Разработка программы управления котельной с применением программируемого микроконтроллера фирмы SIEMENS

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация……………………………………………………………………         Введение……………………………………………………………........1

Обзор микроконтроллеров…………………………….………………..5

2. Описание технологического процесса………………………………..12

3. Разработка функциональной схемы алгоритма……………………...13

4. Выбор технических средств…………………………………………...17

     4.1 Выбор промышленного контроллера ………………………........17

     4.2 Выбор датчиков… ………………………………………………..18

5. Проектирование программы…………………………………………..19

5.1. Присвоение адресов………………………………………………21

5.3. Словесный алгоритм по отдельным контурам………………...23

5.4 Разработка таблицы решений…………………………………....26

Заключение………………………………………………………………..29

Список литературы……………………………………………………….30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АННТОТАЦИЯ

 

Целью данного курсового проекта является разработка программы управления котельной с применением программируемого микроконтроллера фирмы SIEMENS. С помощью микроконтроллера должны быть реализованы основные алгоритмы технологического процесса, а также должно быть описано поведение системы при возникновении какой-либо аварийной ситуации на производстве. Контроллеры фирмы SIEMENS удобны тем, что в них уже имеются многие готовые элементы сопряжения с объектом управления, например гальваническая развязка источников питания. Также имеется монтажная стойка, к которой можно производить непосредственное подключение всех необходимых датчиков и акторов.

 

1 ВВЕДЕНИЕ

 

Философия управления ПЛК SIEMENS    семейства  S7 200,300,400 основана на процессорном управлении , что позволяет  производить очень точный контроль и управление  поэтому пригодны для использования  практически  в любых   отраслях производства.

Модульная конструкция контроллера, работа с естественным охлаждением, гибкие возможности расширения, мощные коммуникационные возможности, простота создания распределенных систем управления и удобство обслуживания делают SIMATIC S7-400 идеальным средством для решения практически любых задач автоматизации.

       Основными областями  применения SIMATIC S7-400 являются:

• Машиностроение.

• Автомобильная промышленность.

• Складское хозяйство.

• Технологические установки.

• Системы измерения и сбора данных.

• Текстильная промышленность.

• Упаковочные машины и линии.

• Производство контроллеров.

• Автоматизация машин специального назначения.

После окончания написания программных блоков воспользуемся PLCSIM для симуляции процесса автоматизации  
Имитационное программное обеспечение S7-PLCSIM позволяет тестировать блоки пользователей для SIMATIC S7 с помощью программатора или персонального компьютера даже в тех случаях, когда реальная аппаратура управления недоступна. Такая диагностика может выполняться на ранних этапах разработки системы управления.  
Это позволяет:  
• Сокращать общие сроки запуска системы управления.  
• Существенно повышать качество разрабатываемого программного обеспечения.  
S7-PLCSIM может быть использован для тестирования всех блоков пользователя, написанных на языках STL, LAD, FBD, S7-GRAPH, S7-HiGraph, S7-SCL и CFC (включая SFC). Дополнительно он может использоваться совместно с S7-PDIAG и WinCC (при локальной установке).  
S7-PLCSIM имитирует взаимодействие центрального процессора S7 с областью отображения входных и выходных сигналов. Используя те же процедуры, что и реальная аппаратура, S7- PLCSIM тестирует “загруженную” в память контроллера программу.  
Кроме того, S7-PLCSIM обеспечивает интерфейс для обмена данными со стандартными программами Windows. Эта связь базируется на использовании OCX для чтения и записи переменных, а также изменения режимов выполнения программы (например, выполнение только одного цикла).  
В ходе проведения испытаний могут быть использованы следующие сервисные функции:  
• Выбор режима испытаний: непрерывное выполнение программы или один цикл.  
• Отображение содержимого аккумуляторов и флагов.  
• Интерфейс пользователя для проверки и модификации значений входных и выходных сигналов, содержимого памяти, таймеров, счетчиков и данных. S7-PLCSIM интегрируется в STEP 7. За счет этого в STEP 7 могут быть использованы дополнительные функции:  
• Функции тестирования и запуска.  
• Функции проверки используемого языка программирования.

 

 

 

 

2 ОБЗОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

 

Отличительные особенности семейства SIMATIC S7-200:

• время выполнения 1К логических инструкций не превышает 0.37мс;
• наличие скоростных счетчиков внешних событий;
• наличие быстродействующих входов внешних прерываний;
• возможность наращивания количества обслуживаемых входов-выходов (за исключением систем на основе CPU 221);
• наличие импульсных выходов (ШИМ или ЧИМ);
• потенциометры аналогового задания цифровых параметров;
• часы реального времени (встроенных или устанавливаемых в виде субмодуля);
• мощный набор инструкций языка программирования;
• последовательный PPI-интерфейс, который может быть использован в качестве свободно  программируемого интерфейса;
• функции ведущего устройства AS-интерфейса, обеспечиваемые коммуникационным модулем CP 243-2;
• функции ведомого устройства PROFIBUS-DP, обеспечиваемые коммуникационным модулем EM 277;
• дружественная оболочка программирования STEP 7 Micro/Win;
• трехуровневая парольная защита программ пользователя;
• возможность работы с устройствами человеко-машинного интерфейса.

Конструкция

Семейство SIMATIC S7-200 объединяет в своем составе:

• 4 типа центральных процессоров, отличающихся объемами памяти, количеством встроенных входов-выходов, набором встроенных функций, возможностями расширения системы.
• Широкий спектр модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.
• Два коммуникационных модуля, обеспечивающие возможность подключения к AS-интерфейсу и сети PROFIBUS-DP (только ведомое устройство).

  Все контроллеры, модули ввода-вывода и коммуникационные модули выпускаются в износоустойчивых пластиковых корпусах. Монтаж всех модулей может выполняться на стандартную 35мм профильную шину или на плоскую поверхность. Соединения между модулями выполняются плоскими кабелями.

  Контроллеры SIMATIC S7-200 отвечают  требованиям международных стандартов VDE, UL,CSA и FM (класс I, категория 2, зоны A, B, C, D и T4A). Система управления качеством  изготовления изделий SIMATIC S7-200 имеет  сертификат ISO 9001. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 имеют сертификат Госстандарта России № РОСС DE.ME20.B00818 на соответствие требованиям стандартов ГОСТ Р 50377-92, ГОСТ 28244-89 и ГОСТ 29216-91.

  Условия эксплуатации ПЛК:

• температура окружающей среды – 0 … +55°C (-25 … +75°C для изделий SIPLUS);
• относительная влажность – 5…95% (RH уровень 2 в соответствии с IEC 1131-2);
• атмосферное давление – 860…1060 мм рт. ст.

 

 Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 позволяют использовать для организации связи:

• PPI интерфейс, работающий в сканирующем или свободно программируемом режиме;
• AS-I (Actuator Sensor Interface), в котором контроллеры S7-200 выполняют функции ведущего сетевого устройства;
• сеть PROFIBUS-DP, в которой S7-200 способны выполнять только функции ведомых DP устройств (интеллектуальных устройств распределенного ввода-вывода);
• MPI интерфейс, в котором S7-200 способен выполнять только функции ведомого устройства.

  Все модели центральных процессоров S7-200 оснащены встроенным PPI (Point To Point Interface) интерфейсом (RS 485), который может  быть использован для подключения  программатора, устройств человеко-машинного интерфейса, других контроллеров S7-200.    Каналы связи выполняются витой парой. В такой сети один центральный процессор может поддерживать одновременную связь с несколькими центральными процессорами S7-200, текстовыми дисплеями или панелями оператора. Скорость передачи данных может достигать 187.5 Кбит/с. PPI интерфейс может быть использован для организации связи:

• с программаторами PG702, PG720 PII, PG740 PIII, PC RI45 PIII;
• через PC/PPI кабель с АТ-совместимыми компьютерами;
• с текстовыми дисплеями TD200, панелью оператора MP070, а также панелями оператора  OP3, OP7, OP17, OP27 и OP37.
• с другими контроллерами S7-200.

   К одному программатору, компьютеру, текстовому дисплею  или панели оператора по PPI интерфейсу  может подключаться до 31 контроллера S7-200.

  Центральные процессоры S7-200 могут  использовать PPI интерфейс для организации  непосредственной связи между  контроллерами. Управление обменом  данными выполняется с помощью  инструкций NETR и NETW.

P Контроллеры S7-200 способны осуществлять обмен данными по MPI интерфейсу. Скорость передачи данных может достигать 187.5 Кбит/с. Связь может осуществляться с контроллерами SIMATIC S7-400, SIMATIC S7-300, панелями операторов SIMATIC OP, программаторами и компьютерами. В такой сети контроллеры SIMATIC S7-200 могут выполнять только функции ведомых устройств и не способны обмениваться данными между собой.

 

SIMATIC S7-300 – это модульные программируемые  контроллеры, работающие с естественным  охлаждением. Модульная конструкция, возможность построения распределенных структур управления, наличие дружественного пользователю интерфейса позволяет использовать контроллер для экономичного решения широкого круга задач автоматического управления в

различных областях промышленного производства.

      Основными областями  применения контроллеров SIMATIC S7-300 являются:

    • Системы управления  машинами специального назначения.

    • Системы управления  текстильными машинами.

    • Системы управления  упаковочными машинами.

    • Системы управления общего назначения.

    • Системы автоматического  регулирования.

    • Автоматизированные  измерительные установки.

    • Системы управления  электротехнического производства  и другие.

  Эффективному применению контроллеров  способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и ком-

муникационных процессоров.

 

 Основные характеристики

   Контроллеры SIMATIC S7-300 имеют модульную конструкцию и могут включать в свой состав:

• Модули центральных процессоров (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой

задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров, отличающиеся производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций, наличием или отсутствием коммуникационных интерфейсов.

• Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами.

• Коммуникационные процессоры (СР) для подключения к сетям PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS интерфейсу или организации связи по PPI (point to point) интерфейсу.

• Функциональные модули (FM), способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования, позиционирования, обработки сигналов.     Функциональные модули снабжены встроенным микропроцессором и способны выполнять возложенные на них функции даже в случае отказа центрального процессора ПЛК.

     При необходимости  в составе контроллера могут  быть использованы:

• Модули блоков питания (PS), обеспечивающие возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120 или 230В.

• Интерфейсные модули (IM), обеспечивающие возможность подключения к центральному контроллеру стоек расширения ввода-вывода. Контроллеры SIMATIC S7-300 позволяют использовать в своем составе до 32 сигнальных и функциональных модулей, а также коммуникационных процессоров, распределенных по 4 монтажным стойкам. Все модули работают сестественным охлаждением.

• Модули управляющего компьютера SIMATIC M7-300.

 

     SIMATIC S7-300 отвечают требованиям  национальных и международных  стандартов и норм, включая DIN, UL, CSA и FM. Они имеют сертификат Госстандарта  России № РОСС DE.ME20.B00819 на соответствие требованиям ГОСТ Р 50377-92, ГОСТ 28244-89 и ГОСТ 29216-91, а также сертификат Госстандарта России № 1307 о регистрации контроллеров S7- 300 в Государственном реестре средств измерений № 15772-96.

  Контроллеры отличаются высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам и имеют два исполнения:

• Стандартные системы с диапазоном рабочих температур от 0 до 60°С.

• Системы с расширенным температурным диапазоном (от –25 до 60°С) и повышенной стойкостью к воздействию влажности, конденсата и мороза. Могут устанавливаться вне помещений в шкафах со степенью защиты IP 20.

  Конструкция контроллера отличается  высокой гибкостью и удобством  обслуживания:

       • Все модули  легко устанавливаются на профильную  рейку DIN и фиксируются на           установленных местах винтом.

       • Подключение  модулей к внутренней шине  контроллера производится с помощью   шинных соединителей.

       • Наличие  фронтальных соединителей, позволяющих  производить замену модулей без  демонтажа всех внешних соединений.

       • Подключение  внешних соединений с помощью  винтовых или пружинных контактов.

       • Применение  модульных соединений (TOP connection) с 1- или 3-проводным подключением.

       • Единая для  всех модулей глубина установки. Наличие защитных крышек, закрывающих узлы подключения внешних цепей.

       • Возможность  установки сигнальных модулей  и коммуникационных процессоров  на любые посадочные места  монтажной стойки.

 

 

Расширение

 В системах управления, построенных  на основе CPU 314 или более мощных процессоров, может быть использовано расширение, позволяющее обслуживать до 32 сигнальных модулей.

    • В состав системы  может входить одна базовая (CR) и до трех стоек расширения (ER). В каждой стойке может размещаться до 8 модулей. В стойке CR устанавливается центральный процессор.

   • Соединение стоек осуществляется  с помощью интерфейсных модулей. Каждая стойка снабжается собственным  интерфейсным модулем, устанавливаемым  в смежный с центральным процессором  разъем и обеспечивающим автономное обслуживание связи с другими стойками системы. Применение интерфейсных модулей IM 365 позволяет подключать к базовой стойке одну стойку расширения, удаленную на расстояние не более 1м. Интерфейсные модули IM 360 и IM 361 позволяют подключать к базовой стойке до 3 стоек расширения. Расстояние между стойками в этом случае может достигать 10м.

   • Стойки могут устанавливаться  горизонтально или вертикально.

       В системах  управления, построенных на основе  CPU 314 или более мощных процессоров, может быть использовано расширение, позволяющее обслуживать до 32 сигнальных модулей.

   • В состав системы  может входить одна базовая (CR) и до трех стоек расширения (ER). В каждой стойке может размещаться до 8 модулей. В стойке CR устанавливается центральный процессор.

   • Соединение стоек осуществляется  с помощью интерфейсных модулей. Каждая стойка снабжается собственным  интерфейсным модулем, устанавливаемым  в смежный с центральным процессором  разъем и обеспечивающим автономное  обслуживание связи с другими  стойками системы. Применение интерфейсных модулей IM 365 позволяет подключать к базовой стойке одну стойку расширения, удаленную на расстояние не более 1м. Интерфейсные модули IM 360 и IM 361 позволяют подключать к базовой стойке до 3 стоек  расширения. Расстояние между стойками в этом случае может достигать 10м.