Методы алгоритмизации: Практикум (Технические средства обучения. Задания для самостоятельной работы. Решение заданий)

3. Технические средства обучения

В состав учебно-методического комплекса «Программируемые логические контроллеры» (УМК ПЛК) входят следующие технические средства обучения (ТСО):

•  ПЛК SIMATIC S7-200 фирмы «Siemens» (Германия);

•  программный имитатор объектов управления COSIM (разработка Учебно-инженерного центра ЗАО «ЭКОИНВЕНТ»).

Перечисленные ТСО предназначены для закрепления полученных теоретических знаний и развития практических навыков программирования ПЛК. Они установлены в общую панель, которая монтируется на несущей раме лабораторного стенда. В данном разделе даются описания этих ТСО и приводятся примеры разработки программ для ПЛК SIMATIC S7-200.

3.1. Программируемый логический контроллер (ПЛК)

В УМК ПЛК используется модульный микроконтроллер SIMATIC S7-200 фирмы «Siemens» (Германия), в состав которого входят следующие модули:

•  модуль центрального процессора (ЦП) CPU S7-222;

•  модуль расширения цифровых входов/выходов ЕМ-223;

•  модуль расширения аналоговых входов/выходов ЕМ-235.

CPU S7-222 имеет встроенные цифровые входы/выходы - 8 входов и 6 выходов. Модуль расширения ЕМ-223 имеет 8 цифровых входов и 8 цифровых выходов постоянного тока. Модуль расширения ЕМ-235 содержит 4 аналоговых входа и один аналоговый выход и может работать как с потенциальными, так и с токовыми сигналами. Питание контроллера осуществляется от внешнего источника постоянного тока напряжением 24 В.

Контроллер размещен на съемной панели из пластика, на которой установлены однополюсные гнезда входов и выходов (рис. 3.1). Подключение контроллера к имитатору COSIM выполнено в виде постоянных соединений, недоступных пользователю. Однако это не исключает возможности работы контроллера с реальными объектами управления или их физическими моделями. В этом случае соединения производятся гибкими проводами с однополюсными вилками на концах.

Для программирования логического контроллера используется программное обеспечение фирмы «Siemens» - пакет программирования STEP 7-Micro/WIN 32 (версия 3.2 SP4), который может быть установлен на компьютере с операционной системой MS Windows 9x/2000/XP. С помощью пакета STEP 7-Micro/WIN 32 выполняются разработка, отладка и мониторинг прикладных программ.

3.2. Имитатор объектов управления COSIM

Программный имитатор объектов управления COSIM (Control Object Simulator) представляет собой микропроцессорное устройство, выполненное на микропроцессоре компании «Atmel» (США). Устройство реализует аппаратный интерфейс между ПЛК и персональным компьютером, обеспечивая передачу дискретных и аналоговых сигналов между контроллером и виртуальной моделью объекта управления, отображаемой на экране монитора. При этом выходные сигналы контроллера являются входными сигналами для имитатора и наоборот, выходные сигналы имитатора являются входными сигналами для контроллера.

Имитатор смонтирован с задней стороны панели контроллера и подключается к порту USB компьютера. Такое подключение не требует отдельного источника питания имитатора.

Имитатор COSIM может использоваться практически с любым ПЛК. Однако разрабатывался он прежде всего для работы с микро-ПЛК SIMATIC S7-200 фирмы «Siemens» в следующем составе: модуль центрального процессора CPU 222, модуль расширения цифровых входов/выходов ЕМ-223 и модуль расширения аналоговых входов/выходов ЕМ-235. Поэтому излагаемые далее материалы ориентированы на указанный состав технических средств ПЛК.

3.2.1. Программное обеспечение имитатора COSIM

Для работы с имитатором COSIM предназначено специализированное программное обеспечение, которое устанавливается на персональный компьютер и обеспечивает программный интерфейс пользователя.

Программное обеспечение имитатора COSIM разработано в среде LabView 7.1 и в своей работе использует среду исполнения Run-Time Engine компании «National Instruments» (США). Оно включает в себя отдельные приложения, имитирующие определенные объекты управления, а также служебные приложения. Все эти приложения скомпилированы в единый исполняемый файл с помощью компонента LabView Application Builder и запускаются из общего стартового экрана имитатора.

Предлагаемые виртуальные модели имитируют объекты управления различной сложности, от электродвигателя переменного тока до пассажирского лифта и водонапорной башни. Такой подход дает возможность отказаться от достаточно дорогих физических моделей объектов управления, используемых обычно в процессе обучения программированию ПЛК. Более того, виртуальные модели позволяют очень просто моделировать экстремальные ситуации на объекте управления, например аварийные.

Графический интерфейс пользователя позволяет конфигурировать соединения входов и выходов ПЛК с виртуальной моделью в соответствии с управляющей программой, загруженной в память контроллера.