Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

 

Кафедра автоматики и управления в технических системах

Н.В. Осипова 
 
 

Программное обеспечение
для систем автоматизации  
технологических процессов 

Учебное пособие 

Лабораторный практикум 
для студентов направления 220201 – «Управление в технических 
системах»; профиль 220401 – «Управление и информатика  
в технических системах» 

 

Москва  2015 

УДК 62-503.5 
 
 

Р е ц е н з е н т ы  
ведущий специалист НИИВК им. М.А. Карцева,  
канд. техн. наук С.Е. Бабаков; 
НИТУ «МИСиС», канд. техн. наук, доцент каф. ИСО Б.Ф. Коньшин 

Осипова, Н.В.  
 
 
Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов (лабораторный практикум и конспект 
лекций) для студентов специальности 220201 – «Управление и 
информатика в технических системах»: учебное пособие. – М.: 
Изд. Дом МИСиС, 2014. – 75 с. 

Изложены основные теоретические материалы по дисциплине «Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов». Пособие включает в себя лабораторный практикум, состоящий из девяти лабораторных работ. В пособии рассмотрены основные задачи, возникающие при написании программ для промышленных логических контроллеров Siemens Simatic S7-300, использующих среду программирования 
STEP7: тип и адресация данных, логические и математические операции, 
таймеры, счетчики импульсов, функции передачи данных. Также рассмотрены принципы программирования регуляторов непрерывного управления. 
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 
220400 – «Управление в технических системах», профиль 220401 «Управление 
и информатика в технических системах» и студентов других технических специальностей, изучающих дисциплины по автоматизации и управлению. 

 
© Н.В. Осипова, 2015 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие .............................................................................................. 4 
Лабораторная работа № 1 ........................................................................ 7 
Тема: ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И АДРЕСАЦИИ ПЛК SIEMENS ... 7 
Лабораторная работа № 2 ...................................................................... 15 
Тема: ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ...................................................... 15 
Лабораторная работа № 3 ...................................................................... 22 
Тема: МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ .......................................... 22 
Лабораторная работа № 4 ...................................................................... 28 
Тема: ОСНОВНЫЕ БЛОКИ ДАННЫХ ................................................ 28 
Лабораторная работа № 5 ...................................................................... 34 
Тема: ТАЙМЕРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ .......................... 34 
Лабораторная работа № 6 ...................................................................... 41 
Тема: СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ ........................................................ 41 
Лабораторная работа № 7 ...................................................................... 45 
Тема: СЛОЖНЫЕ ТИПЫ ДАННЫХ .................................................... 45 
Лабораторная работа № 8 ...................................................................... 53 
Тема: ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ ................................................................ 53 
Лабораторная работа № 9 ...................................................................... 61 
Тема: РЕГУЛЯТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ................ 61 
Библиографический список ................................................................... 74 

Предисловие 

Данное учебное пособие по дисциплине «Программное обеспечение для систем автоматизации технологических процессов» содержит лабораторные работы с вариантами индивидуальных заданий 
(кроме работы № 1), контрольные вопросы для самопроверки, задания для защиты выполненных лабораторных работ. 
Содержание лабораторного практикума: 
Лабораторная работа № 1 – «Изучение структуры и адресации 
ПЛК SIEMENS». Эта работа позволяет изучить структуру контроллера Siemens, научиться производить конфигурацию центральной 
стойки и задавать адреса в его системной памяти. 
Лабораторная работа № 2 – «Логические операции» позволяет 
научиться программировать логические функции в ПЛК Siemens на 
основе заданной таблицы состояний и проверять эти состояния при 
помощи симулятора работы контроллера S7-PLCSIM. 
Работа № 3 – «Математические операции». Изучаются основы 
программирования тригонометрических, логарифмических функций, 
функций преобразования форматов чисел и сравнения. 
В лабораторной работе № 4 – «Основные блоки данных» отводится большое внимание программированию функциональных блоков и 
функций. 
В работе № 5 – «Таймеры и генераторы импульсов» показаны основные принципы написания программ, реализующих работу генераторов импульсов, построенных на основе таймеров, с различными 
параметрами. 
Работа № 6 – «Счетчики импульсов». Рассмотрен принцип работы 
различных типов счетчиков с использованием ручной и автоматической подачей на вход счетных импульсов. 
Лабораторная работа № 7 – «Сложные типы данных». Работа позволяет освоить принцип программирования структур и массивов, 
производить адресацию переменных этих блоков и операции над 
ними. 
Лабораторная работа № 8 – «Передача данных». Эта работа может 
быть полезна для того, чтобы научиться перемещать и копировать переменные из системной памяти контроллера, а также данные блоков. 
В лабораторной работе № 9 – «Регуляторы непрерывного действия» показаны основные принципы настройки регуляторов непре

рывного управления с помощью встроенной в Simatic Manager системы автоматической настройки. 
Защита лабораторных работ и промежуточный контроль знаний 
по дисциплине проводится с помощью устного опроса. 
Контроль знаний каждого студента проводится по индивидуальным заданиям преподавателя. 
Результаты контроля учитываются на зачете. 
Содержание дисциплины и общие требования к выполнению 
и защите лабораторных работ и оформлению отчетов по ним: 
• Лекции в шестом семестре: 2 часа в неделю, лабораторные работы – 2 часа в неделю. 
• Не допускаются прогулы и опоздания на лекции. 
• После прохождения темы проводится промежуточный контроль 
знаний (устный опрос) за 5 – 10 минут до окончания лекции. Пропуски занятий по неуважительной причине приравниваются к неудовлетворительной оценке. 
• Каждая лабораторная работа после ее выполнения защищается 
на следующем занятии в течение 10 минут при наличии отчета, которым можно пользоваться при защите. Если отчет оформлен правильно и оценка при защите положительна, то лабораторная работа засчитывается с оценкой, средней от оценки по оформлению работы и 
оценки по защите. 
• Отчет по каждой лабораторной работе оформляется студентом 
на листе формата А4 гарнитурой Times New Roman, шрифт 12 или 14 
через 1 интервал, с выравниванием по ширине. 
• Вариант индивидуального задания в каждой лабораторной работе (кроме работы № 1) определяется номером записи студента в 
журнале преподавателя. 
• Титульный лист отчета по лабораторным работам оформляется 
в соответствии с рис. 1. 

Рис. 1. Образец титульного листа для оформления отчета 
по лабораторной работе 

 
 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 
Национальный исследовательский технологический 
университет МИСИС 
 
Кафедра автоматики и управления в технических системах 
 
 
 
 
 
 
 
 
Отчет 
по лабораторной работе №___ 
(название лабораторной работы) 
по дисциплине 
«Программное обеспечение  
для систем автоматизации технологических процессов» 
 
 
 
 
Выполнил 
студент группы АУ-__-__ 
ФИО студента 
Принял: 
ст. преп. Осипова Н.В. 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 2014 

Лабораторная работа № 1 

Тема: ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ И АДРЕСАЦИИ 
ПЛК SIEMENS 

 
1. Цель работы: изучить структуру контроллера Siemens, научиться производить конфигурацию центральной стойки и задавать 
адреса в его системной памяти. 
2. Используемое оборудование: компьютеры с ОС не ниже Windows 7, программным пакетом STEP7 V5.5 для программирования контроллеров серии Siemens Simatic S7-300, симулятором S7-PLCSIM. 
3. Теоретические сведения. Программируемый логический контроллер Siemens Simatic S7-300 находит широкое применение при 
автоматизации производственных процессов низкой и средней степени сложности. С его помощью выполняются как простые логические функции, например включить/выключить оборудование, сигнализировать о неисправности, так и сложные – управление исполнительными механизмами, приводящими в движение клапаны, задвижки, осуществление сбора информации с датчиков и т.д. 
Структура контроллера Siemens показана на рис. 1.1 [3 – 5, 9 – 12, 
14, 15]. 

 

Рис. 1.1. Структура ПЛК Siemens 

Он включает следующие модули: 
а) модуль источника питания (PS), обеспечивающий питание контроллера от сети переменного напряжение или от источника постоянного тока. Чаще всего применяются источники PS 307 2А, 
PS 307 5А, PS 307 10А с номинальным током нагрузки 2 А, 5 А, 10 А 
соответственно; 
б) модуль центрального процессора (CPU) предназначен для хранения и обработки программ, созданных пользователем. Например, 

SF 
BF 
DC5V 
FRCE 
RUN

SIEMENS 

PS
CPU
IM 
SM, FM, CP

  слот 1                       слот  2 
            слот 3 слот 4 слот 5
слот 11
………………………………..

серии CPU-312 – CPU319 без поддержки децентрализованной периферии, CPU-313C-2DP, CPU-314C-2DP с поддержкой децентрализованной периферии, CPU-314C-2PtP с поддержкой протокола «точка – 
точка» и др. 
в) интерфейсный модуль (IM) используется для подключения к 
контроллеру стоек расширения. Имеет обозначение IM-360, IM-361, 
IM-365 и т.д. 
г) сигнальные модули (SM) используются для ввода/вывода аналоговых и/или дискретных сигналов, адаптации системных сигналов к 
внутреннему уровню сигналов. Пример: DI32×DC24V – модуль дискретного ввода (DI – digital input – дискретный вход) с 32 цифровыми 
входами 
с 
номинальным 
постоянным 
напряжением 
24 В; 
DО32×АC120V/1А – модуль дискретного вывода (DO – digital output – 
дискретный выход) с 32 цифровыми выходами и номинальным переменным напряжением 120 В, током 1 А; DI8/DO8×DC24V/0,5 А – модуль может быть предназначен как для ввода, так и для дискретного 
вывода, имеет 8 цифровых каналов, номинальное постоянное напряжение 24 В и ток 0,5 А. 
Аналоговые модули имеют следующее обозначение AI8-12 bit – 
аналоговый модуль ввода на 8 каналов с разрешающей способностью 
12 битов; AО4-16 bit – аналоговый модуль вывода на 4 канала с разрешающей способностью 16 битов, AI4/AO2×8/8bit– аналоговый модуль на 4 входа и 2 выхода, разрешающая способность – 8 битов. 
д) функциональные модули (FM) выполняют обработку сигналов 
независимо от CPU, самостоятельно решают задачи автоматического 
регулирования, позиционирования, обработки сигналов. Их обозначение FM-350-1, FM-350-2, FM-351, FM-352, FM-353, FM-354 и т.д. 
е) коммуникационные процессоры (СР) применяются для установки соединений с подсетями Profibus, Ethernet и т.д. Обозначаются 
СР-340, СР-341, СР-342, СР-343 и т.п. 
Все вышеперечисленные модули расположены в слотах (см. рис. 1.1). 
В слот 1 установлен источник питания, в слот 2 – CPU, слот 3 резервируется для IM. В слоты с 4 по 11 можно размещать функциональные, сигнальные модули и коммуникационные процессоры. 
При принятии и выдаче дискретных или аналоговых данных контроллер должен их «распознать». Для этого при программировании 
необходимо указывать специальные адреса. В служебной памяти 
контроллера создается копия состояния его портов – образ процесса. 
Начиная со слота 4 каждый канал имеет определенный адрес. В случае 
если модуль является дискретным, то адресация имеет вид Ix.y. Эти дан