Strana 1
Bakalářská práce
Inovace laboratorní úlohy logického řízení vypracoval: Libor Nykodým vedoucí práce: Ing. Zdeněk Němec CSc. obor: Aplikovaná informatika a řízení 2006
Strana 2
Strana 3
Strana 4
Strana 5
ANOTACE Tato bakalářská práce je zaměřena na inovaci laboratorní úlohy logického řízení, která slouží k názorné výuce kombinačních a sekvenčních obvodů. Inovace úlohy má dvě řešení a to pomocí logického modulu LOGO! a programovatelného automatu Simatic S7.
ANNOTATION This thesis is aimed on innovation of laboratory task concerning logical control which is applied for an instruction of combinational and sequential circuits. An innvation of laboratory task has two solution- solution of logical module LOGO! and programmable logical controller Simatc S7.
Strana 6
Strana 7
PODĚKOVÁNÍ Touto cestou bych chtěl poděkovat vedoucímu bakalářské práce Ing. Zdeňkovi Němcovi, CSc., za odborné vedení, cenné rady a připomínky při vypracování této bakalářské práce.
Strana 8
Strana 9
ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji tímto, že jsem bakalářskou práci na téma „Inovace laboratorní úlohy logického řízení“ vypracoval samostatně pod vedením vedoucího bakalářské práce a na základě uvedené literatury
V Brně 26.05. 2006
……………..
Strana 10
Strana 11
Obsah 1 Úvod ………………………………………………………………………………………….13 2 Seznámení s původní verzí laboratorní úlohy ……………………………………………..15 3 Teoretický návrh nového řešení laboratorní úlohy ………………………….……………17 3.1 Seznámení s kombinačními a sekvenčními obvody…………………………………..17 3.2 Analýza a návrh nového řešení laboratorní úlohy........................................................ 19 4 Realizace lab. úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens ....... 25 4.1 Seznámení s logickým modulem LOGO! a jeho programovacím prostředím ............. 26 4.2 Ralizace laboratorní úlohy pomocí logického modulu LOGO!....................................29 4.3 Seznámení s automatem Simatic S7-200 a jeho programovacím prostředím………...34 4.4 Realizace laboratorní úlohy pomocí automatu Simatic S7-200 ................................... 37 5 Návrh a realizace zmenšeného ovládacího panelu……………………………...…………43 5.1 Návrh zmenšeného ovládacího panelu………………………………………………..43 5.2 Realizace zmenšeného ovládacího panelu……………………………………………44 6 Závěr …………………………………………………………………………………………47 Seznam použité literatury.......................................................................................................... 48 Příloha (zadání původní laboratorní úlohy) .............................................................................. 49
Strana 12
Strana 13
1 Úvod Dnes není automatizace něčím unikátním, co je výsadou drahého komfortu rozsáhlých výrobních linek a náročných technologických procesů. Kvalitní a inteligentní řízení je dostupné i pro obyčejné stroje, pomocné mechanizmy a technologická zařízení ve všech oborech. S inteligentní automatizační technikou se běžně setkáváme v „nevýrobní automatizaci“, zejména v „malé energetice“ a v technice budov (kde přináší značné úspory). Patrně nejrozšířenějšími řídícími systémy v průmyslové praxi jsou programovatelné automaty (PLC, SPS). Vzhledem k tomuto obrovskému rozšíření PLC a k jejich neustále se zvětšující poptávce, je nutností zavádění výuky těchto automatů a zvláště pak výuky praktické v laboratořích logického řízení. Tato bakalářská práce slouží k ekonomické a zároveň praktické inovaci laboratorní úlohy logického řízení, která zajišťuje cvičení s programovatelnými automaty. Renovace se týká tří samostatných pracovišť, která se skládají z programovatelných automatů Simatic S5 a ovládacích panelů. Tyto automaty již nejsou v technické praxi nasazovány a proto inovace úloh dovolí účastníkům cviční se seznámit s automaty modernějšími, které jsou v praxi běžně nasazovány.
Strana 14
Strana 15
2 Seznámení s původní verzí laboratorní úlohy Ústav automatizace a informatiky Fakulty strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně zajišťuje praktická cvičení s programovatelnými automaty (PLC – Programmable Logic Controller) v laboratoři vybavené technickými prostředky mnoha výrobců. Prvním a základním vybavením byl dar firmy Siemens v podobě tří programovatelných automatů Simatic S5-95U, včetně síťových zdrojů a programovacích přístrojů Simatic PG-710 s programovacím jazykem Step 5. Z těchto sad byla vytvořena tři totožná samostatná laboratorní pracoviště tím, že k jednotkám PLC byl připojen jednoúčelový panel. Na panelu lze pomocí tlačítek a přepínačů simulovat vstupní signály z technologie do PLC a na indikačních žárovkách sledovat výstupní signály z PLC směrem k řízené technologii.
Obr.1 Ovládací panel
Obr.2 Programovatelný automat Simatic S5-95U
Obr.3 Pohled na celé pracoviště
Seznámení s původní verzí laboratorní úlohy
Strana 16
Programovatelný automat Simatic S5-95U je produktem firmy Siemens, má 16 vstupů, 16 výstupů, z toho 4 alarmové vstupy, 8 vstupů analogových a 1 analogový výstup. Tento automat je v laboratoři zastoupený ve třech kusech. Dva z těchto automatů jsou plně funkční a účelu dostačující, jeden automat, který je umístěn u okna a je tím pádem vystavován v letním období vysokým teplotám ale bývá při funkci značně nestabilní. Z tohoto důvodu a z důvodu cvičení s opravdu moderními prostředky automatického řízení (s moderními PLC) je nutné pro toto pracoviště navrhnout nové přístrojové uspořádání s moderní automatizační technikou. Dotyčné laboratorní cvičení absolvuje asi 800 studentů ročně. Cvičení má zpravidla rozsah dvou hodin a je jedním článkem ze série laboratorních cvičení předmětu Automatizace a technické měření, zařazeného do třetího ročníku magisterského studia a do druhého ročníku bakalářského studia. V PLC je hotový program vykonávající příklad kombinačního obvodu, sekvenčního obvodu a časovacích členů. Studenti program automatu nemění, automat je pro ně „černá skříňka“ realizující funkce, které mají popsat z výsledků experimentů. Pro kombinační obvod studenti vyzkoušejí všechny kombinace vstupních signálů a zjištěné hodnoty výstupů zaznamenají do pravdivostní tabulky. S funkcí sekvenčního obvodu se rovněž seznámí experimentováním se vstupními signály a cílem je vypracovat odpovídající plný graf přechodu. U časových členů je úkolem zjistit relace vstup/výstup ve formě časových průběhů. Na tomto pracovišti také probíhá část z detailní výuky problematiky programovatelných automatů studentů Ústavu automatizace a informatiky. Veškeré vybavení laboratoře, ve které se tato pracoviště nachází je k dispozici i pro některé další školní a vývojové aktivity oboru automatizace Ústavu automatizace a informatiky. Cílem cvičení je seznámit studenty se základy logického řízení a zároveň demonstrovat realizovatelnost takového řízení pomocí moderních prostředků, tj. programovatelnými automaty.
Strana 17
3
Teoretický návrh nového řešení laboratorní úlohy
3.1 Seznámení s kombinačními a sekvenčními obvody a) Kombinační obvody Kombinační obvody jsou systémy, jejichž výstupní stav závisí na kombinaci stavů vstupních.
Obr.4
Schéma kombinačního obvodu
Základní trojicí kombinačních obvodů jsou obvody typu AND, OR a NOT, jejichž pravdivostní tabulky vypadají takto:
Tab.1
Pravdivostní tabulky logických funkcí AND, OR a NOT
Schematické značky těchto obvodů:
Obr.5
Schematické značky kombinačních obvodů AND, OR a NOT
Logických funkcí existuje celá řada, ale jako kombinační odvody se v praxi vyrábí pouze již zmiňovaná hradla typu AND, OR a NOT, dále hradla NAND, NOR, XOR a to převážně jako integrované obvody s několika hradly v jednom pouzdře.
Teoretický návrh nového řešení laboratorní úlohy
Strana 18
b) Sekvenční obvody Sekvenční obvody jsou klasické kombinační obvody, které jsou ovšem obohaceny paměťovými (klopnými) obvody. Na rozdíl od kombinačních obvodů, kdy výstupní stav závisí pouze na stavech vstupních, u sekvenčních obvodů závisí také na vnitřním stavu obvodu, respektive na předchozím stavu výstupu.
Obr.6
Schéma sekvenčního obvodu
Sekvenční obvody mohou obsahovat synchronizační vstup, který bývá nazýván jako CLOCK respektive C nebo TIME respektive T. Tento vstup slouží k synchronizaci více obvodů, aby své operace prováděli současně a nedocházelo u složitých systémů ke zpoždění informace vlivem dlouhých a složitých signálových cest a tím k nestabilitě obvodu nebo k jeho rozkmitání. Obvod pracuje pouze má-li na C vstupu logickou 1. Tento vstup se u složitých systémů nastavuje na logickou 1 současně s ostatními sekvenčními obvody a tak všechny operace probíhají současně (synchronně). Mezi nejznámější sekvenční obvody patří R-S, J-K a D. Jejich pravdivostní tabulky:
Tab.2
Pravdivostní tabulky sekvenčních obvodů RS, JK a D
Teoretický návrh nového řešení laboratorní úlohy
Strana 19
Jejich schematické značky:
Obr.7
Schematické značky sekvenčních obvodů RS, JK a D
Sekvenční obvody se také popisují tzv. grafem přechodů, je to graf, který zobrazuje směry a stavy systému při změnách vstupních proměnných. 3.2 Analýza a návrh nového řešení laboratorní úlohy a) Analýza řešení laboratorní úlohy Odečtené stavy kombinační úlohy:
Tab.3
Tabulka naměřených hodnot kombinační úloh
Převod do disjunktivní normální formy: DNF pro Ž5, Ž6, Ž7, Ž8 :
Ž 5 = (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) Ž 6 = (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) Ž 7 = (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) Ž 8 = (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 ) + (P1 ⋅ P2 ⋅ P3 )
Teoretický návrh nového řešení laboratorní úlohy
Přepis do Karnaughovi mapy: Karnaughova mapa pro Ž5 :
Obr.9 Minimalizace:
Karnaughova mapa pro Ž5.
Ž 5 = ( P1 ⋅ P3 ) + ( P1 ⋅ P2 ) + ( P2 ⋅ P3 )
Karnaughova Mapa pro Ž6 :
Obr.9 Minimalizace:
Karnaughova mapa pro Ž6.
Ž 6 = ( P1 ⋅ P2 ) + ( P2 ⋅ P3 ) + ( P1 ⋅ P3 )
Karnaughova mapa pro Ž7 :
Obr.10
Karnaughova mapa pro Ž7.
Strana 20
Teoretický návrh nového řešení laboratorní úlohy
Strana 21
Minimalizace:
Ž 7 = ( P1 ⋅ P2 ) + ( P2 ⋅ P3 )
Karnaughova mapa pro Ž8 :
Obr.11 Minimalizace:
Karnaughova mapa pro Ž8.
Ž 8 = ( P1 ⋅ P2 ) + ( P1 ⋅ P3 ) + ( P1 ⋅ P2 ⋅ P3 )
Stavový diagram sekvenční úlohy:
Obr.12
Stavový diagram sekvenční úlohy
Ze stavového diagramu je funkce sekvenčního obvodu zřejmá. Obvod se chová jako tří výstupový binární čítač vpřed (vstup T1), vzad (vstup T2) a vstup T3 slouží pro vynulování celého čítače. Výstupy V1,, V2 , V4 jsou úmyslně indexovány podle binární váhy výstupu (tj. 4-2-1).
Teoretický návrh nového řešení laboratorní úlohy
Tab.4
Strana 22
Tabulka zápisu čísla v binárním a dekadickém kódu
V laboratorní úloze jsou ještě ukázky časových funkcí automatu. Vstupy pro tyto ukázky jsou T5, T6, T7 a výstupy jsou na panelu popsány jako Ž9, Ž10 a Ž11. Výstup Ž9 reaguje na vstup T5 v podobě sepnutí se sestupnou hranou vstupního impulzu. Vztah mezi T6 - Ž10 a T7 - Ž11 znázorňuje obrázek:
Obr.15
Grafické znázornění relací mezi T6 - Ž10 a T7 - Ž11
Výstup Ž10 v podobě žárovky svítí s nástupnou hranou vstupního impulzu T6 a to po dobu t, která je nezávislá na délce trvání logické 1 na vstupu. Výstup Ž11 se dostane do logické 1 rovněž s nástupnou hranou vstupního impulzu, ovšem doba, po kterou zde setrvává, je závislá na hraně sestupné, se kterou začíná doba t, po níž se výstup překlopí do logické 0.
b) Návrh řešení laboratorních úloh Kombinační úlohu lze po zapsání do DNF a po minimalizaci rovnic překreslit na blokové schéma kombinačních obvodů. Například výstup Ž5 po minimalizaci: Ž5= (P1. P3) + (P1 . P2) + (P2. P3) a jeho následné překreslení do blokové podoby vypadá následovně:
Teoretický návrh nového řešení laboratorní úlohy
Strana 23
Obr.13 Blokové schéma minimalizované rovnice pro Ž5 Analogicky lze zakreslit schéma pro výstupy Ž6, Ž7 a pro Ž8. Sekvenční úloha, jak již název napovídá, bude muset být řešena pomocí sekvenčních obvodů. Pro tento problém se nabízí řešení pomocí vratného čítače, který by se dal pomocí kombinačních obvodů rozšířit na třívstupový, a tím tento čítač upravit do požadované podoby. Základní schéma vratného čítače:
Obr.14
Schéma vratného čítače
Vstup P určuje směr čítání celého obvodu. Pokud je na tomto vstupu logická 1, čítač načítá vpřed. Jestliže je na vstup P přivedena logická 0, čítač čítá vzad. Když chceme, aby vstup T1 byl impulsním vstupem pro načítání a vstup T2 pro odečítání z binárního výstupního kódu, zapíšeme toto do pravdivostní tabulky, která bude mít výstup P a vstupy T1 a T2. Pravdivostní tabulka pro vstup P:
Tab.5
Pravdivostní tabulka pro vstup P
Teoretický návrh nového řešení laboratorní úlohy
Strana 24
Po přepsání do disjunktivní normální formy vychází vstup P:
P = (T1 ⋅ T2 )
Dále je zde vstup T3, který celý čítač nuluje, respektive nastaví všechny jeho výstupy na logickou 0. Tohoto stavu se dá dosáhnout, pokud by se na vstupech jednotlivých sekvenčních obvodů typu J-K objevila kombinace J – logická 0 a K – logická 1 a zároveň logická 1 na vstupu C. Při této kombinaci se na výstupu klopného obvodu J-K (na výstupu Q) objeví logická 0. Pravdivostní tabulka klopného obvodu J-K:
Tab.6
Pravdivostní tabulka synchronního obvodu J-K
Z pravdivostní tabulky je zřejmé, že obvod J-K a tedy i celý čítač pracuje pouze, má-li na vstupu C logickou 1. Proto je třeba, aby při logické 1 na kterémkoli vstupu T1, T2 nebo T3, respektive při přičítání, odečítání nebo nulování čítače byla na vstupu C logická 1. Této kombinaci odpovídá následující pravdivostní tabulka:
Tab.7
Pravdivostní tabulka vstupů T1, T2, T3
ZS – je zkratka pro, v našem případě, zakázaný stav, protože čítač nemůže zároveň například načítat a zároveň se vynulovat, proto musí přicházet vstupní signály jednotlivě. Dalším možným řešením sekvenční úlohy by bylo použití některého z typů čítačů nebo jiné specifické funkce, které jsou k dispozici k výběru ze součástkové základny daného PLC. Toto řešení se ovšem vymyká řešení obecnému, protože možnosti a rozsah funkcí je individuální u každého typu PLC.
Strana 25
4 Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens Náhrada stávajícího automatu Simatic S5-95U v laboratoři programovatelných automatů nutně závisí na dostupných prostředcích, které by umožnily moderní a zároveň ekonomické řešení tohoto problému. Při výběru nejvhodnějších automatů se vycházelo z přístrojového vybavení školy a proto volba padla na dva automaty firmy Siemens a to na PLC Simatic S7-214 a na logický modul LOGO! 0BA03. Tyto prostředky škola již vlastní a proto je možné kdykoli po realizaci této práce jimi nahradit stávající, již starší automat Simatic S5-95U.
Obr.16
Logický modul LOGO!
Obr.17
PLC Simatic S-7
Každý z těchto dvou automatů má jisté odlišnosti od stávajícího Simaticu S5 a to hlavně logický modul LOGO!, který má v základní verzi pouze 8 digitálních vstupů a 4 digitální výstupy, přičemž laboratorní úloha obsahuje digitálních vstupů 9 a digitálních výstupů 10. Tento technický problém se dá vyřešit kromě dokoupení rozšiřujícího modulu tím, že program, kterým se bude automat řídit, se dá rozdělit do 3 částí a to na část kombinační úlohy, na část sekvenční úlohy a na část časových úloh. Programy se v automatu mohou jednoduše přepisovat pomocí PC a tak může automat obsahovat zrovna potřebnou úlohu pro laboratorní cvičení.
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 26
4.1 Seznámení s logickým modulem LOGO! a s jeho programovacím prostředím a) Seznámení s logickým modulem LOGO! Mnoho českých projektantů, výrobců strojů a inženýrských firem používá pro malé a jednoduché aplikace logické moduly LOGO!. Základní myšlenkou tohoto modulu je spojit logické, spínací, časové a ostatní speciální funkce do jednoho modulu a tím ušetřit technikům práci při projekci a realizaci celé aplikace. LOGO! zvládne např. ovládat čerpadla, kompresory, ovládat závory a vrata, zavlažovat rostliny ve skleníku, řídit osvětlení nebo výtah v budovách a podobné jednoduché úkoly. Je však schopné zvládnout i relativně komplikovaná zařízení, včetně sledování teplot, tlaků a ostatních analogových veličin. LOGO! se programuje buďto přímo na displeji nebo je možno využít přehledný vývojový software. LOGO! obsahuje jak základní logické a časové funkce, tak i speciální funkce pro pokročilejší uživatele. Základní modul LOGO! má integrovaných 8 vstupů a 4 výstupy, přičemž 2 vstupy mohou být použity jako digitální nebo analogové (0-10V). Uživatel si může zvolit, zda požaduje tranzistorové výstupy (do 0,3A) nebo reléové výstupy do 10A. V případě, že aplikace vyžaduje více vstupů nebo výstupů, je možné LOGO! rozšířit o další moduly se vstupy a výstupy. Maximální konfigurace je 24 digitálních vstupů, 16 digitálních výstupů a 8 analogových vstupů (nyní nově u verze LOGO! 0BA05 i 2 analogové výstupy). Speciální rozšiřující modul umožňuje dokonce přímé připojení odporových teploměrů Pt100 bez žádných dalších převodníků. Tabulka parametrů logického modulu LOGO!:
Tab.8 Tabulka parametrů logického modulu LOGO!
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 27
b) Seznámení s programovacím prostředím LOGO! Soft Comfort v4.0 První věcí při spuštění programu a otevření nového souboru je výběr ze 2 možností editorů pro zadávání dat a to zadávání v editoru FBD (Function block diagram) nebo v editoru LAD (Ladder diagram).
Obr.18
Výběr editoru zadávání dat v LOGO! Soft Comfort v4.0.
Programování pomocí editoru FBD se mi zdálo přehlednější a proto programy zhotovené pro laboratorní úlohu s logickým modulem LOGO! jsou programovány tímto způsobem. Po zvolení editoru se otevře pracovní plocha.
Obr.19 Prostředí LOGO! Soft Comfort v4.0 Ze stromu funkcí lze jednoduše přetáhnutím požadovaného bloku tento blok umístit na pracovní plochu a zde jeho výstup pomocí nástroje propojení připojit k libovolnému vstupu dalšího bloku. Analogicky na jeho vstup lze připojit libovolný výstup jiného bloku. Platí ale podmínka, že tyto vstupy a výstupy musí být kompatibilní, jinak program zahlásí chybu a operaci neprovede.
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Obr.20
Strana 28
Propojování funkčních bloků v LOGO! Soft Comfort v4.0
Funkční bloky v programovacím prostředí LOGO! Soft Comfort v4.0 jsou rozděleny do tří skupin: -konstanty a propojky (constants/connectors) -základní funkce (basic function) -speciální funkce (speciál function)
- např. vstupy, výstupy atd. - např. hradla typu AND, OR atd. - např. čítače, časové funkce atd.
Tyto funkční bloky se dají libovolně propojovat a jejich parametry libovolně nastavovat a tímto způsobem lze pohodlně vytvářet program pro logický modul LOGO! LOGO! Soft Komfort v4.0 také obsahuje silný simulační nástroj, který umožňuje simulaci chování každého zapojení před uložením do automatu. Toto je velikou výhodou a předností tohoto softwaru, protože simulace dokáže bez vážnějších následků odhalit chyby a nedokonalosti programu dříve, než je program s automatem přiveden do technologického procesu.
Obr.21
Simulační část LOGO! Soft Comfort v4.0
Na spodní liště jsou tlačítka k možnosti simulace stlačení a jednotlivé důležité bloky v podobě žárovky, která při logické 1 svítí a při logické 0 nesvítí. Na pracovní ploše je možné kontrolovat
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 29
blok po bloku a sledovat která jeho část se nachází v log.1 nebo v log.0 (červená barva znázorňuje log.1 a modrá log.0).
4.2 Realizace laboratorní úlohy pomocí logického modulu LOGO! a) Kombinační úloha: Z předchozího rozboru kombinační úlohy podle pravdivostní tabulky jsem přes DNF, Karnaughovu mapu a následnou minimalizaci dostal rovnice ve tvaru:
Ž 5 = ( P1 ⋅ P3 ) + ( P1 ⋅ P2 ) + ( P2 ⋅ P3 ) Ž 6 = ( P1 ⋅ P2 ) + ( P2 ⋅ P3 ) + ( P1 ⋅ P3 ) Ž 7 = ( P1 ⋅ P2 ) + ( P2 ⋅ P3 ) Ž 8 = ( P1 ⋅ P2 ) + ( P1 ⋅ P3 ) + ( P1 ⋅ P2 ⋅ P3 )
Podle těchto rovnic je možné kombinační úlohu v LOGO! Soft Comfort naprogramovat převedením matematického zápisu na systém funkčních bloků. Pro tuto úlohu jsou potřeba bloky typu: Input (vstup) 3ks Output (výstup) 4ks AND (log. součin) 11ks OR (log. součet) 4ks NOT (negace) 3ks
Obr.22
Použité funkční bloky
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 30
Celý program po propojení podle matematického zápisu a část jeho simulace:
Obr.23
Program kombinační úlohy a část simulační části
b) Sekvenční úloha: Podle předchozího rozboru sekvenční úlohy jsem v LOGO! Soft Comfort řešil úlohu pomocí asynchronního vratného čítače, jehož jádro se skládalo ze tří sekvenčních obvodů J-K. Obrovskou nevýhodou se ukázalo, že software nemá ve své nabídce funkčních bloků klopný obvod J-K jako jeden z prvků v nabídce a proto jsem musel tento obvod sestrojit pomocí jeho vnitřního schématu, což úlohu značně ztížilo a začala se jevit dost nepřehledně. Jeden ze tří klopných obvodů vypadal takto:
Obr.24
Synchronní klopný obvod J-K
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 31
Celé zapojení vratného čítače se tedy v tomto programu skládá z více než 60 funkčních bloků a to již začíná vybočovat z řady využití modulu LOGO!, který je určen podle svého popisu pro malé a jednoduché aplikace. Po naprogramování celého čítače jsem jeho funkčnost ověřil v simulační části softwaru a čítač pracoval bezchybně. Pří přivedení impulzu na vstup čítače a při logické 1 na vstupu P čítal dopředu, při logické 0 na vstupu P čítal zpět. Ovšem po připojení obvodů pro ovládání vstupu C a P a při připojení dalších bloků pro RESET čítače (viz. Teoretický rozbor) se celý obvod začal chovat nestabilně, odezva na vstupní signály nebyla vždy správná a obvod se po chvíli testovaní rozkmital. Po důkladné kontrole celého zapojení a po opakované kontrole obvodu pro vstup P, C a pro RESET jsem došel k závěru, že při pro LOGO! takto složitém zapojení nelze zanedbat dobu trvání mezi přivedením vstupního signálu a dobou odezvy na výstupu jednotlivých bloků. Tato doba není rovna 0 a při uvažování více než 60 bloků (to znamená v nejhorším případě šedesáti násobek tohoto zpoždění) mám tímto vlivem celé zapojení skládající se ze tří klopných obvodů přechází do stavu nestabilního a pro účely laboratorní úlohy nepřijatelného. Náhradním řešením se ukázalo být využití bloku, který se nazývá Dopředný/Zpětný čítač (Up/Down couter).
Obr.25
Dopředný/Zpětný čítač (Up/Down couter)
Tento blok má tři vstupy a to vstup R, vstup Cnt a vstup Dir. Signál na vstupu R vynuluje vnitřní hodnotu čítače. Funkce vstupu Cnt čítá přechody z 0 na 1 na jeho vstupu. Přechody z log. 1 na log. 0 čítány nejsou. Vstup Dir se používá pro nastavení směru čítání. Pokud na jeho vstup přivedeme log.1 čítač pracuje jako sestupný, v případě log.0 na jeho vstupu čítá vzestupně. V nastavení parametru lze nastavit parametr on jako práh zapnutí a parametr off jako práh vypnutí logické 1 na výstupu čítače. Další nevýhodou se ukázalo, že LOGO! 0BA3, které je pro laboratoř k dispozici nepodporuje nastavení parametru práh vypnutí a proto tento čítač bylo možno využít pouze s omezenými parametry. -Teoretický rozbor nového řešení a jeho realizace Pro řešení sekvenční úlohy pomocí tohoto čítače je zapotřebí vymyslet schéma zapojení, které by se dalo aplikovat pro danou úlohu. V první řadě je potřeba si uvědomit, že čítač se svými omezenými vlastnostmi nám umožní načítání vstupních impulzů a po překročení nastavené hodnoty přepne svůj výstup na logickou 1, ve které nadále setrvá a bude načítat dál. Tohoto se dá s výhodou využít, ovšem problémem je resetování čítače, neboť čítač, který se jednou překlopí do logické 1 a tam nadále setrvá by nám moc nepomohl. První zapojení, které tedy potřebujeme, je tedy zapojení, které bude čítač automaticky resetovat a to po daném počtu vstupních impulzů. Zapojení může vypadat takto:
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Obr.26
Strana 32
Návrh čítače se samočinným nulováním
Funkce tohoto zapojení je jednoduchá, spodní i vrchní čítač načítají impulzy ze vstupu. Při načtení na hodnotu 2 spodní čítač nastaví svůj výstup na log.1. Při dalším načítání se dostane i vrchní čítač na svůj práh sepnutí a logickou 1 nastaví i na svůj výstup, tím okamžikem se log.1 dostává do vstupů obou čítačů pro reset a čítače se vynulují. Výstup spodního čítače je vyveden na výstup celkový a tak se na tomto výstupu objevuje při generování impulzů na vstupu střídavě dvakrát log.1 a dvakrát log.0. Délka trvání jednotlivých úrovní na výstupu se dá nastavit pomocí parametrů obou čítačů. Pomocí tohoto principu lze vytvořit program, který bude načítat na jednotlivých výstupech binární kód. Nevýhoda omezených parametrů nám ale nedovolí z tohoto kódu odečítat a proto tato úloha pomocí tohoto automatu nebude identická se stávající. Vynulování čítače se dá také naprogramovat, takže úloha bude omezena na 2 vstupy a to na vstup kterým budeme binární kód načítat a vstup, kterým budeme kód nulovat. Výhodou se naopak stává možnost využití všech čtyř výstupů automatu, protože jednotlivé úlohy nebudou v modulu pracovat současně. Čtyři výstupy nám umožní rozšířit kód o jeden bit a proto bude výstup převedený do desítkové soustavy nabývat hodnot nula až patnáct na rozdíl od původního rozsahu nula až sedm.
Obr.27
Tabulka binárního a desítkového zápisu čísla a váha jednotlivých bitů
Z tabulky je vidět, že každý bit čísla dvojkové soustavy se při přičítání periodicky mění z nuly na jedničku a z jedničky na nulu a to v závislosti na své desítkové váze. První bit s vahou 1 se periodicky střídá při každém přičtení, bit s desítkovou vahou dva se mění při každém druhém přičtení, analogicky se mění další dva bity. Tohoto lze s výhodou využít při realizaci programu. Zapojení se bude skládat ze čtveřice obvodů, každý s dvěma čítači, které budou mít nastavené
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 33
parametry podle váhy svého výstupu. Dále hradla pro vynulování výstupu pomocí druhého vstupu. Hotový program:
Obr.28
Čtyřbitový čítač vpřed a možností nulování
Vstup I1 je vstup pro načítání, vstup I2 je vstupem pro signál pro resetování (vynulování) čítače. Při příchodu impulzu na vstup I1 všechny čítače v obvodu zvýší svoji vnitřní hodnotu o hodnotu jedna, tyto hodnoty narůstají s přicházejícími impulzy a při dosažení prahu zapnutí se na jejich výstupech objeví logická 1. U spodní čtveřice čítačů to znamená změnu logické hodnoty na výstupu, u vrchní čtveřice to znamená vynulování příslušné dvojice čítačů v obvodu. Hodnoty výstupu se mění podle desítkové váhy a to u výstupu Q4 s každým impulzem na vstupu I1, u výstupu Q3 s každým druhým impulzem, na výstupu Q2 s každým čtvrtým impulzem a na výstupu Q1 s každým osmým impulzem. Při přivedení logické 1 na vstup I2 dojde k vynulování všech čítačů respektive na všech výstupech se objeví logická 0. c) Ukázky časovacích funkcí automatu Pro ukázku časových funkcí modulu LOGO! jsem vybral funkce zpožděné zapnutí (on-delay), zpožděné vypnutí (off-delay) a funkci hranou spouštěné relé. Zpožděné zapnutí: Tato funkce má jeden vstup, jeden parametr a jeden výstup. Výstup se zpožděným zapnutím není sepnut, dokud nevypršel specifikovaný čas. Zpoždění při zapnutí se spustí zápornou hranou (přechod log.1 na log.0) na vstupu Trg (trigger-spouštěč). V nabídce parametr nastavujeme čas T, po kterém bude výstup sepnut (při přechodu výstupního signálu z log.0 na log.1). Výstup Q je po uplynutí specifikovaného času T sepnut, pokud je ovšem Trg stále zapnut. Čas T sem nastavil na 3 sekundy.
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Obr.29
Strana 34
Úloha s časovacím obvodem zpožděné zapnutí
Zpožděné vypnutí: Tato funkce má dva vstupy, jeden parametr a jeden výstup. Když je nastaveno zpožděné vypnutí, je po uplynutí nakonfigurovaného času výstup vynulován. Doba zpožděného vypnutí se spustí negativní hranou(přechod log.1 na log.0) na vstupu Trg (trigger-spouštěč). Druhým vstupem je vstup R. Signál na vstupu R vynuluje čas zpoždění a výstup. Parametr T je čas, po jehož uplynutí bude výstup vypnut. Výstup Q je spínán signálem na vstupu Trg. Udržuje tento stav, dokud neuplyne čas T, tento čas jsem nastavil na 3s.
Obr.30
Úloha s časovacím obvodem zpožděné vypnutí
Hranou spouštěné relé: Tato funkce má dva vstupy, jeden parametr a jeden výstup. Po uplynutí konfigurované doby zpoždění generuje vstupní pulz předvolený počet výstupních pulzů s definovaným poměrem pulz/pauza. Vstup Trg slouží ke spouštění času pro hranou spouštěné skluzné relé. Vstup R nuluje aktuální čas a výstup. Parametrem lze nastavit poměr pulz/pauza a počet těchto cyklů. Výstup Q je zapnut po uplynutí doby pauzy a vynulován po uplynutí doby pulzu. Poměr pulz/pauza jsem nastavil na 3s/3s a počet cyklů na 3.
Obr.31
Úloha s časovacím obvodem hranou spouštěné relé
4.3 Seznámení s automatem Simatic S7 a s jeho programovacím prostředím
a) Seznámení s automatem Simatic S7 SIMATIC S7-200 je řada malých programovatelných automatů (mikro-PLC) určených k řízení v jednodušších automatizačních aplikacích. Uživatelský program může obsahovat Booleovu logiku, čítače, časovače, složité matematické operace a komunikaci s jinými inteligentními zařízeními. Kompaktní design, flexibilní konfigurace, nízká cena a výkonný instrukční soubor jsou důvody, proč je zařízení S7-200 výborným řešením pro řízení široké škály automatizačních
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 35
aplikací. Simatic, který je k této úloze k dispozici je Simatic S7-200 s CPU 214. Tento automat má 14 vstupů, z toho 4 vstupy přerušovací, 2 vstupy čítačové a 10 výstupů.
Tabulka parametrů PLC Simatic:
Tab.9
Tabulka parametrů PLC Sikativ
b) Seznámení s programovacím prostředím Step7 Micro Win v4.0 Stejně jako v LOGO! Soft Comfort je i Step7 Micro Win možnost výběru ze tří editorů pro vytváření uživatelského programu: kontaktní schéma (LAD), výpis příkazů (STL) a funkční bloky (FBD). S určitými omezeními mohou být programy, psané v kterémkoliv z těchto programových editorů, prohlíženy a editovány programovými editory. Prostředí programu:
Obr.32
Pracovní prostředí Step7 Micro Win v4.0
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 36
Vlastnosti editoru STL: Editor STL zobrazuje program jako znakově orientovaný programovací jazyk. Umožňuje vytvářet řídící programy vkládáním textových instrukcí. Editor STL také umožňuje tvorbu programů, které by pomocí editoru LAD nebo FBD nešly vytvořit. Je to proto, že STL programuje v jazyku S7-200 a nikoli v jazyku grafického editoru, kde platí určitá omezení, aby byly diagramy správně nakresleny. Pro řešení řídící logiky používá STL logický zásobník. S7-200 provádí každou instrukci v pořadí určeném programem shora dolů, pak začne opět odshora.
Obr.33
Ukázka programu v editoru STL
Vlastnosti editoru LAD: Editor LAD zobrazuje program v grafické formě podobné schématům. Programy v kontaktním schématu umožňují simulovat tok elektrického proudu z napájecího zdroje přes řadu logických vstupních podmínek, které následně aktivují výstupní logické podmínky. Program LAD obsahuje levou napájecí lištu, která je pod napětím. Kontakty, které jsou sepnuté, umožňují tok energie do dalšího prvky, kontakty, které jsou rozepnuté, tok energie blokují. Logika je dělena do spojitých sítí (network). CPU provádí vždy jeden network zleva doprava a pak shora dolů tak, jak je určeno programem.
Obr.34
Ukázka programu v editoru LAD
Vlastnosti editoru FBD: Editor FBD zobrazuje program v grafické formě, která připomíná běžná logická schémata. Neobsahuje kontakty ani cívky, které se nalézají v editoru LAD, ale ekvivalentní instrukce, které se objevují jako blokové instrukce. FBD nepoužívá pojem levých a pravých napájecích lišt, proto se termín signálový tok používá pro vyjádření analogického pojmu toku řízení přes logické bloky FBD. Logika programu je odvozena od spojení těchto bloků. To znamená, že výstup jedné instrukce (jako například blok AND) je možné použít pro aktivaci jiné instrukce (například časovače). Tato koncepce spojování umožní vyřešit mnoho logických problémů.
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Obr.35
Ukázka programu v editoru FBD
Zadané laboratorní úlohy jsem řešil pomocí editoru STL.
4.4 Realizace laboratorní úlohy pomocí PLC Simatic S7-200 a) Kombinační úloha Při zadávání programu jsem opět vycházel z minimalizovaných rovnic kombinační úlohy. K vytvoření programu jsem použil instrukce typu: LD LDN A AN OLD
… … … … …
načtení vstupu načtení vstupu a jeho následná negace logický součin negovaný logický součin součet hodnot v zásobníku
Program v editoru STL:
Obr.36
Program kombinační úlohy v editoru STL
Strana 37
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 38
Tabulka použitých proměnných a jejich adresy
Tab.10
Tabulka použitých proměnných a jejich adresy
b) Sekvenční úloha Při řešení sekvenční úlohy jsem s výhodou využil instrukcí čítače a to INCW a DECW. Tyto instrukce slouží pro načítání čítače o hodnotu jedna (instrukce INCW) a pro odečítání hodnoty jedna (instrukce DECW). Znak „W“ na konci instrukce definuje délku slova, která je v tomto případě 16 bitů. Pro sestrojení laboratorní úlohy by postačilo slovo kratší (teoreticky 3 bitové), ale pro čítač kompatibilní s procesorem 214, je šestnácti bitové slovo nejkratší možné. Velkou výhodou je, že hodnota čítače se ukládá v paměti přímo v binárním kódu a proto není nutný převod tohoto kódu. Slovo čítače uložené v paměti čítače překopírujeme do pracovní paměti (marker „M“), z které je možno její jednotlivé bity posílat na výstup automatu. Na obrázku je vidět část programu, kde v prvním řádku se na vrchol střadače načte vstup Tjedna. V dalším řádku je instrukce TON. Tato instrukce je jedna z časových instrukcí ve Step7 a v tomto případě slouží k ovládání čítače. Čítač sám o sobě při logické 1 a při instrukci INCW čítá do té doby, dokud je na vstupu log.1 a to je v našem případě na škodu, protože laboratorní úloha při log.1 na tlačítku jedna by měla načíst pouze o jednu hodnotu.
Obr.37
Část programu sekvenční úlohy
Instrukce TON T33, 22 začne odměřovat čas po změně vrcholu střadače z 0 na 1 a po uplynutí 220ms bude platit T33=1. Změní-li se střadač na 0, bude časovač vynulován (T33=0). Ovšem v našem případě potřebujeme přesný opak. Objeví-li se na vstupu log.1, je potřeba, aby čítač načetl o jednu hodnotu, respektive, aby se ocitl v log.1 na dobu potřebnou k načtení o jednu hodnotu vpřed (tuto dobu jsem experimentálně určil na 220ms). Proto na vrchol střadače v dalším řádku programu ukládáme instrukcí LDN T33 negovaný stav časovače. Tímto nastává ovšem problém, protože při log.0 na vstupu Tjedna by se na čítači po 220ms objevila log.1 a čítač by načítal neustále vpřed. Proto je hodnota T33 se vstupem Tjedna logicky vynásobena a na čítač se dostane log.1 pouze v případě log.1 na vstupu Tjedna a na T33.
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Obr.38
Strana 39
Řešení přesunu jednotlivých bitů na jednotlivé výstupy
Instrukcí MOVW C1, MW1 se obsah čítače kopíruje do pracovní paměti, ve které je možno k jednotlivým jejím bitům přistupovat pomocí jejich adres (M1.1, M1.2 atd.). Tyto bity se následně podle své váhy posílají na příslušné výstupy automatu.Analogicky lze naprogramovat odečítání pomocí instrukce DOVW, jak je vidět na obr.39.
Obr.39
Řešení odečítání z čítače a přenos jednotlivých bitů na jednotlivé výstupy
Nulování celého čítače je realizováno instrukcí MOVW, která slouží pro kopírování, kde zápisem MOVW 0, C1 zkopírujeme 0 do čítače C1, respektive jej vynulujeme.
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Strana 40
Obr.40 Řešení nulování čítače
c) Ukázky časovacích funkcí automatu Programovací jazyk Step 7 má pouze dvě časovací funkce a to TON (On Delay Timer) a TONR (Retentive On Delay Time). Instrukce těchto funkcí se píší s příponou ve tvaru TON Txx, yy (TONR Txx, yy), kde za „xx“ se píše číslo funkce podle CPU automatu a podle řádového rozsahu času s kterým bude funkce pracovat a za „yy“ se píše násobek tohoto řádu času. Například On Delay Timers pro CPU 214 s řádovým násobkem 1ms má číslo 32 a 96. Instrukce v programu by měla např. tento tvar: „TON T32, 15“. Šlo by o časovací funkci číslo 32, která pracuje s časem 15ms. Rozdíl mezi instrukcí TON a TONR je v odměřování času funkce. Instrukce TON začne odměřovat čas po změně vstupního signálu z 0 na 1 a po uplynutí nastavené doby bude platit Txx=1. Instrukce TONR je odstartována stejným způsobem, dojde-li ovšem k během odměřování ke změně na vstupu na log. 0, bude odměřování času jen přerušeno (pozastaveno) nikoliv vynulováno, jak by se stalo u instrukce TON. První ukázka časovacích funkcí je zpožděné zapnutí, realizované instrukcí TON. Čísla časovačů pro CPU 214 s řádovým násobkem 100ms mohou nabívat hodnot 37-63 a 101-127. Číslo 37 bylo použito v předcházejících úlohách, proto má časovač v této úloze číslo 38 a násobný koeficient 30 (což odpovídá 3s).
Obr.41
První program pro demonstraci časovacích funkcí
Automat načte vstup I0.6 a spustí časovač, po uplynutí 3s se na výstupu Q0.7 objeví logická 1. Druhá ukázka realizuje impulz na výstupu při trvale sepnutém vstupu. Délka toho impulzu je rovna času s kterým pracuje časovač.
Realizace laboratorní úlohy modernějšími programovatelnými prostředky firmy Siemens
Obr.42
Druhý program pro demonstraci časovacích funkcí
Automat načte vstup I0.7 a spustí časovač. Výstup Q1.0 je v logické 1 po dobu 3s.
Strana 41
Strana 42
Strana 43
5 Návrh a realizace zmenšeného ovládacího panelu 5.1 Návrh zmenšeného ovládacího panelu Ovládací panely, které jsou v laboratoři programovatelných automatů jsou plně funkční a úlohám dostačující, ovšem varianta zmenšeného a mobilního ovládacího panelu je velice příznivá, zvláště s ohledem na tuto práci, kde laboratorní úlohy budou přístupné u dalších dvou automatů a navíc celé toto pracoviště (automat i ovládací panel) bude mobilní. Pro kompletní realizaci laboratorní úlohy je potřeba ovládací panel s 10 výstupy a 9 vstupy, z toho 6 vstupů spínaných (realizovaných spínacími tlačítky) a 3 vstupy přepínané (realizované přepínači). Pokud chceme panel minimalizovat, je potřeba stávající výstupy signalizující žárovky zaměnit za LED diody a velké spínače a přepínače za malé. Blokové schéma celého systému (automatu a ovládacího panelu) je na obrázku:
Obr.43
Blokové schéma ovládacího panelu
Celý panel se skládá ze signalizační části (signalizace stavu jednotlivých výstupů automatu) a z ovládací části (spínače a přepínače pro ovládání stavů na jednotlivých vstupech automatu). Signalizační část panelu: Napájecí napětí automatu přivedeme vodičem na spínanou část výstupu automatu a odtud dalším vodičem na vstup ovládacího panelu, kde přes odpor 100KΩ poteče proud při logické 1 na výstupu PLC přes LED diodu, která bude signalizovat stav výstupu. Ovládací část panelu: Napájecí napětí automatu přivedeme také na vstupní část ovládací části panelu, kde toto napětí pomocí spínacích a přepínacích prvků bude pokračovat na vstup PLC a tam bude realizovat vstupní logickou 1 nebo logickou 0.
Návrh a realizace zmenšeného ovládacího panelu
Strana 44
5.2 Realizace zmenšeného ovládacího panelu Čelo panelu jsem udělal z kuprextitové desky, do které jsem vyvrtal otvory pro ovládací a signalizační prvky a také pro distanční sloupky. K těmto sloupkům jsem přimontoval druhou desku, která slouží jako univerzální plošný spoj. Na tuto univerzální desku jsem připájel odpory (100KΩ) a také dvě desetipinové patice, které slouží jako rozhraní mezi panelem a automatem. Pomocí metalických vodičů jsem propojil patice, signalizační a ovládací prvky podle schematu. Celý systém jsem spojil distančními sloupky a spodek desky, na které byly připájeny součástky jsem zaizoloval páskem linolea.
Obr.44
Obr.45
Schéma ovládací části panelu
Schéma signalizační části panelu
Na čelo panelu jsem navrhl jeho popis a ten vytiskl na lepící papír, jenž jsem ještě přelepil průhlednou lepící fólií, aby se nešpinil a nalepil jen na panel. Na obrázku 46 je vidět navrhnutý popis přední části panelu.
Návrh a realizace zmenšeného ovládacího panelu
Obr.46
Navrhnutý popis panelu
Celý vyrobený ovládací panel je vidět na obrázcích 47 a 48.
Obr.47
Obr.48
Pohled na panel zepředu
Pohled na panel zboku
Strana 45
Strana 46
Strana 47
6
Závěr
Cílem této bakalářské práce byla inovace laboratorních úloh v laboratoři programovatelných automatů, která slouží k praktickému seznámení s programovatelnými automaty a s kombinačními a sekvenčními obvody. Inovace byla realizována modernějšími prostředky automatického řízení a to logickým modulem LOGO! a PLC Simatic S7-200. Celá laboratorní úloha se skládá z úlohy kombinační a sekvenční. Dále obsahuje ukázky časovacích funkcí daného automatu. Pomocí automatu Simatic byla laboratorní úloha realizována v plném rozsahu. Tento automat má dostatečný počet vstupů a výstupů a také mocný programovací nástroj Step7. Logický modul LOGO! nemá v základním modulu dostatečný počet vstupů a výstupů a proto nemohla být úloha realizována jako celistvá, ale musel jsem ji rozdělit na tři samostatné programy, které pracují každý zvlášť. Tento problém se dá vyřešit pořízením rozšiřujícího modulu, který by umožnil chod všech tří úloh zároveň. Dalším nedostatkem tohoto modulu byla značná doba odezvy při využití většího počtu funkčních bloků, která znemožnila realizaci sekvenční úlohy pomocí vratného čítače, který byl po chvíli provozu nestabilní a rozkmitával se. Sekvenční úlohu jsem tedy řešil pomocí funkčního bloku „čítač“, který má ovšem pro typ LOGA!, které jsem měl k dispozici omezené parametry a proto výsledná sekvenční úloha je realizována místo jako úloha s třemi vstupy a třemi výstupy jako úloha s dvěma vstupy a čtyřmi výstupy. K těmto prostředkům automatického řízení jsem také navrhl a sestrojil ovládací panel, který je na rozdíl od panelu v laboratoři mobilní a tudíž může sloužit k více účelům.
Strana 48
Seznam použité literatury
[1]
MARTINÁSKOVÁ, M.; ŠMEJKAL, L. Řízení programovatelnými automaty. Praha, ČVUT 1998
[2]
NĚMEC, Z.; Laboratoř programovatelných automatů na FSI VUT v Brně, Automatizace, Leden 2003, ročník 46, s.20-21
Strana 49
Příloha Zadání původní laboratorní úlohy, přikládané k laboratornímu cvičení
Automatizace a regulace Laboratorní cvičení – zadání Kombinační obvod Identifikujte kombinační obvod se třemi vstupy P1, P2, P3 a čtyřmi výstupy Ž5, Ž6, Ž7, Ž8 (viz druhá řada ovládacího panelu). Výsledek zpracujte formou kombinační tabulky. 1) Rozhodněte kolik existuje vstupních hodnot a podle toho volte počet řádků tabulky 2) Připravte levou část pravdivostní tabulky se všemi kombinacemi vstupů 3) Experimentálně zjistěte všechny možné hodnoty výstupů a zaznamenejte je do pravé části pravdivostní tabulky. Svit žárovky považujte za logickou hodnotu 1 4) Pokuste se vyjádřit závislost některého výstupu na vstupech pomocí logické funkce, např. Ž5 = f (P1, P2, P3). Sekvenční obvod Zkoumaný sekvenční obvod má tři vstupy T1, T2, T3 a tři výstupy V1, V2, V4 (viz první řada ovládacího panelu). Chování sekvenčního obvodu vyjádřete grafem přechodů (diagramem stavů). U daného sekvenčního obvodu jsou výstupy závislé jen na jeho vnitřním stavu (tzv. Moorův konečný automat). Proto lze vnitřní stavy vyhodnocovat jen prostřednictvím výstupů. Relaci mezi vnitřními stavy a výstupy volte např. pomocí váhového kódu 1 – 2 – 4 (viz. štítek u výstupů). 1) experimentálně zjistěte počet všech možných stavů sekvenčního obvodu. K vyvolání změn použijte tlačítka T1, T2, T3 a sledujte výstupy V1, V2, V4. 2) nakreslete uzly grafu přechodů a uzlům přiřaďte označení stavů 3) Mezi uzly zakreslete přechody (hrany) ve tvaru spojovacích čar. K těmto přechodům zapište tlačítka, která tyto přechody způsobují. Dílčí část grafu bude mít tuto strukturu:
Obr. 49
Struktura dílčí části grafu
d)Charakterizujte funkci (použití) sekvenčního obvodu a určete účel tlačítek
Strana 50
Strana 51