POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH

Transkrypt

1 POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH Laboratorium Przemysłowych Systemów Cyfrowych Kierunek studiów: EZ Przedmiot: Przemysłowe systemy cyfrowe Kod: Ćwiczenie 1, 2 Współpraca wyświetlacza TD200 z przemysłowym sterownikiem SIMATIC S7-200 firmy SIEMENS Białystok 2008

2 Ogólne zasady bezpieczeństwa Przed przystąpieniem do zajęć należy zapoznać się z instrukcją dydaktyczną do stanowiska laboratoryjnego. W przypadku wykorzystywania na stanowisku laboratoryjnym gotowych podzespołów (sterowniki przemysłowe, moduły i inna aparatura) należy przestrzegać wszystkich zaleceń dotyczących bezpieczeństwa opisanych w instrukcjach producenta. Dokonać oględzin urządzeń i przyrządów używanych w ćwiczeniu, a o zauważonych nieprawidłowościach bezzwłocznie powiadomić prowadzącego. Zabrania się samodzielnego załączania stanowiska bez zgody prowadzącego. Zmian nastaw parametrów lub konfiguracji, możliwych przy użyciu dostępnych manipulatorów (potencjometrów, przełączników), należy dokonywać po przeanalizowaniu skutków takich działań. Zmian konfiguracji obwodów elektrycznych, możliwych jedynie poprzez zmiany połączeń przewodów, należy dokonywać za zgodą prowadzącego po uprzednim wyłączeniu zasilania stanowiska. Po załączeniu stanowiska wykonywanie przełączeń (np. wymiana przyrządu) w układzie znajdującym się pod napięciem jest niedozwolone. Stosowanie sposobów sterowania, ustawień lub procedur innych niż opisane w instrukcji może spowodować nieprzewidziane zachowanie obiektu sterowanego a nawet uszkodzenie stanowiska. Nie należy podłączać urządzeń nie przeznaczonych do współpracy z tym stanowiskiem laboratoryjnym. Przekroczenie dopuszczalnych parametrów prądów, napięć sygnałów sterujących może doprowadzić do przegrzania się niektórych podzespołów, pożaru lub porażenia prądem. W przypadku pojawienia się symptomów nieprawidłowego działania (np. swąd spalenizny) natychmiast należy wyłączyć stanowisko i odłączyć przewód zasilający. Demontaż osłon stanowiska oraz wszelkie naprawy i czynności serwisowe, oprócz opisanych w instrukcji, powinny być wykonywane przez wykwalifikowany personel po wyłączeniu stanowiska. Należy stosować tylko bezpieczniki o parametrach nominalnych podanych w instrukcji lub na obudowie urządzenia. Urządzenie powinno być czyszczone przy użyciu suchej i miękkiej szmatki. Nie należy stosować do tych celów rozpuszczalników. Podczas korzystania z aparatury laboratoryjnej (oscyloskopy, generatory, zasilacze itp.) należy przestrzegać ogólnych zasad bezpieczeństwa tj.: - Do zasilania przyrządu należy stosować tylko kable zalecane do danego wyrobu. - Nie należy podłączać lub odłączać sond i przewodów pomiarowych, gdy są one dołączone do źródła napięcia. - Przyrząd powinien być połączony z uziemieniem przez przewód ochronny w kablu zasilającym. Aby uniknąć porażenia przewód ten powinien być podłączony do przewodu ochronnego sieci. - Przewód uziemiający sondy należy podłączać tylko do uziemienia ochronnego. Nie należy podłączać go do punktów o wyższym potencjale. - Aby uniknąć porażenia prądem podczas używania sondy, należy trzymać palce nad pierścieniem zabezpieczającym. Nie wolno dotykać metalowych części grotu, gdy sonda jest podłączona do źródła napięcia - Nie dotykać końcówek przewodów łączeniowych w trakcie wykonywania pomiarów

3 Opis stanowiska laboratoryjnego Studenci wykonujący ćwiczenie mają do swojej dyspozycji przemysłowy sterownik programowalny SIMATIC S7 z CPU212 firmy SIEMENS wraz z wyświetlaczem tekstu TD200. Ponadto studenci dysponują dokumentacją techniczno ruchową sterownika. W oparciu o dokumentację zapoznają się z budową, warunkami eksploatacji zestawu i samodzielnie zestawiają układ pomiarowy. Niniejsza instrukcja zawiera kilka przykładów zastosowania i oprogramowania sterownika. Stanowisko laboratoryjne jest zasilane z szafki znajdującej się przy stanowisku. Ze względu na możliwość porażenia prądem elektrycznym wszystkie połączenia, przełączenia czy sprawdzanie łączonego obwodu bezwzględnie muszą się odbywać przy wyłączonej szafce zasilającej. Studenci po wykonaniu badań i przedstawieniu wyników badań prowadzącemu zajęcia rozłączają połączone przez siebie układy pomiarowe, porządkują przyrządy na stołach laboratoryjnych i wieszają przewody łączeniowe na wieszaku.

4 Wykaz dostępnych przyrządów i aparatury 1. Sterownik SIMATIC S szt. 2. Wyświetlacz tekstu TD200 1szt. 3. Komputer 1szt. 4. Zasilacz stabilizowany laboratoryjny 1szt. 5. Zasilacz stabilizowany prądu stałego 24V, 5A 1szt. 6. Oscyloskop cyfrowy 1szt. Sterownik z CPU 212 Parametry ogólne: Pamięć programu użytkownika / pamięć 512 słów / EEPROM Pamięć danych użytkownika / pamięć 512 słów / RAM Własne we / wy cyfrowe 8 we / 6 wy Obsługa we / wy analogowych 16 we / 16/wy Czas wykonywania instrukcji logicznych 1,2 μs / instrukcję Timery 64 Liczniki 64 Szybkie liczniki 1 programowy (2kHz maks.) Dostrojenie analogowe 1 szt. Parametry wejść cyfrowych: Zakres napięcia dla stanu ON VDC, 4 ma minimum Maks. 35 VDC, w czasie do 0,5 s Znamionowe napięcie wyjściowe ON 24 VDC, 7 ma Napięcie dla stanu OFF, maksimum 5 VDC, 1 ma Czas odpowiedzi I0.0 do I0.7 0,3 ms max Izolacja galwaniczna (optyczna) 500 VAC, 1 min. Parametry wyjść cyfrowych: Typ wyjścia Zakres napięcia Maksymalny prąd obciążenia Prąd przeciążenia Czas opóźnienia przełączania Izolacja optyczna Zabezpieczenie przeciwzwarciowe tranzystorowy VDC 0.75 A 4 A, 100 ms 25 μs włączenia 120 μs wyłączenia minimum 500 VAC, 1min. brak

5 Parametry zasilania: Zakres napięcia Prąd wejściowy Zabezpieczenie Izolacja galwaniczna VDC 60 ma typowo, dla CPU 500 ma maksymalne obciążenie 2 A, 250 V zwłoczny jest, transformatorowa 1500 VAC Parametry zasilacza prądu stałego (czujniki pomiarowe) Zakres napięcia 16,4 28,8 VDC Pulsacje i szumy (<10MHz) takie samo jak napięcie zasilające Maksymalny prąd wyjściowy 180 ma Zwarciowy prąd ograniczenia <600 ma Izolacja galwaniczna brak Wyświetlacz tekstu TD200 Wymiary gabarytowe 72 mm x 144 mm x 27 mm Wyświetlacz ciekłokrystaliczny 2 linie po 20 znaków o wysokości 5 mm Klawiatura 9 przycisków Połączenie TD200 z S7-200 CPU PPI (RS-485, 9.6kBod) Napięcie zasilające 24 VDC; (15 VDC 30 VDC) Prąd zasilający 70 ma (100 ma max, 24 VDC) Klasa ochrony od przodu IP65 od tyłu IP20

6 OPIS BLOKU PARAMETRÓW Do wyświetlania wiadomości na wyświetlaczu tekstu TD200 niezbędne jest odpowiednie sparametryzowanie bloku parametrów wiadomości. Blok parametrów składa się z 12 kolejnych bajtów pamięci. Format bloku parametrów wyświetlacza TD200 przedstawiono na rys. 1. Rys. 1. Format bloku parametrów wyświetlacza TD200 [2]. Tablica 1. Znaki w kodzie ASCII i znaki alternatywne [2].

7 Bajt zerowy i bajt pierwszy zawierają symbol identyfikujący wiadomość. Bajt zerowy powinien zawierać literę T, co w kodzie ASCII oznacza cyfrę 54 (heksadecymalnie). Natomiast bajt pierwszy powinien zawierać literę D, co w kodzie ASCII oznacza cyfrę 44 (heksadecymalnie). W bajcie drugim można konfigurować rodzaje znaków (A), język wyświetlanej wiadomości (L) oraz czas odświeżania wiadomości (U). Rodzaje używanych znaków (A) deklaruje się w bicie siódmym bajtu drugiego. Ustawienie zero będzie deklaracją używania znaków standardowych. Ustawienie tego bajtu na jeden będzie deklaracją używania znaków alternatywnych zawartych w tablicy 1. Rys. 2. Bajt drugi bloku parametrów [2]. Język wiadomości (L) jest ustawiany w trzech bitach (6, 5, 4) bajtu drugiego. Poniżej przedstawiono przypisanie cyfr heksadecymalnych do języków: 1- niezdefiniowany, 2- Angielski 3- Niemiecki 4- Francuski 5- Włoski 6- Hiszpański 7- niezdefiniowany 8- niezdefiniowany Czas odświeżania wiadomości (U) jest ustawiany w bitach (3, 2, 1, 0) bajtu drugiego. Poniżej przedstawiono przypisanie cyfr do szybkości odświeżania wiadomości: 1- tak szybko jak to jest możliwe] 2- odświeżanie wiadomości co każdą sekundę 3- odświeżanie wiadomości co każde dwie sekundy 4- odświeżanie wiadomości co każde trzy sekundy 5- odświeżanie wiadomości co każde cztery sekundy

8 6- odświeżanie wiadomości co każde pięć sekund 7- odświeżanie wiadomości co każde sześć sekund 8- odświeżanie wiadomości co każde siedem sekund 9- odświeżanie wiadomości co każde osiem sekund 10- odświeżanie wiadomości co każde dziewięć sekund A- odświeżanie wiadomości co każde dziesięć sekund B- odświeżanie wiadomości co każde jedenaście sekund C- odświeżanie wiadomości co każde dwanaście sekund D- odświeżanie wiadomości co każde trzynaście sekund E- odświeżanie wiadomości co każde czternaście sekund F- odświeżanie wiadomości co każde piętnaście sekund. Bajt trzeci jest zarezerwowany do zegara (TOD) i wymuszania bitów (F), trybu wyświetlania (D), włączania hasła dostępu (P) i monitorowania klawiszy (DA) (UA) strzałka do góry i strzałka do dołu na wyświetlaczy tekstu TD200. Rys. 3. Bajt trzeci bloku parametrów [2]. Bit szósty bajtu drugiego służy do włączania lub wyłączania hasła dostępu. Ustawienie tego bitu na jeden powoduje włączenie hasła dostępu. Ustawienia tego bitu na zero powoduje wyłączenie używania hasła dostępu. Hasło dostępu jest cztero cyfrowe i służy do autoryzacji operatora wyświetlacza. Wartość hasła jest przechowywana w bajtach 10 i 11 bloku parametrów. Bit piąty bajtu trzeciego jest zarezerwowany do włączania lub wyłączania obsługi zegara TOD za pomocą wyświetlacza TD200. Ustawienie jego bitu na jeden spowoduje włączenie obsługi zegara za pomocą klawiszy wyświetlacza, podczas gdy wpisanie zero powoduje wyłączenie obsługi TOD.

9 Bit czwarty służy do wymuszania (F) dowolnego stanu, blokowania stanu na bitach rejestrów wejść i wyjść sterownika S Ustawienie jego bitu na jeden spowoduje włączenie menu obsługi wymuszania, natomiast ustawienie tego bitu na zero powoduje wyłączenie menu wymuszania. Bity trzeci i drugi bajtu trzeciego służą do monitorowania klawiszy strzałek (DA) (UA) do góry i do dołu umieszczonych na wyświetlaczu tekstu TD200. Jeżeli bit trzeci jest zerem to klawisz nie został wciśnięty, jeżeli jest on jedynką to klawisz został wciśnięty. Jeżeli bit drugi jest zerem to klawisz nie został wciśnięty, jeżeli jest on jedynką to klawisz został wciśnięty. Jeżeli program używa tych bitów, to program musi je zerować po ich użyciu. Strzałki także używane, gdy wyświetlania jest więcej niż jedna wiadomość. Bit zerowy bajtu trzeciego jest używany do ustawiania trybu wyświetlania (D). Gdy ten bit jest zero włączony jest tryb wyświetlania dwudziestu znaków w jednej wiadomości, jeżeli ten bit jest ustawiony na jeden to umożliwione jest wyświetlanie czterdziestu znaków w jednej wiadomości. Bajt czwarty służy do ustawiania numeru wiadomości zdefiniowanej przez użytkownika. Istnieje możliwość ustawiania osiemdziesięciu wiadomości. Numery wiadomości posiadają priorytety do wyświetlania ważniejszych wiadomości na wyświetlaczu. Priorytet pierwszy jest najwyższy, natomiast priorytet osiemdziesiąty jest najniższy Numer wiadomości Rys. 4. Bajt czwarty bloku parametrów [2]. Bajt piąty zawiera adres bajtu pamięci M. Bajt pamięci M służy do monitorowania przyciśnięcia klawiszy funkcyjnych zawartych na wyświetlaczy tekstu TD200. Ilość bajtów pamięci M jest ograniczona: Rys. 5. Przypisanie przycisków funkcyjnych do bitów pamięci M [2]. CPU212 zawiera od 0 do 15 bajtów. CPU214 zawiera od 0 do 31 bajtów.

10 Klawiszy funkcyjnych jest osiem, czyli tyle samo ile jest bitów w bajcie M. Każdy bit bajtu M służy do monitorowania przyciśnięcia jednego klawisza funkcyjnego. Przypisanie bitów do klawiszy przedstawiono poniżej: - bit zerowy F1 - bit pierwszy F2 - bit drugi F3 - bit trzeci F4 - bit czwarty SHIFT+F1 - bit piąty SHIFT+F2 - bit szósty SHIFT+F3 - bit siódmy SHIFT+F4 Odpowiedni bit bajtu M jest ustawiony na jeden po wciśnięciu odpowiedniego przycisku funkcyjnego na klawiaturze wyświetlacza. Po odczytaniu bitu w pamięci M należy go skasować. W bajcie szóstym i siódmym jest zdefiniowany jest adres do treści wiadomości. Bajt szósty i siódmy zawiera słowo (słowo składa się z dwóch bajtów) przesunięcia do pamięci V (pamięć szybka CPU), w której znajduje się treść wiadomości. Poniżej przestawiono poprawne wartości przesunięcia dla różnych jednostek: - CPU do CPU do 4095 Należy zauważyć, że każda wiadomość zawierająca 20 znaków potrzebuje 20 VB bajtów pamięci V, natomiast każda wiadomość zawierająca 40 znaków wymaga 40 VB bajtów pamięci szybkiej V Starszy bajt Młodszy adresu bajt adresu Rys. 6. Bajt szósty i siódmy bloku parametrów [2]. Bajty ósmy i dziewiąty zawierają odniesienie do adresu włączenia wiadomości. W bajtach ósmym i dziewiątym jest zdefiniowane słowo przesunięcia do pamięci V, gdzie można znaleźć bity włączenia wiadomości Starszy bajt Młodszy bajt przesunięcia przesunięcia Rys. 7. Bajt ósmy i dziewiąty bloku parametrów [2]. Poniżej zawarto poprawne wartości przesunięcia dla różnych jednostek: - CPU do CPU do 4095 Na przykład: jeżeli przeznaczymy VB50 jako adres włączenia wiadomości, to pierwszą wiadomość (patrz bajt czwarty bloku parametrów) włącza bit V50.7,

11 druga wiadomość jest włączana przez V50.6, czwarta wiadomość przez V50.5,..., natomiast ósma wiadomość przez V50.0. Bajt dziesiąty i jedenasty zawierają hasło dostępu do wyświetlacza. Po włączeniu hasła w bajcie trzecim należy do bajtów dziesiątego i jedenastego wpisać cztery cyfry całkowite (integer) od 0000 do Czterocyfrowe hasło od 0000 do 9999 Rys. 8. Bajt dziesiąty i jedenasty bloku parametrów [2]. Przykładowy program konfigurujący wyświetlacz TD200: LD SM0.1 //Ładowanie bloku parametrów podczas pierwszego wykonywania programu (bit SM0.1 podczas drugiego wykonywania programu jest zero) MOVW 16#5444 VW0 //Ładowanie ID (ASCII TD ) bloku parametrów. Znak #16 oznacza format cyfry w kodzie heksadecymalnym/ MOVB 16#10 VB2 //Ustawianie języka angielskiego i odświeżania wiadomości tak szybko jak to jest możliwe MOVB 16#00 VB3 //Ustawienie trybu wyświetlania 20 znaków MOVB 1 VB4 //Ustawienia numeru wiadomości na 1 MOVB 0 VB5 //Ustawienie adresu bitów M na M0.0 M0.7 MOVB 100 VW6 //Ustawienie adresu wiadomości na VB100 MOVB 10 VW8 //Ustawienie adresu bitu startu wiadomości w VB10 //Ładowanie treści wiadomości MOVD 16#4D VD100 //Ładowanie w kodzie ASCII: Mess MOVD 16# VD104 // Ładowanie w kodzie ASCII: age MOVD 16# VD108 // Ładowanie w kodzie ASCII: 1 Pr MOVD 16#696F7269 VD112 // Ładowanie w kodzie ASCII: oiri MOVD 16# VD116 // Ładowanie w kodzie ASCII: ty 1 MEND //Koniec programu Treść wiadomości zawiera tekst Message 1 Priority 1 co oznacza Wiadomość pierwsza Priorytet pierwszy.

12 Program ćwiczenia: Ćwiczenie 1, 2 1. Zapoznać się z budową, zasadą działania i możliwościami zastosowania wyświetlacza tekstu TD Zaprojektować układ sterowania zaproponowany przez ćwiczących lub prowadzącego. 3. Wykorzystując oprogramowanie STEP 7-Micro/WIN opracować oraz przetestować program sterownika realizującego zadanie z pkt Zaprogramować sterownik, uruchomić i przetestować laboratoryjne poprawność działania. Wykaz literatury 1. S7-200 Programmable Controller System Manual, Siemens AG, TD200 Operator Inteface User Manual, Siemens AG, Z. Wróbel, G. Sapota: Sterowniki programowalne laboratorium, WUŚ, Katowice Wybrane interfejsy cyfrowe. Materiały pomocnicze do laboratorium PSC. PB, Białystok J. Lipowski i inni: Modułowe systemy mikrokomputerowe. Warszawa WNT W. Mielczarek: Szeregowe interfejsy cyfrowe. Gliwice, HELION 1993.