POLITECHNIKA ÅšL
SKA
WYDZIAA
ELEKTRYCZNY
KATEDRA MECHATRONIKI
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
Przedmiot:
Automatyzacja Procesów Technologicznych
Symbol ćwiczenia:
APT2
Programowanie sterownika
Tytuł ćwiczenia:
przemysłowego w języku FBD
SPIS TREÅšCI
Spis rysunków 2
1. Cele ćwiczenia 3
2. Podstawowe wiadomości 3
3. Laboratoryjne stanowisko badawcze 6
3.1. Obiekt badany 6
3.2. UrzÄ…dzenia 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
SPIS RYSUNKÓW
Symbole graficzne podstawowych bitowych funkcji logicznych.OR, AND i
1. 4
XOR stosowane w języku FBD.
2. Instrukcja przypisania. 4
3. Instrukcja przypisania. 4
4. Przykład zastosowania instrukcji AND, OR, NOT i instrukcji przypisania. 4
5. Instrukcja zerujÄ…ca i ustawiajÄ…ca zmiennÄ… binarnÄ…. 4
6. Przerzutnik Flip Flop zerujÄ…cy i ustawiajÄ…cy. 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
2
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
1. CELE ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z następującymi zagadnieniami:
żð Programowanie przemysÅ‚owych sterowników programowalnych z wykorzystaniem jÄ™zyka
funkcjonalnych schematów blokowych FBD.
2. PODSTAWOWE WIADOMOÅšCI
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:
·ð Instrukcje logiki bitowej,
·ð Instrukcje porównania,
·ð Instrukcje konwersji,
·ð Instrukcje licznikowe
·ð Instrukcje skoków
·ð Instrukcje operacji matematycznych staÅ‚oprzecinkowych i zmiennoprzecinkowych.
·ð Instrukcje sterowania wykonywaniem programu.
·ð Instrukcje czasowe
·ð 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):
·ð Suma logiczna OR
·ð Iloczyn logiczny AND
·ð Różnica symetryczna XOR
3
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 1. Symbole graficzne podstawowych bitowych funkcji logicznych.OR, AND i XOR stosowane w
języku FBD [4].
Zmienna

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 zerujÄ…ca i ustawiajÄ…ca zmiennÄ… binarnÄ… [4].
4
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 6. Przerzutnik Flip Flop zerujÄ…cy i ustawiajÄ…cy [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

zostanie wyzerowana (ustawiona na stan logiczny 0), natomiast
w przerzutniku ustawiajÄ…cym 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
ustawiajÄ…cego.
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 dominujÄ…ce.
5
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
Opis składni i semantyki pozostałych instrukcji logiki bitowej, w tym również bardzo
przydatnych instrukcji wykrywających zbocza sygnałów, jak również pozostałych instrukcji
języka FBD można znalez
ć w dokumentacji technicznej konkretnych sterowników, np. [2][4].
3. LABORATORYJNE STANOWISKO BADAWCZE
3.1. Obiekt badany
żð PrzemysÅ‚owy sterownik programowalny  Simatic S7-1200 CPU1212C (rys. 9).
Rys. 9. Modułowy sterownik Simatic S7-1200 firmy Siemens.
żð 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.
6
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
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.
7
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
Tab. 1. Przyporządkowanie wejść i wyjść sterownika
Wejście Symbol Opis Wyjście Symbol Opis
I0.0 P11 Wyłącznik krańcowy Q0.0 KV1 Przegub 1
przegubu 1 (pozycja
spoczynkowa)
I0.1 P12 Wyłącznik krańcowy Q0.1 KV2 Przegub 2
przegubu 1 (pozycja
robocza)
I0.2 P21 Wyłącznik krańcowy Q0.2 KV3 Przegub 3
przegubu 2 (pozycja
spoczynkowa)
I0.3 P22 Wyłącznik krańcowy Q0.3 KV4 Chwytak
przegubu 2 (pozycja
roboczaa)
I0.4 P31 Wyłącznik krańcowy Q0.4 KV5 Wypychacz
przegubu 3 (pozycja
spoczynkowa)
I0.5 P32 Wyłącznik krańcowy Q0.5 K1 Silnik napędowy
przegubu 3 (pozycja taśmociągu
robocza)
I0.6 C1 Czujnik obecności
elementu w zasobniku
I0.7 C2 Czujnik obecności
elementu na końcu
taśmociągu
3.2. UrzÄ…dzenia dodatkowe
żð Komputer PC.
3.3. Oprogramowanie
żð Totally Integrated Automation Portal Step 7 Basic V10.5 (rys. 13).
8
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
Rys. 13. Widok okna projektu.
4. PROGRAM ĆWICZENIA  WYKAZ ZADAC
DO REALIZACJI
żð Konfiguracja sprzÄ™towa sterownika PLC.
żð Stworzenie tablicy tagów odwzorowujÄ…cej tablicÄ™ wejść-wyjść sterownika PLC.
żð Opracowanie wymaganego algorytmu sterowania wraz z obsÅ‚ugÄ… wybranych stanów
awaryjnych
żð Implementacja algorytmu sterowania manipulatora pneumatycznego w jÄ™zyku FBD.
żð Przetestowanie programu.
5. PRZYKA
AD REALIZACJI ZADANIA
5.1. Układ sterowania taśmociągu podajnika elementów
Taśmociąg ma działać następująco:
·ð po stwierdzeniu obecnoÅ›ci elementu w zasobniku (czujnik C1 aktywny) należy
wysterować siłownik wypychacza (KV5) i jednocześnie uruchomić napęd
taśmociągu (K1).
9
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
·ð TaÅ›mociÄ…g pracuje tak dÅ‚ugo, aż czujnik na koÅ„cu taÅ›my (C2) sygnalizuje pojawienie siÄ™
elementu. Wówczas powinno nastąpić zatrzymanie taśmociągu. Ponadto siłownik
wypychacza wraca do pozycji wsuniętej.
·ð Po znikniÄ™ciu elementu na koÅ„cu taÅ›mociÄ…gu (pobranie przez manipulator) nastÄ™puje
wypchnięcie kolejnego elementu i powtórzenie powyższej sekwencji.
·ð 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).
10
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
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.
11
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
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:
żð Przebieg ćwiczenia (główne czynnoÅ›ci).
żð Opis zadania, które należaÅ‚o zrealizować.
żð Algorytm dziaÅ‚ania sterownika.
żð Listing napisanego programu wraz z komentarzami.
12
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD
AUTOMATYZACJA PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH  instrukcja do
ćwiczenia laboratoryjnego
żð Podsumowanie i wnioski  wady i zalety napisanego programu, możliwoÅ›ci 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
13
Programowanie sterownika przemysłowego w języku FBD