STEROWNIKI PROGRAMOWALNE OBSŁUGA AWARII ZA POMOCĄ STEROWNIKA SIEMENS SIMATIC S7 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobami obsługi stanów awaryjnych w układach sterowania zbudowanych z wykorzystaniem sterownika programowalnego firmy Siemens Simatic S7. W ramach ćwiczenia omówione jest podejście praktyczne do sposobu sygnalizacji i rozwiązywania problemów sytuacji awaryjnych w układach ze sterownikiem S7. Przewidziano samodzielne wprowadzenie programu języka STEP 7 sterownika programowalnego za pomocą programu komputerowego do edycji projektowanych programów użytkownika sterownika programowalnego. Celem ćwiczenia jest również zapoznanie się z funkcjami programu edycyjnego oraz czynnościami koniecznymi do wprowadzenia stworzonego projektu do pamięci programu sterownika programowalnego. Na Rys.1. zobaczyć możemy schemat postawionego w ćwiczeniu problemu sterowania w układzie ze sterownikiem programowalnym i obsługę awarii, których pojawienie się sygnalizowane jest stanem wysokim na wejściach I0.0, I0.2. Przycisk uruchamiający maszynę w odpowiednich warunkach dołączony jest do wejścia I0.3, natomiast kwitowanie (potwierdzenie) wystąpienia awarii przesyłane jest do sterownika programowalnego za pośrednictwem wejścia I0.4. Sygnalizacja występujących w układzie awarii realizowana jest przy pomocy systemu lampek, podłączonych do wyjść Q0.1, Q0.2, oraz Q0.3. O tym, czy maszyna, której działanie jest uzależniona od decyzji sterownika odnośnie pojawiających się awarii oraz reakcji operatora, dowiadujemy się za pośrednictwem wyjścia Q0.4. 2. Przebieg ćwiczenia Rys.1. Przedstawienie problemu ćwiczenia W ramach laboratorium dotyczącego realizacji programu sterownika służącego do sygnalizacji i obsługi stanów awaryjnych w układach sterowania realizowane będą następujące zadania: - omówienie sposobów obsługi stanów awaryjnych, ustalenie priorytetu ważności pojawiających się awarii, - omówienie mechanizmów programowych języka STEP 7, zastosowanych podczas pisania programu sterownika, - omówienie programu edycyjnego programu użytkownika, elementów dostępnych w bibliotece edytora, funkcji pomocnych w trakcie tworzenia programu użytkownika, oraz koniecznych do umieszczenia edytowanego programu w pamięci sterownika S7.
2.1.Przebiegi czasowe obsługi awarii za pomocą sterownika S7 W Tab.1. zebrano wszystkie zmienne wykorzystane w trakcie pisania programu użytkownika. Tab.1. Zmienne w programie użytkownika do obsługi stanów awaryjnych w układzie sterowania zbudowanym z wykorzystaniem sterownika Simatic S7 Zmienna Adres Komentarz Awaria1 I0.0 Sygnał od awarii nr 1 Awaria2 I0.2 Sygnał od awarii nr 2 Wlacz_maszyne I0.3 Przełącznik włączający maszynę Kwituj I0.4 Potwierdzenie występujących awarii PAwaria1 M0.1 Zmienna ustawiana, gdy awaria nr 1 jest nie potwierdzona PAwaria2 M0.2 Zmienna ustawiana, gdy awaria nr 2 jest nie potwierdzona Awaria M0.3 Awaria ogólna Miganie1 M0.5 Zmienna, określająca sposób zapalenia lampek Miganie2 M0.7 Zmienna, określająca sposób zapalenia lampek Ciagly M1.0 Zmienna, określająca sposób zapalenia lampek UpAw2 M1.2 Zmienna ustawiana gdy awaria nr 2 trwa dłużej niż czas timera "Miganie2a" LAwaria1 Q0.1 Lampka awarii nr 1 LAwaria2 Q0.2 Lampka awarii nr 2 LAwaria Q0.3 Lampka ogólna awarii Maszyna_dziala Q0.4 Zmienna określająca stan maszyny Pierwszy_skan SM0.1 Zmienna ustawiana gdy jest pierwszy przebieg programu Generator1 T34 Generator sygnału wolnozmiennego Generator2 T36 Generator sygnału szybkozmiennego Miganie2a T37 Timer określający czas trwania awarii nr 2 Rys.2. przedstawia diagram czasowy decyzji i operacji realizowanych w momencie pojawienia się pierwszej z rozpatrywanych awarii w danym projekcie uważanej za tę mniej ważną, a zatem o niższym priorytecie. Rys.2. Diagram czasowy sposobu realizacji obsługi stanu awaryjnego 1, gdy nie występuje stan awaryjny 2 Dodatkowego komentarza wymagają zmienne, opisane na Rys.2. oraz Rys.3. jako: I_wl_masz jest to impuls pojawiający się w momencie wykrycia zbocza narastającego od przycisku Wl_masz (lub też Wl_maszyne jak to jest zapisane w programie użytkownika),
służącego do uruchomienia maszyny. Zmienna Maszyna jest jednoznaczna ze zmienną Maszyna_dziala z programu użytkownika, i mówi o tym, kiedy maszyna jest włączona. Opis podejścia do obsługi awarii nr 1 Jak wynika z Rys.2. awaria pierwsza nie jest awarią, której wystąpienie przesądza o unieruchomieniu maszyny, w której ona wystąpiła. Mimo, iż awaria taka może wystąpić w układzie sterowania, jednak uruchomienie maszyny po pojawieniu się tego typu awarii nie jest możliwe tak długo, aż nie zostanie to potwierdzone przez użytkownika (operatora całego układu sterowania, w którym jednym z elementów jest maszyna, która uległa awarii). Nawet ustąpienie tej awarii nie powoduje przyzwolenia na ponowne uruchomienie maszyny, aż do chwili potwierdzenia ( skwitowania ) wystąpienia tego stanu przez użytkownika. Jeżeli zaś chodzi o sygnalizację stanu awaryjnego nr 1, to odbywa się ona na następujących zasadach: - jeżeli awaria nr 1 się pojawi, to lampka awarii 1 zaczyna wolno mrugać z częstotliwością zależną od generatora 1 - jeżeli awaria nr 1 występuje, to po skwitowaniu przez użytkownika jej wystąpienia następuje ciągłe świecenie lampki awarii nr 1 - jeżeli awaria nr 1 ustąpiła przed skwitowaniem jej przez użytkownika, to skwitowanie jej wystąpienia, gdy awarii już nie ma, spowoduje zgaszenie lampki awarii nr 1. Ogólna sygnalizacja awarii w momencie, gdy występuje tylko awaria nr 1, jest identyczna jak dla awarii nr 1 (lampka awarii ogólnej świeci się w taki sam sposób jak lampka awarii nr 1). Rys.3. Przedstawia sposób obsługi awarii nr 2 w rozważanym układzie sterowania. Rys.3. Diagram czasowy sposobu realizacji obsługi stanu awaryjnego 2, gdy nie występuje stan awaryjny 1
Opis podejścia do obsługi awarii nr 2 Jak można zauważyć na Rys.3., awaria nr 2 jest awarią, której wystąpienie jest dla układu sterowania jest bardziej krytyczne, niż to miało miejsce w przypadku awarii nr 1. Wynika z tego, że wystąpienie awarii nr 2 unieruchamia cały układ, i jeżeli awaria ta występuje to pomimo tego, że awaria ta zostanie skwitowana (potwierdzona przez operatora układu sterowania) to jeżeli trwa, to nie pozwala to na ponowne uruchomienie hipotetycznej maszyny. Milcząco założono i jednocześnie wynika to zarówno z Rys.1. jak i Rys.2., że pojawienie się awarii (czy to nr 1 czy nr 2) powoduje zatrzymanie pracy układu sterowania w przypadku awarii nr 1 do momentu potwierdzenia (skwitowania) przez operatora; w przypadku awarii nr 2 poza potwierdzeniem przez operatora, dodatkowym warunkiem ponownego uruchomienia układu jest ustąpienie awarii. Jeżeli zaś chodzi o sygnalizację wystąpienia sygnału awarii nr 2, to odbywa się ona w następujący sposób: - jeżeli awaria nr 2 się pojawi, to lampka awarii 2 zaczyna wolno mrugać z częstotliwością zależną od generatora 1; jednocześnie mruga lampka awarii ogólnej również z częstotliwością generatora nr 1 - jeżeli awaria nr 2 trwa dłużej niż czas timera T37 Miganie2a, to lampka awarii nr 2 zaczyna mrugać szybciej z częstotliwością, określoną przy pomocy generatora 2; lampka awarii ogólnej mruga ciągle z częstotliwością generatora 1 - jeżeli w momencie kwitowania (potwierdzania) awaria nr 2 jeszcze trwa, to sygnały zarówno lampki awarii 2 jak i awarii ogólnej zmieniają się na ciągłe, do chwili ustąpienia awarii nr 2; jeżeli w chwili potwierdzenia przez operatora wystąpienia awarii nr 2 awarii tej już w układzie nie ma wtedy lampka awarii ogólnej oraz lampka awarii nr 2 gasną. 3. Program sterownika W rozdziale tym pokazane zostanie przykładowe rozwiązanie postawionego problemu obsługi sytuacji awaryjnych, napisane przy pomocy języka STEP7 w zapisie drabinkowym. 3.1.Pierwszy skan. Pierwsze uruchomienie programu, podczas którego może zostać przeprowadzona inicjacja pewnych zmiennych w programie
3.2.Realizacja generatorów. Generatory zrealizowane za pomocą timerów typu TON sterownika Simatic S7 CPU 212 służą do realizacji sygnału 01 3.3.Realizacja mechanizmu potwierdzania przez operatora informacji na temat występujących w układzie awarii. Użyto cewki przerzutników typu RS 3.4.Awarie wykrywane są przy pomocy zboczy sygnałów od wejść awarii
3.5.Określenie priorytetów awarii nr 1 i nr 2 dla uruchomienia maszyny 3.6. Określenie warunków trybu wolniejszego mrugania lampek sygnalizacyjnych 3.7.Określenie warunków trybu szybszego mrugania lampek sygnalizacyjnych
3.8.Określenie przekroczenia czasu trwania awarii nr 2. Zabieg ten jest zrealizowany w dwóch celach: - sygnalizacji dłuższego czasu trwania awarii nr 2 w przypadku jej trwania - sygnalizacji dłuższego czasu trwania awarii nr 2 w przypadku, gdy awaria ta już ustąpiła i operator przyszedł do pulpitu, gdzie może odczytać informację o tym, że awaria nr 2 trwała dłużej niż np. 1 minutę 3.9. Określenie warunków ciągłego zapalenia lampek sygnalizacyjnych 3.10.Określenie warunków zapalania lampki sygnalizacyjnej od awarii nr 1
3.11.Określenie warunków zapalania lampki sygnalizacyjnej od awarii nr 2 3.12.Określenie warunków zapalania lampki sygnalizacyjnej od ogólnej awarii 3.13.Zakończenie programu w języku STEP7 LADDER w sterowniku Simatic S7
4. Literatura 1. Emirsajłow Z. Teoria układów sterowania. Część I. Układy liniowe z czasem ciągłym Seria Tempus Szczecin 2000 2. Kużnik J. Sposoby realizacji ograniczenia sygnału wyjściowego w regulatorach typu PID Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Automatyka, Zeszyt: 103 3. Skoczowski S. Technika regulacji temperatury Wydawnictwo Miesięcznika Pomiary Automatyka Kontrola Warszawa. Zielona Góra. Listopad 2000 4. Zalewski A., Cegieła R. Matlab - obliczenia numeryczne i ich zastosowanie 5. Wymagania do ćwiczeń: AWARIE na sterowniku Siemens S7 1. Podstawy języka typu LADDER sterownika Siemens Simatic S7 2. Sposób obsługi programu użytkownika w sterownikach programowalnych 3. Układ automatycznej regulacji i jego właściwości. 4. Rodzaje regulacji automatycznej : regulatory typu PID. 5. Reguły doboru nastaw regulatora PID dla skokowej zmiany wartości zadanej. 6. Projektowanie i symulacja układów sterowania - Simulink programu Matlab.