Технические характеристики ПЛК FX3U

ВВЕДЕНИЕ
Ни один учебник, ни одна компьютерная программа не в состоянии
заменить
работу
в
лаборатории.
Именно лабораторные
стенды дают
учащимся возможность проверить теорию практикой, отточить свои
профессиональные
навыки
и
приобрести
необходимое
мастерство.
Изготовленные по новейшим технологиям лабораторные стенды придают
процессу обучения особый смысл и интерес, позволяют реально ощутить
атмосферу научного эксперимента и поиска [1].
В современном мире, где технология производства ежедневно
совершенствуется и видоизменяется, уже мало быть просто грамотным
специалистом с определенным набором знаний и умений. Прежде всего,
востребованы люди, способные творчески мыслить и быстро адаптироваться
к постоянно меняющимся условиям научно-технического прогресса. Для их
обучения требуется оборудование, изготовленное с учетом новейших
научных достижений.
Развивающиеся научно-техническая революция (НТР), быстрый рост
существующих и появление новых отраслей промышленности вызывает, в
свою очередь, необходимость дальнейшего развития системы высшего
образования, повышения качества подготовки молодых специалистов для
всех отраслей промышленного производства.
Таким образом, задача подготовки высококвалифицированных кадров,
вооруженных современными знаниями, практическими навыками, является
одной из важнейших задач на данном этапе. Поэтому сейчас, как никогда
остро, ощущается необходимость приложения максимальных усилий для
совершенствования содержания обучения, средств и методов подготовки
специалистов.
Одним из направлений, по которому должно идти совершенствование,
является развитие и укрепление материально-технической базы учебного
заведения. Сюда относятся, в первую очередь, широкое внедрение
технических средств обучения, оснащение лабораторий и кабинетов
новейшим оборудованием и приборами, модернизация лабораторных стендов
и макетов, с учетом последних достижений науки и техники на современной
компонентной базе.
Выполнение
студентами
лабораторных
работ
является
важным
средством более глубокого усвоения и изучения учебного материала, а также
приобретения практических навыков по экспериментальному исследованию
и обращению с радиоизмерительными приборами.
8
1. ОПИСАНИЕ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ
При реализации лабораторного стенда использовалось оборудование
фирмы «Mitsubishi Electric», а именно программируемый логический
контроллер (ПЛК)
MELSEC FX3U-16MT/DSS, имеющий 8 дискретных
входов и 8 дискретных выходов. Также лабораторный стенд оборудован
термометром сопротивления Pt100, электрическим приводом, который
управляется преобразователем частоты FR-E720, графической панелью
оператора GOT 1000, преобразователь аналоговых сигналов измерительный
ОВЕН ИТП-11, регулятор напряжения, аналоговые входа и выхода,
оборудование удаленного доступа.
Базовый блок MELSEC FX3U-16MT/DSS может обрабатывать без
дополнительных модулей только цифровые сигналы (информацию о
включении и выключении). Поэтому для регистрации и вывода аналоговых
сигналов необходимы особые аналоговые модули. При автоматизации
технологического процесса часто требуется измерение и регулировка таких
аналоговых величин, как, например, температура, давление или уровень
заполнения [2].
Серия FX3U располагает тремя различными видами аналоговых
модулей:
● аналоговые модули ввода для измерения тока и напряжения;
● аналоговые модули ввода для измерения температуры;
● аналоговые модули вывода для вывода значений тока и напряжения.
Помимо
этого
имеются
также
комбинированные
модули,
обеспечивающие регистрацию и вывод аналоговых сигналов.
С правой стороны базового блока MELSEC FX3U-16MT/DSS можно
подключить до восьми специальных модулей. Помимо аналоговых модулей,
к специальным модулям относятся также, например, коммуникационные
модули и модули позиционирования. В лабораторном стенде к ПЛК с правой
стороны подключены: аналоговый модуль ввода-вывода FX2N-5A, имеющий
9
4
аналоговых
входа
и
1
аналоговый
выход.
Далее
подключен
коммуникационный модуль связи CC-link, ведущий модуль FX2N-16CCL-M.
Рис. 1 Внешний вид лабораторного стенда
1 – Программируемый логический контроллер MELSEC FX3U-16MT/DSS; 2 – модуль
высокоскоростного счета FX3U-4HSX-ADP; 3 – коммуникационный модуль
последовательного интерфейса Modbus RS485 FX3U-485ADP-MB;
4 – адаптерный модуль измерения температуры FX3U-4AD-PT-ADP; 5 – аналоговый
модуль ввода-вывода FX2N-5A; 6 – ведущий модуль связи CC-Link FX2N-16CCL-M; 7 –
блок питания ALPHA POWER 24-2.5; 8 – графическая панель оператора GOT 1000; 9 –
преобразователь аналоговых сигналов измерительный ОВЕН ИТП-11; 10 –
преобразователь частоты FR-D700 SC; 11 – датчик температуры ОВЕН ДТС125; 12 –
электродвигатель асинхронный трехфазный ABLE MS 6314; 13 – удаленный ввод/вывод
10
Чтобы
обрабатывать
аналоговые
сигналы
при
помощи
программируемого контроллера MELSEC FX3U-16MT/DSS, необходимы
дополнительные модули. Такими модулями могут быть адаптерные или
специальные модули. Адаптерные модули устанавливаются с левой стороны
базового блока. При этом они подключаются непосредственно к базовому
блоку или к другому адаптерному модулю, уже подключенному к базовому
блоку. Для подключения первого адаптерного модуля к базовому блоку
требуется интерфейсный адаптерный модуль высокоскоростного счета
FX3U-4HSX-ADP, к нему, в свою очередь, подключен коммуникационный
модуль последовательного интерфейса Modbus RS485 FX3U-485ADP-MB.
Последним
подключен
аналоговый
адаптерный
модуль
измерения
температуры FX3U-4AD-PT-ADP.
Питание контроллера, графической панели и других элементов стенда
осуществляется за счет блока питания ALPHA POWER 24-2.5.
11
1.1. Программируемый логический контроллер MELSEC FX3U-16MT/DSS.
Устройства
серии
FX3U
представляют
собой
новое
мощное
дополнение семейства MELSEC FX, объединяющее четыре различных серии
компактных
программируемых
логических
контроллеров
(ПЛК).
Контроллеры серии FX3U заполнили пробел между моноблочными и
модульными контроллерами в номенклатуре продукции Mitsubishi Electric
[2].
Программируемый контроллер FX3U-16MT/DSS может обеспечивать
управление 256 входами и выходами, которые, например, в виде модулей
расширения могут подсоединяться непосредственно к базовому модулю.
Также, использование сети CC-Link обеспечивает обмен данными и
управление 256 входами/выходами. В общей сложности
устройства
позволяют опрашивать напрямую или по сети до 384 входов и выходов.
Рис. 2 Внешний вид ПЛК FX3U-16MT/DSS
12
Справа к базовому модулю FX3U-16MT/DSS можно подключать
модули расширения и специальные модули серии FX. Применение
дополнительных модулей дискретного ввода/вывода, или, например, модулей
аналогового ввода/вывода, сетевых модулей или модулей позиционирования
позволяет значительно расширить возможности системы. Если используются
специальные модули расширения FX3U, то контроллер FX3U-16MT/DSS
автоматически
переключает
свою
коммуникационную
шину
на
высокоскоростной режим и обмен данными с этими модулями происходит на
повышенной скорости. Тем не менее, сохраняется полная совместимость с
расширительными модулями серий FX0N, FX2N. При подключении этих
модулей FX3U-16MT/DSS автоматически понижает скорость передачи по
шине [2].
Отличительной особенностью контроллера FX3U-16MT/DSS является
наличие дополнительного разъема шины расширения с левой стороны
базового модуля. Этот разъем позволяет подсоединять к базовому модулю
коммуникационные модули, а также модули позиционирования и измерения
температуры.
Адаптеры, размещенные непосредственно в базовом модуле, и,
вследствие этого не требующие дополнительного места для установки,
обеспечивают поддержку различных интерфейсов. В контроллере
FX3U-
16MT/DSS имеются встроенные адаптеры: RS 232, RS 422.
Базовый модуль серии FX3U-16MT/DSS оснащен запоминающим
устройством, рассчитанным на 64 000 программных шагов. Дополнительно,
для облегчения перезаписи программы можно использовать кассету памяти
Flash EEPROM. Возможна также запись программы в программную память
или ее изменение без отключения работающего контроллера [2].
В устройстве FX3U-16MT/DSS сокращено время, необходимое для
выполнения команд. Так, время обработки одной логической команды
составляет всего 0.065 микросекунды. Результатом этого являются более
быстрая реакция и более высокая точность выполнения приложения,
13
поскольку сократившееся время выполнения цикла программы позволяет
чаще опрашивать входы и выходы [14].
Технические характеристики ПЛК FX3U-16MT/DSS
Таблица 1
Технические характеристики
FX3U-16MT/DSS
Количество входов/выходов
16
Питание
24 V DC (+20%/-30%)
Максимальное допустимое время
5 мс
исчезновения напряжения
Первичное напряжение питания
24 V DC
Встроенные входы
8
Встроенные выходы
8
Тип выхода
Транзистор (положительная
логика)
Помехозащищенность
1000 Vpp от генератора шума
длительностью 1 мксек. при 30100 Гц
Напряжение пробоя изоляции
DC PSU: 500 V AC, 1 мин.
AC PSU: 1.500 V AC, 1 мин.
Относительная влажность
0-95% (без конденсата)
Ударопрочность
В соответствии со стандартом IEC
68-2-27: 15 G (по 3 раза в 3
направлениях в течение 11 мс)
В соответствии со стандартом IEC
Вибростойкость
68-2-6: 1 G (стойкость к
вибрациям 57-150 Гц в течение 80
минут по всем 3 направлениям
14
Продолжение табл. 1
осей); 0,5 G при монтаже на DINрейке
Сопротивление изоляции
500 V DC, 5 M Ω
Заземление
Класс D: сопротивление
заземления макс. 100 Ω
Предохранитель
3,15 А
Окружающая среда
Избегать сред, содержащих
коррозийные газы, устанавливать
в пылезащищенном месте
Данные
Макс. коммутироемое
выходов
напряжение, В
Макс. вых. ток
- на канал А
5-30 V DC
Для Y0 и Y1 – 0,3 А; все прочие –
0,5 А
- на группу А
0,8 для группы из четырех и 1,6
для группы из 8
Коммутируемая
индуктив.
мощность
нагрузка
Быстродействие, мс
12 Вт/7,2 Вт
<0,2 (Y0, Y1 < 30 мкс
Потребляемая мощность, Вт
25
Вес, кг
0,6
Размеры (Ш*В*Г), мм
130*90*86
Температура окружающей среды
0-55ºС (температура хранения: -20
– +70 ºС)
Защита
IP 10
Набор команд базового модуля FX3U-16MT/DSS содержит 209
операторов. Кроме уже проверенных в других сериях семейства FX
операторов, предлагаются команды обработки данных, включающие новые
15
операторы сравнения и команды для работы со строками символов и числами
с плавающей запятой.
Базовый
модуль
серии
FX3U-16MT/DSS
оснащен
шестью
высокоскоростными счетчиками, способными одновременно обрабатывать
сигналы с частотой до 100 кГц. В комбинации с тремя выходами,
предназначенными для серий импульсов с частотой до 100 кГц, формируется
простая 3-осевая система позиционирования, не требующая применения
дополнительных модулей. Для обработки более высоких частот до 200 кГц
можно подключить дополнительные модули высокоскоростных счетчиков и
модули позиционирования.
Новые коммуникационные модули серии FX3U-16MT/DSS позволяют
одновременно использовать до трех последовательных интерфейсов. Это
позволяет, например, подключить к одному модулю FX3U-16MT/DSS
несколько панелей управления, или одновременно поддерживать связь с
панелью управления, программатором и устройством другого изготовителя.
Также программируемый контроллер серии FX3U-16MT/DSS можно
также использовать в таких сетях, как AS-Interface, PROFIBUS/DP, CC-Link,
DeviceNet, CANopen и ETHERNET. В данном лабораторном стенде
используется сеть CC-Link [2].
При помощи адаптера интерфейса RS232 и модема или сети
ETHERNET можно также организовать удаленное обслуживание. Все
базовые модули серии FX3U CC-Link оснащены встроенными часами с
возможностью настройки или считывания данных при помощи команд
контроллера.
Шесть
входов
базового
модуля
позволяют
без
сложного
программирования регистрировать изменения входного сигнала (включение
или выключение) длительностью от 5 мкс. Два других входа регистрируют
импульсы длительностью свыше 50 мкс. Эти сигналы могут использоваться
для запуска программ обработки прерываний.
16
1.1.1 Технические характеристики ПЛК FX3U-16MT/DSS
FX3U-16MT/DSS
–
новейшее
поколение
программируемых
контроллеров. Они отличаются усовершенствованными сетевыми функциями
и
возможностями
для
решения
задач
позиционирования.
При
программировании контроллеров семейства FX имеется возможность
объединять сложные функции в одну единственную команду. Благодаря
малым размерам и низкой стоимости, компактные контроллеры открывают
новые
горизонты
в
автоматизации
промышленности.
Повышенная
производительность, простота применения, упрощенное техобслуживание и
высокая надежность этих контроллеров стали решающими факторами
применимости для многих задач.
Рис. 3 Подробное описание ПЛК FX3U-16MT/DSS
Оснащение контроллера FX3U-16MT/DSS:
● встроенный последовательный интерфейс для связи между контроллером
и панелью оператора;
● встроенное управление позиционированием;
17
● заменяемые интерфейсные модули для непосредственной установки в
базовом модуле;
● светодиодные индикаторы для индикации состояния входов и выходов;
● гнездо для кассет памяти;
● встроенные часы реального времени;
●
возможности расширения
при помощи модулей дискретного
и
аналогового ввода/вывода, коммуникационных модулей, а также адаптеров
дополнительной шины расширения (с левой стороны контроллера);
● удобные для пользователя системы программирования, включающие
программное обеспечение, соответствующее МЭК 1131.3 (EN 61131.3),
панели оператора и портативные программаторы.
Системные характеристики FX3U-16MT/DSS
Таблица 2
Системные
характеристики
FX3U-16MT/DSS
Количество входов
в общей сложности возможно обращение к макс. 384
и выходов (адресов)
адресам (включая дистанционный ввод-вывод), из
которых макс. 256 входов/выходов могут адресоваться
непосредственно и 256 входов/выходов – через сеть (CCLink, AS-Interface)
Память для
встроенная RAM для 64.000 шагов; сменная FL-ROM
хранения
для простой смены программы
программы
Время цикла
0,065 мкс / стандартная инструкция
Количество
27 стандартных инструкций, 2 шаговые инструкции, 209
инструкций
прикладных инструкций
Язык
язык шаговых диаграмм (STL), список инструкций (IL),
программирования
SFC и языки, предусмотренные стандартом
18
Продолжение табл. 2
IEC61131-3 (с помощью GX IEC Developer)
Выполнение
циклическая отработка, выполнение в режиме
программы
регенерации
Маркеры
7680
Специальные
512
маркеры
Маркеры состояния
4096
Таймеры
512
Счетчики
235
Высокоскоростные
8 однофазных входов (6 счетчиков макс. 100 кГц, 2
счетчики
счетчика макс. 10 кГц); 2 двухфазных входа макс. 50 кГц
Часы реального
год, месяц, день, час, секунда, день недели
времени
Регистр данных
8000
Регистр файлов
32768
Индексный регистр
16
Специальный
512
регистр
Указатели
4096
Вложенные
8
операнды
Входы прерываний
6
Возможности
Ethernet (TCP/UDP), Profibus-DP, CC-Link, DeviceNet,
коммуникации
CANopen, AS-interface, RS 485, RS 232, USB
19
1.2. Интерфейсный адаптерный модуль высокоскоростного счета FX3U4HSX-ADP
Адаптерный модуль служит для непосредственной обработки данных
позиционирования.
FX3U-4HSX-ADP
представляет
собой
модуль
высокоскоростных счетчиков, способный регистрировать входные сигналы
до 200 кГц.
Рис. 4 Внешний вид адаптерного модуля FX3U-4HSX-ADP
Если необходимо скомбинировать высокоскоростные адаптерные
модули ввода-вывода, FX3U-4HSX-ADP с другими адаптерными модулями,
следует вначале подключить к базовому блоку высокоскоростные модули
ввода-вывода.
Технические характеристики FX3U-4HSX-ADP
Таблица 3
Технические
FX3U-4HSX-ADP
характеристики
Макс. кол-во подключаемых
2
модулей
Счетчики входы
4
20
Продолжение табл. 3
Макс. частота счета, входы
1 канал, 1 вход или 1 канал, 2 входа: 200 кГц
2 канала, 2 входа: 100 кГц
Формат
Дифференциальные входы, изолирование
входа с помощью оптического соединителя
Макс. длина провода, м
10
Потенциал входов
5 V DC
Питание
5 V DC
30 mA (от базового модуля)
24 V DC
30 mA (от базового модуля)
Вес, кг
0,08
Размеры (Ш*В*Г), мм
17,6*90*89,5
21
1.3. Коммуникационный модуль последовательного интерфейса Modbus
RS485 FX3U-485ADP-MB
Подключение
модуля
последовательного
интерфейса
позволяет
производить обмен данными между ПЛК и периферийными устройствами.
Рис. 5 Внешний вид коммуникационного модуля последовательного
интерфейса FX3U-485ADP-MB
Используя интерфейс RS485 обмен данными можно конфигурировать
для передачи по моноканалу 1:N, параллельного соединения или передачи
между равноправными узлами [3].
Технические характеристики коммуникационного модуля
последовательного интерфейса FX3U-485ADP-MB
Таблица 4
Технические характеристики
FX3U-485ADP-MB
Интерфейс
Modbus RS485
Скорость обмена данными, кбит/с
0,3-19,2
Расстояние передачи, м
500
Питание, 5 В пост.
20 мА (от базового модуля)
Занимаемые адреса ввода/вывода
0
22
1.4. Аналоговый адаптерный модуль измерения температуры FX3U-4AD-PTADP
FX3U-4AD-PT-ADP – адаптерный модуль регистрации температуры с 4
входными каналами, который подключается с левой стороны базового блока
программируемого котроллера FX3U-16MT/DSS.
Рис. 6 Внешний вид аналогового адаптерного модуля измерения
температуры FX3U-4AD-PT-ADP
Для
регистрации
температуры
применяются
термометрические
сопротивления Pt100. При таком способе измерения температуры измеряется
сопротивление платинового элемента, возрастающее при увеличении
температуры. При температуре 0 ºC сопротивление платинового элемента
составляет 100Ω. Резистивные датчики подключаются по трехпроводной
технологии.
Это
позволяет
исключить
воздействие
сопротивления
соединительного провода на результат измерения [4].
К базовому блоку серии FX3U можно подключить до 4 аналоговых
адаптерных модулей. При выполнении оператора END считываются и
передаются в базовый блок данные всех установленных адаптерных модулей.
При этом соблюдается следующая последовательность: 1. адаптерный
23
модуль, 2-й адаптерный модуль, 3-й адаптерный модуль и 4-й адаптерный
модуль.
Рис. 7 Входная характеристика FX3U-4AD-PT-ADP
Модуль FX3U-4AD-PT-ADP преобразует регистрируемые датчиком
Pt100
аналоговые
значения
температуры
в
цифровые
значения
и
автоматически заносит их в специальные регистры программируемого
контроллера (аналогово-цифровое преобразование или АЦП) [4].
Технические характеристики FX3U-4AD-PT-ADP
Таблица 5
Технические характеристики
FX3U-4AD-PT-ADP
Кол-во входных каналов
4
Подключаемые термодатчики
Термометрическое сопротивление типа
Pt100, 3-проводное соединение
Диапазон измерения
-50…+2500 C
Выходная цифровая величина
-500…+2500
Разрешение
0,1 ºC
24
Продолжение табл. 5
Температура
Точность
окружающей среды
±0,5 % на общий диапазон измерения
25 ºC ±5ºC
Температура
окружающей среды 0
±1,0 % на общий диапазон измерения
ºC… 55ºC
Время аналогово-цифрового
200 мкс (данные обновляются в каждом
преобразования
цикле работы программируемого
котроллера)
– посредством оптопары между
аналоговой и цифровой частью;
Изоляция
– посредством трансформатора
постоянного тока между аналоговыми
входами и выходами;
– без изоляции между аналоговыми
каналами.
Количество занятых входов и
выходов в базовом блоке
0
25
1.5. Специальный аналоговый модуль ввода-вывода FX2N-5A
FX2N-5A специальный аналоговый функциональный блок, имеющий
четыре входных канала и один выходной канал.
Рис. 8 Внешний вид специального модуля FX2N-5A
Входные каналы принимают аналоговые сигналы и преобразуют их в
сопоставимые
цифровые
значения. Выходной
канал
имеет
цифровое
значение, и выводит эквивалентный аналоговый сигнал.
а)
б)
в)
Рис. 9 Входные характеристики FX2N-5A
а) режим ввода «0» (-10 V…+10 V); б) режим ввода «2» (-20 мА…+20 мА);
в) режим ввода «1» (4 мА…20 мА)
Аналоговые сигналы, поступающие на входные каналы модуля, могут
быть как значения напряжения, так и токовые значения. Применяемый
26
входной аналоговый сигнал устанавливается с помощью инструкции
главного блока ПЛК. Эта инструкция PLC используется для выбора
различных
типов
аналогового
входного
сигнала
для
каждого
соответствующего канала [5].
Технические характеристики FX2N-5A, аналоговые входы.
Таблица 6
Технические
характеристики
FX2N-5A
Вход для сигналов
Вход для сигналов
напряжения
тока
Входные каналы
4
Диапазон аналоговых
-10…+10 В пост.тока
-20…+20 мА пост.тока,
входных сигналов
-100…+100 мВ пост.тока
4…20 мА
Входное сопротивление:
Входное
200 кΩ
сопротивление:
250 кΩ
Мин. входная величина
-15 В пост.тока
-30 мА
Макс. входная
+15 В пост. тока
+30 мА
величина
● -10…+10 В пост.тока
-32…+5 В пост.тока.
Смещение
● -100…+100 мВ пост.тока
-32…+10 мА
-320…+50 мВ пост.тока
● -10…+10 В пост.тока
Усиление
-5…+32 В [(усиление –
-10…+32 мА
смещение) > 1В]
[(усиление –
● -100 …+100 мВ пост.тока
смещение) > 1мА]
-50…+320 мВ [(усиление –
смещение) > 10 мВ]
27
Продолжение табл. 6
Цифровое разрешение
● -10…+10 В пост.тока
16 бит, двоичное (со
знаком)
15 бит, двоичное (со
-100…+100 мВ пост.тока
знаком)
● 12 бит, двоичное (со
знаком)
Разрешение
312,5 мкВ (20В/64000)
1,25 µА (40мА/32000)
50 мкВ (200 мВ/4000)
10,00 µА (40 мА/4000)
Температура ● -10…+10 В пост.тока:
Точность
окружающей
±0,3 % (±60 мВ) на
±0,5 % (±200 мкА) на
среды 25 ºC
общий диапазон
общий диапазон
±5ºC
измерения 20 В
измерения 40 мА и
● -100…+100 мВ пост.тока:
диапазон измерения
±0,5 % (±1 мВ) на общий
4…20 мА
диапазон измерения 200
мВ
Температура ● -10…+10 В пост.тока:
окружающей
±0,5 % (±100 мВ) на
среды 0 ºC…
общий диапазон
±1,0 % (±400 мкА) на
55ºC
измерения 20 В
общий диапазон
● -100…+100 мВ пост.тока:
измерения 40 мА и
±1,0 % (±2 мВ) на общий
диапазон измерения
диапазон измерения 200
4…20 мА
мВ
Время аналоговоцифрового
преобразования (АЦП)
1мс/канал
28
Модуль аналогового ввода-вывода установлен с правой стороны ПЛК.
Допустимое значение специальных модулей – 8.
Специальный модуль FX2N-5A служат для преобразования аналоговых
сигналов технологических процессов в цифровые значения и наоборот. Для
аналоговых входов между током и сигналом потенциального входа могут
быть выборочно установлены как актуальные значения, так и средние
значения разных измерений [5].
Технические характеристики FX2N-5A, аналоговый выход
Таблица 7
Технические
характеристики
FX2N-5A
Вход для сигналов
Вход для сигналов тока
напряжения
Кол-во вых-х каналов
1
Диапазон аналоговых
-10…10 В пост.тока
0…20 мА пост.тока
выходных сигналов
Сопротивление
4…20 мА пост.тока
нагрузки: 5кΩ…1МΩ
Сопротивление нагрузки:
макс. 500 Ω
Смещение
-10…+5 В
0…10 мА
Усиление
-9…+10 В [(усиление –
3…30 мА [(усиление –
смещение) ≥ 1 В]
смещение) ≥ 3 мА]
12 бит, двоичное (со
10 бит, двоичное
Цифровое разрешение
знаком)
Разрешение
Точность
5 мВ (10 В/4000)
20 А (20 мА/1000)
Темп. окр.
±0,5 % (±100 мВ) на
±0,5 % (±200 мкА) на
среды
общий диапазон
общий диапазон
25…±5ºC
измерения 10 В
измерения 40 мА и
диапазон измерения 4…20
мА
29
Продолжение табл. 7
Темп. окр.
±1,0 % (±200 мВ) на
±1,0 % (±400 мкА) на
среды
общий диапазон
общий диапазон
0… 55ºC
измерения 20 В
измерения 40 мА и
диапазон измерения 4…20
мА
Время АЦП
2 мс
Выходная характеристика модуля FX2N-5A показана на рис. 10.
а)
б)
Рис. 10 Выходная характеристика FX2N-5A
а) режим ввода «0» (-10 V…+10 V); б) режим ввода «4» (0…20 мА) и «4»
(4…20 мА)
30
1.6 Ведущий коммуникационный модуль CC-Link FX2N-16CCL-M
Ведущий модуль CC-Link FX2N-16CCL-M – это специальный блок
расширения, делающий ПЛК серии FX ведущей станцией системы CC-Link.
Сеть CC-Link обеспечивает управление и отображение состояния удаленных
модулей I/O. Для простой интеграции различного оборудования Mitsubishi
подходит именно сеть CC-Link. Благодаря открытому протоколу эта полевая
шина позволяет быстро обмениваться данными с различными устройствами.
Ведущий модуль CC-Link FX2N-16CCL-M представляет собой специальный
модуль, преобразующий контроллер семейства FX в главную станцию
системы
CC-Link.
непосредственно
Настройка
через
ведущий
всех
модулей
модуль.
сети
Ведущий
выполняется
модуль
может
администрировать до 15 станций, при этом можно подключить максимум 7
станций удаленного ввода-вывода и до 8 интеллектуальных станций. К
одному базовому модулю FX3U можно подключить максимум 2 ведущих
модуля. Максимальная длина кабеля между узлами сети составляет 1200 м
без использования сетевых усилителей [6].
Рис. 11 Внешний вид модуля CC-Link FX2N-16CCL-M
31
С сетью CC-Link совместима вся продукция автоматизации Mitsubishi –
от
ПЛК,
контроллеров
движения
и
контроллеров
промышленной
безопасности до панелей оператора и роботов. Хотя CC-Link является
открытой сетью, она контролируется партнерской ассоциацией CC-Link
Partner Association (CLPA), что позволяет строго контролировать/управлять
любым продуктом, который подключается к CC-Link. Это помогает
гарантировать и поддерживать целостность сети CC-Link.
Новый открытый стандарт CC-Link IE отличается высочайшим
быстродействием и надежностью. На первом этапе развития он служит в
качестве
сети
Следующими
для
уровня
этапами
устройств
являются
управления
внедрение
(контроллеров).
уровня
управления
производством, уровня управления движением и уровня безопасности. В
будущем появится единая структура сети для всех уровней [6].
Технические характеристики CC-Link FX2N-16CCL-M
Таблица 8
Технические характеристики
CC-Link FX2N-16CCL-M
Тип модуля
Ведущая станция
Точек связи на
Точек
станцию
ввода/вывода
Регистров
32
8
Макс. количество точек ввода/вывода
384 с ПЛК FX3U
Количество подключаемых модулей
Макс. 15
Питание, 24 В пост.
150 мА
Количество точек ввода/вывода
8
Размеры (Ш*В*Г), мм
85x90x87
В сети CC-Link может быть резервный основной контроллер, который
также может быть использован в качестве удаленной станции.
32
1.7. Блок питания ALPHA POWER 24-2.5
Модуль
источника
питания ALPHA
POWER имеет
выходное
напряжение 24 В, устанавливается на DIN-рейку. Может быть использовано
2 источника питания ALPHA POWER для резервирования или параллельной
работы (для большей мощности). Модуль оснащен тепловой защитой от
перегрузки. Модуль предназначен для питания базовых модулей постоянным
напряжением 24 В, соответствует базовым модулям серии FX.
Рис. 12 Внешний вид ALPHA POWER 24-2.5
Технические характеристики блока питания ALPHA POWER 24-2.5
Таблица 9
Технические характеристики
ALPHA POWER 24-2.5
Номинальное входное напряжение
100-240 V (45-65 Hz)
Входное напряжение
24 V DC (+/-1%)
Номинальный выходной ток
2.5 A
Температура окружающей среды
-25-+55°С(работа), -40-+85
Допустимая влажность
макс. влажность 95% (без
конденсата)
Степень защиты
IP 20
Размеры (ШхВхГ), мм
72х90х61
33
1.8. Графическая панель оператора GOT1000 серии GT1055
Модель GT1055 – цветной STN-дисплей с 256 тонами. Размер дисплея
– 5.7 дюйма. Модель GT1055 имеет сенсорный экран с разрешением 320x240
пикселей. Внутренняя память для проектов и данных вмещает 3 Мб. Имеется
опциональный модуль для сохранения проекта GOT, а также готовые
соединительные кабели для интерфейсов, расположенных с задней стороны
панели (например, USB, RS-422 и RS-232) [3].
Рис. 13 Внешний вид панели оператора GOT1000 серии GT1055
Помимо множества средств автоматизации Mitsubishi Electric, к
панелям можно подключать аппаратуру сторонних производителей, а также
персональные
компьютеры.
Встроенный
интерфейс
USB
позволяет
программировать контроллеры, преобразователи частоты и сервоусилители
Mitsubishi Electric в сквозном режиме. Для удобного программирования всех
панелей GOT1000 на компьютере используется пакет программного
обеспечения GT Designer 2. Панель GT1055 может устанавливаться как
горизонтально, так и вертикально. Это повышает гибкость проектирования и
эксплуатации установок.
34
Технические характеристики GOT1000 серии GT1055
Таблица 10
Технические характеристики
GOT1000 серии GT1055
Тип дисплея
Цветной жидкокристаллический
STN-дисплей (с подсветкой)
Размеры дисплея, Ш*В, мм
115x86
Угол обзора, º
55° вправо и влево, 65° вверх и 70°
вниз
Яркость, кд/м2
380
Ввод данных
Сенсорный экран (матричного типа,
16x16 точек)
Число чувствительных сенсорных
функциональных полей
Макс. 50 на экран (конфигурация
матрицы 20х15)
При касании сенсорного экрана
Зуммер
раздается акустический сигнал
регулируемой длительности.
Встроенная буферная батарея часов
Батарея
реального времени, журнала
аварийных сообщений и рецептурных
данных
Электропитание
24 В пост. тока (+10 %/-15 %)
Потребление тока
Макс. 9.84Вт (410мА/24Впост. тока)
Класс защиты
IP67 (по передней панели)
Температура окружающей среды
От 0 до 50 °C
Масса, кг
0.7
Пакет программирования
GT Designer2 (среда разработки
(опционально)
проекта)
35
Панель оператора GT1055 обеспечивает обширные возможности для
обмена данными с другими устройствами через различные порты и
соединения с использованием соответствующих протоколов. Все это
повышает эффективность и скорость программирования, а также ускоряет
доступ к данным и улучшает эффективность работы.
В рамках одного проекта человеко-машинного интерфейса (HMI)
панель оператора может использоваться операторами, говорящими на разных
языках. При этом на самих панелях можно переключаться между
различными наборами сообщений на разных языках, что позволяет
производителям использовать графические панели оператора стандартной
конфигурации при экспорте оборудования в разные страны мира. При
обработке аварийных сообщений воз- можно переключение языков в режиме
онлайн [7].
При
помощи
опционального
модуля
памяти
GT10-50FMB
в
графическую панель оператора можно загружать данные проекта и
операционную систему, для чего вовсе не требуется подключать саму панель
к ПК. Особый смысл это имеет в случае, когда идентичные данные нужно
одновременно загрузить в несколько панелей оператора.
Панель оператора GT1055 обеспечивают обширные возможности для
обмена данными с другими устройствами через различные порты и
соединения с использованием соответствующих протоколов. Все это
повышает эффективность и скорость программирования, а также ускоряет
доступ к данным и улучшает эффективность работы.
36
1.9. Измеритель токового сигнала одноканальный ОВЕН ИТП-11
ОВЕН
ИТП-11
-
это
измеритель
и
цифровой
индикатор
унифицированных сигналов тока с масштабируемой индикацией. ОВЕН
ИТП-11 выполнен в миниатюрном, эргономичном корпусе. ИТП-11имеет
минимальные габариты, что позволяет размещать большое количество
индикаторов на дверце щита или мнемосхеме. Удобен при построении
систем
визуализации,
мнемосхем
нефтяных,
газовых
сетей,
сетей
электроснабжения, коммунального хозяйства (теплоснабжение, освещение,
электричество, водоканалы) [8].
Рис. 14 Внешний вид измерителя ОВЕН ИТП-11
Основные функции:
● измерение сигналов датчиков с унифицированным сигналом тока от 4 до
20 мА;
● индикация отмасштабированного измеренного значения входного сигнала
от 4 до
20 мА с учетом заданного пользователем количества десятичных знаков;
● масштабирование измеренного сигнала в соответствии с заданными
пользователем
параметрами
(нижняя
и
верхняя
границы
диапазона
отображения измеряемой величины);
● вычисление квадратного корня из измеренного значения входного сигнала;
37
● изменение параметров конфигурации: диапазон измерений, количество
знаков после запятой и т.д.;
● индикация аварии в случае выхода измеренных значений за пределы от 4
до 20 мА;
● цифровая фильтрация;
● установка зависимости измеряемой величины от входного сигнала:
линейную или корнеизвлекающую;
● установка функции демпфирования колебаний входного сигнала;
● функция запрета изменения настроек;
● питание от токовой петли (2-проводная схема подключения).
Измеритель ИТП-11 подключается по последовательной схеме в
токовую петлю 4…20 мА. Питание ИТП-11 осуществляется от сигнала 4…20
мА и не требует отдельного источника напряжения. Функциональная схема
подключения показана на рис.15. Монтажная часть прибора имеет форму и
габариты стандартной сигнальной лампы, что делает установку ИТП-11 в
щит максимально простой и удобной [9].
Рис. 15 Функциональная схема измерителя ОВЕН ИТП-11
Прибор может применяться в составе систем автоматизированного
контроля и управления технологическими процессами в качестве основного
или
дополнительного
индикатора
физических
величин,
измеряемых
первичными преобразователями, имеющими выходной унифицированный
сигнал от 4 до 20 мА.
38
Технические характеристики измерителя ОВЕН ИТП-11
Таблица 11
Технические характеристики
Питание
ОВЕН ИТП-11
двухпроводная токовая
петля от 4 до 20 мА
Падение напряжения, В, не более
7
Входной сигнал, мА
от 4 до 20
Диапазон преобразования и
индикации входного сигнала, мА
от 3,8 до 22,5
Диапазон входного сигнала,
обеспечивающий нормальное
от 3,2 до 25
функционирование изделия, мА
Пределы основной приведенной
погрешности индикации, %
±(0,2+N)
(N – единица последнего разряда,
выраженная в % от диапазона
измерений)
Время установления показаний (при
отключенном демпфировании), с, не
10
более
Время установления рабочего режима
(после подачи питания), мин, не
15
более
Время опроса входа (после
установления рабочего режима, при
отключенном демпфировании), сек,
не более
1
39
Продолжение табл.11
Степень защиты корпуса: со стороны
IP65
лицевой панели со стороны
IP20
цилиндрической части корпуса
Габаритные размеры прибора, мм
26×48×65
Масса прибора, кг, не более
0,1
Средний срок службы, лет
8
Средняя наработка на отказ, ч
10000
Прибор содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для
оцифровки измеренного сигнала в токовой петле. Оцифрованный сигнал
поступает в микроконтроллер, где осуществляется цифровая фильтрация
сигнала, а также коррекция, масштабирование и вычисление квадратного
корня (при необходимости). Полученное значение сигнала выводится на
цифровой индикатор.
40
1.10. Преобразователь частоты FR-D700 SC
Преобразователь FR-D700 SC преобразует неизменное напряжение и
частоту электросети в изменяемое напряжение с изменяемой частотой. Он
встраивается
между
бесступенчато
питающей
регулировать
сетью
и
частоту
двигателем
вращения.
и
позволяет
Регулируемый
преобразователь частоты вырабатывает энергию для вращения двигателя,
который,
в
свою
Преобразователь
двигателями,
очередь,
позволяет
применяемыми
вырабатывает
управлять
во
вращающий
трехфазными
многих
момент.
асинхронными
установках,
например,
кондиционерах, конвейерах, стиральных машинах, станках и подъемных
механизмах [10].
Рис. 16 Внешний вид преобразователя FR-D700 SC
Компактные
преобразователи
серии
FR-D700
характеризуются
простотой пользования и одновременно большим перечнем функций.
Соединения управляющих сигналов выполнены в виде пружинных клемм,
41
что позволяет легко и быстро вводить преобразователь в эксплуатацию. FRD700 имеет встроенную функцию безопасного останова. Благодаря малому
размеру, преобразователи серии FR-D700 идеально подходят для монтажа
при ограниченном свободном месте. Новые функции (например, функция
предотвращения регенеративного перенапряжения, функция регулирования
натяжением на основе сигналов плавающего ролика, нитераскладочная
функция) обуславливают универсальную применимость преобразователя в
различных установках.
Технические характеристики преобразователя FR-D700 SC
Таблица 12
Технические
FR-D700 SC
характеристики
Метод управления
Управление по характеристике U/f,
регулирование оптимального тока возбуждения,
векторное управление (general-purpose magnetic
flux vector control)
Способ модуляции
Синусоидальная ШИМ-модуляция, «мягкая»
ШИМ-модуляция
0.06 Гц/0...50 Гц (соединительная клемма 2, 4:
Частотное
Аналого-
0...10 В/10 бит) 0.12 Гц/0...50 Гц (соединительная
вое
клемма 2, 4: 0...5 В/9 бит, 0.06 Гц/0...50 Гц
разрешение
(соединительная клемма 4: 0...20 мА/10 бит
Цифро-
0,01 Гц
вое
Точность
Аналогов
±0.5 % максимальной частоты (диапазон
частоты
ый вход
температур 25 °C ±10 °C)
Цифрово
±0.01 % максимальной частоты
й вход
42
Продолжение табл. 12
Характеристика
Базовая частота устанавливается в диапазоне от
напряжение/частота
0 до 400 Гц; Выбор между характеристикой для
постоянного момента вращения и гибкой
характеристикой U/f по 5 точкам
Пусковой момент
150 % и более (при 1 Гц) при векторном
вращения
управлении и компенсации скольжения
Увеличение момента
Ручное увеличение момента вращения
вращения
Время
от 0.01 до 3600 с при раздельном регулировании
разгона/торможения
Характеристика
На выбор линейная или S-образная
разгона/торможения
характеристика
Торможение постоянным
Рабочая частота 0...120 Гц, Время работы (0...10
током
с) и величина тормозного напряжения (0...30 %)
могут свободно регулироваться.
Ограничение тока
Порог срабатывания 0...200 %, может свободно
регулироваться
Заданные
Аналого-
Соединительная клемма 2: 0...5 В пост. т., 0...10
значения
вый вход
В пост. т. Соединительная клемма 4: 0...5 В
частоты
пост. т., 0...10 В пост. т., 0/4...20 мА
Цифровой Ввод с помощью панели управления или пульта,
вход
Пусковой сигнал
величина шага настраивается
Индивидуальный выбор между вращением в
прямом и обратном направлении В качестве
пускового можно выбрать сигнал с
самоблокировкой.
Входные сигналы (5
выбор скорости вращения, цифровой
сигналы)
потенциометр двигателя, 2-й набор параметров,
43
Продолжение табл. 12
присвоение функции клемме 4, JOG-режим,
ПИД-регулирование, внешний
термовыключатель, переключение панелью
управления <–> внешним режимом,
переключение управления по характеристике
U/f, блокировка регулятора, самоблокировка
пускового сигнала, прямое вращение, обратное
вращение, сброс преобразователя частоты
Рабочие функции
Установка максимальной/минимальной частоты,
исключение резонансных явлений, внешняя
защита двигателя, автоматический перезапуск
после отказа сети питания, цифровой
потенциометр двигателя, запрет резервирования,
2-й набор параметров, предустановка частоты
вращения (скорости), управление
промежуточным контуром выходной частоты,
компенсация скольжения, выбор режима,
автонастройка данных двигателя, ПИДрегулирование, последовательный обмен
данными (RS485), регулирование на
оптимальный ток возбуждения, метод останова
при исчезновении сетевого напряжения
Температура
–10 °C ... +50 °C (без образования льда в
окружающего воздуха
приборе)
Допустимая отн.
макс. 90 % (без образования конденсата)
влажность воздуха
Вибростойкость
макс. 5.9 м/с² (JIS 60068-2-6) от 10 до 55 Гц (в
направлениях X, Y и Z)
44
Преобразователи серии FR-D700 задают тон в области самых малых
приводов и облегчают вступление в современную технику приводов с
переменной частотой вращения. Они характеризуются сверхкомпактным
исполнением и многочисленными технологическими функциями. Поэтому
серия FR-D700 превосходно подходит для решения простых задач привода,
где пространство лимитировано. Продуманные функции и свойства,
например, упрощенный монтаж проводки благодаря пружинным клеммам,
встроенный
поворотный
диск
настройки
и
светодиодный
дисплей,
превосходная отдача мощности в нижнем диапазоне частоты вращения, а
также встроенная функция аварийного выключения выводят серию FR-D700
в ранг нового стандарта для сверхкомпактного класса [11].
45
1.11. Датчик температуры ОВЕН ДТС125
Термопреобразователи
для
непрерывного
(датчики
измерения
температуры)
температуры
предназначены
различных
рабочих
сред (например, пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и
т.п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика. Модели датчиков с
резьбовым
креплением
выпускаются
в
стандартном
исполнении
с
метрической резьбой [12].
Рис. 17 Внешний вид датчика температуры ОВЕН ДТС125
Термопреобразователи
сопротивления,
термосопротивления
(ТС)
относятся к параметрическим устройствам, таким как датчик температуры,
поэтому всегда измерительные схемы на основе ТС должны иметь источник
питания. При этом источник питания должен быть таким, чтобы разогревом
чувствительного элемента за счет протекания по нему тока можно было
пренебречь.
Технические характеристики ОВЕН ДТС125
Таблица 13
Технические характеристики
ОВЕН ДТС125
Тип
ДТС 125
46
Продолжение табл. 13
Номинальная статическая
Pt100
характеристика (НСХ)
Диапазон измеряемых температур, °С
-50…+100
Класс допуска
В
Показатель тепловой инерции, с, не
15
более
Минимальная глубина погружения,
80
мм
Рабочий ток, мА, не более
5
Сопротивление изоляции, МОм, не
100
менее
Степень защиты арматуры
IP54
Материал защитной арматуры
12X18H10T
Условное давление, МПа
10
Группа климатического исполнения
Д2; Р2
Схема соединения
2
Датчики
температуры
подключаются
к
измерительной
схеме
соединительным кабелем, имеющим свое собственное сопротивление,
которое
зависит
от
температуры
окружающей
среды.
Если
термопреобразователь подключен по двухпроводной схеме, то может
возникнуть погрешность измерения. Это объясняется тем, что в этом случае
к падению напряжения на термопреобразователе прибавляется падение
напряжения на сопротивлениях подводящих проводов. Если изменится
температура окружающей среды, то это вызовет изменение сопротивления ,
падение напряжения на этом сопротивлении и напряжения, по которому
судят о температуре объекта контроля [12].
47
1.12. Электродвигатель асинхронный трехфазный ABLE MS 6314
В настоящее время асинхронные машины используются в основном в
режиме
двигателя.
Асинхронные
двигатели
нашли
очень
широкое
применение в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.
Их используют в электроприводе металлорежущих станков, подъёмнотранспортных машин, транспортёров, насосов, вентиляторов. Маломощные
двигатели используются в устройствах автоматики [13].
Рис. 18 Внешний вид электродвигателя
Широкое
применение
асинхронных
двигателей
объясняется
их
достоинствами по сравнению с другими двигателями: высокая надёжность,
возможность работы непосредственно от сети переменного тока, простота
обслуживания.
Технические характеристики ABLE MS 6314
Таблица 14
Тип
Мощность, НапрякВт
жение,
Сила
Частота
тока, А
вращения,
В
MS 6314
0,12
230/400 0,85/0,49
КПД, Масса,
%
кг
60
4,8
об/мин
1350
48
1.13. Удаленный ввод/вывод
Серия STlite сертифицирована для широкого диапазона приложений.
Модульная конструкция и поддержка различных типов полевых шин
особенно удобна для удаленных систем полевых шин. Серия оптимизирована
для
обмена
технологическими
данными
с
масштабируемой
производительностью и высокой плотностью интеграции.
Рис. 19 Серия ST для сети CC-Link
Новая серия ST представляет собой модульную систему ввода/вывода
для подключения к сети CC-Link. В ее состав входят:
● базовый модуль (головная станция и узел шины для CC-Link);
● модули питания;
● модули дискретного и аналогового ввода/вывода.
Все они свободно комбинируются между собой в целях обеспечения
оптимальной конфигурации системы. Сокращение «ST» означает «Slice-type
Terminal» («секционированный терминал»), а само устройство представляет
собой сборку из очень тонких вставных электронных модулей (12.6 мм).
Помимо модулей типа секционированных терминалов могут быть также
поставлены экономичные блочные модули с 16 входами или выходами
49
каждый. Станция ввода/вывода выполнена в виде 2-компонентной системы,
то есть в его состав входят функциональные электронные модули, а также
базовые модули в качестве модульной монтажной шины (возможна поставка
с двумя типами соединительных клемм: с пружинными или винтовыми
зажимами). Электронные модули просто защелкиваются в базовых модулях
безо всякого вспомогательного инструмента. А всю сборку затем монтируют
на DIN-рейку. Замену электронных модулей можно выполнять в так
называемом «горячем режиме», т. е. без выключения системы. Повторный
электромонтаж не требуется. На каждом электронном модуле имеются
светодиодные индикаторы для простой и оперативной диагностики и
дополнительной сигнализации. Сообщения об ошибках и состоянии
выводятся также и на базовый модуль [3].
1
2
3
4
5
Рис.20 Используемые в лабораторном стенде модули:
1 – базовый модуль STL-BT1; 2 - модуль электропитания STL-PS; 3 модули дискретного ввода STL-DI8-V1; 4 - модуль дискретного вывода STLDO8; 5 – оконченный модуль шины STL-ET.
В лабораторном стенде использована не вся серия ST для сети CC-Link,
а именно:
50
● базовый модуль (рис. 20-1) или по-другому головная станция соединяет
системы ввода/вывода STlite с системами полевых шин CC-Link. Каждая
головная станция распознает все вставленные модули ввода/вывода и
специальные функциональные модули и генерирует локальное отображение
конфигурации.
Поддерживаются
смешанные
конфигурации
модулей
аналогового (словная связь) и дискретного (битовая связь) ввода/ вывода.
Станции поддерживают широкий ассортимент протоколов прикладных
программ;
●
модуль
электропитания
(рис.
20-2)
поставляет
электропитание
необходимого напряжения на шинные терминалы. При конфигурировании
системы важно, чтобы полный ток не превышал максимальный ток, текущий
через входные клеммы питания. В противном случае необходимо установить
дополнительный
электропитанием
электропитания
модуль
по
шине
системы
энергопотреблением
шинных
электропитания.
для
(сумма
терминалов).
увеличивает
узлов
значений
При
Модуль
электропитания
нагрузочную
полевой
шины
внутреннего
необходимости
с
способность
с
высоким
энергопотребления
можно
установить
дополнительные модули электропитания с питанием по шине;
● модуль дискретного ввода (рис. 20-3) имеет 8 каналов. Он принимает
управляющие сигналы полевых устройств, например, датчиков. Каждый вход
снабжен фильтром для подавления помех, использующим различные
временные постоянные;
● модуль дискретного вывода (рис. 20-4) имеет 8 выходов. Он передает
управляющие сигналы с контроллера автоматизации на подключенные
исполнительные устройства. Все выходы защищены от короткого замыкания.
Уровень полевых устройств и системный уровень гальванически развязаны
во всех дискретных модулях ввода и вывода.
● оконченный модуль шины (рис. 20-5) – один из этих оконечных модулей
должен быть установлен в конце каждого узла полевой шины. Оконечный
51
модуль заканчивает шину внутренних терминалов и обеспечивает надежную
передачу данных.
Для
соединения
модулей
удаленного
доступа
с
ведущим
коммуникационным модулем CC-Link FX2N-16CCL-M используется кабель
CC-Link специально разработан для использования в сетях CC-Link и
предназначен для связи устройств, поддерживающих эту полевую шину.
Данный кабель может быть использован со всей номенклатурой продукции
Mitsubishi. Этот кабель протестирован и сертифицирован CLPA как
совместимый с CC-Link партнерский продукт [3].
52
2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
2.1 . Программирование ПЛК FX3U-16MT/DSS
Для создания рабочей системы автоматизации, необходимо корректно
запрограммировать контроллер, для этой цели существует большое
разнообразие
программных
продуктов.
Для
структурированного
программирования по стандарту IEC61131-3 в лабораторном стенде
используется пакет прикладных программ GX IEC Developer и Melsoft Series
GX Works2. Используемые программные продукты позволяют применять
части программного кода, созданного ранее для других приложений, и тем
самым, помогают снизить затраты на программирование [14].
Программа состоит из последовательности отдельных инструкций,
которые определяют функции управления. ПК обрабатывает инструкции
управления в соответствии с запрограммированной последовательностью
одну за другой – т.е. последовательно. Поэтому для изготовления
управляющей программы собственно управляющий процесс должен быть
расчленен на отдельные инструкции.
Общий проход программы непрерывно повторяется, это определяет,
таким образом, цикличный проход программы. Время, необходимое для
прохода программы обозначается как время цикла программы.
Обзор программируемых операндов и соответствующих типов операндов
Таблица 15
Операнд
Признак типа
Значение
операнда
Вход
X
Входные клеммы ПК
Выход
Y
Выходные клеммы ПК
Маркер
M
Вспомогательное реле. Память для
двоичных промежуточных результатов
53
Продолжение табл. 15
Таймер
T
Реле времени. Память для реализации
временных параметров
Счетчик
C
Счетчик. Память для реализации счета
Состояние
S
Определение шагов. Программирование
шага
Десятичная
управляющего процесса
K
константа
Шестнадцатер
Определение десятичного значения
числа
H
ичная
Определение шестнадцатеричного
значения числа
константа
Регистр
D
данных
Память данных (16-ти битный, 32-х
битный формат)
V, Z
Память данных для промежуточных
Регистр
результатов, индификации 16-ти битный
индексации
формат
Указатель
P
Адрес для перехода. Маркирование
перехода программы
Указатель
I
прерывания
Вложимость
(подпрограмм
Прерывание программы. Переход к
программе прерывания
N
Разветвление программ. Вложимость
(подпрограммы)
ы)
Управляющая инструкция состоит из номера шага (строки памяти
программы), инструкции (команды) и операнда. Инструкции обрабатываются
в определенной последовательности, которая определяется указанием номера
шага. Инструкция (команда) описывает выполняемую функцию, т.е. вид
логической связи. Операнд указывает, с кем логическая связь (инструкция)
54
должна выполняться. Операнд может быть, например, входной клеммой,
выходной клеммой или внутренним счетчиком.
Входы и выходы в программе пользователя ПК представляются
операндами. Посредством указания дополнительного адреса операнда можно
точно обращаться при программировании к отдельным входам и выходам.
Максимальное количество входов или выходов составляет до 256 адресов.
Состояние сигналов входов и выходов может опрашиваться в программе с
помощью различных инструкций.
Для запоминания двоичных результатов логических связей (состояний
сигналов «0» или «1») внутри программы применяется промежуточная
память – маркер. Маркеры соответствуют промежуточным реле в системах
управления на релейной логике. Семейство FX наряду с «обычными
маркерами» (которые отключаются при прекращении питания) используются
также маркеры с памятью подачи и специальные маркеры. Маркеры с
памятью сохраняют свою информацию при отключении напряжения.
Информация записывается в память, сохраняющуюся при отключении
напряжения. Специальные маркеры выполняют особые функции [14].
Адресация маркеров и маркеров с памятью выполняется в десятичной
системе. Для контроллера FX3U-16MT/DSS предусмотрено: 524 адреса для
маркеров (M500-M1023), 6656 адресов для фиксируемых маркеров (M10247679), 512 адресов для специальных маркеров (M8000-M8511).
Программирование
логических
контроллеров
может
быть
осуществлено в трех режимах отображения:
● листинг инструкций (AWL);
● пошаговая схема (STL);
● схемы релейно-контактной логики (KOP).
Для программирования контроллера была выбрана контактная логика.
Контактная
схема
является
производной
от
релейно-контактной
принципиальной электросхемы в упрощенном представлении. В контактной
55
схеме цепи тока изображаются горизонтально и размещаются одна под
другой. В основном применяются базовые символы.
Базовые символы контактной логики
Таблица 16
Символ
Значение
Символ для входа сигнала (аргумента) с
опросом на состояние сигнала «1»
Символ для входа сигнала (аргумента) с
опросом на состояние сигнала «0»
Символ для выходного сигнала (функции).
При управлении с сигналом «1», сигнал «1»
присваивается соответствующему операнду
Символ для специальных функций
На рис. 21 изображен пример контактной схемы. Выход Y0 определяет
состояние сигнала «1», если вход X0 определяет состояние сигнала «1», т.е.
на клемму входа подано напряжение или вход X1 определяет состояние
сигнала «0», т.е. на клемму входа не подано напряжение.
Рис. 21 Пример контактной схемы
Маркеры
программируются
как
выходы.
Однако
отсутствует
возможность присоединить к этим маркерам аппараты вне ПК, поэтому
маркер представляет только место в рабочей памяти ПК. Если имеет
56
состояние сигнала «1», то маркер M0 включается в состояние «1». Маркер
M0 переключает затем выходы Y2 и Y3 в состояние «1». Если вход X0 имеет
состояние сигнала «1», то выход Y2 включается в состояние «1» вне
зависимости от состояния маркера M0.
Рис. 22 Пример программирования маркеров
В релейной технике применяются реле времени с задержкой на
включение или отключение. Техника ПК применяет внутренние элементы
памяти, характеристики которых могут определяться программой. Имеется
различие между аналоговыми и цифровыми временными элементами –
таймерами. Для включения и отключения таймер программируется как
выход. Контакты таймера внутри программы могут опрашиваться как угодно
часто. Таймер адресуется десятичными цифрами.
Временная область таймеров и относящиеся к ним адреса операндов
Таблица 17
Признак типа операнда
Количество
Шаг времени
адресов
Диапазон
времени
T0-T199
200
100 мс
0,1-3276,7 с
T200-T245
46
10 мс
0,01-327,67 с
57
Продолжение табл. 17
T246-T249
(с памятью)
3
1 мс
0,01-32,767 с
(с памятью)
6
100 мс
0,1-3276,7 с
T256-T511
256
1 мс
0,01-32,767 с
T250-T255
Для программирования таймера для установки времени определяется с
помощью
десятичной
константы
K,
которая
указывает
количество
отсчитываемых шагов времени (дискрет). Для 100 мс таймера, у которого
десятичная константа определена как K=5, значение уставки времени
5x100=500 мс.
С помощью десятичных и шестнадцатеричных констант (K,H) можно
задавать числовые значения внутри программы ПК. Числовые значения
кодируются внутри ПК в двоичном счислении. Для представления чисел с
плавающей запятой в программе используется буква «E».
Регистры представляют память данных внутри ПК. В регистре можно
собирать числовые значения и следующую друг за другом двоичную
информацию. Для этого возможно, например, состояние сигналов нескольких
входов запомнить вместе и в программе обработать. Существуют следующие
типы регистров:
● регистр данных (без буферизации) – регистр без сохранения данных при
отключении напряжения ПК;
● регистр данных (с буферизацией) – регистр с сохранением данных при
отключении напряжения ПК. Данные хранятся в энергозависимой памяти;
● индексный регистр служит для запоминания промежуточных результатов и
для индицирования операндов;
● специальный регистр используется для определенных контрольных и
проверочных функций;
● регистр файлов используется для сохранения параметров или рецептов.
58
Адресация регистров данных выполняется десятичной цифрой. Для
двойного регистра адресация начинается с младшего 16-ти битового
регистра.
Регистры и присваиваемые им адреса операндов
Таблица 18
Регистр
Адреса
Количество
Из них
Количество
буферизировано
(с памятью)
регистры
D0-D7999
данных
7000
D200-D7999
7800
16
–
–
512
D8000-D8511
512
D1000-D7999
7000
(частично)
индексные
V0-V7, Z0-
регистры
Z7
специальный
D8000-
регистр
D8511
регистры
D1000-
7000
файлов
D7999
(частично)
(частично)
Специальные регистры внутренне жестко присвоены контрольным и
проверочным функциям. Данные не теряются при переключении управления
в режиме СТОП, но при отключении напряжения данные теряются.
59
2.2. Программное обеспечение Melsoft Series GX Works2
Программирование
контроллера
осуществляется
посредством
приложения Melsoft Series GX Works2. GX Works2 является средством
программирования для создания, отладки и поддержки программ в среде
Windows®. Из приложения GX Works2 существует возможность настраивать
программы
и
параметры
проектов
для
процессорных
модулей
программируемого логического контроллера. В приложении GX Works2
используется модульная структура, что является большим преимуществом
при выполнении сложных проектов по программированию. Блоки и функции
программы, которые часто используются достаточно создать один раз, а по
мере необходимости вставлять в любом месте блочной системы. Значительно
сокращаются затраты на программирование, появляется возможность
вносить существенные изменения в программу, используя простые операции
[15].
После запуска приложения GX Works2 (Пуск → Программы →
MELSOFT Application → GX Works2) появляется начальное окно. Окно
содержит следующие элементы: окно проводника (Navigator), рабочее окно,
панели меню и инструментов.
При выборе одного из пунктов на панели меню раскрывается список
соответствующих команд. Панель инструментов представляет собой группу
экранных кнопок с пиктограммами для выполнения часто используемых
функций и наиболее важных команд меню. Доступность различных кнопок
на панели инструментов зависит от выполняемых действий.
В
приложении
GX
Works2
есть
возможность
одновременно
редактировать разные объекты (рабочее окно, окно проводника, настройка
параметров и т.д.). Окно открывается для каждого объекта на главном
экране. Существует возможность изменения размеров и расположения окон
на экране в зависимости от потребностей. При необходимости отображаются
горизонтальные и вертикальные полосы прокрутки, если информация об
60
объекте не помещается в окне. Рабочее окно является основным окном в
приложении GX Works2, которое предназначено для программирования,
настройки параметров и контроль.
В окне проводника «Navigator» отображается содержимое проекта в
виде древовидной структуры. В окне происходит выбор объектов и
управление ними в приложении GX Works2. Окно отображается в том
случае, если открыт проект. В данном окне выполняются операции создания
данных и отображение окон редактирования [15].
Рис. 23 Начальное окно программы и элементы пользовательского
интерфейса
61
Программирование осуществляется в двух режимах: линейном режиме
(Simple project) и структурированном режиме (Structured project). В линейном
режиме создаются последовательные программы с использованием команд
для центрального процессора программируемого логического контроллера.
Последовательные программы можно создавать на следующих языках
программирования: графический язык программирования (существуют
релейные диаграммы, структурированные релейные диаграммы и язык SFC)
и текстовый язык программирования (существует структурированный текст
ST).
Для создания работ по лабораторному стенду необходимо корректно
запрограммировать контроллер с помощью приложения GX Works2. Для
этого была выбрана релейно-контактная логика, преимуществом которой
является – понятность и легкость в создании и редактировании. Необходимо
создать новый проект: Project → New, выбрать параметры контроллера: серия
– FXCPU, тип – FX3U, тип проекта – Simple project (в линейном режиме) и
язык программирования – LD.
Рис. 24 Создание нового проекта, выбор параметров контроллера
Появляется окно нового проекта, где непосредственно необходимо в
рабочем окне создавать проект с помощью релейных диаграмм (рис. 24).
62
Рис. 25 Создание нового проекта
Для подключения лабораторного стенда к ПК необходимо выбрать тип
подключения. Оборудование лабораторного стенда подключается к ПК с
помощью соединительного кабеля FX-USB-AW – преобразователь RS422USB, также в цепи соединения присутствует графическая панель оператора.
Для выбора типа подключения в окне проводника (Navigator) выбираем
вкладку Connection Destination→ Connection1.
63
Рис. 26 Окно подключений
Для выбора типа подключения открываем Connection Channel List и
выбираем тип подключения 3 (ПК, графическая панель оператора,
контроллер).
Рис. 27 Выбор типа подключения.
64
После создания проекта можно непосредственно перейти к написанию
программы. Для примера рассмотрим процесс взаимодействия дискретных
входов/выходов – операндов (зажигание световых индикаторов). Для ввода
операнда или команды необходимо вызвать окно «Enter Symbol» путем
нажатия соответствующей кнопки с пиктограммой на панели инструментов.
Для обозначения входных сигналов (X0, X1, X2, X3) на панели инструментов
выбираем элемент
– разомкнутый контакт, присваивая ему значение X1.
Аналогично и для остальных входных сигналов. Для обозначения выходных
сигналов (Y0,Y1, Y3,Y4) на панели инструментов выбираем элемент
–
катушка, присваивая значение Y1. Аналогично и для остальных выходных
сигналов.
Рис. 28 Пример ввода операнда
Имеется 4 световых индикатора (выходы Y) и 4 переключателя (входы
X). При появлении на входе X загорается световой индикатор Y. Структура
программы показана на рис. 29. Адресация входов и выходов начинается с 0
(X0, X1, Y0,Y1 и т.д.)
65
Рис. 29 Структура программы.
После создания программы необходимо проверить программу на
наличие и выявления ошибок необходимо произвести компиляцию: Compile
→ Build. При отсутствии ошибок поле программы становится белым.
Далее необходимо загрузить данные в контроллер. Сам контроллер
при этом должен находиться в состоянии
“Stop”. Для этого выбираем
Online→Write to PLC или выбрать значок на рабочей панели инструментов.
Рис. 30 Значок записи в контроллер.
В открывшемся окне (Online Data Operation) необходимо выбирать
данные для записи: программу и параметры. Нажимаем кнопку Execute.
66
Рис. 31 Окно данных.
Если ошибок не обнаружено, в окне записи данных все процессы
завершены.
67
Рис. 32 Завершение записи данных
После успешной записи данных, необходимо запустить контроллер в
состояние “Run”. На рабочей панели инструментов находится значок Start
Monitoring
.
Осуществляется
проверка
работы
программы.
Переключатели DI1 и DI2 принимают значение “1” соответственно световые
индикаторы DO1 и DO2 загораются, что можно видеть на рис. 33.
Рис. 33 Мониторинг программы.
68
Таким образом, программа пользователя обрабатывается в ПК по так
называемому
методу
отображения
процесса
(здесь
процесс
является
отображением состояния – включен/отключен – входов, выходов и различных
внутренних элементов ПК).
Рис. 34 Обработка программы по методу отображения процесса
Отображение процесса входов производится методом выполнения
опроса реальных входов и запись их текущего состояния в память. Во время
подключения
обхода
программы
микропроцессор
обращается
к
записанному в отображении процесса входов состоянию входа. Каждая
инструкция управления в соответствии с ее последовательностью связывается
с операндом. Результат связи сохраняется в промежуточной памяти, т. е.
69
изменение сигнала на входе опознается лишь на следующем цикле
программы. Результаты
логических
операций,
влияющие
на
входы,
записываются в выходную буферную память (область отображения
выходов). Лишь после обхода программы пользователя промежуточные
результаты передаются к реальным выходам. В памяти промежуточных
выходов всегда изменяется согласно результатам логических связей
состояния выходов и хранится в процессе отображения выходов. При обходе
программы
никогда
не
выполняется
непосредственный
доступ
к
входам/выходам, а только к их процессу отображения. После окончания
присвоения значений состояния реальным выходам цикл программы
повторяется.
Программа ПК состоит из последовательности логических связей,
которые
определяют
функции
системы
управления.
Для
создания
программы необходимо разложить задачу управления на отдельные
управляющие инструкции. Управляющая инсрукция является самым малым
элементом программы.
70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Продукция Mitsubishi применяется во всех областях – от самых
ответственных задач в фармацевтической промышленности до индустрии
развлечений. Благодаря гибкости, компактным размерам и простоте
использования, присущей программируемым контроллерам семейства FX,
эти контроллеры по-прежнему остаются лучшим выбором для построения
систем автоматизации в нефтегазовой промышленности, машиностроении,
пищевой промышленности, медицине.
Простота использования контроллеров Mitsubishi позволяет применять
их в процессе обучения. Лабораторный стенд Mitsubishi является новейшим
средством для качественной подготовки и выпуска студентов. Лабораторные
работы и практические занятия являются средством связи теоретического и
практического обучения.
Разработанные методические указания к выполнению лабораторных
работ позволят студентам сформировать:
●
учебно-аналитические
умения
(общение
и
систематизация
теоретических знаний);
● умения применять профессионально-значимые знания в соответствии
с профилем специальности;
●
креативные
умения
будущих
специалистов
(аналитические,
проектировочные, конструктивные).
Для подготовки студентов к предстоящей трудовой деятельности
важно развивать у них интеллектуальные умения, поэтому характер
разработанных заданий таков, чтобы студенты были поставлены перед
необходимостью
проектировать
анализировать
на
основании
процессы,
анализа
свою
состояния,
явления,
деятельность,
намечать
конкретные пути решения той или иной практической задачи.
71
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Учебное и
лабораторное оборудование
образования
для
профессионального
интернет-портал].
[Коммерческий
http://disys.su/laboratornie_stendy.html
2. Руководство
Mitsubishi
Electric:
Программируемые
логические
контроллеры. Руководство по эксплуатации. Описание аппаратной части. 2-е
изд. – 2008. – 256 с.
3. Руководство Mitsubishi Electric: Книга по автоматизации. Мир
решений. – 2011/2012. – 188 с.
4. Руководство
Mitsubishi
Electric:
Программируемые
логические
контроллеры. Руководство по эксплуатации. Аналоговые модули. 1-е изд. –
2006. – 250 с.
5. User’s manual Mitsubishi Electric: FX2N-5A Special function block. –
2008. – 110 с.
6. Руководство Mitsubishi Electric: Семейство FX. Программируемый
логический контроллер. – 2009. – 88 с.
7. Руководство Mitsubishi Electric: GOT1000. Подключение панелей
оператора
GT1020/
GT1030
к
преобразователю
частоты
FR-D700.
Руководство по запуску. 1-е изд. – 2010. – 16 с.
8. Руководство по эксплуатации: ИТП-11. Преобразователь аналоговых
сигналов измерительный универсальный. – 16 с.
9. Оборудование для автоматизации ОВЕН. Измеритель токовой петли
ОВЕН ИТП-11. – 7 с.
10. Руководство Mitsubishi Electric: FR-D700. Преобразователь частоты.
Руководство по эксплуатации. – 1-е изд. – 2013. – 512 с.
11. Руководство Mitsubishi Electric: Семейство FR. Преобразователи
частоты. – 2009. – 88 с.
12. Руководство по эксплуатации: Термопреобразователи сопротивления
ОВЕН ДТС. – 1-е изд. – Редакция © ООО «КИП-Сервис», 2011 – 4 с.
72
13. Теоретические основы электротехники. – М.: Академия, 5-е изд. – 2013.
– 384 с.
14. Руководство
Mitsubishi
Electric:
Программируемые
логические
контроллеры. 5-е изд. – 2006. – 702 с.
15. Руководство Mitsubishi Electric: GX Works2: Программирование и
документация. Пособие для начинающих. 1-е изд. – 2011. – 110 с.
16. Официальный сайт Mitsubishi Electric Russia [Информационный
интернет-портал]. www.mitsubishielectric.com/fa/ru/.