CC BY
15
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ
УДК 681.5
И.А. Андреев
ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ В CoDeSys
Аннотация. Рассматриваются вопросы теории и практики программирования процесса термообработки детали в условиях лабораторной автоматизации в «Режиме эмуляции». Установлены взаимосвязи между параметрами систем логического управления технологическим оборудованием, определяющими состав программно-аппаратных модулей логических контроллеров.
Ключевые слова: ПЛК, графический язык программирования SFC, шаги, действия, переходы
I.A. Andreev
SOFTWARE IMPLEMENTATION OF HEAT TREATMENT
OF PARTS IN CoDeSys
Abstract. The issues of theory and practice of programming the process of heat treatment of a part in conditions of laboratory automation in the emulation mode are considered. The interrelations between the parameters of logical control systems of technological equipment that determine the composition of software and hardware modules of logic controllers are established.
Keywords: PLC, graphic programming language SFC, steps, actions, transitions
ВВЕДЕНИЕ
Подготовка высококвалифицированных научных, технических кадров непосредственно связана с улучшением качества высшего образования, повышением квалификации и профессиональной переподготовкой специалистов. Изучение теоретического материала должно сопровождаться освоением оборудования и приборов, необходимых в профессиональной деятельности.
В силу их высокой сложности и стоимости вузы и центры переподготовки не всегда имеют возможность производить обучение на реальном оборудовании, поэтому в настоящее время актуальным стало применение для обучения компьютерных симуля-торов [1].
Данный подход позволяет моделировать и отрабатывать многократно ситуации, встречающиеся в практике специалистов, и формировать их профессиональные навыки, например в управлении сложным техническим и технологическим оборудованием. Во время эмуляции созданная программа выполняется не в программируемых логических контроллерах (ПЛК), а в компьютере, на котором запущен CoDeSys. В этом режиме допустимы все функции онлайн, что позволяет проверить логическую правильность программ, не используя контроллер.
В современных условиях изменились средства сбора, обработки и передачи информации. Производственные системы становятся «умными», или интеллектуальными. На цеховом уровне изменения затрагивают системы логического управления ПЛК [2, 3].
Проблема построения устройств логического управления, обеспечивающих согласованную работу механизмов и агрегатов, является одной из важнейших при решении задач автоматизации производственных процессов в различных отраслях промышленности.
В настоящее время много внимания уделяется технологиям создания программного обеспечения для систем управления промышленной автоматикой, построенных на базе ПЛК, и практическому программированию на языках стандарта Международной электротехнической комиссии (МЭК) 61131-3 [2, 3].
Внедрение стандарта послужило фундаментом для создания единой школы подготовки специалистов.
Одной из систем для разработки программного обеспечения для ПЛК является программный комплекс CoDeSys компании 3S-Smart Software Solutions GmbH (3S) [4, 5].
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ВО ВРЕМЕНИ ПРОЦЕССОВ СРЕДСТВАМИ CoDeSys
Управляемый технологический процесс - процесс, для которого определены основные входные воздействия и выходные переменные, которые необходимо контролировать в реальном времени, установлены зависимости между входными воздействиями и выходными переменными.
В большинстве технологических процессов машиностроения приходится сталкиваться с необходимостью измерения и управления такими величинами, как температура, давление, сила, время и др. Рассматривая состав технологических процессов обработки в машиностроении, можно отметить немалую группу управляемых во времени процес-
сов, управление которыми связано с необходимостью регулирования и поддержания физических параметров процесса в соответствии с заданными требованиями автоматического или программного управления.
Так, например, для получения необходимых свойств и структуры металлоизделия часто подвергаются термической обработке для получения требуемой твердости, улучшения прочностных характеристик.
Пусть требуется сначала поднять температуру до 200 единиц, затем снизить до 100, снова поднять до 250, снизить до 50 и на этом закончить процесс.
Длительность каждого из этапов нагревания и охлаждения не должна превышать соответственно 60, 200, 100 и 300 секунд.
Если за предписанное время не удается достичь ожидаемой температуры, выдается сигнал «АВАРИЯ» и процесс прекращается.
Решение поставленной задачи было выполнено в CoDeSys.
CoDeSys предоставляет программисту удобную среду для программирования контроллеров на языках стандарта МЭК 61131-3.
Для визуального наблюдения за процессом тепловой обработки детали в организаторе объектов CoDeSys создан экран Оператора (рис. 1-3).
Рис. 1. Исходный вид экрана оператора
Основная программа написана на графическом языке SFC, который позволяет описать хронологическую последовательность различных действий.
Действия связываются с шагами (этапами), а последовательность работы определяется условиями переходов между шагами.
Действия внутри шагов написаны на языке ST (рис. 4).
Рис. 2. Экран оператора при нарушении техпроцесса
Рис. 3. Экран оператора при завершении процесса
Для моделирования процесса тепловой обработки детали (для прохождения всех этапов нагрева - охлаждения) для расчета текущих значений температуры детали использовались циклические формулы: при нагреве:
FOR I: = 1 ТО 50 BY 1 DO
Z: = 1,0 - 1,0/1;
Т: = ЕХРТ(300,0^); END_FOR; при охлаждении: FOR I: = 1 ТО 50 BY1 DO Т: = 80,0 * (1,0 + 1/1);
Для управления работой шагов на SFC предусмотрены специальные флаги. Для их использования необходимо объявлять флаги в программном модуле.
Рис. 4. Шаги и переходы на SFC
Для доступа извне необходимо объявить флаги глобальными либо входными или выходными.
В SFC допускается использовать большое количество переменных-флагов. Один из флагов, использованных в настоящей программе, - SFCError.
Эта логическая переменная принимает значение ИСТИНА, когда происходит задержка времени в некотором шаге.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Установлены взаимосвязи между параметрами систем логического управления технологическим оборудованием, определяющими состав программно-аппаратных модулей логических контроллеров.
Практическая значимость работы заключается в программной реализации системы логического управления технологическим оборудованием, в разработке динамического экрана визуализации оператора за ходом процесса термообработки, сущность которого заключается в нагреве и охлаждении изделий по определенным режимам с контролем времени очередных технологических фаз процесса, в результате чего происходят изменения структуры, фазового состава, механических и физических свойств материала без изменения химического состава.
Статья может быть полезна инженерно-техническим работникам в сфере автоматизации, студентам образовательных учреждений, обучающимся по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств».
Человек, прошедший обучение по программе, включающей стандарт МЭК 61131, сможет работать с ПЛК любой фирмы. В то же время, если он имел ранее опыт работы с любыми ПЛК, его навыки окажутся полезными и существенно упростят изучение новых возможностей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дудырев Ф.Ф., Максименкова О.В. Симуляторы и тренажеры в профессиональном образовании: педагогические и технологические аспекты // Вопросы образования = Educational Studies Moscow. 2020. № 3. С. 255-276.
2. Петров И.В. Программирование контроллеров. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования. Москва: СОЛОН-Пресс, 2004. 256 с.
3. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. Москва: Горячая линия - Телеком, 2009. 608 с.
4. Руководство пользователя по программированию ПЛК в CoDeSys 2.3 [Электронный ресурс]. URL: http://www.prolog-plc.ru
5. Руководство пользователя по программированию ПЛК в CoDeSys 2.3 [Электронный ресурс]. URL: www.3s-software.com
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ
Андреев Иван Александрович -
доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» филиала Самарского государственного технического университета в г. Сызрани
Ivan А. Andreev -
Associate Professor, Department of Power Supply of Industrial Enterprises, branch of Samara State Technical University in Syzran
Статья поступила в редакцию 16.12.2021, принята к опубликованию 22.02.2022
