Программируемые контроллеры

В.В. ИГНАТЬЕВ
И.С. КОБЕРСИ

О.Б. СПИРИДОНОВ

В.И. ФИНАЕВ

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ 

КОНТРОЛЛЕРЫ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образования 

«Южный федеральный университет»
Инженерно-технологическая академия

В.В. ИГНАТЬЕВ
И.С. КОБЕРСИ

О.Б. СПИРИДОНОВ

В.И. ФИНАЕВ

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ

Учебное пособие

Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2016

УДК 004.31(075.8)
ББК 32.973973

И266
Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Южного федерального университета

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор, декан факультета 

информационных технологий и управления ФГБОУ ВПО РГУПС 

М.С. Бутакова;

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой 

информатики Таганрогского института им. А.П. Чехова (филиал)

РГЭУ (РИНХ) Ромм Я.Е.

Игнатьев, В.В.

И226   
Программируемые контроллеры: учебное пособие / 

Игнатьев В.В., Коберси И.С., Спиридонов О.Б., Финаев В.И.; 
Южный федеральный университет. – Таганрог: Издательство 
Южного федерального университета, 2016. - 137 с.
ISBN 978-5-9275-1976-7

Учебное 
пособие
предназначено
для 
студентов
вузов, 

изучающих
дисциплины, 
связанные 
с 
программированием 

контроллеров систем автоматического и автоматизированного 
управления. В пособии приведены основные сведения о языках 
программирования контроллеров LAD, FBD и STL. Приведены 
примеры программирования промышленных контроллеров, в 
частности контроллеров фирмы Siemens.

ISBN 978-5-9275-1976-7
УДК 004.31(075.8)
ББК 32.973973

 Южный федеральный университет, 2016
 Игнатьев В.В., Коберси И.М.,

Спиридонов О.Б., Финаев В.И., 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………….…… 5
1. ЯЗЫК ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВЫХ

ДИАГРАММ – FBD………………………………………. 9
1.1. Базовые функции языка FBD………….………….… 9
1.2. Элементарные примеры создания программ 
на языке FBD……………………………………………… 21

2. ЯЗЫК РЕЛЕЙНОЙ ЛОГИКИ – LAD………..……. 28

2.1. Базовые функции языка LAD…………………….…..28
2.2. Простые примеры создания программ 
на языке LAD………………………………………...…….37

3. ЯЗЫК СПИСКА ИНСТРУКЦИЙ – STL……..…… 42

3.1. Базовые функции языка STL…………………………42
3.2. Простые примеры создания программ 
на языке STL……………………………………...………..61

4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ 

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ 
КОНТРОЛЛЕРА LOGO!..................................................... 65
4.1. Особенности лабораторных исследований….………65
4.2. Теоретическое введение……………….…………….. 66
4.3. Порядок выполнения работы………………...……… 72
4.4. Работа в лаборатории…………………………………73
4.5. Содержание отчета……………………………………83
4.6. Примеры разработки системы управления на базе 
контроллера LOGO!............................................................ 83

5. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ 

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 
НА БАЗЕ КОНТРОЛЛЕРА S7-200………………...……..114
5.1. Цель работы……………………………………...…… 114
5.2. Теоретическое введение……………………...……… 114
5.3. Порядок выполнения работы………………….…….. 120
5.4. Работа в лаборатории…………………………..……..121

5.5. Содержание отчета………………………………..…..121
5.6. Пример разработки системы управления 
на базе контроллера S7-200…………………………….....122

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...………………138

ВВЕДЕНИЕ

Федеральные 
государственные 
образовательные 

стандарты 
содержат 
набор 
общекультурных 
и 

профессиональных компетенций [1, 2]. На формирование 
этих компетенций по направлениям подготовки 150304 
«Автоматизация технологических процессов и производств», 
а также по направлениям 270304 «Управление в технических 
системах» и 180800 «Корабельное вооружение» в рамках 
реализации компетентностного подхода направлен процесс 
изучения дисциплины «Программируемые контроллеры».

В учебном пособии излагается учебно-методический 

материал, 
способствующий 
развитию 
следующих 

компетенций,
необходимых для реализации успешной 

профессиональной деятельности и / или успешного обучения 
в аспирантуре:

- способность проводить вычислительные эксперименты с 

использованием стандартных программных средств с целью 
получения математических моделей процессов и объектов 
автоматизации и управления;

- способность производить расчеты и проектирование 

отдельных блоков и устройств систем автоматизации и 
управления и выбирать стандартные средства автоматики, 
измерительной 
и 
вычислительной 
техники 
для 

проектирования систем автоматизации и управления в 
соответствии с техническим заданием;

- способность выполнять эксперименты на действующих 

объектах по заданным методикам и обрабатывать результаты 
с применением современных информационных технологий и 
технических средств;

- способность участвовать в разработке алгоритмического 

и 
программного 
обеспечения 
средств 
и 
систем 

автоматизации и управления процессами;

- способность выполнять работы по наладке, настройке, 

регулировке, 
опытной 
проверке, 
регламентному 

техническому,
эксплуатационному 
обслуживанию 

оборудования, средств и систем автоматизации, контроля, 
диагностики, 
испытаний 
и 
управления, 
средств 

программного обеспечения, сертификационным испытаниям 
изделий.

К задачам дисциплины «Программируемые контроллеры» 

относятся:

- создание у студентов представлений о современных 

аппаратных 
средствах 
реализации 
систем 

автоматизированного управления различного уровня, а также 
программных 
средствах, 
обеспечивающих 
их 

конфигурирование, 
программирование, 
отладку 
и 

мониторинг в процессе эксплуатации;

- обучение студентов самостоятельно реализовывать в 

программируемых контроллерах типовые узлы дискретного 
и аналогового управления, а также построенные на их базе 
системы управления;

- формирование у студентов навыков отладки схем 

дискретного и аналогового управления.

Для решения поставленных задач в учебно-методическом 

пособии 
рассматриваются 
основные 
языки 

программирования 
современных 
промышленных 

контроллеров, 
используемых 
в 
составе 
локальных 
и 

распределенных систем управления.

В 
пособии
приводится 
описание 
языков 

программирования LAD (ladder logic или ladder diagram –
контактный план; представление, схожее с диаграммами 
релейной логики; многоступенчатая схема), FBD (function 
block diagram –диаграмма функциональных блоков или 
функциональный план) и STL (statement list – список 
операторов или список мнемоник; ассемблероподобный 
язык).

Представленные языки соответствуют международному 

стандарту DIN EN6.1131-3 [3] и широко используются для 

программирования 
промышленных 
контроллеров, 
в 

частности 
контроллеров 
фирмы 
Siemens, 
которые 

рассматриваются в данном пособии. В России одним из 
свободно 
распространяемых 
является 
программное 

обеспечение для контроллеров (логических модулей) LOGO! 
и S7-200, поэтому описание языков программирования 
приведено применительно к данным контроллерам.

Контроллеры фирмы Siemens выбраны для изучения 

исходя из того, что – это универсальные программируемые 
модули, предназначенные для построения простых и 
сложных устройств автоматического управления. Они могут 
использоваться автономно или дополняться необходимым 
набором модулей расширения.

Изучив данное учебно-методическое пособие, студенты, 

обучающиеся по направлениям подготовки 270304
–

«Управление 
в 
технических 
системах», 
150304
–

«Автоматизация технологических процессов и производств», 
получат базовые навыки программирования промышленных 
контроллеров, которые они смогут применить в своей 
дальнейшей 
профессиональной 
деятельности 
вне 

зависимости от того, в какой из отраслей промышленности 
будут работать.

Промышленные контроллеры успешно используются по 

всему миру как в торговле, так и в промышленности, заменяя 
обычные технологии коммутации, поэтому, изучив основы 
программирования контроллеров одной фирмы, выпускники 
без труда смогут проектировать системы автоматизации на 
базе 
других 
контроллеров. 
Разработка 
современных 

программных 
средств 
оптимизации 
настройки 
систем 

управления, 
Scada-систем 
для 
проектирования 

автоматизированных систем управления технологическими 
процессами неразрывно связана с программированием 
промышленных контроллеров [4, 5].

Раздел 1 учебного пособия содержит описание базовых 

функций 
для 
программирования 
промышленных 

контроллеров на языке функциональных блоковых диаграмм 
FBD.

В разделе 2 приведено описание базовых функций и 

примеры создания программ на языке релейной логики LAD.

Раздел 3 пособия посвящен языку списка инструкций 

STL.

Разделы
4 
5
представляют 
собой 
лабораторный 

практикум. Изложен материал по выполнению следующих 
лабораторных работ:

- разработка автоматизированной системы управления на 

базе промышленного контроллера LOGO!;

- разработка автоматизированной системы управления на 

базе промышленного контроллера S7-200.

В каждой лабораторной работе изложено описание 

программных сред программирования, определены варианты 
выполнения работы, определены требования к содержанию 
отчета, а также приведен перечень контрольных вопросов 
для проверки знаний студентов.

1. ЯЗЫК ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВЫХ

ДИАГРАММ – FBD

1.1. Базовые функции языка FBD

В языке FBD (Function Block Diagram – функциональный 

план) 
стандарта 
МЭК 61131-3 
для 
программируемых 

логических контроллеров применяют для представления 
логики графические логические символы, широко известные 
из булевой алгебры. Язык позволяет применять сложные
алгоритмы простым вызовом функций и функциональных 
блоков. 
Данный 
язык 
является 
эффективным
при 

программировании сравнительно небольших приложений в 
технических 
устройствах 
и 
системах, 
а 
также 
при 

программировании 
и 
решении 
задач 
управления 
с 

использованием ПИД-регуляторов, массивов данных и т.д. [6
- 9].

При 
программировании 
используются 
наборы 

библиотечных блоков и собственные (встраиваемые) блоки, 
также написанные на языке FBD или других языках 
стандарта МЭК 61131-3.

Средствами языка также могут быть представлены и 

сложные 
математические 
функции 
непосредственно 
в 

соединении 
с 
логическими 
блоками. 
Блок 
–
это 

подпрограмма, функция или функциональный блок (И, ИЛИ, 
НЕ, 
триггеры, 
таймеры, 
счётчики, 
блоки 
обработки 

аналогового сигнала, математические операции и др.).

Программа моделирования строится согласно алгоритму, 

реализуемому 
в 
виде 
списка 
цепей, 
выполняемых 

последовательно сверху вниз в редакторе пошагового ввода. 
Цепи могут иметь метки, инструкции перехода к которым 
позволяют изменять последовательность выполнения цепей 
для программирования условий и циклов.

Пример реализации алгоритма (сегмента программы) в 

FBD представлен на рис. 1.1.

M0.0

=
M0.0

&

&

T5

T5

≥1

≥1

I0.0
I0.1

Рис. 1.1. Сегмент в FBD

1.1.1. Функции для работы с памятью. Функции для 

работы с памятью находят свое отражение, как результат 
работы программы,
в
RLO (Result of logic operation, 

результат 
логической 
операции), 
поэтому, 
например, 

возможно сканирование и передача данных дальше, в другие 
части программы [6]. Перечень функций для работы с 
памятью представлен в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Назначение

Бинарный операнд

=

Коннектор

Бинарный операнд

#

Установка

Бинарный операнд

S

Сброс

Бинарный операнд

R

Окончание табл. 1.1