Использование программируемых логических контроллеров в управлении гидро- и пневмоприводами

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 
К.Д. Ефремова, В.Н. Пильгунов, А.В. Яковлев 
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ  
ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ  
В УПРАВЛЕНИИ  
ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДАМИ 
Методическое пособие по курсам 
«Пневматические средства автоматики», 
«Гидропривод и гидравлические средства автоматики» 
и «Технические средства САУ» 
М о с к в а 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 0 6 

УДК 621.867.87 
ББК 32.965.2 
Е12 
Рецензенты: Ю.С. Васечкин, В.И. Голубев 
Ефремова К.Д., Пильгунов В.Н., Яковлев А.В. 
Е12 
Использование  программируемых  логических  контрол- 
леров в управлении гидро- и пневмоприводами: Методическое 
пособие по курсам «Пневматические средства автоматики», «Гидропривод и гидравлические средства автоматики» и «Технические средства САУ». – М.: Изд-во МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, 2006. – 52 с.: ил.  
 
 
Рассмотрены управляющие системы FST 202, FST 404 и Siemens, работающие в составе гидравлических и пневматических устройств для решения задач управления технологическими процессами. Приведены основные сведения о языках программирования 
AWL и STL. Даны примеры построения систем управления гидро- и 
пневмоприводами на базе контроллеров FРС 404, FРС 202 (фирма 
«Фесто») и S7-200 (фирма «Сименс»). 
Для студентов 5-го курса, изучающих проблемы автоматизации технологических процессов на основе гидропневматических устройств автоматизации. Кроме того, пособие может быть полезно при 
выполнении лабораторных работ по курсам «Пневмопривод и 
пневматические средства автоматики», «Гидропривод и гидравлические средства автоматики», «Технические средства систем 
автоматического управления». 
Ил. 15. Табл. 5. Библиогр. 3 назв. 
УДК 621.867.87 
ББК 32.965.2 
 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006 

 
ВВЕДЕНИЕ 
Программируемый логический контроллер (ПЛК) – микропроцессорное устройство, применяемое в средствах автоматики в качестве управляющей логико-вычислительной подсистемы. Иерархическая структура гидравлических и пневматических устройств 
автоматики состоит из следующих подсистем: энергетической, 
регулирующей и распределительной; исполнительной; логиковычислительной и информационной.  
Энергетическая подсистема преобразует механическую энергию в гидравлическую энергию потока жидкости (газа).  
Исполнительная подсистема преобразует энергию потока 
жидкости (газа) в механическую работу.  
Регулирующая и распределительная подсистема управляет 
потоком гидравлической мощности и направляет его в исполнительную подсистему.  
Логико-вычислительная подсистема формирует поток команд для регулирующей и распределительной подсистемы.  
Информационная подсистема передает в логико-вычислительную подсистему сведения о состоянии объекта управления. 
Вертикаль структуры представляет собой собственно гидропривод 
(пневмопривод).  
Управляющая система FST 404 германской фирмы «Фесто» состоит из центрального блока (ЦБ) FPC 404, вставных специализированных модулей (ВСМ), программирующего устройства (ПУ) 
PRG 32 (или персонального компьютера) и программного продукта. ПУ осуществляет связь пользователя с ЦБ в режимах программирования, редактирования, тестирования и управления.  
Интегрирование ПЛК в систему означает коммутацию его входов с информационной подсистемой (сигнальными элементами) и 
коммутацию его выходов с электрическими управляющими устройствами регулирующей и распределительной подсистемы. В 
качестве сигнальных элементов используют путевые выключатели, датчики физических величин, реле давления, кнопки «Пуск», 
 
3

«Стоп» и т. д. Электрические управляющие устройства в зависимости от способа управления регулирующей и распределительной 
подсистемой могут быть представлены электромеханическими 
преобразователями (тяговыми или пропорциональными электромагнитами, дискретными или поляризованными реле, электродвигателями) и электронными усилителями мощности. Работа ЦБ с 
гидро- и пневмоприводами может проходить в дискретном (двоичном) или непрерывном (аналого-цифровом) режимах. Во втором 
случае для интегрирования ПЛК в систему используется ВСМ 
АЦП/ЦАП. 
1. УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА FST 404 
1.1. Центральный блок FPC 404 
В системе FST 404 в режиме мультиобработки может одновременно работать до 6 ЦБ [1], адрес которых задается красной 
фишкой на их лицевой панели. Интегрирование ЦБ в систему 
управления осуществляется по его входам и выходам. Кроме того, для обработки информации и формирования блока команд 
могут потребоваться таймеры, счетчики, модули памяти и ряд 
других специализированных устройств. Для выполнения логиковычислительных процедур ЦБ имеет четыре виртуальных процессора и функциональные блоки (ФБ). 
В случае когда ФБ может принимать только два состояния (1 – 
включен; 0 – выключен), он называется однобитовым (ОБФБ). К 
ОБФБ относятся таймеры, счетчики, процессоры и программы. 
Если ФБ может принимать значения в пределах определенного 
диапазона целых чисел, то его называют многобитовым (МБФБ). 
Входы (В)1. Входы предназначены для ввода двоичного или 
цифрового сигнала в ЦБ. Их можно опрашивать по битам, как 
ОБФБ, или по словам, как МБФБ (понятие «слово» будет рассмотрено ниже). Различают внутренние и внешние входы. Внутренние входы – это восемь слаботочных входов ЦБ. Структура 
команды: В<n>, где остроугольные скобки в синтаксисе языка 
AWL используют для обозначения понятия, обязательного в команде; n = 0…7 – номер входа. Внешние («сильные») входы находятся в модулях ВХ/ВЫХ, связанных с ЦБ шиной. Структура 
команды: В<m.n>, где m = 0…7 – адрес модуля; n = 0…7 – номер 
                                                           
1 Здесь и далее в скобках указывается код ФБ при программировании ПУ PRG 32 на 
кириллице. 
 
4

входа. Адрес модуля назначается поворотом желтой фишки на лицевой панели. 
Выходы (Ы). Выходы выдают двоичный или цифровой командный сигнал из ЦБ. Их можно опрашивать, включать и выключать по 
одному биту или по словам. Различают внутренние и внешние выходы. Внутренние выходы – это восемь слаботочных выходов ВСМ ЦБ. 
Структура команды: Ы<n>, где n = 0…7 – номер выхода ВСМ. 
Внешние («сильные») выходы находятся в модулях ВХ/ВЫХ, связанных с ЦБ шиной. Структура команды: Ы<m.n>, где m = 0…7 – 
адрес модуля; n = 0…7 – номер выхода модуля.  
Однотактные памяти (ОТП). Эти устройства запоминают 
промежуточные результаты и обмениваются данными между ЦБ. 
Каждый ЦБ имеет 255 ОТП. Для обработки по словам ОТП организованы в 16 групп. При опросе ОТП необходимо указать номер 
группы (слова). Структура команды: О<m.n.k>, где m = 0…5 – номер ЦБ; n = 0…15 – номер группы (слова); k = 0…15 – номер ОТП 
в группе. 
Таймеры (Т). Они образуют блоки времени. Каждый таймер 
имеет преселектор таймера (ТПР), в который необходимо заложить атрибут таймера или время, через которое таймер должен 
отключиться. В ЦБ находится восемь таймеров: когда таймер 
включен, то с учетом введенного в его преселектор атрибута таймер автоматически принимает значение этого атрибута и через каждые 0,01 с уменьшает значение на 1. До окончания отсчета времени таймер при опросах показывает состояние 1, а после окончания отсчета – 0. Структура команды для таймера: Т<n>, где n =  
= 0…7 – номер таймера в ЦБ. Структура команды для преселектора таймера: ТПР<n>, где n = 0…7 – номер преселектора таймера. 
Счетчики (С). Они считают количество событий (штук). Каждый ЦБ имеет 16 счетчиков, которые можно опрашивать, включать и выключать. Каждый счетчик имеет преселектор счетчика, в 
который нужно заложить атрибут счетчика или число. После команды «счет вперед» (СЧВ) счетчик начинает работать от 0 до 
числа, заложенного в его преселектор. После команды «счет обратно» (СЧО) счетчик работает с числа, заложенного в его атрибут, до 0. Работающий счетчик при опросе показывает состояние 
1; неработающий – 0. 
Процессоры (У). Процессор в ЦБ представлен четырьмя виртуальными процессорами, что позволяет одновременно обрабатывать до четырех программ в мультизадачном режиме. Для  
обработки программы ее нужно адресовать одному из четырех 
 
5

виртуальных процессоров. Структура команды: У<m.n>, где m = 
= 0…5 – номер ЦБ; n = 0…3 – номер процессора. Активизированный процессор при опросах показывает состояние 1; неактивизированный – 0. 
Программа (П). Это записанные в запоминающее устройство 
ЦБ блоки команд. Программы можно опрашивать, запускать, останавливать и стирать. Их можно рассматривать как ОБФБ. В одном ЦБ может храниться до 16 программ (до 96 программ в системе FST 404, состоящей из шести ЦБ). При запуске программы необходимо указать адрес процессора, на котором она должна обрабатываться. Программа объединяет в себе команды и блоки команд суммарным объемом до 256 шагов. Она имеет собственный 
номер П<m.n>, где m = 0…5 – номер ЦБ, на котором должна обрабатываться программа; n = 0…15 – номер программы. За номером 
программы в строке всегда следует номер ее версии. 
1.2. Многобитовые функциональные блоки 
Каждый МБФБ представлен 16-битовым словом, которое можно разделить на две равные части (байты) по 8 битов в каждой. Бит 
в слове имеет свой порядковый номер 15…0 (счет слева направо) и 
представляет собой определенное числовое значение. Поскольку 
каждый бит может иметь два состояния (0 или 1), то числа, представленные словом, образуются на базе двоичной системы исчисления (табл. 1). Байт младшего разряда состоит из 8 первых номеров битов (0…7); байт старшего разряда включает биты с номера 9 
по номер 15.  
Таблица 1 
Переход от двоичной системы исчисления к десятичной 
Номер 
бита 
Значимость 
Число 
Номер 
бита 
Значимость 
Число 
20 
21 
22 
23 
24 
25 
26 
27 
0 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
28 
29 
210 
211 
212 
213 
214 
215 
 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
 
1 
2 
4 
8 
16 
32 
64 
128 
255
=
∑
 
256 
512 
1024 
2048 
4096 
8192 
16384 
32786 
65280
=
∑
 
 
6