Если какой-либо вход этого блока не используется, то для этого входа по умолчанию сигнал принимается равным «1».

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа № 1. Ознакомление с программнымкомплексом LOGO! SoftComfortV5………………………………... 4

Лабораторная работа № 2. Реализация последовательности

импульсов в LOGO! SoftComfort…………………….………….… 11

Лабораторная работа № 3. Сравнение аналоговых сигналовв

программном комплексеLOGO! SoftComfort………………….… 14

Лабораторная работа № 4. Работа вLOGO! SoftComfort.Реализация подсчета импульсов…………………………………… 18

Лабораторная работа № 5. Реализация широтно-импульсныхпреобразований в LOGO! Soft Comfort…………………...……….. 21

Лабораторная работа № 6. Изучение работы ПИ-регуляторавLOGO!SoftComfort………………………………………………………… 23

Лабораторная работа №1. Ознакомление с программным пакетомLOGO! Soft Comfort V5

Целиработы:

1) Знакомство с интерфейсом LOGO! Soft Comfort;

2) Реализация логической функции в виде принципиальной схемы.

Теоретическаячасть

Siemens LOGO – логический контроллер концерна Siemens AG, или программируемое реле.

LOGO программируется с помощью языков FBD (Function Block Diagram – функциональная блок-схема) или LAD (Ladder Diagram – язык релейной логики) с использованием программного пакета LOGO Soft Comfort для ПК или напрямую клавишами на лицевой панели контроллера.

Входы

Цифровые входы обозначаются буквой I. Номера цифровых входов (I1, I2, ...) соответствуют номерам входных клемм на LOGO! Basic и на подключенныхцифровых модулях в том порядке, в котором они смонтированы.

Выходы

Цифровые выходы обозначаются буквой Q. Номеравыходов (Q1, Q2, ..., Q16) соответствуют номерам выходных клемм на LOGO! Basic и на подключенных модулях расширения в том порядке, в котором они смонтированы.

Список основных функций

Основные функции – это простые логические элементы булевой алгебры. Вы можете инвертировать входы отдельных основных функций, т. е. коммутационная программа инвертирует логическую «1» на соответствующем входе в логический «0»; если же на входе установлен «0», то программа устанавливает логическую «1». Список GF содержит блоки основных функций, которые вы можете использовать в своей коммутационной программе. Имеются следующие основные функции (табл. 1).

Таблица 1

Основные функции в LOGO

Представление на коммутационной схеме	Представление в LOGO	Наименование функции
Последовательное соединение		AND (И)
		AND (И)с анализом фронта
		NAND (И-НЕ)
		NAND (И-НЕ)с анализом фронта
		OR (ИЛИ)
		NOR (ИЛИ-НЕ)
		XOR (исключающееИЛИ,сумма по модулю 2)
Размыкающий контакт		NOT(отрицание, инверсия)

Выход функции И с анализом фронта (см. рис. 1, а) принимает состояние «1» только тогда, когда все входы имеют состояние «1» и хотя бы одинвход в предыдущем цикле имел состояние «0».

Если какой-либо вход этого блока не используется, то для этого входа по умолчанию сигнал принимается равным «1».

Выход функции И-НЕ с анализом фронта(см. рис. 1, б) принимает состояние «1» только тогда, когда хотя бы одинвход имеет состояние «0», и все входы имели состояние «1» в предыдущем цикле.

Задание

Реализовать логические функции, заданные вариантом

Таблица 2

Варианты задания

I1	I2	I3	I4	I5	Q1	Q2	Q3	Q4
					?	?	?	?
					?	?	?	?
					?	?	?	?
					?	?	?	?
					?	?	?	?

Табл. 2 (истинности) содержит 5 входов и 3 выхода. Набор нулей и единиц для входных сигналов постоянен. Чтобы выполнить работу, требуется самостоятельно рассчитать порядок нулей и единиц для выходных сигналов. Для этого нужно день своего рождения, месяц и вариант по журналу перевести из десятичной системы счисления в двоичную (5 знаков). Каждому столбцу соответствует свой параметр: Q1 – это день рождения, представленный в виде транспонированной матрицы двоичного кода;Q2 – месяц рождения, Q3 – вариант по журналу.

Пример выполнения

Предположим, что дата рождения 25 июня, а вариант по журналу 4. Следовательно, преобразуя 25 в двоичный код, получим: , , Заполним выходные сигналы, транспонируя полученные результаты.

Таблица 3

I1	I2	I3	I4	I5	Q1	Q2	Q3

Существует целый ряд методов синтеза сокращенной ДНФ, СКНФ.Суть всех этих методов в последовательном упрощении логического выражения, обычно заданного в виде СДНФ или СКНФ. В процессе упрощения используются следующие преобразования: склеивание, поглощение, неполное склеивание, обобщенное склеивание. При большом числе переменных использование алгебраических преобразований резко усложняется, поэтому применяют карты Карно.

Карта Карно – это представление таблицы истинности в виде прямоугольной таблицы с соответствующим числом клеток, каждая из которых отвечает определенной конъюнкции (произведению переменных). Переменные следуют так, чтобы в соседних клетках отличалась только одна из них, т. е. вместо чередования 00; 01; 10 и 11 используют код Грея 00; 01; 11 и 10. Внимание!Необходимо учесть, что рабочей частью карты Карно является часть, выделенная жирным шрифтом (см. табл. 3). Карта Карно для функции Q1, рассмотренной выше, представлена в табл. 4.

Таблица 4

Карта Карно для функции Q1

Рис. 1. Коммутационная схема 1 функции

Таблица 5

Рис. 1. Коммутационная схема функции 2

Таблица 6

Требования по содержаниюотчета

В отчете студент должен перечислить цели лабораторнойработы,описать ход работы, сделать выводопроделаннойработе.

Лабораторная работа № 2. Реализация последовательности импульсов в LOGO! Soft Comfort.

Целиработы:

1) научиться реализовывать последовательность импульсов в LOGO;

2) углубить знания по работе с программой LOGO.

Теоретическаячасть

Принцип действия генератора импульсов:

1. Входной сигнал высокого уровня поступает на блок задержки включения B001. Затем он подается на вход сброса R, образуя обратную связь. Таким образом, на выходе блока B001 импульсный сигнал с периодом, равным длительности задержки включения. В данной схеме этот блок служит генератором импульсного сигнала: его период – 1 секунда, продолжительность условно мала.

2. Последовательность импульсов поступает на пять блоков:

· Блок задержки выключения B006, увеличивающий продолжительность сигнала до 30% от его периода.

· Счетчики B002 и B003, переключающиеся в состояние «1» после поступления на них 6 и 12 импульсов соответственно.

· Блоки «И» B004 и B005, работающие в ключевом режиме. Они открываются счетчиками B002 и B003.

3. Таким образом, спустя 6(12) импульсов, открывается ключ B004 (B005), и импульсы начинают поступать на блок задержки выключения B007 (B008), увеличивающий продолжительность сигнала до 60% (90%).

4. Три результирующих сигнала повышенной продолжительности через логический блок «ИЛИ» поступают на выход схемы.

Задание

Реализовать последовательность импульсов, заданную вариантом.

Варианты задания

Расстояние между промежутками (от 1 до 10) рассчитывается по табл. 8 слева направо согласно имени и фамилии студента (если не хватило количества звуков, содержащихся в имени). 1 клетка соответствует 1 секунде (табл. 8).

Таблица 7

Варианты счисления

Гласный звук	Согласный звонкий	Согласный глухой
2 клетки	1 клетка	3 клетки

Таблица 8

Таблица звуков

Звонкие	[б]	[б']	[в]	[в']	[г]	[г']	[д]	[д']	[з]	[з']	[ж]
Глухие	[п]	[п']	[ф]	[ф']	[к]	[к']	[т]	[т']	[с]	[с']	[ш]

Например, Иванов Иван: И – гласный звук, следовательно, промежуток 1 равен 2 клеткам, в – согласный звонкий, значит 2 промежуток будет 1 клетка и т. д.

Примервыполнения

Рассмотрим следующую последовательность и длительность импульсов, изображенные на рис. 4.

Рис. 4.Пример задания

Для реализации заданного сигналаследует использовать следующие блоки: вход, задержка включения, интервальное реле (импульсный выход) иливыход.

Блоки задержки включения выполняют функцию по включению сигнала в строго определенное время по истечению некоторого интервала времени. Интервальное реле позволяет отключить подачу сигнала через определенный промежуток времени. Так как 1 клетка равна 1 секунде и все сигналы длились по 1 секунде, то таймер каждого интервального реле отсчитывает 1 секунду времени.

На рис. 5 представлено решение данной задачи.

Рис.5. Коммутационная схема

Контрольныевопросы

1. Как работает генератор импульсов?

2. Какие функции выполняют «интервальное реле» и «блоки задержки»?

3. Может ли «блок И» работать в ключевом режиме?

Требования по содержаниюотчета

В отчете студент должен перечислить цели лабораторной работы,описатьходработы,сделатьвыводопроделаннойработе.

Теоретическаячасть

Аналоговый сигнал – сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.

Компаратор (аналоговых сигналов)– электронная схема, принимающая на свои входы два аналоговых сигнала и выдающая логическую «1», если сигнал на прямом входе («+») больше, чем на инверсном входе («–»), и логический «0», если сигнал на прямом входе меньше, чем на инверсном входе.

Задание

Сравнить аналоговые сигналы, собрать функциональную схему в программном пакете. Знаки расставляются согласно варианту.

Варианты задания

Всего требуется получить 6 знаков сравнения. Для первых 3 знаков (1 уравнение) нужно сравнить последовательно дату своего рождения, месяц рождения и порядковый номер по журналу с числом 7. Полученные результаты расставить в уравнение соответственно. Чтобы получить знаки во втором и третьем уравнении, требуется произвести аналогичные вычисления, но уже с числами 3 и 12 соответственно.

Примервыполнения

Покажем пример выполнения задания, которое было указано выше.

Аналоговый сигнал подаем с помощью блока «Аналоговый вход». Создаем 3 блока аналоговых входов , далее, следуя условию, требуется сравнить попарно 2 сигнала: , Сравнение производим с помощью блока «Аналоговый компаратор». Полученные результаты требуется связать блоком «И» и подать на выходной блок «Q1». Собранная схема представлена на рис. 6.

Рис. 6. Коммутационная схема 1 уравнения

Второе уравнение реализуется аналогично первому, за исключением порядка сравнения. В данном случае нам требуется поменять пары сравнения. Результат представлен на рис. 7.

Рис. 7. Коммутационная схема 2 уравнения

В третьем уравнение наибольшую сложность представляет знак равенства. Реализуется он с помощью двух компараторов и блока «Nor», а также инверсии сигнала. Важно понимать, что при разнице аналоговых сигналовна выходе блока «Nor» должна быть единица, но благодаря инверсии сигнала при равенстве, полученных результатов на выходе компараторов мы получим искомую единицу, а при неравенстве, соответственно, ноль. На рис. 8 изображено решение.

Рис. 8.Коммутационная схема 3 уравнения

Контрольныевопросы

1. Что такое аналоговый сигнал?

2. Что такое компаратор?

3. Как реализовать проверку равенства сигналов в LOGO?

Требования по содержаниюотчета

В отчете студент должен перечислить цели лабораторнойработы,описать ход работы, сделать выводопроделаннойработе.

Лабораторная работа № 4. Работа в LOGO! Soft Comfort.Реализация подсчета импульсов

Целиработы:

1) научиться реализовывать подсчет количества импульсов;

2) углубить свои знания в программном продукте.

Теоретическаячасть

Широтно-импульсная модуляция– управление средним значением напряжения на нагрузке путем изменения скважности импульсов, управляющих ключом.

Задание

Реализовать подсчет импульсов с заданным условием:

Примервыполнения

Для реализации импульсного сигнала был использован блок «Асинхронный генератор импульсов». Была реализована последовательность импульсов протяженностью 1 секунда и паузой между двумя последовательными импульсами также в 1 секунду.

Для подсчета импульсов был использован блок «Реверсивный счетчик» с установленным порогом включения 3. Порог включения позволяет передавать сигнал на второй выход только по достижению установленного значения (количества импульсов).

Для отображения подсчета импульсов на панели дисплея контроллера был использован блок «Текстовые сообщения».

При генерации импульсов с 3 по 6 дисплей отображает номер этого импульса (рис. 9).

Рис. 9. Панель дисплея контроллера по достижению 3 импульсного сигнала

При достижении 6 импульса дисплей погасает, и на выход подается логическая единица (рис. 10).

Рис. 10. Панель дисплея контроллера по достижению 6 импульсного сигнала

Контрольныевопросы

1. Что такое ШИМ?

2. Для чего нужен асинхронный генератор импульсов ?

3. Как работает реверсивный счетчик?

Требования по содержаниюотчета

В отчете студент должен перечислить цели лабораторнойработы,описать ход работы, сделать выводопроделаннойработе.

Лабораторная работа № 5. Реализация широтно-импульсных преобразований в LOGO! Soft Comfort.

Цельработы:

Теоретическаячасть

ШИП – широтно-импульсный преобразователь, или широтно-импульсный модулятор (ШИМ), генерирующий ШИМ-сигнал по заданному значению управляющего напряжения. Основное достоинство ШИП (ШИМ) – высокий КПД его усилителей мощности, который достигается за счет использования их исключительно в ключевом режиме. Это значительно уменьшает выделение тепловой мощности на силовом преобразователе.

Задание

Примервыполнения

Для реализации импульсного сигнала был использован блок «Асинхронный генераторимпульсов». Была реализована последовательность импульсов протяженностью 5 секунд и паузой между двумя последовательными импульсами в 2 секунды.

Для реализации широтно-импульсных преобразований был использован блок «Широтно-импульсный модулятор», свойства которого были синхронизированы с асинхронным генератором импульсов».

Аналоговый сигнал подаем с помощью блока «Аналоговый вход» (рис. 11).

Рис. 11. Коммутационная схема

Рис. 12.Реализация изменения длительности импульса

Изменим величину аналогового сигнала с 3 на 2, тогда импульс станет короче (рис. 13).

Рис. 13. Реализация изменения длительности импульса при аналоговом
сигнале = 2.

Контрольныевопросы

1. Что такое ШИП?

2. Что произойдет, если уменьшить величину аналогового сигнала?

3. С помощью какого блока можно реализовать импульсный сигнал?

Требования по содержаниюотчета

В отчете студент должен перечислить цели лабораторной работы,описать ход работы, сделать вывод опроделаннойработе.

Цельработы

Реализация ПИ-регулятора в программном пакете LOGO! Soft Comfort V5.

Теоретическаячасть

ПИ-регулятор является одним из наиболее универсальных регуляторов. Фактически ПИ-регулятор – это П-регулятор с дополнительной интегральной составляющей. И-составляющая, дополняющая алгоритм, в первую очередь нужна для устранения статической ошибки, которая характерна для пропорционального регулятора. По сути, интегральная часть является накопительной, и, таким образом, позволяет осуществить то, что
ПИ-регулятор учитывает в данный момент времени предыдущую историю изменения входной величины. Если добавить к алгоритму дифференциальную составляющую, он трансформируется в ПИД-закон регулирования.

Формула выходного сигнала:

,
где

· U(t) – выходной сигнал;

· P – пропорциональная часть;

· I – интегральная часть;

· K – коэффициент пропорциональности;

· Tи – постоянная интегрирования (время изодрома);

· ε(t) – сигнал рассогласования, разница между сигналом обратной связи и заданием (может быть заменен другими сигналами, в зависимости от структурной схемы системы, но суть та же).

Задание

Реализовать контур управления температурой так, чтобы коммутация происходила не чаще чем раз в 25 секунд.

Варианты задания

…

Примервыполнения

Различные значения температуры, которые можно изменять, можно реализовать с помощью аналогового входа. Аналоговый вход представляет собой значение температуры.

Для преобразования аналогового сигнала в импульс использован блок «ШИМ».

Для осуществления коммутации не чаще чем раз в 25 секунд использован блок «Импульсное реле», в его настройках установлено время отключения, равное 25 секундам. Для включения блока ШИМ и установки автоматического режима работы для ПИ-регулятора используем блок «Вход».

Для осуществления регулирования температуры использован
ПИ-регулятор.На рис. 14 представлено решение данной задачи.

Рис. 14. Коммутационная схема

Рассмотрим, каким образом работает ПИ-регулятор. Пусть поддерживаемое значение температуры равно 20. Это значение устанавливается в параметрах регулятора. Пусть температура в помещении ниже этого значения и равна −30, тогда получим следующий график работы регулятора (рис. 15).

Рис. 15. Вид тренда ПИ-регулятора при начальной температуре −30

График зеленого цвета соответствует поддерживаемому значению температуры –20. График синего цвета – температуре в помещении, в данном случае –30. Красный тренд дает информацию о том, какие действия предпримет ПИ-регулятор в данной ситуации. Видим, что ПИ-регулятор будет повышать температуру в помещении до тех пор, пока она не станетравна 20.

Пусть температура в помещении будет выше заданной, и будет равна 80 (рис. 16).

Рис. 16.Вид тренда ПИ-регулятора при начальной температуре 80

При температуре помещения выше заданной ПИ-регулятор стремится снизить температуру.

Несложно предположить, что при температуре в помещении, равной заданному значению, ПИ-регулятор не предпримет никаких действий, доказательством чему является график (рис. 17).

Рис. 17.Вид тренда ПИ-регулятора при начальной температуре 20

Контрольныевопросы

1. Что такое ПИ-регулятор?

2. Для чего используется блок ШИМ?

3. Принцип работы ПИ-регулятора.

Требования по содержаниюотчета

В отчете студент должен перечислить цели лабораторной работы,описать ход работы, сделать вывод опроделаннойработе

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

методические указания по выполнению лабораторныхработпокурсу

Средства автоматизации и управления

Составители: Леонов Сергей Владимирович

Тетерин Евгений Александрович

Подписано кпечати . Формат 60х84/16. Бумага«Классика». Печать RISO.Усл.печ.л. . Уч.-изд.л.. Заказ .Тираж экз.
	Томский политехническийуниверситетСистема менеджментакачества Томского политехнического университетасертифицированаNATIONALQUALITYASSURANCE по стандартуISO9001:2000
. 634050, г. Томск, пр. Ленина,30.

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа № 1. Ознакомление с программнымкомплексом LOGO! SoftComfortV5………………………………... 4

Лабораторная работа № 2. Реализация последовательности

импульсов в LOGO! SoftComfort…………………….………….… 11

Лабораторная работа № 3. Сравнение аналоговых сигналовв

программном комплексеLOGO! SoftComfort………………….… 14

Лабораторная работа № 4. Работа вLOGO! SoftComfort.Реализация подсчета импульсов…………………………………… 18

Лабораторная работа № 5. Реализация широтно-импульсныхпреобразований в LOGO! Soft Comfort…………………...……….. 21

Лабораторная работа № 6. Изучение работы ПИ-регуляторавLOGO!SoftComfort………………………………………………………… 23

Лабораторная работа №1. Ознакомление с программным пакетомLOGO! Soft Comfort V5

Целиработы:

1) Знакомство с интерфейсом LOGO! Soft Comfort;

2) Реализация логической функции в виде принципиальной схемы.

Теоретическаячасть

Siemens LOGO – логический контроллер концерна Siemens AG, или программируемое реле.

LOGO программируется с помощью языков FBD (Function Block Diagram – функциональная блок-схема) или LAD (Ladder Diagram – язык релейной логики) с использованием программного пакета LOGO Soft Comfort для ПК или напрямую клавишами на лицевой панели контроллера.

Входы

Цифровые входы обозначаются буквой I. Номера цифровых входов (I1, I2, ...) соответствуют номерам входных клемм на LOGO! Basic и на подключенныхцифровых модулях в том порядке, в котором они смонтированы.

Выходы

Цифровые выходы обозначаются буквой Q. Номеравыходов (Q1, Q2, ..., Q16) соответствуют номерам выходных клемм на LOGO! Basic и на подключенных модулях расширения в том порядке, в котором они смонтированы.

Список основных функций

Основные функции – это простые логические элементы булевой алгебры. Вы можете инвертировать входы отдельных основных функций, т. е. коммутационная программа инвертирует логическую «1» на соответствующем входе в логический «0»; если же на входе установлен «0», то программа устанавливает логическую «1». Список GF содержит блоки основных функций, которые вы можете использовать в своей коммутационной программе. Имеются следующие основные функции (табл. 1).

Таблица 1

Основные функции в LOGO

Представление на коммутационной схеме	Представление в LOGO	Наименование функции
Последовательное соединение		AND (И)
		AND (И)с анализом фронта
		NAND (И-НЕ)
		NAND (И-НЕ)с анализом фронта
		OR (ИЛИ)
		NOR (ИЛИ-НЕ)
		XOR (исключающееИЛИ,сумма по модулю 2)
Размыкающий контакт		NOT(отрицание, инверсия)

Выход функции И с анализом фронта (см. рис. 1, а) принимает состояние «1» только тогда, когда все входы имеют состояние «1» и хотя бы одинвход в предыдущем цикле имел состояние «0».

Если какой-либо вход этого блока не используется, то для этого входа по умолчанию сигнал принимается равным «1».

Выход функции И-НЕ с анализом фронта(см. рис. 1, б) принимает состояние «1» только тогда, когда хотя бы одинвход имеет состояние «0», и все входы имели состояние «1» в предыдущем цикле.