Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов»

Покупка
Артикул: 754550.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
В пособии представлены теоретические сведения о промышленных логических контроллерах Siemens Simatic S7-300, а также SCADA-системах. Приведены примеры написания программы и разработки программного обеспечения АСУ для конкретного технологического процесса с применением пакетов STEP7 и WinCC Flexible. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 220400 - «Управление в технических системах» - профиль 220401 - «Управление и информатика в технических системах» и студентов других технических специальностей, изучающих дисциплины, связанные с автоматизацией и управлением.
Осипова, Н. В. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов» : учебное пособие / Н. В. Осипова. - Москва : Изд. Дом МИСиС, 2014. - 80 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1246724 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

 

Кафедра автоматики и управления в технических системах

Н.В. Осипова 
 
 

Методические указания
по выполнению курсовой работы

по дисциплине «Программное обеспечение  
для систем автоматизации технологических 
процессов» 

Учебное пособие для студентов направления 
220201 – «Управление в технических системах», 
профиль 220401 – «Управление и информатика  
в технических системах» 

Москва  2015 

УДК 62-503.5 
 
О-74 

Р е ц е н з е н т ы  
ведущий специалист НИИВК им. М.А. Карцева,  
канд. техн. наук С.Е. Бабаков; 
НИТУ «МИСиС», канд. техн. наук, доцент каф. ИСО Б.Ф. Коньшин 

 
Осипова, Н.В.  
О-74  
Методические указания по выполнению курсовой работы по 
дисциплине «Программное обеспечение для систем автоматизации 
технологических процессов» : учебное пособие / Н.В. Осипова. – 
М. : Изд. Дом МИСиС, 2014. – 80 с. 

В пособии представлены теоретические сведения о промышленных логических контроллерах Siemens Simatic S7-300, а также SCADA-системах. Приведены примеры написания программы и разработки программного обеспечения АСУ для конкретного технологического процесса с применением пакетов STEP7 и WinCC Flexible. 
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 
220400 – «Управление в технических системах» – профиль 220401 – «Управление и информатика в технических системах» и студентов других технических специальностей, изучающих дисциплины, связанные с автоматизацией 
и управлением. 

УДК 62-503.5 

 
© Н.В. Осипова, 2015 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие .............................................................................................. 4 
1. Перечень требований к курсовой работе ........................................... 5 
1.1. Составление и оформление курсовой работы ............................. 5 
1.2. Тематика курсовых работ ............................................................. 7 
2. Общие сведения о ПЛК ........................................................................ 8 
2.1. Принцип работы ПЛК как конечного автомата .......................... 8 
2.2. Вывод функциональных соотношений, описывающих  
работу ПЛК как автомата .................................................................... 9 
3. Основы программирования в STEP7 ................................................ 14 
3.1. Создание проекта в приложении Simatic Manager ................... 14 
3.2. Логические функции ................................................................... 15 
3.3. Сравнение данных ....................................................................... 18 
3.4. Арифметические операции ......................................................... 19 
3.5. Таймеры ........................................................................................ 20 
3.6. Счетчики ....................................................................................... 21 
3.7. Блоки для передачи данных........................................................ 22 
3.8. Обработка аналоговых величин ................................................. 22 
4. Пример составления программы управления технологическим 
процессом ................................................................................................ 25 
4.1. Пример составления таблицы состояний и графа  
состояний ............................................................................................ 26 
4.2. Программирование технологических операций процесса  
в STEP7 ................................................................................................ 27 
4.3. Проверка работы программы в S7-PLCSIM .............................. 39 
5. SCADA-система .................................................................................. 41 
5.1. Создание экранных форм для визуализации  
технологического процесса ............................................................... 41 
5.2. Тестирование программного обеспечения ................................ 54 
6. Перечень заданий на курсовую работу ............................................ 67 
Библиографический список ................................................................... 78 

Предисловие 

Целью написания курсовой работы по дисциплине «Программное 
обеспечение для систем автоматизации технологических процессов» 
является закрепление знаний, полученных при изучении курса лекций и лабораторного практикума, приобретение навыков по программированию ПЛК Siemens в среде STEP7, а также по созданию 
экранных форм в пакете Simatic WinCC Flexible для визуализации 
технологического процесса. 
В соответствии с утвержденным учебным планом студенты специальности AУ выполняют курсовую работу. 
Тематика курсовой работы соответствует содержанию теоретического курса. Каждый студент получает индивидуальное задание на 
курсовую работу, в которой указывается название темы, алгоритм 
управления технологическим процессом. Одновременно с выдачей 
задания составляется календарный график выполнения курсовой работы, расписание консультаций и дается перечень рекомендуемой 
литературы. 

1. ПЕРЕЧЕНЬ ТРЕБОВАНИЙ  
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ 

1.1. Составление и оформление курсовой работы 

Ниже приводится примерный объем курсовой работы и ее содержание: 
1.Титульный лист ....................................................................... 1 стр.; 
2. Задание .................................................................................... 1 стр.; 
3. Содержание ......................................................................... 1–2 стр.; 
4. Введение .............................................................................. 1–2 стр.; 
5. Описание технологического процесса: 
5.1. Алгоритм управления технологическим процессом ...... 1–2 стр.; 
5.2. Граф состояний технологического процесса ............... 1 стр.; 
5.3. Таблица состояний технологического процесса ......... 1 стр.; 
5.4. Характеристические уравнения,  
описывающие состояния процесса ........................... 2–3 стр.; 
6. Программное обеспечение технологического процесса: 
6.1. Таблица конфигурации аппаратуры ПЛК  
из пакета STEP7 .............................................................. 1 стр.; 
6.2. Программа на языках LAD, FBD (по выбору)  
в среде STEP7 ............................................................. 4–5 стр.; 
7. Создание экранных форм для визуализации технологического 
процесса: 
7.1. Краткие сведения о SCADA-системе ............................ 1–2 стр.; 
7.2. Описание экранов визуализации процесса  
в WinCC Flexible ..................................................................... 4–5 стр.; 
8. Выводы и заключение ............................................................ 1 стр.; 
9. Список используемой литературы ......................................... 1 стр. 
_________________ 
Всего 21–28 стр. 

Курсовая работа должна в краткой и четкой форме раскрывать 
творческий замысел, при необходимости сопровождаться схемами, 
иллюстрациями и т.п., излагать методы исследования, методику написания алгоритмов и программ и саму программу, выводы по ней. 
Общими требованиями к оформлению курсовой работы являются: 
1) обоснованность рекомендаций и предложений; 
2) убежденность аргументации; 
3) краткость и точность формулировок; 

4) корректность изложения результатов работы; 
5) четкость и логическая последовательность изложенного материала. 
Курсовую оформляют в соответствии с ГОСТ 2.105-79 на страницах формата А4, текст печатается на компьютере, гарнитурой Times 
New Roman, шрифт 14, через 1,5 интервала, с выравниванием по ширине. Размеры полей: левое – не менее 30 мм, правое – не менее 
10 мм, верхнее – не менее 15 мм, нижнее – не менее 20 мм. Титульный лист оформляется в соответствии с рис. 1.1.1. 

 

Рис. 1.1.1. Образец титульного листа курсовой работы 

 
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 
 
Национальный исследовательский технологический 
университет «МИСИС» 
 
Кафедра «Автоматика и управление в технических системах» 
 
КУРСОВАЯ РАБОТА 
 
по дисциплине «Программное обеспечение  
для систем автоматизации технологических процессов» 
 
на тему: 
«Разработка SCADA-системы технологической линии розлива» 
 
 
Курсовую работу выполнил студент 
Иванов И.И. 
(фамилия и инициалы) 
 
Учебная группа АУ-Б-10 
 
Руководитель курсовой работы: 
Ст. преп. Осипова Н.В. 
(ученое звание, фамилия и инициалы) 
 
 
 
 
 
 
Москва 2015 

Страницы нумеруются арабскими цифрами. В общую нумерацию 
входят все листы, в том числе и титульный лист. 
Число иллюстраций должно быть достаточным для пояснения излагаемого текста. Нумерация страниц ставится сквозная, рисунки в 
пределах раздела. Например, рис. 1.1, 1.2 соответствуют первой части работы, рис. 2.1, 2.2 – второй и т.д. Рисунок помещается после 
первого упоминания в тексте. 
Таблицы в тексте могут иметь заголовки, их нумеруют в пределах 
раздела. На все таблицы и рисунки, помещенные в тексте курсовой 
работы, необходимо дать ссылки. 
Ссылки должны быть и на использованную литературу, перечень 
которой приводится в последней части, с указанием названия учебника или учебного пособия, фамилии и инициалов авторов, издательства и года издания. 
Содержание дается на отдельном листе и помещено вслед за титульным листом перед индивидуальным заданием. Наименование 
разделов и подразделов приводят с указанием номеров страниц, на 
которых размещается их начало. 
Курсовая работа сдается в печатном виде. Разработанное студентом программное обеспечение для ПЛК сдается на диске, флешке 
или ином электронном носителе информации. 
Номер варианта задания курсовой работы определяется номером 
записи фамилии студента в журнале преподавателя. 

1.2. Тематика курсовых работ 

Предлагается следующая тематика: 
1. Разработка программного обеспечения АСУ ТП изготовления 
продукции; 
2. Разработка программного обеспечения АСУ ТП сортировки деталей; 
3. Разработка программного обеспечения АСУ технологической 
линией изготовления деталей; 
4. Разработка программного обеспечения АСУ технологической 
линией розлива сока в бутылки. 

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛК 

Промышленные логические контроллеры (ПЛК) представляют 
собой управляющее устройство, применяемое для автоматизации 
технологических процессов, в транспортной отрасли, в быту и пр. 

На сегодняшний день SIEMENS является самым крупным мировым производителем универсальных программируемых контроллеров, а его продукция представлена ПЛК семейств SIMATIC S7-200, 
SIMATIC S7-300, SIMATIC S7-400.

Контроллер Siemens SIMATIC S7-300 – это модульный програм
мируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности. В зависимости от 
типа используемого центрального процессора данный контроллер 
способен обслуживать от 16 дискретных входов/выходов до 65536 
дискретных или 4096 аналоговых каналов ввода/вывода.

При дальнейшем изучении настоящего пособия рекомендуется 

предварительно ознакомиться со структурой ПЛК Siemens SIMATIC 
S7-300, способами адресации, поддерживаемыми форматами данных 
и программным обеспечением с использованием источников [2, 3, 5, 
6, 9, 11]. 

2.1. Принцип работы ПЛК  
как конечного автомата 

Большинство программ управления технологическими процессами используют методику автоматного программирования. При 
этом ПЛК рассматривается как конечный автомат, который при 
возникновении определенных условий на его входах переводит систему в одно из множества состояний, обеспечивающих заданную 
управляющую команду [1,4]. 
Конечный автомат является абстрактным автоматом. Число его 
возможных состояний конечно, и результат работы определяется по 
конечному состоянию. 
Конечный автомат А задается шестью объектами: 

 
( , , ,
,
,
),
o
А
U Y Q q Ф
=
Ψ  
(2.1.1) 

где 
,
,
u
U y
Y q
Q
∈
∈
∈
; 
u – входной сигнал; 
y – выходной сигнал; 

q – состояние; 
U – множество входов; 
Y – множество выходов; 
Q – множество состояний; 
qo – начальное состояние; 
y = Ф(q, u) – функция выхода; 
q = ψ(q, u) – функция состояния. 

В зависимости от описания функции выхода y конечные автоматы 
подразделяются на следующие типы: 

– автоматы Мили (автоматы первого рода), у которых выходная 

последовательность зависит от предыдущего состояния автомата 
q(t – 1) и входных сигналов u(t): 

 
Ф( (
1), ( ));
y
q t
u t
=
−
 
(2.1.2) 

– автоматы второго рода, где выходная последовательность зави
сит от текущего состояния автомата q(t) и входных сигналов u(t): 

 
Ф( ( ), ( )),
y
q t u t
=
 
(2.1.3) 

– автоматы Мура, где их выходная последовательность зависит 

только от текущего состояния автомата q(t) и не зависит от входных 
сигналов: 

 
Ф( ( )).
y
q t
=
 
(2.1.4) 

Основные модели работы автоматов приведены на рис. 2.1.1, а, б 
в виде графа переходов состояний. 
Первая из них реализует последовательное исполнение с возвратом к состоянию q1 (рис. 2.1.1, а), другая – то же самое, но с элементами произвольной выборки (рис. 2.1.1, б), f1, f2, …, fn – функции, 
описывающие условия переходов. 

2.2. Вывод функциональных соотношений, 
описывающих работу ПЛК как автомата 

При программировании ПЛК часто применяется метод шаговых 
меток [8]. Суть его заключается в смене состояний q0, q1, …, qn при 
наличии условий перехода из текущего состояния qt в следующее 
состояние qt + 1. При этом система не должна находиться одновременно в нескольких состояниях. 

Рис. 2.1.1. Граф переходов: а – последовательное исполнение;  
б – последовательное исполнение с элементами произвольной выборки 

Если известен алгоритм работы устройства, то в первую очередь 
необходимо составить таблицу, где в первом столбце прописываются 
все возможные состояния ПЛК q0, q1, …, qn, во втором – соответствующие каждому состоянию операции или управляющие действия 
y1, y2,…, yn, которые обеспечивает контроллер (например, работа исполнительного механизма), в третьем – входные сигналы u1, u2, …, un 
с датчиков, таймеров и т.д. (табл. 2.2.1). 
При этом отсутствие/наличие входного и выходного сигналов помечаются соответственно логическими 0/1. Состояние q0 характеризует однозначное начало процесса, при котором q1 = q2 = … = qn = 0, 
y1 = y2 = … = yn = 0, u1 = u2 = … = un = 0. Оно описывается следующим характеристическим уравнением: 

 
0
1
2 ...
.
n
q
q
q
q
=
⋅
⋅
⋅
 
(2.2.1) 

Таблица 2.2.1 

Пример составления таблицы состояний ПЛК 

Состояния 
Выходы 
Входы 

y1 
y2 
… 
yn 
u1 
u2 
… 
un

q0 
0 
0 
… 
0 
0 
0 
… 
0 

q1 
0/1 
0/1 
… 
0/1 
0/1 
0/1 
… 
0/1 

. 
. 
. 

. 
. 
. 

. 
. 
. 

. 
. 
. 

. 
. 
. 

. 
. 
. 

. 
. 
. 

. 
. 
. 

. 
. 
. 

q2 
0/1 
0/1 
… 
0/1 
0/1 
0/1 
… 
0/1 

qn 
0/1 
0/1 
… 
0/1 
0/1 
0/1 
… 
0/1 

б

f1

Стоп

Стоп

f2
q1
q2
q3
qn

q1
q2
q3
qn
q0
q4
q5

f3
fn

u1

f1
f2
f3
f4

u1

f5
f1

fn

а

q0

То есть процесс начинается, когда нет ни одного из состояний 
q1, q2, …, qn. 
Предпосылкой перехода в состояние q1 является выполнение хотя 
бы одного из условий: 
1) наличие предыдущего состояния q0 и определенных условий на 
входах в виде функции f(u), зависящей от входных переменных 
u1, u2, …, un; 
2) наличие конечного состояния qn; 
3) наличие самого состояния q1 и отсутствие состояния q2. 
Поэтому уравнение для q1 примет вид: 

 
1
0
1
2
(
)
( )
.
n
q
q
q
f u
q q
=
∨
⋅
∨
⋅
 
(2.2.2) 

Например, если должны одновременно сработать два датчика с 
двоичными сигналами u1 и u2, то функция f(u) будет представлять 
логическую И: f(u) = u1&u2. 
Допустим, что f(u) истинна. В начальный момент запуска программы q0 = 1, а qn = 0. В первый такт во время t = 0 сканирования 
CPU контроллера переменная выхода q1 будет еще в логическом нуле, вход 
2
1,
q =
 так как второе состояние q2 еще не наступило и 
q2 = 0. Через 1 такт при t + 1 на выходе q1 появится результат вычисления функции (2.2.2) при значениях в предыдущий момент времени 
t = 0: q0 = 1, f(u) = 1, qn = 0, q1 = 0, 
2q  = 1, т.е. 
1
(1
0) 1
0 1 1.
q =
∨
⋅ ∨ ⋅ =
 

На вход функции (2.2.2) придет сигнал 
1
1.
q =
 В следующий такт во 
время t + 2 q0 перебросится в 0, который запишется на вход 

0
( )
0 1
0
q
f u
⋅
= ⋅ =
, но сохраненная логическая единица произведения 

1
2
1 1 1
q q
⋅
= ⋅ = , полученная с предыдущего такта q1 = 1, позволит сохранить в истинном состоянии q1. С приходом q2 = 1 при t + 3 через 
такт сканирования в момент t + 4 состояние q1 сбрасывается в 0. Временная диаграмма, поясняющая переход системы из состояния q0 в 
состояние q1 изображена на рис. 2.2.1. 
В схемах автоматики часто применяются датчики с медленно замыкающимися и размыкающимися контактами, такие как датчики давления и температуры. Они имеют биметаллические контакты и материалы, изменяющие свой объем при изменении температуры. При замыкании (размыкании) таких датчиков создается неустойчивый контакт 
(дребезг контакта), который длится 40–100 мс. Обычно в схемах автоматики для ликвидации дребезга коммутации применяются реле времени – электронные, электромеханические, пневматические. Принцип 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину