia omówione jest podejście praktyczne do sposobu
sygnalizacji i rozwiązywania problemów sytuacji awaryjnych w układach ze sterownikiem
S7. Przewidziano samodzielne wprowadzenie programu języka STEP 7 sterownika
programowalnego za pomocą programu komputerowego do edycji projektowanych
programów użytkownika sterownika programowalnego. Celem ćwiczenia jest również
zapoznanie się z funkcjami programu edycyjnego oraz czynnościami koniecznymi do
wprowadzenia stworzonego projektu do pamięci programu sterownika programowalnego.
Na Rys.1. zobaczyć możemy schemat postawionego w ćwiczeniu problemu sterowania w
układzie ze sterownikiem programowalnym i obsługę awarii, których pojawienie się
sygnalizowane jest stanem wysokim na wejściach I0.0, I0.2. Przycisk uruchamiający
maszynę w odpowiednich warunkach dołączony jest do wejścia I0.3, natomiast kwitowanie
(potwierdzenie) wystąpienia awarii przesyłane jest do sterownika programowalnego za
pośrednictwem wejścia I0.4. Sygnalizacja występujących w układzie awarii realizowana jest
przy pomocy systemu lampek, podłączonych do wyjść Q0.1, Q0.2, oraz Q0.3. O tym, czy
maszyna, której działanie jest uzależniona od decyzji sterownika odnośnie pojawiających się
awarii oraz reakcji operatora, dowiadujemy się za pośrednictwem wyjścia Q0.4.
Rys.1. Przedstawienie problemu ćwiczenia
2. Przebieg ćwiczenia
W ramach laboratorium dotyczącego realizacji programu sterownika służącego do
sygnalizacji i obsługi stanów awaryjnych w układach sterowania realizowane będą
następujące zadania:
- omówienie sposobów obsługi stanów awaryjnych, ustalenie priorytetu ważności
pojawiających się awarii,
- omówienie mechanizmów programowych języka STEP 7, zastosowanych podczas pisania
programu sterownika,
- omówienie programu edycyjnego programu użytkownika, elementów dostępnych w
bibliotece edytora, funkcji pomocnych w trakcie tworzenia programu użytkownika, oraz
koniecznych do umieszczenia edytowanego programu w pamięci sterownika S7.
Instrukcja do ćwiczenia “Obsługa awarii za pomocą sterownika Simatic S7”
2.1.Przebiegi czasowe obsługi awarii za pomocą sterownika S7
W Tab.1. zebrano wszystkie zmienne wykorzystane w trakcie pisania programu użytkownika.
Tab.1. Zmienne w programie użytkownika do obsługi stanów awaryjnych w układzie sterowania zbudowanym z
wykorzystaniem sterownika Simatic S7
Zmienna
Awaria1
Awaria2
Wlacz_maszyne
Kwituj
PAwaria1
PAwaria2
Awaria
Miganie1
Miganie2
Ciagly
UpAw2
LAwaria1
LAwaria2
LAwaria
Maszyna_dziala
Pierwszy_skan
Generator1
Generator2
Miganie2a
Adres
I0.0
I0.2
I0.3
I0.4
M0.1
M0.2
M0.3
M0.5
M0.7
M1.0
M1.2
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
SM0.1
T34
T36
T37
Komentarz
Sygnał od awarii nr 1
Sygnał od awarii nr 2
Przełącznik włączający maszynę
Potwierdzenie występujących awarii
Zmienna ustawiana, gdy awaria nr 1 jest nie potwierdzona
Zmienna ustawiana, gdy awaria nr 2 jest nie potwierdzona
Awaria ogólna
Zmienna, określająca sposób zapalenia lampek
Zmienna, określająca sposób zapalenia lampek
Zmienna, określająca sposób zapalenia lampek
Zmienna ustawiana gdy awaria nr 2 trwa dłużej niż czas timera "Miganie2a"
Lampka awarii nr 1
Lampka awarii nr 2
Lampka ogólna awarii
Zmienna określająca stan maszyny
Zmienna ustawiana gdy jest pierwszy przebieg programu
Generator sygnału wolnozmiennego
Generator sygnału szybkozmiennego
Timer określający czas trwania awarii nr 2
Rys.2. przedstawia diagram czasowy decyzji i operacji realizowanych w momencie
pojawienia się pierwszej z rozpatrywanych awarii – w danym projekcie uważanej za tę „mniej
ważną”, a zatem o niższym priorytecie.
Rys.2. Diagram czasowy sposobu realizacji obsługi stanu awaryjnego 1, gdy nie występuje stan awaryjny 2
Dodatkowego komentarza wymagają zmienne, opisane na Rys.2. oraz Rys.3. jako:
I_wl_masz – jest to impuls pojawiający się w momencie wykrycia zbocza narastającego od
przycisku Wl_masz (lub też Wl_maszyne – jak to jest zapisane w programie użytkownika),
Instrukcja do ćwiczenia “Obsługa awarii za pomocą sterownika Simatic S7”
służącego do uruchomienia maszyny. Zmienna Maszyna jest jednoznaczna ze zmienną
Maszyna_dziala z programu użytkownika, i mówi o tym, kiedy maszyna jest włączona.
Opis podejścia do obsługi awarii nr 1
Jak wynika z Rys.2. awaria pierwsza nie jest awarią, której wystąpienie przesądza o
unieruchomieniu maszyny, w której ona wystąpiła. Mimo, iż awaria taka może wystąpić w
układzie sterowania, jednak uruchomienie maszyny po pojawieniu się tego typu awarii nie
jest możliwe tak długo, aż nie zostanie to potwierdzone przez użytkownika (operatora całego
układu sterowania, w którym jednym z elementów jest maszyna, która uległa awarii). Nawet
ustąpienie tej awarii nie powoduje przyzwolenia na ponowne uruchomienie maszyny, aż do
chwili potwierdzenia („skwitowania”) wystąpienia tego stanu przez użytkownika.
Jeżeli zaś chodzi o sygnalizację stanu awaryjnego nr 1, to odbywa się ona na następujących
zasadach:
- jeżeli awaria nr 1 się pojawi, to lampka awarii 1 zaczyna wolno mrugać – z częstotliwością
zależną od generatora 1
- jeżeli awaria nr 1 występuje, to po skwitowaniu przez użytkownika jej wystąpienia
następuje ciągłe świecenie lampki awarii nr 1
- jeżeli awaria nr 1 ustąpiła przed skwitowaniem jej przez użytkownika, to skwitowanie jej
wystąpienia, gdy awarii już nie ma, spowoduje zgaszenie lampki awarii nr 1.
Ogólna sygnalizacja awarii w momencie, gdy występuje tylko awaria nr 1, jest identyczna jak
dla awarii nr 1 (lampka awarii ogólnej świeci się w taki sam sposób jak lampka awarii nr 1).
Rys.3. Przedstawia sposób obsługi awarii nr 2 w rozważanym układzie sterowania.
Rys.3. Diagram czasowy sposobu realizacji obsługi stanu awaryjnego 2, gdy nie występuje stan awaryjny 1
Instrukcja do ćwiczenia “Obsługa awarii za pomocą sterownika Simatic S7”
Opis podejścia do obsługi awarii nr 2
Jak można zauważyć na Rys.3., awaria nr 2 jest awarią, której wystąpienie jest dla układu
sterowania jest bardziej krytyczne, niż to miało miejsce w przypadku awarii nr 1. Wynika z
tego, że wystąpienie awarii nr 2 unieruchamia cały układ, i jeżeli awaria ta występuje to
pomimo tego, że awaria ta zostanie skwitowana (potwierdzona przez operatora układu
sterowania) to jeżeli trwa, to nie pozwala to na ponowne uruchomienie hipotetycznej
maszyny. Milcząco założono – i jednocześnie wynika to zarówno z Rys.1. jak i Rys.2., że
pojawienie się awarii (czy to nr 1 czy nr 2) powoduje zatrzymanie pracy układu sterowania –
w przypadku awarii nr 1 do momentu potwierdzenia (skwitowania) przez operatora; w
przypadku awarii nr 2 poza potwierdzeniem przez operatora, dodatkowym warunkiem
ponownego uruchomienia układu jest ustąpienie awarii.
Jeżeli zaś chodzi o sygnalizację wystąpienia sygnału awarii nr 2, to odbywa się ona w
następujący sposób:
- jeżeli awaria nr 2 się pojawi, to lampka awarii 2 zaczyna wolno mrugać – z częstotliwością
zależną od generatora 1; jednocześnie mruga lampka awarii ogólnej – również z
częstotliwością generatora nr 1
- jeżeli awaria nr 2 trwa dłużej niż czas timera T37 Miganie2a, to lampka awarii nr 2
zaczyna mrugać szybciej – z częstotliwością, określoną przy pomocy generatora 2; lampka
awarii ogólnej mruga ciągle z częstotliwością generatora 1
- jeżeli w momencie kwitowania (potwierdzania) awaria nr 2 jeszcze trwa, to sygnały
zarówno lampki awarii 2 jak i awarii ogólnej zmieniają się na ciągłe, do chwili ustąpienia
awarii nr 2; jeżeli w chwili potwierdzenia przez operatora wystąpienia awarii nr 2 awarii tej
już w układzie nie ma – wtedy lampka awarii ogólnej oraz lampka awarii nr 2 gasną.
3. Program sterownika
W rozdziale tym pokazane zostanie przykładowe rozwiązanie postawionego problemu obsługi
sytuacji awaryjnych, napisane przy pomocy języka STEP7 w zapisie drabinkowym.
3.1.Pierwszy skan. Pierwsze uruchomienie programu, podczas którego może zostać
przeprowadzona inicjacja pewnych zmiennych w programie
Instrukcja do ćwiczenia “Obsługa awarii za pomocą sterownika Simatic S7”
3.2.Realizacja generatorów. Generatory zrealizowane za pomocą timerów typu TON
sterownika Simatic S7 CPU 212 służą do realizacji sygnału 01
3.3.Realizacja mechanizmu potwierdzania przez operatora informacji na temat występujących
w układzie awarii. Użyto cewki przerzutników typu RS
3.4.Awarie wykrywane są przy pomocy zboczy sygnałów od wejść awarii
Instrukcja do ćwiczenia “Obsługa awarii za pomocą sterownika Simatic S7”
3.5.Określenie priorytetów awarii nr 1 i nr 2 dla uruchomienia maszyny
3.6. Określenie warunków trybu wolniejszego mrugania lampek sygnalizacyjnych
3.7.Określenie warunków trybu szybszego mrugania lampek sygnalizacyjnych
Instrukcja do ćwiczenia “Obsługa awarii za pomocą sterownika Simatic S7”
3.8.Określenie przekroczenia czasu trwania awarii nr 2. Zabieg ten jest zrealizowany w
dwóch celach:
- sygnalizacji dłuższego czasu trwania awarii nr 2 w przypadku jej trwania
- sygnalizacji dłuższego czasu trwania awarii nr 2 w przypadku, gdy awaria ta już ustąpiła i
operator przyszedł do pulpitu, gdzie może odczytać informację o tym, że awaria nr 2
trwała dłużej niż np. 1 minutę
3.9. Określenie warunków ciągłego zapalenia lampek sygnalizacyjnych
3.10.Określenie warunków zapalania lampki sygnalizacyjnej od awarii nr 1
Instrukcja do ćwiczenia “Obsługa awarii za pomocą sterownika Simatic S7”
3.11.Określenie warunków zapalania lampki sygnalizacyjnej od awarii nr 2
3.12.Określenie warunków zapalania lampki sygnalizacyjnej od ogólnej awarii
3.13.Zakończenie programu w języku STEP7 LADDER w sterowniku Simatic S7
Instrukcja do ćwiczenia “Obsługa awarii za pomocą sterownika Simatic S7”
4. Literatura
1. Emirsajłow Z. “Teoria układów sterowania. Część I. Układy liniowe z czasem ciągłym”
Seria Tempus Szczecin 2000
2. Kużnik J. “Sposoby realizacji ograniczenia sygnału wyjściowego w regulatorach typu PID”
Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Automatyka, Zeszyt: 103
3. Skoczowski S. “Technika regulacji temperatury” Wydawnictwo Miesięcznika Pomiary
Automatyka Kontrola Warszawa. Zielona Góra. Listopad 2000
4. Zalewski A., Cegieła R. “Matlab - obliczenia numeryczne i ich zastosowanie”
5. Wymagania do ćwiczeń: AWARIE na sterowniku Siemens S7
1. Podstawy języka typu LADDER sterownika Siemens Simatic S7
2. Sposób obsługi programu użytkownika w sterownikach programowalnych
3. Układ automatycznej regulacji i jego właściwości.
4. Rodzaje regulacji automatycznej : regulatory typu PID.
5. Reguły doboru nastaw regulatora PID dla skokowej zmiany wartości zadanej.
6. Projektowanie i symulacja układów sterowania - Simulink programu Matlab.