POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

KATEDRA MECHATRONIKI

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Przedmiot:

Automatyzacja Procesów Technologicznych

Symbol

ćwiczenia:

APT2

Tytuł ćwiczenia:

Programowanie sterownika
przemysłowego w języku FBD

SPIS TREŚCI

Spis rysunków

2

1.

Cele ćwiczenia

3

2.

Podstawowe wiadomości

3

3.

Laboratoryjne stanowisko badawcze

6

3.1.

Obiekt badany

6

3.2.

Urządzenia dodatkowe

8

3.3.

Oprogramowanie

8

4.

Program ćwiczenia - wykaz zadań do realizacji

9

5.

Przykład realizacji zadania

9

5.1.

Układ sterowania taśmociągu podajnika elementów

9

6

Raport

12

7.

Pytania

13

Literatura

13

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

2

SPIS RYSUNKÓW

1.

Symbole graficzne podstawowych bitowych funkcji logicznych.OR, AND i
XOR stosowane w języku FBD.

4

2.

Instrukcja przypisania.

4

3.

Instrukcja przypisania.

4

4.

Przykład zastosowania instrukcji AND, OR, NOT i instrukcji przypisania.

4

5.

Instrukcja zerująca i ustawiająca zmienną binarną.

4

6.

Przerzutnik Flip Flop zerujący i ustawiający.

5

7.

Przykład zastosowania instrukcji ustawiającej.

5

8.

Przykład zastosowania instrukcji przerzutnika Flip Flop ustawiającego.

5

9.

Modułowy sterownik Simatic S7-1200 firmy Siemens.

6

10.

Schemat funkcjonalny części wykonawczej stanowiska.

6

11.

Układ połączeń pneumatycznej części wykonawczej.

7

12.

Układ połączeń sterownika i elektrycznej części wykonawczej.

7

13.

Widok okna projektu.

9

14.

Utworzenie nowego projektu.

10

15.

Konfiguracja sprzętowa sterownika PLC.

11

16.

Tablica tagów sterownika PLC.

11

17.

Implementacja algorytmu sterowania pracą taśmociągu w języku FBD.

12

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

3

1. CELE ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z następującymi zagadnieniami:

 Programowanie przemysłowych sterowników programowalnych z wykorzystaniem języka

funkcjonalnych schematów blokowych FBD.

2. PODSTAWOWE WIADOMOŚCI

Język funkcjonalnych schematów blokowych FBD (ang. Function Block Diagram) jest

jednym

z

graficznych

języków programowania programowalnych sterowników

przemysłowych zdefiniowanym w normie IEC 61131-3. Elementami graficznymi

występującymi w języku FBD są prostokątne bloki i elementy sterujące połączone ze saobą

liniami poziomymi i pionowymi.

Wszystkie instrukcje języka FBD można podzielić na kilka grup:



Instrukcje logiki bitowej,



Instrukcje porównania,



Instrukcje konwersji,



Instrukcje licznikowe



Instrukcje skoków



Instrukcje operacji matematycznych stałoprzecinkowych i zmiennoprzecinkowych.



Instrukcje sterowania wykonywaniem programu.



Instrukcje czasowe



Inne

Podstawowym typem instrukcji, najczęściej wykorzystywanych w praktyce są instrukcje

logiki bitowej. Są to instrukcje, które jako argumenty wykorzystują zmienne binarne

(dwustanowe) i wartość wyjściowa jest również typu binarnego. W grupie instrukcji bitowych

można wyróżnić następujące, podstawowe instrukcje (rys. 1):



Suma logiczna OR



Iloczyn logiczny AND



Różnica symetryczna XOR

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

4

Rys. 1. Symbole graficzne podstawowych bitowych funkcji logicznych.OR, AND i XOR stosowane w

języku FBD [4].

Zmienna <address> wskazuje adres zmiennej Bool z dozwolonych obszarów pamięci

sterownika, która to zmienna jest argumentem wejściowym funkcji. Wskazuje ona adres

Najprostsze programy pisane w języku FBD wymagają również instrukcji

przypisania (rys. 2).

Rys. 2. Instrukcja przypisania [4].

Uzupełnieniem podstawowego zestawu instrukcji logiki bitowej jest funkcja negacji

(inwersji) NOT, której reprezentacja graficzna jest przedstawiona na rys. 3.

Rys. 3. Instrukcja przypisania [4].

Przykład zastosowania wymienionych funkcji przedstawiono na rys. 4.

Rys. 4. Przykład zastosowania instrukcji AND, OR, NOT i instrukcji przypisania [4].

W powyższym przykładzie stan sygnału wyjściowego Q4.0 jest równy 0 wówczas, gdy

sygnały I0.0 i I0.1 są jednocześnie równe 1 lub sygnał I0.2 jest równy 0 lub też obie te

sytuacje mają miejsce jednocześnie.

Bardzo często w programach konieczne jest zapamiętanie stanu zmiennych binarnych. W tym

celu należy posłużyć się funkcjami realizującymi przerzutniki (rys. 5 i 6).

Rys. 5. Instrukcja zerująca i ustawiająca zmienną binarną [4].

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

5

Rys. 6. Przerzutnik Flip Flop zerujący i ustawiający [4].

Różnica pomiędzy przerzutnikiem zerującym, a ustawiającym polega na tym, że w

przerzutniku zerującym wejście R jest dominujące tzn. jeśli równocześnie S=1 i R=1 to

zmienna o adresie <address> zostanie wyzerowana (ustawiona na stan logiczny 0), natomiast

w przerzutniku ustawiającym jest odwrotnie.

Na rys. 7 przedstawiono przykład zastosowania funkcji ustawiającej.

Rys. 7. Przykład zastosowania instrukcji ustawiającej [4].

W powyższym przykładzie sygnał wyjściowy Q4.0 jest ustawiony na wartość 1 tylko wtedy,

gdy na wejściach I0.0 i I0.1 jest jednocześnie 1 lub sygnał I0.2 ma wartość 0. Po ustawieniu

sygnału Q4.0 pozostaje on w tym stanie do momentu wykonania instrukcji zerującej Q4.0.

Na rys. 8 przedstawiono ponadto przykład zastosowania przerzutnika Flip Flop

ustawiającego.

Rys. 8. Przykład zastosowania instrukcji przerzutnika Flip Flop ustawiającego [4].

W przykładzie z rys. 8 jeśli zmienna I0.0 jest równa 1 i zmienna I0.1 jest równa 0 wówczas

zmienna M0.0 jest ustawiona i zmienna Q4.0 przyjmuje wartość 1. Jeśli I0.0 jest 0, a I0.1 jest

1 wówczas zmienna Q4.0 jest równa 0. W przypadku gdy I0.0 i I0.1 są równe 0 wówczas

sygnały M0.0 i tym samym Q4.0 nie ulegają zmianie. Wreszcie gdy I0.0 i I0.1 są

jednocześnie równe 1 wówczas M0.0 jest zerowany i Q4.0 jest równy 0, ponieważ wejście R

przerzutnika jest dominujące.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

6

Opis składni i semantyki pozostałych instrukcji logiki bitowej, w tym również bardzo

przydatnych instrukcji wykrywających zbocza sygnałów, jak również pozostałych instrukcji

języka FBD można znaleźć w dokumentacji technicznej konkretnych sterowników, np. [2][4].

3. LABORATORYJNE STANOWISKO BADAWCZE

3.1. Obiekt badany

 Przemysłowy sterownik programowalny – Simatic S7-1200 CPU1212C (rys. 9).

Rys. 9. Modułowy sterownik Simatic S7-1200 firmy Siemens.

 Manipulator pneumatyczny wraz z podajnikiem elementów (rys. 10).

Rys. 10. Schemat funkcjonalny części wykonawczej stanowiska.

Na rys. 11 przedstawiono schemat połączeń części wykonawczej pneumatycznej, a na rys. 12

schemat połączeń części sterującej oraz części wykonawczej elektrycznej.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

7

Rys. 11. Układ połączeń pneumatycznej części wykonawczej.

Rys. 12. Układ połączeń sterownika i elektrycznej części wykonawczej.

Ze schematów z rys 11 i 12 wynika przyporządkowanie wejść i wyjść cyfrowych sterownika

do konkretnych urządzeń. Przyporządkowanie to jest zawarte w tab. 1.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

8

Tab. 1. Przyporządkowanie wejść i wyjść sterownika

Wejście Symbol

Opis

Wyjście Symbol

Opis

I0.0

P11

Wyłącznik krańcowy
przegubu 1 (pozycja
spoczynkowa)

Q0.0

KV1

Przegub 1

I0.1

P12

Wyłącznik krańcowy
przegubu 1 (pozycja
robocza)

Q0.1

KV2

Przegub 2

I0.2

P21

Wyłącznik krańcowy
przegubu 2 (pozycja
spoczynkowa)

Q0.2

KV3

Przegub 3

I0.3

P22

Wyłącznik krańcowy
przegubu 2 (pozycja
roboczaa)

Q0.3

KV4

Chwytak

I0.4

P31

Wyłącznik krańcowy
przegubu 3 (pozycja
spoczynkowa)

Q0.4

KV5

Wypychacz

I0.5

P32

Wyłącznik krańcowy
przegubu 3 (pozycja
robocza)

Q0.5

K1

Silnik napędowy
taśmociągu

I0.6

C1

Czujnik obecności
elementu w zasobniku

I0.7

C2

Czujnik obecności
elementu na końcu
taśmociągu

3.2. Urządzenia dodatkowe

 Komputer PC.

3.3. Oprogramowanie

 Totally Integrated Automation Portal Step 7 Basic V10.5 (rys. 13).

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

9

Rys. 13. Widok okna projektu.

4. PROGRAM ĆWICZENIA – WYKAZ ZADAŃ DO REALIZACJI

 Konfiguracja sprzętowa sterownika PLC.

 Stworzenie tablicy tagów odwzorowującej tablicę wejść-wyjść sterownika PLC.

 Opracowanie wymaganego algorytmu sterowania wraz z obsługą wybranych stanów

awaryjnych

 Implementacja algorytmu sterowania manipulatora pneumatycznego w języku FBD.

 Przetestowanie programu.

5. PRZYKŁAD REALIZACJI ZADANIA

5.1. Układ sterowania taśmociągu podajnika elementów

Taśmociąg ma działać następująco:



po stwierdzeniu obecności elementu w zasobniku (czujnik C1 aktywny) należy

wysterować siłownik wypychacza (KV5) i jednocześnie uruchomić napęd

taśmociągu (K1).

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

10



Taśmociąg pracuje tak długo, aż czujnik na końcu taśmy (C2) sygnalizuje pojawienie się

elementu. Wówczas powinno nastąpić zatrzymanie taśmociągu. Ponadto siłownik

wypychacza wraca do pozycji wsuniętej.



Po zniknięciu elementu na końcu taśmociągu (pobranie przez manipulator) następuje

wypchnięcie kolejnego elementu i powtórzenie powyższej sekwencji.



W przypadku stwierdzenia braku kolejnego elementu w zasobniku (C1 nieaktywny dla

pozycji wsuniętej wypychacza) układ pozostaje w spoczynku.

W pierwszym kroku należy przygotować nowy projekt w środowisku TIA Portal (rys. 14.).

Rys. 14. Utworzenie nowego projektu.

Następnie w stworzonym projekcie należy dokonać konfiguracji sprzętowej sterownika

PLC (rys. 15).

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

11

Rys. 15. Konfiguracja sprzętowa sterownika PLC.

Następnie należy przygotować tabelę tagów, w której będą zawarte dane z tab. 1 (rys. 16).

Rys. 16. Tablica tagów sterownika PLC.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

12

W kolejnym kroku należy opracować algorytm procesu i sterowania i zaimplementować go w

postaci programu napisanego w języku FBD (rys. 17.).

Rys. 17. Implementacja algorytmu sterowania pracą taśmociągu w języku FBD.

Stworzony projekt (konfiguracja sprzętowa i program) należy załadować do sterownika i

przetestować poprawność jego działania.

6. RAPORT

Raport z przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego powinien zawierać:

 Przebieg ćwiczenia (główne czynności).

 Opis zadania, które należało zrealizować.

 Algorytm działania sterownika.

 Listing napisanego programu wraz z komentarzami.

AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH – instrukcja do

ćwiczenia laboratoryjnego

Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD

13

 Podsumowanie i wnioski – wady i zalety napisanego programu, możliwości jego dalszej

rozbudowy.

7. PYTANIA

1. Co oznacza skrót FBD ?

2. Jakie są podstawowe bitowe funkcje logiczne języka FBD ? Jakich symboli graficznych

używa się do ich graficznej reprezentacji ?

LITERATURA

1. Kasprzyk J.: Programowanie sterowników przemysłowych. Wydawnictwa Naukowo-

Techniczne, Warszawa 2006.

2. Simatic S7. Programowalny sterownik S7-1200. Podręcznik systemu.

www.siemens.com

.

3. Simatic. TIA Portal STEP 7 Basic V10.5. Getting Started.

www.siemens.com

4. Simatic. Function Block Diagram (FBD) for S7-300 and S7-400 Programming. Reference

Manual.

www.siemens.com

Opracowanie: Damian Krawczyk

Gliwice 2011