L1_2 3 - Wydział Elektryczny

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH
Laboratorium Przemysłowych Systemów Cyfrowych
Kierunek studiów: ED AP
Przedmiot: Programowalne sterowniki cyfrowe
Kod: F26316
Ćwiczenie 1, 2, 3
Współpraca wyświetlacza TD200 z przemysłowym sterownikiem
SIMATIC S7-200 firmy SIEMENS
Białystok 2007
Ogólne zasady bezpieczeństwa
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
-
Przed przystąpieniem do zajęć należy zapoznać się z instrukcją dydaktyczną do stanowiska
laboratoryjnego.
W przypadku wykorzystywania na stanowisku laboratoryjnym gotowych podzespołów
(sterowniki przemysłowe, moduły i inna aparatura) należy przestrzegać wszystkich zaleceń
dotyczących bezpieczeństwa opisanych w instrukcjach producenta.
Dokonać oględzin urządzeń i przyrządów używanych w ćwiczeniu, a o zauważonych
nieprawidłowościach bezzwłocznie powiadomić prowadzącego.
Zabrania się samodzielnego załączania stanowiska bez zgody prowadzącego.
Zmian nastaw parametrów lub konfiguracji, możliwych przy użyciu dostępnych
manipulatorów (potencjometrów, przełączników), należy dokonywać po przeanalizowaniu
skutków takich działań.
Zmian konfiguracji obwodów elektrycznych, możliwych jedynie poprzez zmiany połączeń
przewodów, należy dokonywać za zgodą prowadzącego po uprzednim wyłączeniu
zasilania stanowiska.
Po załączeniu stanowiska wykonywanie przełączeń (np. wymiana przyrządu) w układzie
znajdującym się pod napięciem jest niedozwolone.
Stosowanie sposobów sterowania, ustawień lub procedur innych niż opisane w instrukcji
może spowodować nieprzewidziane zachowanie obiektu sterowanego a nawet uszkodzenie
stanowiska.
Nie należy podłączać urządzeń nie przeznaczonych do współpracy z tym stanowiskiem
laboratoryjnym.
Przekroczenie dopuszczalnych parametrów prądów, napięć sygnałów sterujących może
doprowadzić do przegrzania się niektórych podzespołów, pożaru lub porażenia prądem.
W przypadku pojawienia się symptomów nieprawidłowego działania (np. swąd
spalenizny) natychmiast należy wyłączyć stanowisko i odłączyć przewód zasilający.
Demontaż osłon stanowiska oraz wszelkie naprawy i czynności serwisowe, oprócz
opisanych w instrukcji, powinny być wykonywane przez wykwalifikowany personel po
wyłączeniu stanowiska.
Należy stosować tylko bezpieczniki o parametrach nominalnych podanych w instrukcji lub
na obudowie urządzenia.
Urządzenie powinno być czyszczone przy użyciu suchej i miękkiej szmatki. Nie należy
stosować do tych celów rozpuszczalników.
Podczas korzystania z aparatury laboratoryjnej (oscyloskopy, generatory, zasilacze itp.)
należy przestrzegać ogólnych zasad bezpieczeństwa tj.:
Do zasilania przyrządu należy stosować tylko kable zalecane do danego wyrobu.
Nie należy podłączać lub odłączać sond i przewodów pomiarowych, gdy są one dołączone
do źródła napięcia.
Przyrząd powinien być połączony z uziemieniem przez przewód ochronny w kablu
zasilającym. Aby uniknąć porażenia przewód ten powinien być podłączony do przewodu
ochronnego sieci.
Przewód uziemiający sondy należy podłączać tylko do uziemienia ochronnego. Nie należy
podłączać go do punktów o wyższym potencjale.
Aby uniknąć porażenia prądem podczas używania sondy, należy trzymać palce nad
pierścieniem zabezpieczającym. Nie wolno dotykać metalowych części grotu, gdy sonda
jest podłączona do źródła napięcia
Nie dotykać końcówek przewodów łączeniowych w trakcie wykonywania pomiarów
2
Opis stanowiska laboratoryjnego
Studenci wykonujący ćwiczenie mają do swojej dyspozycji przemysłowy
sterownik programowalny SIMATIC S7 z CPU212 firmy SIEMENS wraz
z wyświetlaczem tekstu TD200.
Ponadto studenci dysponują dokumentacją techniczno ruchową
sterownika. W oparciu o dokumentację zapoznają się z budową, warunkami
eksploatacji zestawu i samodzielnie zestawiają układ pomiarowy. Niniejsza
instrukcja zawiera kilka przykładów zastosowania i oprogramowania
sterownika.
Stanowisko laboratoryjne jest zasilane z szafki znajdującej się przy
stanowisku. Ze względu na możliwość porażenia prądem elektrycznym
wszystkie połączenia, przełączenia czy sprawdzanie łączonego obwodu
bezwzględnie muszą się odbywać przy wyłączonej szafce zasilającej.
Studenci po wykonaniu badań i przedstawieniu wyników badań
prowadzącemu zajęcia rozłączają połączone przez siebie układy pomiarowe,
porządkują przyrządy na stołach laboratoryjnych i wieszają przewody
łączeniowe na wieszaku.
3
Wykaz dostępnych przyrządów i aparatury
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Sterownik SIMATIC S7-200
Wyświetlacz tekstu TD200
Komputer
Zasilacz stabilizowany laboratoryjny
Zasilacz stabilizowany prądu stałego 24V, 5A
Oscyloskop cyfrowy
3szt.
1szt.
1szt.
1szt.
1szt.
1szt.
Sterownik z CPU 212
Parametry ogólne:
Pamięć programu użytkownika / pamięć
Pamięć danych użytkownika / pamięć
Własne we / wy cyfrowe
Obsługa we / wy analogowych
Czas wykonywania instrukcji logicznych
Timery
Liczniki
Szybkie liczniki
Dostrojenie analogowe
Parametry wejść cyfrowych:
Zakres napięcia dla stanu ON
Znamionowe napięcie wyjściowe ON
Napięcie dla stanu OFF, maksimum
Czas odpowiedzi
I0.0 do I0.7
Izolacja galwaniczna (optyczna)
512 słów / EEPROM
512 słów / RAM
8 we / 6 wy
16 we / 16/wy
1,2 μs / instrukcję
64
64
1 programowy (2kHz maks.)
1 szt.
15÷30 VDC, 4 mA minimum
Maks. 35 VDC, w czasie do 0,5 s
24 VDC, 7 mA
5 VDC, 1 mA
0,3 ms max
500 VAC, 1 min.
Parametry wyjść cyfrowych:
Typ wyjścia
Zakres napięcia
Maksymalny prąd obciążenia
Prąd przeciążenia
Czas opóźnienia przełączania
tranzystorowy
24.4÷28.8 VDC
0.75 A
4 A, 100 ms
25 μs włączenia
120 μs wyłączenia
minimum 500 VAC, 1min.
brak
Izolacja optyczna
Zabezpieczenie przeciwzwarciowe
4
Parametry zasilania:
Zakres napięcia
Prąd wejściowy
20.4÷28.8 VDC
60 mA typowo, dla CPU
500 mA maksymalne obciążenie
2 A, 250 V zwłoczny
jest, transformatorowa 1500 VAC
Zabezpieczenie
Izolacja galwaniczna
Parametry zasilacza prądu stałego (czujniki pomiarowe)
Zakres napięcia
16,4÷28,8 VDC
Pulsacje i szumy (<10MHz)
takie samo jak napięcie zasilające
Maksymalny prąd wyjściowy
180 mA
Zwarciowy prąd ograniczenia
<600 mA
Izolacja galwaniczna
brak
Wyświetlacz tekstu TD200
Wymiary gabarytowe
72 mm x 144 mm x 27 mm
Wyświetlacz ciekłokrystaliczny 2 linie po 20 znaków o wysokości 5 mm
Klawiatura
9 przycisków
Połączenie TD200 z S7-200 CPU
PPI (RS-485, 9.6kBod)
Napięcie zasilające
24 VDC; (15 VDC÷30 VDC)
Prąd zasilający
70 mA (100 mA max, 24 VDC)
Klasa ochrony
od przodu IP65
od tyłu IP20
5
OPIS BLOKU PARAMETRÓW
Do wyświetlania wiadomości na wyświetlaczu tekstu TD200 niezbędne
jest odpowiednie sparametryzowanie bloku parametrów wiadomości. Blok
parametrów składa się z 12 kolejnych bajtów pamięci. Format bloku
parametrów wyświetlacza TD200 przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1. Format bloku parametrów wyświetlacza TD200 [2].
Tablica 1. Znaki w kodzie ASCII i znaki alternatywne [2].
6
Bajt zerowy i bajt pierwszy zawierają symbol identyfikujący wiadomość.
Bajt zerowy powinien zawierać literę T, co w kodzie ASCII oznacza cyfrę 54
(heksadecymalnie). Natomiast bajt pierwszy powinien zawierać literę D, co w
kodzie ASCII oznacza cyfrę 44 (heksadecymalnie).
W bajcie drugim można konfigurować rodzaje znaków (A), język
wyświetlanej wiadomości (L) oraz czas odświeżania wiadomości (U).
Rodzaje używanych znaków (A) deklaruje się w bicie siódmym bajtu drugiego.
Ustawienie zero będzie deklaracją używania znaków standardowych.
Ustawienie tego bajtu na jeden będzie deklaracją używania znaków
alternatywnych zawartych w tablicy 1.
Rys. 2. Bajt drugi bloku parametrów [2].
Język wiadomości (L) jest ustawiany w trzech bitach (6, 5, 4) bajtu drugiego.
Poniżej przedstawiono przypisanie cyfr heksadecymalnych do języków:
0- niezdefiniowany,
1- Angielski
2- Niemiecki
3- Francuski
4- Włoski
5- Hiszpański
6- niezdefiniowany
7- niezdefiniowany
Czas odświeżania wiadomości (U) jest ustawiany w bitach (3, 2, 1, 0) bajtu
drugiego. Poniżej przedstawiono przypisanie cyfr do szybkości odświeżania
wiadomości:
0- tak szybko jak to jest możliwe]
1- odświeżanie wiadomości co każdą sekundę
2- odświeżanie wiadomości co każde dwie sekundy
3- odświeżanie wiadomości co każde trzy sekundy
4- odświeżanie wiadomości co każde cztery sekundy
7
5- odświeżanie wiadomości co każde pięć sekund
6- odświeżanie wiadomości co każde sześć sekund
7- odświeżanie wiadomości co każde siedem sekund
8- odświeżanie wiadomości co każde osiem sekund
9- odświeżanie wiadomości co każde dziewięć sekund
A- odświeżanie wiadomości co każde dziesięć sekund
B- odświeżanie wiadomości co każde jedenaście sekund
C- odświeżanie wiadomości co każde dwanaście sekund
D- odświeżanie wiadomości co każde trzynaście sekund
E- odświeżanie wiadomości co każde czternaście sekund
F- odświeżanie wiadomości co każde piętnaście sekund.
Bajt trzeci jest zarezerwowany do zegara (TOD) i wymuszania bitów
(F), trybu wyświetlania (D), włączania hasła dostępu (P) i monitorowania
klawiszy (DA) (UA) „strzałka do góry” i „strzałka do dołu” na wyświetlaczy
tekstu TD200.
Rys. 3. Bajt trzeci bloku parametrów [2].
Bit szósty bajtu drugiego służy do włączania lub wyłączania hasła dostępu.
Ustawienie tego bitu na jeden powoduje włączenie hasła dostępu. Ustawienia
tego bitu na zero powoduje wyłączenie używania hasła dostępu. Hasło
dostępu jest cztero cyfrowe i służy do autoryzacji operatora wyświetlacza.
Wartość hasła jest przechowywana w bajtach 10 i 11 bloku parametrów.
Bit piąty bajtu trzeciego jest zarezerwowany do włączania lub wyłączania
obsługi zegara TOD za pomocą wyświetlacza TD200. Ustawienie jego bitu
na jeden spowoduje włączenie obsługi zegara za pomocą klawiszy
wyświetlacza, podczas gdy wpisanie zero powoduje wyłączenie obsługi
TOD.
8
Bit czwarty służy do wymuszania (F) dowolnego stanu, blokowania stanu na
bitach rejestrów wejść i wyjść sterownika S7-200. Ustawienie jego bitu na
jeden spowoduje włączenie menu obsługi wymuszania, natomiast ustawienie
tego bitu na zero powoduje wyłączenie menu wymuszania.
Bity trzeci i drugi bajtu trzeciego służą do monitorowania klawiszy strzałek
(DA) (UA) „do góry” i „do dołu” umieszczonych na wyświetlaczu tekstu
TD200. Jeżeli bit trzeci jest zerem to klawisz ↑ nie został wciśnięty, jeżeli
jest on jedynką to klawisz ↑ został wciśnięty. Jeżeli bit drugi jest zerem to
klawisz ↓ nie został wciśnięty, jeżeli jest on jedynką to klawisz ↓ został
wciśnięty. Jeżeli program używa tych bitów, to program musi je zerować po
ich użyciu. Strzałki także używane, gdy wyświetlania jest więcej niż jedna
wiadomość.
Bit zerowy bajtu trzeciego jest używany do ustawiania trybu wyświetlania
(D). Gdy ten bit jest zero włączony jest tryb wyświetlania dwudziestu
znaków w jednej wiadomości, jeżeli ten bit jest ustawiony na jeden to
umożliwione jest wyświetlanie czterdziestu znaków w jednej wiadomości.
Bajt czwarty służy do ustawiania numeru wiadomości zdefiniowanej
przez użytkownika. Istnieje możliwość ustawiania osiemdziesięciu
wiadomości. Numery wiadomości posiadają priorytety do wyświetlania
ważniejszych wiadomości na wyświetlaczu. Priorytet pierwszy jest
najwyższy, natomiast priorytet osiemdziesiąty jest najniższy.
0.
1.
2.
3.
4.
5. 6. 7. 8.
Numer
wiadomości
Rys. 4. Bajt czwarty bloku parametrów [2].
9.
Bajt piąty zawiera adres bajtu pamięci M. Bajt pamięci M służy do monitorowania
przyciśnięcia klawiszy funkcyjnych zawartych na wyświetlaczy tekstu TD200. Ilość
bajtów pamięci M jest ograniczona:
Rys. 5. Przypisanie przycisków funkcyjnych do bitów pamięci M [2].
CPU212 zawiera od 0 do 15 bajtów.
CPU214 zawiera od 0 do 31 bajtów.
Klawiszy funkcyjnych jest osiem, czyli tyle samo ile jest bitów w bajcie M.
Każdy bit bajtu M służy do monitorowania przyciśnięcia jednego klawisza
funkcyjnego. Przypisanie bitów do klawiszy przedstawiono poniżej:
9
bit zerowy – F1
bit pierwszy
– F2
bit drugi – F3
bit trzeci – F4
bit czwarty – SHIFT+F1
bit piąty – SHIFT+F2
bit szósty – SHIFT+F3
bit siódmy – SHIFT+F4
Odpowiedni bit bajtu M jest ustawiony na jeden po wciśnięciu
odpowiedniego przycisku funkcyjnego na klawiaturze wyświetlacza. Po
odczytaniu bitu w pamięci M należy go skasować.
W bajcie szóstym i siódmym jest zdefiniowany jest adres do treści
wiadomości. Bajt szósty i siódmy zawiera słowo (słowo składa się z dwóch
bajtów) przesunięcia do pamięci V (pamięć szybka CPU), w której znajduje się
treść wiadomości. Poniżej przestawiono poprawne wartości przesunięcia dla
różnych jednostek:
CPU 212 –0- do 1032
CPU 214 – 0 do 4095
Należy zauważyć, że każda wiadomość zawierająca 20 znaków potrzebuje 20
VB bajtów pamięci V, natomiast każda wiadomość zawierająca 40 znaków
wymaga 40 VB bajtów pamięci szybkiej V.
0.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Starszy bajt Młodszy
adresu
bajt adresu
Rys. 6. Bajt szósty i siódmy bloku parametrów [2].
9.
Bajty ósmy i dziewiąty zawierają odniesienie do adresu włączenia
wiadomości. W bajtach ósmym i dziewiątym jest zdefiniowane słowo
przesunięcia do pamięci V, gdzie można znaleźć bity włączenia wiadomości.
0.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Starszy bajt Młodszy bajt
przesunięcia przesunięcia
Rys. 7. Bajt ósmy i dziewiąty bloku parametrów [2].
Poniżej zawarto poprawne wartości przesunięcia dla różnych jednostek:
CPU 212 –0- do 1032
CPU 214 – 0 do 4095
Na przykład: jeżeli przeznaczymy VB50 jako adres włączenia wiadomości, to
pierwszą wiadomość (patrz bajt czwarty bloku parametrów) włącza bit V50.7,
druga wiadomość jest włączana przez V50.6, czwarta wiadomość przez V50.5,
... , natomiast ósma wiadomość przez V50.0.
10
Bajt dziesiąty i jedenasty zawierają hasło dostępu do wyświetlacza. Po
włączeniu hasła w bajcie trzecim należy do bajtów dziesiątego i jedenastego
wpisać cztery cyfry całkowite (integer) od 0000 do 9999.
0.
1.
2.
3.
4. 5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Czterocyfrowe hasło
od 0000 do 9999
Rys. 8. Bajt dziesiąty i jedenasty bloku parametrów [2].
Przykładowy program konfigurujący wyświetlacz TD200:
LD
SM0.1
//Ładowanie bloku parametrów podczas
pierwszego wykonywania programu (bit
SM0.1 podczas drugiego wykonywania
programu jest zero)
MOVW 16#5444
VW0
//Ładowanie ID (ASCII „TD”) bloku
parametrów. Znak #16 – oznacza format
cyfry w kodzie heksadecymalnym/
MOVB 16#10
VB2
//Ustawianie
języka
angielskiego
i
odświeżania wiadomości tak szybko jak to
jest możliwe
MOVB 16#00
VB3
//Ustawienie trybu wyświetlania 20 znaków
MOVB 1
VB4
//Ustawienia numeru wiadomości na 1
MOVB 0
VB5
//Ustawienie adresu bitów M na M0.0 –
M0.7
MOVB 100
VW6
//Ustawienie adresu wiadomości na VB100
MOVB 10
VW8
//Ustawienie adresu bitu startu wiadomości
w VB10
MOVD
MOVD
MOVD
MOVD
MOVD
MEND
16#4D657373
16#61676520
16#31205072
16#696F7269
16#74792031
VD100
VD104
VD108
VD112
VD116
//Ładowanie treści wiadomości
//Ładowanie w kodzie ASCII: „Mess”
// Ładowanie w kodzie ASCII: „age ”
// Ładowanie w kodzie ASCII: „1 Pr”
// Ładowanie w kodzie ASCII: „oiri”
// Ładowanie w kodzie ASCII: „ty 1”
//Koniec programu
Treść wiadomości zawiera tekst „Message 1 Priority 1” co oznacza Wiadomość
pierwsza Priorytet pierwszy.
11
Program ćwiczenia:
Ćwiczenie 1, 2, 3
1. Zapoznać się z budową, zasadą działania i możliwościami zastosowania
wyświetlacza tekstu TD200.
2. Zaprojektować układ sterowania zaproponowany przez ćwiczących lub
prowadzącego.
3. Wykorzystując oprogramowanie STEP 7-Micro/WIN opracować oraz
przetestować program sterownika realizującego zadanie z pkt. 2.
4. Zaprogramować sterownik, uruchomić i przetestować laboratoryjne
poprawność działania.
Wykaz literatury
1. „S7-200 Programmable Controller System Manual”, Siemens AG, 1998.
2. „TD200 Operator Inteface User Manual”, Siemens AG, 1995.
3. Z. Wróbel, G. Sapota: Sterowniki programowalne – laboratorium, WUŚ,
Katowice 2003.
4. Wybrane interfejsy cyfrowe. Materiały pomocnicze do laboratorium PSC.
PB, Białystok 1994.
5. J. Lipowski i inni: Modułowe systemy mikrokomputerowe. Warszawa WNT
1984.
6. W. Mielczarek: Szeregowe interfejsy cyfrowe. Gliwice, HELION 1993.
12