5.5. Приклад використання мови SFC

Завдання. Програма управління танком

Елементи установки. Створити проект з ПЛК М340, для реалізації програми управління установкою, що складається з наступних елементів (рис.5.59):

танки Т1 та Т2, в яких готовляться продукти за різними рецептами; танки обв’язані наступними засобами КВПіА:

· запірні клапани набору та зливу, кожний з датчиками кінцевого положення “закритий” та “відкритий”;

· регулюючий клапан (0-100%) подачі теплоагента у теплообмінний кожух танку (далі по тексту клапан нагрівання);

· датчик рівня (0-100%) в танку;

· датчик температури в танку (0-100°С);

дозатори (мірні ємності) D1 та D2, які забезпечують подачу дози компоненту; дозатори обв’язані наступними засобами КВПіА:

· сигналізатор нижнього і верхнього рівнів;

· запірні клапани набору та зливу, кожний з датчиками кінцевого положення “закритий”;

3-ходовий клапан перемикання трубопроводу подачі з дозаторів на танки T1 та T2; в нормальному стані положення “на Т1”; має датчики кінцевого положення “Т1” та “Т2”.

Рис.5.59. Операторський екран для контролю та управління за процесом приготування продукту

Опис алгоритму задач управління установкою. Управління дозаторами та танками повинно бути розв’язане одне від одного (але координоване), оскільки дозатори можуть бути використані в інших процесах. Дозатори в стані очікування завжди повинні бути наповнені.

Управління процесом приготування повинно відбуватися за таким алгоритмом:

1) У початковому стані (старті ПЛК) клапани набору та зливу танків Т1 та Т2 повинні бути закритими. Закритість клапанів контролюється кінцевими датчиками положення. Після цього система управління приготуванням продукту переходить в стан готовності.

2) Оператор повинен задати рецепт продукту для приготування в Т1 та Т2. Рецепт включає наступні поля:

a. кількість доз компоненту з D1;

b. кількість доз компоненту з D2;

c. температуру попереднього нагрівання;

d. час витримки;

3) Після натискання оператором кнопки “Пуск” відкривається клапан набору танку Т1.

4) Після досягнення рівня 50% паралельно з набором включається дозування компонентів D1 та D2 відповідно до рецепту.

5) При досягненні рівня 80%, відкривається клапан набору танку Т2.

6) Коли клапан набору Т2 повністю відкрився (по датчику положення “відкритий”), клапан набору Т1 закривається, і паралельно з приготуванням продукту в Т1 йде наповнення і приготування продукту в танку Т2.

7) При досягненні рівня 50% в Т2 паралельно з набором включається дозування компонентів D1 та D2 відповідно до рецепту. Якщо дозатор в цей час використовується при дозуванні Т1, необхідно дочекатися закінчення роботи дозаторів.

8) При досягненні рівня 80%, закривається клапан набору танку Т2.

9) Після закриття клапану набору в танку Т1 (в наступних пунктах для Т2 аналогічно) і закінченні дозування, відкривається повністю клапан подачі теплоагента;

10) Рідина в танках повинна нагрітися до вказаного в рецепті значення, після чого клапан залишається відкритий на 10% протягом вказаного в рецепті часу;

11) Після витримки відкривається клапан зливу і рідина зливається з танку;

12) Через 5с після досягнення рівня менше 1% клапан зливу закривається;

13) Коли обидва танки Т1 та Т2 порожні, система переходить в початковий стан.

У будь який момент часу система повинна мати можливість переходу в початковий стан.

Рішення.

Апаратна конфігурація та змінні вводу/виводу.

Рис.5.60. Конфігурація ПЛК М340 до задачі

Відповідно до поставленої задачі, необхідно 15 дискретних входів, 9 дискретних виходів, 4 аналогові входи і 2 аналогові виходи. Один з варіантів вибору апаратної конфігурації показаний на рис.5.60.

Для прив’язки до входів та виходів можна створити локалізовані змінні, які показані на рис.5.61. Також створені 2 змінні: Pusk для запуску процесу, і InitSFC для можливості переводу системи в початковий стан.

Загальні принципи роботи програми. Для реалізації даної задачі використовуються 4-ри секції (рис.5.62): “D1” і “D2” (на мові SFC) для управління дозаторами, “Production” (на мові SFC) для управління приготуванням продукту, та “CTRL_SFC” (на мові LD) для ініціалізації мереж SFC в цих секціях (скидання кроків і перехід на початковий крок). Секція “Simulation” призначена тільки для імітації об’єкта і є необов’язковою.

Рис.5.61. Вхідні, вихідні змінні та змінні управління

Управління дозаторами. Дозатори управляються незалежними автоматами станів, які реалізовані через секції D1та D2. Вони ідентичні по своїй структурі і відрізняються тільки використовуваними змінними. Для формування завдання (кількість доз), його запуску та виконання використовуються структурні змінні Dozator1 та Dozator2 заздалегідь створеного типу Dozator (рис.5.63).

При ініціалізації мережі SFC (рис.5.62) закривається клапан VSliv_D1, та на один цикл (специфікатор Р) запускається секція Dinit1, де обнулюються поля START та PV структурної змінної управління дозуванням Dozator**1. Коли клапан зливу закривається, що сигналізується його датчиком кінцевого положення, - відкривається клапан VNabor_D1. Клапан набору буде до тих пір відкритий, поки крок D1_Nabor активний (специфікатор N), тобто поки не спрацює сигналізатор верхнього рівня LSH_D1. Після спрацювання датчика кінцевого положення закриття клапану набору, програма переходить до кроку D1Ready. На цьому кроці програма очікує команду дозування Dozator1.START, яка повинна надійти (змінитися в TRUE) з іншої частини програми.

Рис.5.62. Структура задачі MAST та Секція “D1” для управління дозатором D1

Процес роботи дозування заключається у відпрацюванні заданої кількості вивантажень дози, що підраховується змінною-лічильником Dozator1.CV. Тому при Dozator1.START=TRUE, протягом одного циклу активності D1Sliv відбувається збільшення значення Dozator1.CV на 1. Крок буде активний а клапан Vsliv_D1 буде відкритий до тих пір, поки не відключиться сигналізатор нижнього рівня, що сигналізує про порожність дозатору.

Крок D1VSlvCLS буде активний до тих пір, поки не спрацює датчик кінцевого положення закриття клапану зливу (VSliv_D1_Cls). На останньому циклі активності кроку запускається секція D1Count, в якій при досягненні кількості доз рівній уставці, скидається команда Dozator1.START і обнулюється плинне значення лічильника. Слід зазначити, що після останньої вивантаженої дози, дозатор все одно набирається, що задовольняє умовам задачі.

Рис.5.63. Структурні типи та змінні проекту

Управління приготуванням продукту. Секція управління приготуванням продукту “Production” побудована з використанням макрокроків (рис.5.64). При ініціалізації мережі SFC проходить закривання всіх клапанів танків Т1 та Т2. Ініціалізація закінчується при спрацюванні датчиків положення “закрито” клапанів набору та зливу.

Для одночасності процесів приготування продуктів в танках Т1 та Т2 використане паралельне відгалуження. Кожна з гілок після ініціалізації переходить в стан готовності (кроки T1Ready та T2Ready):

для танку Т1 це очікування кнопки Pusk;
для танку Т2 це закінчення набору Т1, що сигналізується активністю кроку T1WaitT2 (T1WaitT2.x=TRUE).

Кожна з паралельних гілок ідентичні одна одній, за винятком певних особливостей, що стосуються координації їх роботи. Тому розглянемо тільки гілку для управління танком Т1 і особливості гілки Т2. Гілка управління Т1 включає 3 макрокроки, які відповідають за певний етап роботи: T1Nabor – за набір і дозування, T1Nagrev – за нагрівання і витримку, T1Sliv – за вигрузку продукту.

Рис.5.64. Секція “Production” для управління виробництвом продукції

Макросекція кроку T1Nabor показана на рис. 5.65. Вхідний крок макросекції активує відкриття клапану VNabor_T1, специфікатор S вказує на те, що після деактивації кроку, клапан повинен залишитись відкритим. Після наповнення 50% (умова в секції MidleLT1: LE_T1>=5000) мережа SFC знову ділиться на 2 паралельні гілки: ліва гілка для повного наповнення танку, права – для дозування.

Таке розгалуження дає можливість вчасно закрити клапан набору, навіть якщо дозування ще не закінчилось.

Рис.5.65. Макросекція “T1Nabor”

Після наповнення рівня до 80%, ліва гілка переходить до кроку T1WaitT2, активність якого (T1WaitT2.x=TRUE) сигналізує гілці управління танком Т2, що необхідно відкривати клапан набору танку Т2 (рис.5.64, перехід T1WaitT2.x). Після спрацювання датчика положення “відкрито” клапану набору танку Т2 VNabor_T2_OPN, закривається клапан набору Т1 (R VNabor_T1).

Перший крок правої гілки T1VDtoT1 перемикає 3-х ходовий клапан в положення дозування в танк Т1 (VDoz_T1toT2=FALSE). Після спрацювання датчика положення запускається процес дозування шляхом задання кількості доз для D1 і D2 згідно рецепту, і запуску дозаторів шляхом подання команди START (див. рис. 5.65).

Після початку дозування, якщо команда закриття на клапан набору відправлена, тобто коли активні кроки T1VnbCls і T1Dozes, йде вихід з макросекції.

Умовою переходу до макрокроку T1Nagrev (рис.5.64) є спрацювання датчика кінцевого положення “закрито” клапану набору Т1.

Для Т2, макросекція набору має аналогічну структуру, за винятком відсутності кроку очікування відкриття сусіднього танку і присутності кроку очікування закінчення дозування (рис.5.66). Таким чином програма набору танку Т2 перед дозуванням буде чекати поки дозатор не відпрацює всі замовлені для нього дози, тобто поки Dozator1.START та Dozator2.START не стануть рівними FALSE.

Рис.5.66. Макросекція “T2Nabor”

Макросекція нагрівання (рис.5.67) починається з відкриття клапану нагрівання на 100%. Специфікатор Р1 вказує на те, що дія виконається один раз, при активації кроку. При досягненні заданої в рецепті температури, крок T1Vytrym отримує маркер. При активації кроку клапан нагрівання прикривається до 10%, при деактивації (специфікатор Р0), клапан закривається повністю. Сам крок залишається активним протягом заданого в рецепті часу, тобто поки не спрацює умова переходу задана в секції DelCompleteT1: T1Vytrym.t>=RecipeT1.Delay, де t – час активності кроку. Після виходу з макросекції нагрівання, маркер автоматично переходить до макрокроку вигрузки T1Sliv (див. рис.5.68), так як умова переходу завжди TRUE.

Рис.5.67. Макросекція “T1Nagrev”

Макросекція T1Sliv, починається з відкриття клапану зливу (рис.5.70).

Рис.5.68. Макросекція “T1Sliv”

При досягненні рівня в танку Т1 менше ніж 1% (100 в діапазоні 0-10000), активується крок витримки PauseT1, яка потрібна для повного випорожнення танку. Час затримки досягається за рахунок налаштування мінімального часу активності кроку Delay=T#5s. Умова переходу TRUE, відразу пропускає маркер на крок T1VSlivClose, в якому відбувається закриття клапану зливу. Після спрацювання датчика “закритий” клапану зливу Т1, і активності останнього кроку в гілці управління Т2 маркер покидає макросекцію, з’єднується з маркером з паралельної гілки і переходить на крок ініціалізації (рис.5.64) .

Рис.5.69. Секція CTRL_SFC для ініціалізації SFC

Секція ініціалізації мереж SFC. Для запобігання “зависання” маркеру на певному кроці при нештатній ситуації, в програмі передбачена секція ініціалізації мереж SFC під назвою “CTRL_SFC”. Секція написана на мові LD (рис. 5.69) і виконується на кожному циклі Задачі MAST, незалежно від активності кроків SFC. При спрацюванні змінної-команди InitSFC=TRUE (див. на рис.5.59 кнопка “ІніціалізКроків”) через виклики системної функції INITCHART ініціалізуються всі мережі SFC секцій Production, D1 та D2:

при переході InitSFC з FALSE->TRUE скидає (деактивує) всі кроки;
при переході InitSFC з TRUE -> FALSE ініціалізує мережі SFC, тобто активує початковий крок.

Функція INITCHART розглянута в параграфі 3.10.7.

Перевірка роботи програми. Для перевірки роботи програми можна скористатися секцією імітації, яка описана у главі