Разработка программы для управления работы перекрестком

КОЛЛЕЖД АВТОМАТИЗАЦИИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ № 20

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

на тему Разработка программы для управления работы перекрестком

 

по специальности Автоматические системы управления (220417)

 

 

 

Студента гр.   А-41 _   

_____________________ Османов Ш. О.

               подпись

Руководитель ____________________

_____________________ В.А.Ксенз

               подпись

 

 

 

Работа  прошла защиту

с оценкой _______________________________

«_______»_____________________200____г.

 

 

 

 

 

 

 

Москва 

2013

Содержание


Описание задания

3

Ведение

4

Раздел 1.  ТИПОВАЯ  АРХИТЕКТУРА ПРОЦЕССОРА S7

6

Раздел 2. СЕМЕЙСТВО SIEMENS S7-200

13

Раздел 3. SIEMENS S7-200 В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

16

Раздел 4. КОНФИГУРАЦИЯ ОБЪЕКТА “ПЕРЕКРЕСТОК”

21

Раздел 5. ПРОГРАММА  ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ “ПЕРЕКРЕСТОК”

22

Раздел 6. ПРОВЕРКА ПРОГРАММЫ В ЭМУЛЯТОРЕ COS Sim

25

Заключение

27

Список используемой литературы

28





Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

КАИТ №20.

 

 Разраб.

 

 

 

 Провер.

Ксенз

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утверд.

 

 

 

Лит.

Листов

 

Гр.А-41


 

 

 

 

 

 

Описания задания

 

Разработать комплект лабораторных работ по дисциплине Микропроцессоры  и микросхемотехника с использованием цифрового табло в среде STEP 7-Micro/WIN 32 на языке программирования Ladder Diagram.

 

  1. При нажатии на кнопку Пуск включается селеный сигнал светофора на магистрали 2-4 и красный сигнал светофора на магистрали 1-3.
  2. Через 1 секунду ситуация меняется прямо противоположно: включается красный сигнал светофора на магистрали 2-4 и зеленый на магистрали 1-3.
  3. Данная последовательность действий повторяется циклически
  4. Цикл останавливается при нажатии на кнопку стоп

 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

КАИТ №20.

 

 

Введение

 

Роль короче всей этой хуйни  сюда ебать


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

КАИТ №20.

 

 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

КАИТ №20.

 

 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

КАИТ №20.


Раздел 1. ТИПОВАЯ АРХИТЕКТУРА ПРОЦЕССОРА S7

 

Регистры CPU

Регистры CPU Регистры CPU используются для адресации или обработки данных. Данные могут с помощью соответствующих команд быть обменены между областями памяти CPU и регистрами. CPU содержит следующие программно доступные регистры:

• Аккумуляторы: Два (в S7-300) или четыре (в S7-400) аккумулятора используются для арифметики, сравнений c байтами, словами или двойными словами.

• Адресные регистры: Два  адресных регистра используются как указатели для косвенной адресации памяти.

• Регистры блоков данных: Регистры блоков данных содержат номера открытых блоков данных. Таким образом возможно, что открыты одновременно два DB: один DB с помощью регистра DB, другой как экземпляр DB с помощью регистра DI. Когда DB открыт, его длина (в байтах) автоматически загружается в связанный c ним регистр.

• Слово статуса: Содержит различные биты, которые отражают результат или статус отдельных инструкций во время выполнения программы.

 

 

 

 

 

Области памяти Память S7-CPU может быть разделены на четыре области:

• Загрузочная память используется, чтобы хранить программу пользователя без символов и комментариев. Загрузочная память может быть выполнена в виде RAM или FLASH EPROM.


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

КАИТ №20.



Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

КАИТ №20.


• Рабочая память (встроенная RAM) используется, чтобы хранить соответствующую часть S7- программы, необходимую для выполнения программы. Программа выполняется исключительно в рабочей памяти.

 

• Область ввода - вывода разрешает прямой доступ ко входам и выходам, cвязанных c ней сигнальных модулей.

 

• Системная память (RAM) содержит области отображения входного и выходного процессов, меркеры, таймеры и счетчики. Кроме того, она cодержит локальный стек, стек блоков и стек прерываний.

 

 

 

 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

КАИТ №20.


 

 

Для создания программ управления необходимо знать назначение отдельных  бит некоторых регистров (см. рис. 3)

 

 

 

 

Назначение отдельных  элементов:

MCR (Master Control Rela). - Блокировка выходных сигналов Master Control Relay - это "самый главный" выключатель, управляющий подачей энергии на элементы технологического процесса и, в случае аварии, позволяющий их обесточить. В STEP7 есть возможность в зависимости от состояния MCR-бита просто запретить прохождение ненулевых сигналов на выходы контроллера, т.е. заблокировать выходы.

СЛОВО СОСТОЯНИЯ (РЕГИСТР ФЛАГОВ)

Выполнение команды может  изменить соответствующие биты слова  состояния CPU. Эти биты могут использоваться как результат операции, а также  как информация об результате выполнения той или иной команды.

/FC - First Check Bit - Флаг первичного опроса


Состояние флага первичного опроса управляет цепочкой битовых  логических команд. Если опрос первичный, то /FC = "О". Цепочка битовых логических команд заканчивается и /FC сбрасывается в "О" после команд присваивания (=, R, S), а также после команд переходов, анализирующих флаги RLO или BR. Любая  другая битовая логическая Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

КАИТ №20.


команда устанавливает флаг первичного опроса. Каждая битовая  логическая команда анализирует  состояние флага /FC:

  • Если /FC = "1", команда логически объединяет результат опроса бита с результатом логической операции, сформированным со времени первичного опроса и запомненным в бите RJLO.

 

 

 

 

  • Если /FC = "О", строка логических команд начинается с первичного

опроса, т.е. результаты предыдущих опросов не учитываются в текущей  команде.

RLO - Result of Logic Operation - Флаг логического результата

Во время выполнения программы  процессор при обработке отдельных  опросов образует сначала результат  опроса. Если выполнено условие опроса, то результат опроса равен 1, если условие  опроса не выполнено, результат опроса равен 0. Результат опроса накапливается  процессором как результат логической операции (RLO) следующим образом:

  • Результат опроса бита логически объединяется с предыдущим результатом логической операции, сохраненным в бите RLO. если опрос не первичный, т.е. /FС="1".
  • Если опрос первичный, т.е. /FC= "О", то результат опроса бита и будет


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

КАИТ №20.


являться результатом  логической операции RLO, т.е. все предыдущие опросы битов не учитываются в  текущей команде. Помимо битовых  логических команд на состояние флага RLO влияют также команды равнения. Если условие сравнения выполнено. RLO="1", если условие не выполнено RLO"0".

Флаг результата логической операции можно использовать для  анализа результата команд переходов, вызовов блоков, присваивания результата какому-либо биту и т.д.

STA - Status Bit - Флаг статуса

При выполнении команд чтения бита памяти (U, UN, О, ON, X. XN) флаг статуса  всегда равен значению опрашиваемого  бита.

 

 

При выполнении команд, которые  могут изменить состояние бита памяти (=. R, S), флаг STA равен записываемому  биту или, если запись в память не выполняется, равен значению адресуемого бита, т.е. того бита, состояние которого хотели изменить. Команды битовой логики, не выполняющие доступа к памяти, устанавливают флаг статуса в "1". Флаг статуса не анализируется командами, он отображается только для Вас, когда  Вы просматриваете в отладчике состояние  программных переменных.

OR - Флаг операции  ИЛИ 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

КАИТ №20.


Флаг OR используется для  объединения команд "И" перед командами "ИЛИ". Устанавливается в "1", если RLO команды "И" =1. Это блокирует результат логической операции "ИЛИ". Любая другая команда работы с битами сбрасывает флаг OR.

OV - Overflow - Флаг переполнения

Флаг переполнения отображает ошибки, возникающие при выполнении математических команд или команд сравнения для чисел с плавающей точкой. Флаг OV устанавливается этими командами после того, как имела место ошибка (переполнение, недопустимая операция, сравнение невыполнимо). Флаг OV сбрасывается после исчезновения ошибки.

OS - Overflow Stored - Флаг переполнения

Флаг OS запоминает флаг OV, если имела место ошибка во время выполнения математических команд и команд сравнения для чисел с плавающей точкой. Флаг OS устанавливается вместе с флагом OV при возникновении ошибки, но, в отличие от флага OV не сбрасывается при

 


исчезновении ошибки. Таким  образом, он отображает, <> или ли ошибки во время выполнения одной из предыдущих команд. Сбрасывается в "О" только командами вызова блоков, окончания блоков, а также командой перехода SI'S (переход, если OS="1"). Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

КАИТ №20.


 

BR - Binary Result Bit - Флаг двоичного результата

Флаг BR организует связь  между обработкой бит и слов. Этот флаг позволяет Вашей программе интерпретировать результат логических операций над словами как битовый результат и использовать его в потоке битовой логики. Например, флаг BR дает Вам возможность написать функцию (FC) или функциональный блок (FB) в STL. а затем вызывать их в LAD. Во время написания FB или FC в STL. если Вы хотите потом вызывать их в LAD, Вы должны запомнить RLO в бите BR так, чтобы должным образом обеспечить сигнал разрешения выхода (ENO) для блока LAD. Этот сигнал ENO будет затем использоваться для разрешения или запрета вызова других блоков, следующих за этим. Когда Вы вызываете системные функции (SFC) или функционально назначенные блоки (SFB) из Вашей программы, бит BR отображает, были ли ошибки при выполнении SFC или SFB:

  • Если при выполнении блока имели место ошибки. BR = "О".

 

  • Если ошибок при выполнении блока не было. BR = " 1".

ССО, СС1 - Condition Codes - Флаги условия


Биты ССО и СС1 могут  использоваться для определения результата выполнения достаточно большого числа команд. Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

12

КАИТ №20.


 

 

 

 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

13

КАИТ №20.


Раздел 2. СЕМЕЙСТВО SIEMENS

S7-200

несколько типов  центральных процессоров Siemens различной производительности (CPU 221, 222, 224, 224 XP, 226):

  • Исчерпывающий набор инструкций;  
    большое количество: - Базовых операций: логические инструкции, инструкции адресации результата, сохранения данных, управления таймерами и счетчиками, загрузки, передачи, сравнения, сдвиговых операций, формирования дополнений, вызова подпрограмм (с передачей локальных переменных). 
  • Интегрированных коммуникационных функций: чтения (NETR) и записи (NETW) информации в сеть, поддержки свободно программируемого порта (Transmit XMT, Receive RCV).  
    Функций расширенного набора команд: инструкции управления широтно-импульсной модуляцией, генераторами импульсов, выполнением арифметических функций и операций с плавающей запятой, работой ПИД регуляторов, функциями переходов и циклов, преобразования кодов и другие. 
  • Счетчики: удобный набор функций в сочетании с встроенными скоростными счетчиками существенно расширяют возможный спектр областей применения контроллера.
  • Обработка прерываний:  
    Использование входов аппаратных прерываний, фиксирующих появление импульсных сигналов (по нарастающему или спадающему фронту) и позволяющих существенно снизить время реакции

 

  • Прямое сканирование входов и выходов, производимое независимо от цикла выполнения программы.
  • Непосредственный опрос входов и управление выходами: опрос

входов и управление состоянием выходов может выполняться независимо от цикла выполнения программы. Это  позволяет снизить время реакции  на прерывание и время формирования соответствующих выходных сигналов

 

широкую гамму  модулей ввода-вывода дискретных и  аналоговых сигналов Siemens (EM 221, 222, 223, 231, 232, 235, ):

  • Применение модулей ввода-вывода дискретных сигналов позволяет увеличить количество входов и выходов, обслуживаемых одним контроллером, и обеспечивает:
  • Оптимальную адаптацию контроллера к требованиям решаемой задачи за счет подключения необходимого набора модулей расширения. Для расширения могут быть использованы 8-, 16- или 32-канальные модули ввода-вывода дискретных сигналов.
  • Высокую гибкость: наличие модулей расширения позволяет в любой момент времени расширить функциональные возможности контроллера с внесением соответствующих изменений в его программу.
  • Увеличение количества каналов ввода-вывода дискретных сигналов, обслуживаемых одним центральным процессором.
  • Гибкая адаптация программируемого контроллера к требованиям поставленной задачи.
  • Расширение системы управления в ходе ее модернизации.


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

14

КАИТ №20.

 

 

Функциональный  модули Siemens EM 253, SIWAREX MS, siplus DCF 77:

  • Формирование импульсов управления, следующих с частотами от 12 Гц до 200 кГц.
  • Интерфейс 5В датчиков позиционирования или датчиков позиционирования с интерфейсом RS422.
  • Позиционирование с использованием абсолютных или относительных координат.
  • Ручное управление операциями позиционирования.
  • До 25 профилей позиционирования с использованием до 4 скоростей перемещения.
  • Интегрированные функции переключения скоростей движения (2-скоростной режим).
  • Компенсация при изменениях направления движения.
  • Выбор режима работы с установкой до 4 контрольных точек


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

15

КАИТ №20.

 

 

Раздел 3. SIEMENS S7-200 В ПРОМЫШЛЕННОСТИ


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

16

КАИТ №20.


Промышленная  связь

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 позволяют использовать несколько  вариантов организации промышленной связи:

  • Последовательная связь через встроенный порт(ы) RS485 c

поддержкой протоколов PPI (Point-to-Point Interface), MPI (Multipoint Interface) или свободно программируемых ASCII протоколов. В сети MPI контроллеры S7-200 способны выполнять только функции ведомых устройств. Дополнительное программное обеспечение Instruction Library позволяет использовать встроенный порт(ы) центральных процессоров для поддержки протоколов MODBUS RTU и USS.

  • Подключение к сети AS-Interface через коммуникационный процессор CP 243-2 и выполнение функций ведущего сетевого устройства.
  • Подключение к сети PROFIBUS-DP через коммуникационный модуль EM 277 и выполнение функций интеллектуального ведомого DP устройства.
  • Подключение к сети Industrial Ethernet через коммуникационный процессор CP 243-1 (TCP/IP) или CP 243-1 IT (Web-сервер,

электронная почта).

  • Модемная связь с использованием модуля EM 241.

 

 

 

Сеть PPI  
Связь через сети PPI поддерживается операционной системой центральных процессоров S7-200. Соединения выполняются витой парой и могут использоваться для подключения к программатору, устройствам человеко-машинного интерфейса, объединения нескольких контроллеров. Каждый центральный процессор способен поддерживать одновременный обмен данными с другими центральными процессорами, текстовыми дисплеями или панелями оператора. Скорость передачи данных может составлять 9.6, 19.2 или 187.5 Кбит/с.  

    • Программаторы Field PG или Power PG.
    • Персональные компьютеры (AT-совместимые), через PC/PPI-

или USB/PPI-кабель.

    • Текстовый дисплей TD 200 или TD 200C, сенсорная панель TP 070 или TP 170 Micro, панель оператора OP 73 Micro, другие панели оператора SIMATIC.
    • До 31 программируемого контроллера. Одновременно с этим к сети может быть подключен программатор, компьютер, текстовый дисплей TD 200 или панель оператора. Непосредственный обмен данными между двумя контроллерами S7-200 осуществляется с помощью инструкций NETR и NETW.

 

 

 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

17

КАИТ №20.

 

 

Сеть MPI  
Все центральные процессоры CPU 22x могут подключаться через встроенный интерфейс к сети MPI и обмениваться данными с программируемыми контроллерами SIMATIC S7-300/S7-400. Скорость передачи данных может составлять 19.2 или 187.5 Кбит/с. В сети MPI контроллеры S7-200 способны выполнять только функции пассивных устройств и не могут обмениваться данными между собой. 
 
PPI интерфейс в режиме свободно программируемого порта  
В этом режиме могут быть реализованы необходимые для обмена данными протоколы (ASCII протокол, протоколы Modbus или USS). Подключение к устройствам с встроенным портом RS 232 осуществляется через PC/PPI-кабель. В CPU 226 в свободно программируемом режиме может использоваться оба встроенных порта. Максимальная скорость передачи данных может достигать 38.4 Кбит/с. 
К свободно программируемому PPI порту могут подключаться:

    • любые устройства с встроенным последовательным интерфейсом: принтер, сканнер, модем и т.д.;
    • программируемый контроллер S7-200 для организации непосредственной связи между двумя центральными процессорами;
    • до 31 преобразователя частоты MICROMASTER при использовании протокола USS.


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

18

КАИТ №20.

 

 

AS-Interface 
Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 (CPU 22x) с коммуникационным процессором CP 243-2 способны выполнять функции ведущего устройства AS-Interface. К одному коммуникационному процессору допускается подключение до 62 ведомых устройств AS-Interface, обслуживающих до 248 каналов ввода и до 186 каналов вывода дискретных сигналов. 
 
Ведомое устройство PROFIBUS-DP  
PROFIBUS-DP используется для организации однородной связи между

всеми системными компонентами SIMATIC, обеспечивает возможность использования  изделий других фирм-изготовителей. SIMATIC S7-200 подключается к PROFIBUS-DP через  модуль EM 277. Модуль выполняет функции  стандартного ведомого DP-устройства и  способен выполнять обмен данными  со скоростью до 12 Мбит/с. 
 
Industrial Ethernet  
Подключение к сети Industrial Ethernet может производиться через коммуникационный процессор CP 243-1 или CP 243-1IT. В сети Industrial Ethernet CP 243-1 способен поддерживать до 8 логических соединений. Для управления обменом данными используются функции PUT/GET, механизм обмена данными клиент/ сервер, протокол TCP/IP. Обмен данными с компьютерными приложениями может быть организован через S7-OPC сервер. Скорость передачи данных может составлять 10 или 100 Мбит/с. Коммуникационный процессор CP 243-1IT позволяет интегрировать S7-200

в мир IT-технологий. Он поддерживает функции Web-сервера, а также передачу сообщений по каналам электронной почты. 
 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

КАИТ №20.

 

 

Модемная связь  
Коммуникационный модуль EM 241 выполняет функции модема и способен работать в одном из следующих режимов:

 

    • Дистанционное программирование и отладака с удаленного компьютера, оснащенного модемом и программным обеспечением STEP 7 Micro/WIN.
    • Обмен данными через сеть MODBUS в режиме ведущего или ведомого сетевого устройства.
    • Передача буквенно-цифровых SMS-сообщений на мобильные телефоны или пейджеры.
    • Обмен данными между двумя CPU 22x.

 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

КАИТ №20.

 

 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

КАИТ №20.


Раздел 4. КОНФИГУРАЦИЯ ОБЪЕКТА

“ПЕРЕКРЕСТОК”

 

Физ. имена входов

Физ. имена выходов

Режим

I0.0

Красный светоф. 1-3

Q0.0

Стоп

I0.1

Желтый светоф.  1-3

Q0.1

Пуск

I0.2

Зеленый светоф. 1-3

Q0.2

Машина 1

I0.3

Красный светоф. 2-4

Q0.3

Машина 2

I0.4

Желтый светоф. 2-4

Q0.4

Машина 3

I0.5

Зеленый светоф. 2-4

Q0.5

Машина 4

I0.6

Переход 1 кр.

Q1.0

Переход 1

I1.0

Переход 1 зл.

Q1.1

Переход 2

I1.1

Переход 2 кр.

Q1.2

Переход 3

I1.2

Переход 2 зл.

Q1.3

Переход 4

I1.3

Переход 3 кр.

Q1.4

   

Переход 3 зл.

Q1.5

   

Переход 4 кр.

Q1.6

   

Переход 4 зл.

Q1.7


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21

КАИТ №20.

 

 

Раздел 5. ПРОГРАММА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ “ПЕРЕКРЕСТОК”

 

  1. Зайдите в среду программного обеспечения STEP 7–Micro/WIN32 с ярлыка на рабочем столе компьютера. Используя кнопки на панели инструментов или пиктограммы динамической панели, запишите следующую программу:
    • Зеленый сигнал светофора на магистрали 2-4, красный на переходе 2 и 4
    • Красный сигнал светофора на магистрали 1-3, зеленый на переходе 1 и 3
    • Через 10 секунд цвета светофора меняются на противоположный

 

Продолжение на следующей  странице


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

КАИТ №20.

 

 

 

  1. Проверьте правильность составления и написания с помощью компилятора, выполнив команду PLK,Compile


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

23

КАИТ №20.

 

 


Изм.


Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

24

КАИТ №20.


Если ошибок нет, загрузите  программу в контроллер с помощью  кнопки Download на панели инструментов:

 

 

  1. Включите на стенде питание

 

  1. Подключите к питанию панель контроллеров

 

  1. Выполните подключение рабочей кнопки к входам ПЛК

 

  1. Запустите программу командой PLC, Run или кнопкой Run на панели инструментов.


 

 


Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

КАИТ №20.


Раздел 6. ПРОВЕРКА ПРОГРАММЫ В ЭМУЛЯТОРЕ  COS Sim

 

После нажатия на кнопку Пуск начинается цикл программы перекресток. Каждые десять секунд магистрали 1-3 и 2-4 меняют сигнал светофора на противоположный.

Разработка программы для управления работы перекрестком