Информационно-управляющие системы в электроэнергетике с использованием инструментального программного комплекса промышленной автоматизации «CoDeSys» и «Zelio Soft»: Учебное пособие. Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации

58 Pages·2016·1.608 MB·Russian

by  Коллектив авторов

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ
«CODESYS» И «ZELIO SOFT»

Учебное пособие

Рекомендовано Учебно-методическим объединением
вузов Российской Федерации по агроинженерному образованию
в качестве учебного пособия для студентов,
осваивающих образовательные программы магистратуры
по направлению подготовки «Агроинженерия».

Ижевск
ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА
2016
 1
УДК 681.513.2 (075.8)
ББК 32.973.2я 73
И 74
Учебное пособие составлено в соответствии с федеральными государст-
венными образовательными стандартами по направлению подготовки «Агро-
инженерия», магистерская программа «Электротехнологии и электрооборудо-
вание в сельском хозяйстве».

Рецензенты:
А.И. Ульянов – д-р. техн. наук, профессор, главный научный сотрудник
лаборатории физики неравновесных металлических систем ФТИ УрО РАН;
В.В. Белов – д-р. техн. наук, профессор кафедры механизации, электрифи-
кации и автоматизации сельскохозяйственного производства ФГБОУ ВО Чу-
вашской ГСХА.
Составители:

Н.П. Кондратьева – д-р. техн. наук, профессор, зав. кафедрой АЭП;
А.П. Коломиец – д-р. техн. наук., профессор;
И.Р. Владыкин – канд. техн. наук., доцент кафедры АЭП;
И.А. Баранова – канд. физ.-мат. наук, ст. преподаватель каф. АЭП;
М.Г. Краснолуцкая – инженер, аспирант кафедры АЭП;
Р.Г. Большин – инженер, аспирант кафедры АЭП.

И 74 Информационно-управляющие системы в электроэнергетике с использо-
ванием инструментального программного комплекса промышленной автомати-
зации «CoDeSys» и «Zelio Soft»: учебное пособие / сост. Н.П. Кондратьева
[и др.]. – Ижевск: ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, 2016. – 58 с.
ISBN 978-5-9620-0285-9
Учебное пособие содержит теоретическую часть и материалы практиче-
ских занятий по основам микропроцессорных систем управления. Изложена
общая методика проведения лабораторных работ в инструментальных про-
граммных комплексах промышленной автоматизации «CoDeSys» и «Zelio Soft»,
рассмотрены примеры решения задач.
Учебное пособие предназначено для студентов вузов очной и заочной
форм обучения по направлению подготовки «Агроинженерия», магистерская
программа «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве».

УДК 681.513.2 (075.8)
ISBN 978-5-9620-0285-9 
ББК 32.973.2я 73

© ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА, 2016
2
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................4 
ВЫПОЛНЕНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ..................5 
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ
СИСТЕМЫ.................................................................................................................8

РАЗДЕЛ I 
ОСНОВНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ
ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ..............13 
Лабораторная работа № 1 
УПРАВЛЕНИЕ РЕВЕРСИВНЫМ ПРИВОДОМ...................................................13 
Лабораторная работа № 2 
УПРАВЛЕНИЕ ОСВЕЩЕНИЕМ В КОМНАТЕ ...................................................31 
Лабораторная работа № 3 
УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ КОРМОРАЗДАТЧИКА ......................42

РАЗДЕЛ II 
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ»................................................................................48 
Задача 1. Управление освещением в длинном коридоре......................................48 
Задача 3. Управление сдвоенными насосами.........................................................49 
Задача 3. Управление электроприводом водоснабжающей установки...............51 
Задача 4. Автоматическое управление открытием и закрытием фрамуг
в теплице.....................................................................................................................53 
Задачи для самостоятельного решения...................................................................54 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................56 
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ОФОРМЛЕНИЕ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА.....................57 

3
ВВЕДЕНИЕ

Эффективное ведение сельского хозяйства в настоящее время невозмож-
но без автоматизации агротехнических процессов. Автоматика позволяет опти-
мизировать эти процессы, создать и поддерживать наилучшие условия для
жизни и развития растений и животных. Кроме того, автоматика дает возмож-
ность значительно увеличить производство, повысить качество продукции,
урожайность и продуктивность, облегчить труд и исключить ошибки, вызван-
ные «человеческим фактором».
Оптимизация агротехнических процессов возможна на основе знания
средств промышленной автоматизации, например программируемых логиче-
ских контроллеров (ПЛК), их назначения, устройства, принципа действия, вла-
дения компетенциями выбора ПЛК и его грамотного программирования.
Целью выполнения лабораторных работ является:
 закрепление, углубление и обобщение знаний, полученных студента-
ми во время изучения курса «Информационно-управляющие системы в элек-
троэнергетике»;
 приобретение практических навыков работы в инструментальных
программных комплексах промышленной автоматизации «CoDeSys» и «Zelio
Soft»;
 изучение применения и назначения ПЛК.
Учебное пособие содержит 3 лабораторные работы, предназначенных для
выполнения студентами инженерных специальностей, а также примеры реше-
ния задач по дисциплине «Информационно-управляющие системы в электро-
энергетике».
Для получения допуска необходимо ознакомиться с целью задания его
содержания, методическими указаниями по выполнению работы, рекомендуе-
мой литературой, оформить заготовку отчета, подготовить ответы на вопросы.
Отчет по работе оформляется в соответствии с требованиями, указанны-
ми в конце каждой лабораторной работы, в пункте «Содержание отчета по ла-
бораторным работам».
4
ВЫПОЛНЕНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Правила безопасности при работе в компьютерном классе
1. Не входить в кабинет в верхней одежде, головных уборах, грязной
обуви, с громоздкими предметами. Работать разрешается только на том компь-
ютере, который выделен на данное занятие.
2. Перед началом работы студент должен убедиться в отсутствии види-
мых повреждений оборудования на рабочем месте.
3. Напряжение в сети кабинета включается и выключается только пре-
подавателем.
4. При появлении изменений в функционировании аппаратуры, само-
произвольном ее отключении необходимо немедленно прекратить работу и со-
общить об этом преподавателю.
5. Запрещается:
 эксплуатировать неисправную технику;
 при включенном напряжении сети отключать, подключать кабели, со-
единяющие различные устройства компьютера;
 работать с открытыми кожухами устройств компьютера;
 касаться экрана дисплея, тыльной стороны дисплея, разъемов, соеди-
нительных кабелей, токоведущих частей аппаратуры;
 касаться автоматов защиты, пускателей, устройств сигнализации;
 во время работы касаться труб, батарей;
 самостоятельно устранять неисправность работы клавиатуры;
 нажимать на клавиши с усилием или допускать резкие удары;
 пользоваться каким-либо предметом при нажатии на клавиши;
 передвигать системный блок и дисплей;
 загромождать проходы в кабинете сумками, портфелями, стульями;
 Класть какие-либо предметы на системный блок, дисплей, клавиатуру.
 Работать грязными, влажными руками, во влажной одежде.
 Работать при недостаточном освещении.
6. По окончании работы выполнить действия строго по указанию препо-
давателя.

Порядок выполнения лабораторных работ 
При выполнении лабораторных работ по дисциплине «Информационно-
управляющие системы в электроэнергетике» студенты знакомятся с программ-
ным комплексом промышленной автоматизации «CoDeSys» или «Zelio Soft», в
котором будет выполняться лабораторная работа. Изучить особенности инст-
рументального комплекса можно, используя методические указания к лабора-
торным работам или руководство пользователя. Студенты учатся основам про-
граммирования на языках LD и FBD, выбирать и подключать виртуальный
5
ПЛК к проекту, назначать его входы и выходы, создавать визуализацию задачи,
запускать и проверять правильность выполненной работы.
Студенты после вступительной беседы преподавателя обязаны ознако-
миться с правилами безопасной работы в лаборатории и сделать запись об этом
в специальном журнале.
Каждый студент на протяжении семестра выполняет самостоятельно
лабораторную работу по плану, составленному кафедрой. Студенты должны
заранее подготовиться к занятию в лаборатории: изучить соответствующие
разделы теоретического курса по лекциям и рекомендованной литературе,
методические указания к лабораторной работе, рекомендации по составле-
нию визуализации, алгоритм, по которому следует проверить работоспособ-
ность проекта.
Преподаватель проверяет, как подготовлены студенты к занятию. Лабо-
раторную работу студенты выполняют под руководством преподавателя в со-
ответствии с методическими указаниями.
После создания проекта студенты проверяют его на наличие ошибок.
Если выявлены какие-либо неточности, то студенты самостоятельно исправ-
ляют их.
Следующим этапом является создание визуализации работы. Визуализа-
ция служит основным инструментом для проверки работоспособности про-
граммы. В учебном пособии проведены рекомендации по оформлению визуа-
лизации проекта.
Решив задачу, студенты выбирают и подключают виртуальный ПЛК, за-
дают переменные, отвечающие за физические величины, которые подаются на
вход и выход ПЛК.
После выбора и подключения ПЛК проверяется правильность разработки
программы. Убедившись в корректной и безошибочной работе, студенты пока-
зывают выполненную программу преподавателю. Преподаватель ставит отмет-
ку о выполнении лабораторной работы в журнал учета посещения занятий сту-
дентами.
Закончив работу, необходимо сохранить разработанную программу, вы-
ключить компьютер и сдать рабочее место преподавателю или лаборанту.

Составление отчета по лабораторной работе
В отчете приводят описание работы, постановку задачи, схему управ-
ления процесса, описанного в лабораторной работе, название выбранного
ПЛК для реализации поставленной задачи, его характеристики, написанную
программу на языках LD или FBD, визуализацию проекта. Отчет должен
быть составлен студентом технически грамотно и четко, чтобы можно было
понять цель работы, особенности созданного проекта, методику написания
программы.
Отчет выполняют на листах бумаги размером 210 х 297 мм. Поля: слева
на лицевой стороне шириной 3 см, справа на лицевой – 1 см, сверху и снизу
листа – 2,5 и 1,5 см соответственно.
6
Программу для реализации поставленной задачи следует приводить в
полном объеме, а также дополнительные пользовательские блоки, если они ис-
пользовались. Визуализацию проекта необходимо представить в различных ре-
жимах работы программы (3-4 рисунка).
7
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ

Рост числа производственных и информационных связей между отдель-
ными предприятиями и учреждениями, повышение эффективности производст-
ва, перепрофилирование предприятий в условиях рынка сопровождаются рос-
том сложности процессов управления и систем управления. Увеличение объема
информации, охватывающей все стороны производства, с ростом самого произ-
водства приводит к значительному усложнению задач управления.
Системой управления называется система, в которой реализуется процесс
управления путем взаимодействия объекта управления и управляющей части.
Различают автоматические и автоматизированные (информационно-
управляющие) системы управления. В системах автоматического управления
(САУ), состоящих из объекта управления и управляющего устройства (управ-
ляющей части), человек непосредственного участия в процессе управления не
принимает.
В автоматизированных системах управления (АСУ) предполагается
обязательное участие людей в процессах управления. Сбор, анализ и преобра-
зование информации в информационно- управляющих системах выполняется с
помощью вычислительной техники.
Эффективное решение задач управления в настоящее время немыслимо без
привлечения средств вычислительной техники и всевозможных автоматизирован-
ных информационно-управляющих систем (АИУС), в число которых входят ав-
томатизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП).
АИУС и АСУТП создаются для совершенствования управления отрасля-
ми и отдельными предприятиями на основе применения математических мето-
дов, современных средств вычислительной техники и средств связи для наи-
лучшего использования производственных фондов, увеличения выпуска про-
дукции, снижения ее себестоимости, повышения производительности труда,
рентабельности производства и роста прибылей.
В автоматизированных системах управления технологическими процес-
сами в качестве управляющего устройства применяют микропроцессор или
микроконтроллер. Электроэнергетика, промышленность, транспорт, системы
связи существенно зависят от компьютерных систем управления. Микропро-
цессорные системы управления (МСУ) встраиваются в измерительные прибо-
ры, электрические аппараты, осветительные установки и д.р. Всё это обязывает
инженера знать основы работы микропроцессорной техники.

Основные понятия и определения
При создании МСУ различного назначения в качестве их основы широко
используются два класса средств цифровой техники:
1. устройства с жесткой структурой, выполненные на базе цифровых ло-
гических схем;
2. электронные вычислительные машины (ЭВМ).
8
Устройства с жесткой структурой обычно содержат большое число ин-
тегральных схем (ИС) малой и средней степени интеграции. Эти схемы уста-
навливаются на платах, а их выводы соединяются в соответствии с реализуе-
мыми функциями. Любое изменение функций требует изменения схемы.
Системы на основе ЭВМ могут легко перестраиваться с реализации од-
ной функции на другую, для этого достаточно составить и занести в память но-
вую программу. При использовании серийных ЭВМ это значительно сокращает
сроки проектирования, изготовления и настройки системы. Однако высокая
стоимость ЭВМ часто делает экономически нецелесообразной разработку циф-
ровых систем на основе этого подхода.
Указанные обстоятельства привели к появлению нового подхода к проек-
тированию цифровых систем - на основе программируемой логики. Этот под-
ход предполагает использование при построении систем стандартной универ-
сальной БИС (одной или нескольких), работающих под программным управле-
нием, которая получила название микропроцессора (МП).
Микропроцессор - это обрабатывающее и управляющее устройство, вы-
полненное с использованием технологии БИС (часто на одном кристалле) и об-
ладающее способностью выполнять под программным управлением обработку
информации, включая ввод и вывод информации, арифметические и логические
операции и принятие решений.
Контроллер - это микро-ЭВМ с небольшими вычислительными ресурса-
ми, обедненной периферией и упрощенной системой команд ориентированная
не на производство вычислений, а на выполнение процедур логического управ-
ления различным оборудованием. Контроллеры часто применяют в качестве
встраиваемых в различные станки, машины, технологические процессы.
Микроконтроллер - это микропроцессорное устройство ориентирован-
ное не на производство вычислений, а на реализацию заданной функции управ-
ления.
Микропроцессорная система (МП-система, МПС) - специализированная
информационная или управляющая система, построенная на основе микропро-
цессорных средств, т. е. набора микропроцессорных схем.

Архитектура простейших микропроцессорных систем управления
Магистрально-модульный принцип построения МПС показан на рисунке 1.
В МПС все связи между отдельными функциональными блоками осуще-
ствляются, как правило, шинами. Под шиной подразумевается физическая
группа передачи сигналов, обладающих функциональной общностью (по каж-
дой линии передается один двоичный разряд информации). Физически шины
реализуются в виде параллельных проводящих участков печатной платы или
жгутов. Кроме шины данных (ШД), как правило, различают шину адреса (ША)
и шину управления (ШУ). Передаваемые по ША адреса формируются в МП.
Они необходимы для определения пути передачи данных внутри МПС, в том
числе для выбора ячейки памяти, куда необходимо занести или откуда необхо-
димо считать информацию. В определении такта передачи могут принимать
9
участие и управляющие сигналы, подсоединяющие или, наоборот, блокирую-
щие те или иные устройства МПС. В отличие от ША и ШУ шина данных явля-
ется шиной двунаправленной. Данные по этой шине могут передаваться от
микропроцессора к какому-нибудь устройству МПС либо пересылаться в МП
от какого-то устройства, доступ к которому обеспечивают сигналы адресной
шины. Естественно, что в каждый момент времени данные могут передаваться
лишь в одном направлении, определяемом режимом работы микропроцессора.

Рисунок 1 - Архитектура простейших микропроцессорных систем управления

Программируемые контроллеры
Любая машина, способная автоматически выполнять некоторые опера-
ции, имеет в своем составе управляющий контроллер, т.е. модуль, обеспечи-
вающий логику работы устройства. Контроллер — это мозг машины. Техниче-
ски контроллеры реализуют по-разному. Это может быть:
 механическое устройство;
 пневматический или гидравлический автомат;
 релейная или электронная схема;
 компьютерная программа.
ПЛК представляет собой блок, имеющий определенный набор выходов и
входов, для подключения датчиков и исполнительных механизмов. Логика
управления описывается программно на основе компьютерного ядра. Абсолют-
но одинаковые ПЛК могут выполнять совершенно разные функции. Причем
10