Специализирани компютърни системи - ръководство за лабораторни упражнения

ЮЛКА П. ПЕТКОВА









РЪКОВОДСТВО ЗА ЛАБОРАТОРНИ
УПРАЖНЕНИЯ

ПО

СПЕЦИАЛИЗИРАНИ
КОМПЮТЪРНИ СИСТЕМИ

2

Ръководството за лабораторни упражнения по дисциплината „Специализирани
компютърни системи” е предназначено основно за студентите от ОКС „Бакалавър”, специалност
КСТ, изучаващи дисциплината „Специализирани компютърни системи”. То може да се използва
и от студентите от ОКС „Магистър”, специалност КСТ, специализация „Компютърни мрежи и
комуникации”, както и от всички, които се интересуват и желаят да получат първоначални
познания по програмируеми логически контролери.
В учебното пособие са разгледани: програмируемият контролер от серията Twido
TWD20Dxxxxx; лабораторният макет, върху който се извършват лабораторните упражнения,
както и програмната среда TwidoSuite.
Лабораторните упражнения са представени в осем теми. Структурата на представяне е една
и съща и включва: описание на някакъв функционален блок, на определен вид входове и изходи,
както и на различни видове променливи, следва задаване на конкретна задача за решаване,
последвана от анализ и разпределение на необходимите ресурси на контролера. В първите
няколко упражнения са изяснение всички етапи на проектирането на системи за автоматизиране
на управлението на определени обекти, а в последните се акцентира само върху особеностите,
които трябва да се имат предвид при решаването на поставените задачи. Към отделните теми са
добавени и допълнителни въпроси и задачи.
Извън конкретните теми за лабораторни упражнения са добавени и допълнителни задачи за
самостоятелна работа.


Доц. д-р Юлка Петкова
Катедра „Компютърни науки и технологии”
Технически университет - Варна

3

Програмируеми логически контролери (ПЛК). ПЛК от серията TWIDO

1. Въведение
Развитието на съвременната индустрия поставя нови предизвикателства пред проектантите
на специализираните компютърни системи. Все по-големи стават изискванията за автоматизация
на производствените процеси. Поради тази причина употребата на програмируеми логически
контролери (Programmable Logic Controllers - PLC) става все по–необходима и все по-масова.
Програмируемите логически контролери намират широко приложение в различни области на
индустрията. Чрез тях се управляват машини или процеси, които имат дискретен характер на
действие.
Машината или устройството постоянно изпълнява предопределена последователност от
деиствия или в резултат на определени събития, или след изтичане на зададено време. PLC се
използват също за управление и на непрекъснати технологични процеси.
В последните години PLC се развиват много интензивно и се утвърждават като основна база
на индустриалната автоматизация. Бързото развитие на микроелектрониката води до намаляване
на цената и подобряване на характеристиките на PLC. Голямото разнообразие от PLC,
предлагани на пазара, позволява да се намерят оптимални решения както за сравнително прости
задачи, така и за комплексна автоматизация на производството.
Програмируемите логически контролери са компактни и гъвкави (универсални) устройства,
които се използуват за управление на машини (обекти) и/или технологични процеси.
Една от официално приетите дефиниции за PLC е следната:
Програмируеми (промишлени) контролери се наричат програмно управлявани електронни
системи, проектирани за използуване в качеството на промишлено оборудване за логическо
управление на различни машини, съоръжения и технологични процеси през цифрови или
аналогови входове и изходи. PLC са програмно управлявани устройства. Програмата извършва
управлението на контролера - при активирането на входен сигнал от логическо (on/off) или
аналогово входно устройство, се изработва съответстващ отговор - активиране на изход към
съответствуващо изходно устройство (логическо или ана логово) в зависимост от
съществуващите логически (програмни) връзки между отделните устройства.
2. Особености на PLC
 PLC са програмно управлявани устройства.
 Операционната система на PLC се съхранява в ROM паметта.
 В RAM паметта се зарежда и изпълнява потребителската програма за управление на
технологичния процес.
 Често към контролера се предлага и външно програмиращо устройство или специален
софтуер за персонален компютър (PC).
 Притежават съединители за връзка с други контролери, външно програмиращо
устройство или PC с инсталиран специален софтуер.
3. Основни модули на PLC
Независимо от големината и сложността си, контролерите притежават принципно следните
основни модули, представени в блок-схемата, изобразена на фигура 1.1:
 процесорен – предназначен е да възприема сигналите от датчиците на системата и въз
основа на програмата, записана в паметта на контролера, да издава изходни сигнали.
Един контролер може да притежава един или повече процесорни модула, като всеки един
от тях е функционално обоснован.

4

 програмна памет - съдържа (кодирана) последователността на работа на
програмируемия контролер. Измерва се в килобайтове или в брой програмни инструкции.
Варира в широки граници в зависимост от мощността на контролера.
 памет за данни - съдържа статуса на управлявания обект. Обемът й определя броя на
вътрешните релета, таймери и др.
 входен интерфейс – осигурява електрическа обработка на сигналите от управляващия
обект.
 изходен интерфейс – осигурява електрическа обработка на сигналите към управлявания
обект. Обикновено типът и броят на входовете/изходите определят мощността на
програмируемия контролер.
 модул захранване;
 модул за връзка с други контролери, горно ниво (при свързване в мрежа) или
персонален компютър;
 устройство за програмиране.
Захранване

















Фиг. 1.1. Основни модули на PLC
Функционално програмируемият контролер „чете” входните сигнали и в отговор издава
изходни сигнали. Изходните сигнали зависят от логиката, записана в програмата. Програмата
предварително е записана в програмната памет на контролера посредством програмно
устройство и програмен софтуер. Периодично процесорният модул чете и изпълнява програмата
и въз основа на входните сигнали издава управляващи (изходни) синали. Периодът за
еднократно изпълнение на програмата се нарича „време на сканиране“. Типично той варира от 5
до 50 милисекунди.
4. Програмируеми контролери TWIDO
Програмируемите логически контролери от серията TWDLMDAхxDхх на Schneider Electric
са компактни или модулни устройства, позволяващи широк набор от функции и възможности.
Съществуват различни комбинации от отделните модули, предлагани в серията TWIDO. В
зависимост от приложението си, различните типове контролери са снабдени с основни и
възможност за свързванене на допълнителни модули.
М
Входни модули

Изходни

модули

Захранване
Централен
процесор (CPU)

Памет

програми данни
Входни устройства

Из
ходни устройства

Програмираща
станция
Оптическа
изолация
Оптическа
изолация

5

На фигура 1.2 са показани: модул „индикатор”, процесорен модул и допълнителен аналогов
входно-изходен модул на модулни контролери от серията TWDLMDAхxDхх, а в таблица 1.1 са
показани кратки спецификации на основните модели TWIDO контролери.

Фиг. 1.2. Модул „индикатор”, процесорен модул и допълнителен аналогов входно-изходен модул
Таблица 1.1. Спецификации на основните модели TWIDO
Модел
контролер
Брой
24VDC
входове
Брой и
тип на
изходите
Съединител
Серийни
портове
Максимален брой
входно-изходни
модули за
разширение
Допълнителни
модули - тип
касета
TWD LMDA
20DRT
12 sink
/source
8
transistor
source
Сменяема
винтова
клема
1 х RS 485
опционален
1 x RS
232C/485
7 модула
2 слота: RTC и
EEPROM памет
TWD LMDA
20DTK
12 sink
/source
8
transistor
source
Съединител
HE10
1 х RS 485
опционален
1 x RS
232C/485
4 модула
2 слота: RTC и
EEPROM памет
TWD LMDA
20DUK
12 sink
/source
8
transistor
sink
Съединител
HE10
1 х RS 485
опционален
1 x RS
232C/485
4 модула
2 слота: RTC и
EEPROM памет
TWD LMDA
40DTK
24 sink
/source
16
transistor
source
Съединител
HE10
1 х RS 485
опционален
1 x RS
232C/485
7 модула
2 слота: RTC и
EEPROM памет
TWD LMDA
40DUK
24 sink
/source
16
transistor
sink
Съединител
HE10
1 х RS 485
опционален
1 x RS
232C/485
7 модула
2 слота: RTC и
EEPROM памет
4.1. Основен модул (процесорен модул) на TWDLMDA20DTK
Процесорният модул представлява хардуерно устройство с включени ограничен брой
входове и изходи, които позволяват използване на модула като самостоятелно устройство за
решение на определен клас от задачи за автоматизация.
Модулният контролер TWDLMDA20DTK включва:
 1 аналогов и 12 цифрови входа
 8 цифрови изхода (transistor source)
 Захранващ модул
 Комуникационен модул
 Модул за следене на работата на контролера и състоянието на входовете/изходите (чрез
светлинна индикация – LED )

6

 Възможност за свързване на до два модула („cartridge”):
o за следене на реално време (RTC – real time clock cartridge)
o допълнителна памет (EEPROM cartridge)
o входен симулатор
 Възможност за сързване на до седем разширителни входно/изходни модула.
4.1.1. Описание на предния панел
Предният панел е показан на фигура 1.3. и включва:
1. Основен преден капак
2. Аналогов потенциометър
3. Съединител за свързване с вградения аналогов вход
4. Блок със светлинна индикация, показващ:
- състоянието на контролера (PWR, RUN, ERR и STAT),
- състоянието на входовете и изходите (INi и OUTi).
5. Съединител за сериен порт RS 485 мини (от тип DIN)
6. Два слота (защитени от подвижни капачета)
- за допълнителна памет - TWD XCP memory MFKхх
- за външен часовник за реално време - TWD XCP RTC
7. Съединител за свързване на входно/изходни устройства. Фиг. 1.3. Преден панел
8. Съединител за захранване 24 VDC
9. На десният панел: Съединител за допълнителни външни входно/изходни модули TWD
Dхх и TWD AMх / AхM (4 или 7 в зависимост от модела).
9. На левия панел: Съединител за TWD XCP ODM дисплей модул или TWD NOZ ххх модул
за сериен интерфейс.
4.1.2. Архитектура на процесорния модул TWDLMDA20DRT
На фигура 1.4 е показана блоковата схема на процесорен модул от типа TWDLMDA20DТК

Фиг. 1.4. Блокова схема на процесорен модул от типа TWDLMDA20DТК

7

4.2. Описание на блоковете
Централен процесор CPU – основната му задача е декодиране и изпълнение на
инструкциите от програмното осигуряване. Процесорът изпълнява набор от команди,
реализирани логически от транзисторни схеми. Основни характеристики на процесора са: