ЛР3 Fatek язык SFC

Лабораторная работа № 3.
Программируемый логический контроллер Fatek. Программирование
контроллера на языке последовательных функциональных схем
1. Цель работы
Изучение языка последовательных функциональных схем, применяемого
для программирования контроллеров.
2. Задачи
Создание простых программ управления контроллером FATEK FBs-20MC
на языке последовательных функциональных схем с помощью среды
программирования WinProLadder.
3. Теоретическая часть
3.1. Язык последовательных функциональных схем
Язык последовательных функциональных схем (SFС — Sequential Function
Chart) является одним из пяти языков программирования контроллеров по
стандарту МЭК 61131-3. Он ориентирован на выполнение операций в
определенной последовательности, которая задается моментами времени или
событиями.
SFС называют языком программирования, хотя по сути это не язык, а
вспомогательное средство для структурирования программ. Он предназначен
специально для программирования последовательности выполнения действий
системой управления, когда эти действия должны быть выполнены в заданные
моменты времени или при наступлении некоторых событий. В его основе лежит
представление системы управления с помощью понятий состояний и переходов
между ними. Язык SFС предназначен для описания системы управления на самом
верхнем уровне абстракции, например, в терминах «Старт», «Выполнение этапа
№ 1», «Выполнение этапа № 2». Язык SFС может быть использован также для
программирования отдельных функциональных блоков, если алгоритм их работы
естественным образом описывается с помощью понятий состояний и переходов.
Базовым блоком схемы SFC является шаг. Шаг эквивалентен понятию
состояния. Полный процесс управления последовательным процессом является
последовательным или параллельным объединением шагов. Программа состоит
из шагов и условий переходов. Шаги показываются на схеме прямоугольниками,
условия переходов - перечеркивающей линией. Программа выполняется сверху
вниз. Начальный шаг на схеме показывается в виде двойного прямоугольника.
Условия переходов записываются рядом с их обозначениями. Каждый шаг
программы может представлять собой реализацию сложного алгоритма,
написанного на одном из языков МЭК 61131-3.
Принцип работы схем SFC (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Пример схемы SFC
Схема SFC рис. 3.1 адаптирована к ее реализации на программируемом
логическом контроллере (ПЛК) Fatek серии FBs в программной среде
WinProladder. Описание работы схемы:
1. STP Sххх - это символ, представляющий шаг Sххх. При выполнении шага
(состояние ON), действия справа от символа шага будут выполнены, а
предыдущий шаг и связанные с ним действия примут состояние OFF.
2. Состояние контакта внутреннего реле М1924 равно ON в течение времени
скана после запуска программы. Поэтому сразу после запуска выполняется вход в
начальный шаг S0 (S0 ON), при этом другие шаги не активны, т.е. все Y1…Y5
установлены в OFF.
Это означает выполнение последовательности событий:
М1924 ON → S0 ON → Y0 ON и Y0 будет оставаться равным ON, пока один из
входных контактов Х1 или Х2 не примет значение ON.
3. Предположим, что Х2 первым будет равен ON; при этом будет выполнен путь
до S21.
.
Y2 останется равным ON, пока Х5 не будет равно ON.
4. Предположим, что
Х5 равно ON, при этом
дальше к шагу S23, т.е.
процесс продвигается
.
Y4 и Y5 остаются равными ON, пока Х6 не будет равно ON. (Если Х10 равно ON,
то Y5 будет равно ON).
5. Предположим, что Х6 равно ON, при этом
процесс продвигается
дальше к шагу S0, т.е
.
Таким образом, весь цикл управления процессом завершен и можно войти в
следующий цикл управления.
Основные виды схем последовательных состояний.
Единственный путь (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Единственный путь
Только после шага S20 возможно выполнение шага S21 через условие
замыкания контакта Х0.
Одиночный контакт Х0 можно заменить на другую последовательную или
параллельную схему соединения контактов.
Селективное разветвление/схождение (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Селективное разветвление/схождение
После шага S20 выбирается только один путь, по которому первым
выполняется условие разветвления. Если, например, Х2 первым равен ON, тогда
будет выполнен только путь с шагом S23.
Разветвление может иметь не более 8 путей.
Одиночные контакты Х1, Х2, ...... Х22 можно заменить на другую
последовательную или параллельную схему соединения контактов.
Одновременное разветвление/схождение (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Одновременное разветвление/схождение
После шага S20, когда Х0 примет значение ON, одновременно будут
выполнять все пути ниже его - все шаги S21, S22, S23 и т.д. будут активны.
Все разветвленные пути в точке схождения должны быть выполнены до
последнего шага (например, S30, S31 и S32). Только в этом случае когда Х1
примет значение ON, возможен переход к шагу S40 для выполнения.
Количество сходящихся путей должно быть точно равно количеству
разветвившихся путей. Максимальное число путей разветвления/схождения равно
8.
Переход (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Переход
Ниже шага S20 имеются три пути, как показано на рис. 3.5. Предположим,
что Х2 равно ON, тогда процесс может перейти непосредственно к шагу S23 без
выполнения процесса селективного разветвления.
Разветвление может быть и на два пути, например путь X1-STP22-X4 может
отсутствовать.
Нельзя пропустить выполнение одновременное разветвление/схождение
путей.
Замкнутый цикл (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Замкнутый цикл
Если начальный шаг S1 равен ON, после выполнения всех остальных шагов
продолжается выполнение бесконечного цикла.
Одиночный цикл (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Одиночный цикл
Если шаг S20 равен ON, и если Х2 также равен ON, то инструкция "RST
S21" переключит шаг S21 в OFF, что останавливает весь процесс цикла.
Возможно произвольное сочетание всех основных видов схем SFC.
3.2. Шаговые инструкции для программирования ПЛК серии Fatek FBs
в утилите WinProladder.
Инструкция STP Sx (рис. 3.8).
Рис. 3.8. Инструкция STP Sx
Эта инструкция является начальной шаговой инструкцией, с которой
начинается любой процесс. В ПЛК серии FATEK FBs можно использовать до 8
начальных шагов, т.е. ПЛК может одновременно управлять 8 процессами. Каждый
шаговый процесс может работать независимо или вырабатывать результаты для
передачи в другие процессы.
Пример 1: Переход к начальному шагу S0 после каждого запуска (ON) (рис.
3.9).
Рис. 3.9. Пример 1 для инструкции STP Sx
Пример 2: Каждый раз при запуске в устройстве режима работы (контакт
M1924) или нажатии ручной кнопки X0 или при неисправности устройства (контакт
аварии M0) устройство автоматически входит в начальный шаг S0 для ожидания
(рис. 3.10).
Рис. 3.10. Пример 2 для инструкции STP Sx
Инструкция STP Sxxx (рис. 3.11).
Рис. 3.11. Инструкция STP Sxxx
Эта инструкция является шаговой инструкцией, каждый шаг в процессе
представляется последовательным шагом. Если состояние шага равно ON, то шаг
активен и выполняется программа релейно-контактной схемы (РКС, язык LD),
связанная с этим шагом. Пример использования инструкций STP Sxxx приведен
на рис. 3.12.
Рис. 3.12. Пример инструкции STP Sxxx
Описание:
 Когда M1924 ON, начальный шаг S0 равен ON и Y0 равен ON.
 Если условие перехода Х10 равно ON (в реальном приложении
условие перехода может быть образовано последовательной или
параллельной комбинацией контактов X, Y, М, Т и С), то запускается
шаг S20. Система автоматически выключает S0 в OFF в текущем
цикле сканирования и Y0 будет автоматически сброшен в OFF, т.е.

.
Если условие перехода Х11 равно ON, то шаг S0 равен ON, Y0 равен
ON и S20, Y1 и Y2 одновременно переключатся в OFF, т.е.
.
Инструкция FROM Sxxx (рис. 3.13).
Рис. 3.13. Инструкция FROM Sxxx
Эта инструкция описывает исходный шаг перехода, т.е. перемещение от
шага Sxxx к следующему шагу согласно условиям перехода. Пример
использования инструкций FROM Sxxx приведен на рис. 3.14.
Рис. 3.14. Пример инструкции FROM Sxxx
Описание.
1. Когда M1924 ON, начальный шаг S0 равен ON. Если Х0 равен ON, то
тогда Y0 будет равен ON.
2. Если S0 равен ON:
a. Если Х1 равен ON, то шаг S20 будет равен ON и Y1 будет равен
ON.
b. Если Х2 равен ON, то шаг S21 будет равен ON и Y2 будет равен
ON.
c. Если ХЗ равен ON, то шаг S22 будет равен ON и YЗ будет равен
ON.
d. Если Х1, Х2 и ХЗ все одновременно равны ON, то тогда шаг S20
будет иметь приоритет и первым будет равен ON, а шаги S21 и
S22 не будут равны ON.
e. Если Х2 и ХЗ одновременно равны ON, то тогда шаг S21 будет
иметь приоритет и первым будет равен ON, а шаг S22 не будет
равен ON.
3. Если S20 равен ON и если Х5 и Х7 одновременно равны ON, то тогда
шаг S23 будет равен ON, Y4 будет равен ON и S20 и Y1 будут равны
OFF.
4. Если S21 равен ON и если Х4 равен ON, то тогда шаг S0 будет равен
ON и S21 и Y2 будут равны OFF.
5. Если S22 равен ON и если Х6 и Х7 одновременно равны ON, то тогда
шаг S23 будет равен ON, Y4 будет равен ON и S22 и Y3 будут равны
OFF.
6. Если S23 равен ON и если Х8 равен ON, то тогда шаг S0 будет равен
ON и S23 и Y4 будут равны OFF.
Инструкция TO Sxxx (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Инструкция TO Sxxx
Эта инструкция описывает шаг, на который передается управление. Пример
применения инструкции TO Sxxx приведен на рис. 3.16. Он подобен примеру рис.
3.14, но отличается типом разветвления/слияния.
Рис. 3.16. Пример применения инструкции TO Sxxx
Описание.
1. Когда M1924 ON, то начальный шаг S0 равен ON. Если Х0 равен ON,
то тогда Y0 будет равен ON.
2. Если S0 равен ON: Если Х1 равен ON, то тогда шаги S20 и S21 будут
одновременно равны ON и Y1 и Y2 также будут равны ON.
3. Если S21 равен ON: Если Х2 равен ON, то тогда шаг S22 будет равен
ON, YЗ будет равен ON и S21 и Y2 будут равны OFF.
4. Если S20 и S22 одновременно равны ОN и условие перехода ХЗ
равно ОN, то шаг S23 будет равен ОN (если Х4 равен ОN, то Y4
будет равен ОN) и S20 и S22 автоматически переключатся в ОFF и
Y1 и УЗ также переключатся в ОFF.
5. Если S23 равен ОN: если Х5 равен ОN, то тогда процесс переходит
назад на начальный шаг, т.е. S0 будет равен ОN, и S23 и Y4 будут
равны ОFF.
Инструкция STPEND (рис. 3.17).
Рис. 3.17. Инструкция STPEND
Эта инструкция используется для указания конца процесса. Необходимо
использовать эту инструкцию, чтобы все процессы работали правильно.
В ПЛК можно использовать до 8 шаговых процессов (S0…S7) и он может
одновременно управлять ими. Поэтому можно использовать до 8 инструкций
STPEND.
Пример использования инструкции STPEND приведен на рис. 3.18.
Рис. 3.18. Пример применения инструкции STPEND
Когда M1924 ON, одновременно 8 процессов будут активны.
Правила составления схемы последовательных состояний
1. В реальных приложениях схему последовательных состояний можно
использовать вместе с релейно-контактной схемой.
2. Имеется 8 шагов, S0-S7, которые можно использовать в качестве
начальной точки и они называются "начальными шагами".
3. Когда ПЛК начинает работу, необходимо активировать начальный шаг.
Для активации начального шага можно использовать вырабатываемый
системой сигнал М1924 (сигнал ОN первого скана).
4. Кроме начального шага, запуск других шагов может управляться из иных
шагов.
5. Для завершения программы шагового процесса в ней необходимо иметь
начальный шаг и конечную инструкцию STPEND.
6. Всего имеется 980 шагов, S20…S999, и их можно свободно использовать.
Однако использованные номера шагов нельзя использовать повторно. Шаги
S500-S999 имеют функцию сохранения (пользователь может изменить этот
диапазон), их можно использовать, если работу объекта управления
необходимо продолжить после аварии питания.
7. Обычный шаг должен состоять из трех частей - управления выходом,
условия перехода и цели перехода.
8. Если выходную точку нужно оставить равной ОN после ветвления шага к
другому шагу, то необходимо использовать инструкцию SЕТ для
управления выходной точкой и использовать инструкцию RST для сброса
выходной точки в ОFF.
9. Если смотреть вниз с начального шага, то максимальное число
горизонтальных путей равно 16. Однако от шага может разветвляться не
более 8 путей.
10. Если М1918=0 (по умолчанию), и если инструкция импульсного типа PULSE
используется в главном цикле управления или в шаговой программе, то
необходимо присоединить инструкцию TU (взятие перехода вверх) перед
инструкцией функции. Пример на рис. 3.19.
Рис. 3.19. Пример использования импульсного режима
Пример схемы последовательных состояний: Светофор пешеходного
перехода (рис. 3.20).
Рис. 3.20. Светофор пешеходного перехода
Входные точки:
 Кнопка пешехода Х0.
 Кнопка пешехода Х1.
Выходные точки:
 Красный свет для транспорта Y0.
 Желтый свет для транспорта Y1.
 Зеленый свет для транспорта Y2.
 Красный свет пешеходного перехода Y3.
 Зеленый свет пешеходного перехода Y4.
Диаграмма SFC процесса управления светофорами пешеходного перехода
приведена на рис. 3.21.
Рис. 3.21. Диаграмма SFC управления светофорами пешеходного перехода
Программа SFC управления светофорами пешеходного перехода в окне
WinProLadder приведена на рис. 3.22 - 3.24.
Рис. 3.22. Программа управления светофорами пешеходного перехода – ступени
N000 … N004
Рис. 3.23. Программа управления светофорами пешеходного перехода – ступени
N005 … N007
Рис. 3.24. Программа управления светофорами пешеходного перехода – ступени
N008 … N011
4. Меры безопасности
Во время выполнения лабораторной работы необходимо:
 соблюдать правила включения и выключения вычислительной техники;
 не подключать кабели, разъемы и другую аппаратуру к компьютеру, не
относящиеся к лабораторной установке;
 при включенном напряжении сети не отключать, не подключать и не
трогать кабели, соединяющие различные устройства компьютера;
 в случае обнаруженной неисправности в работе оборудования или
нарушения правил техники безопасности сообщить руководителю
лабораторной работы;
 не пытаться самостоятельно устранить неисправности в работе
аппаратуры;
 по окончании работы привести в порядок рабочее место.
ВНИМАНИЕ! При работе за компьютером необходимо помнить: к каждому
рабочему месту подведено опасное для жизни напряжение. Поэтому во время
работы надо быть предельно внимательным и соблюдать все требования техники
безопасности!
5. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка представляет собой ПЛК FBs-20MC. Питание от
сети 220 В, 50 Гц подается на ПЛК через сетевой шнур. ПЛК соединяется с
компьютером через кабель интерфейса RS-232 (порт 0 ПЛК). К входным клеммам
X0 ПЛК подключена кнопка (кнопка пешехода). Выходы Y0 … Y0 со светодиодной
индикацией имитируют световые сигналы светофоров.
6. Описание используемых программных комплексов
Для программирования ПЛК FBs-20MC используется программное
обеспечение WinProLadder, которое должно быть установлено на компьютере.
Специфические шаговые инструкции SFC выбираются в диалоговом окне
выбора функции в группе SFC (рис. 3.25).
Рис. 3.25. Окно выбора функции
7. Задание
7.1. Используя программу WinProLadder, создать новый проект. Программа
на языке последовательных функциональных схем в соответствии с рис. 3.22 –
3.24 должна осуществлять управление сигналами светофоров.
7.2. Подключить ПЛК с помощью интерфейсного кабеля к порту RS-232
компьютера, затем с помощью сетевого шнура – к розетке электропитания.
Произвести программирование ПЛК. Проверить правильность работы программы.
Сохранить проект.
7.3. Внести изменения в программу переключения сигналов для транспорта
по следующим вариантам:
 Вариант 1: переключение с красного света на зеленый в
последовательности красный -> красный + желтый длительностью 5 с
-> желтый длительностью 7 с -> зеленый;
 Вариант 2: переключение с красного света на зеленый в
последовательности красный -> красный + желтый мигающий
длительностью 5 с -> желтый длительностью 6 с -> зеленый;
 Вариант 3: переключение с зеленого света на красный в
последовательности зеленый -> зеленый мигающий длительностью 5
с -> желтый длительностью 6 с -> красный.
7.4. Произвести программирование ПЛК. Проверить правильность работы
программы. Сохранить проект.
8. Методика выполнения задания
При
выполнении
лабораторной
программирования, описанные в [1].
работы
использовать
приемы
9. Требования к содержанию и оформлению отчета
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
 краткие теоретические сведения;
 формулировку задания на лабораторную работу;
 описание последовательности выполнения работы;
 изображение рабочего окон с диаграммой программы;
 выводы по лабораторной работе.
Литература
1. Лабораторная работа Программируемый логический контроллер Fatek.
Программирование контроллера на языке релейно-контактных схем