ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное автономное профессиональное

образовательное учреждение Тюменской области

«Тюменский колледж производственных и социальных технологий»

Омелехин Никита Сергеевич

Методические указания по выполнению лабораторных

работ со стендом «Автоматизация управления шлагбаумом»

Методические указания к выполнению лабораторно-практических работ

Для специальностей: 15.02.14 Оснащение средствами автоматизации

технологических процессов и производств (по отраслям)

Тюмень 2020

Работа № 1. Автоматизация управления шлагбаумом

1. Цель работы

Приобретение опыта работы по алгоритмизации и практической реализации

системы

автоматизации

управления,

на

базе

программируемого контроллера,

объектом (макетом объекта), максимально приближенным к реальному объекту.

2. Содержание работы

а) Изучить

конструкцию

и

требуемую

последовательность

работы

физически

реализованного

макета

шлагбаума.

Ознакомиться

со

схемой

подключения датчиков, исполнительного двигателя и устройств индикации и

сигнализации на лицевой панели основания макета.

б) Дома при подготовке к работе:

–

выполнить

синтез

системы

автоматизации

для

заданного

варианта

управления шлагбаумом (составить логические функции формирования сигналов и

команд),

- составить схему соединений программируемого контроллера с макетом

шлагбаума

(см.

гл.

1,

рис.

4),

используя подключения

указанных

элементов

соединительными

проводниками

со

штекерными

наконечниками

и

через

предусмотренные на стенде соединительные гнезда,

–

составить

программу

для

программируемого

контроллера

на

языке

лестничных диаграмм. Предусмотреть использование сенсорного монитора для

отображения на его экране режимов работы, индикации формируемых сигналов и

команд

и

состояния

оборудования

(определить

количество

предполагаемых

экранов и их содержание).

г) В лаборатории:

- запрограммировать сенсорный монитор;

-

набрать

на

компьютере

подготовленную

дома

программу

и

откомпилировать ее;

– ввести программу в контроллер и убедиться в правильности её работы.

Продемонстрировать преподавателю работу системы автоматизации шлагбаума в

соответствии с заданным вариантом автоматизации.

3. Пояснения к работе

Конструктивно макет шлагбаума (рис. 1) включает основание 1, на котором

установлена силовая стойка 2 со стрелой 3 и опорная стойка 7.

На

силовой

стойке

расположен

шаговый

двигатель

стрелы

4

и

бесконтактные индуктивные датчики 5

и 6

ограничения крайних положений

движения стрелы соответственно открытого и закрытого.

Рис. 1. Физический объект «Шлагбаум»

На опорной стойке располагается оптический датчик 9 для контроля помехи

в створе ворот.

На

лицевой

поверхности

основания

(рис.

2)

расположены

тумблер

переключения автоматического и ручного режимов работы «Авт-Руч», кнопки

ручного управления перемещением стрелы, гнезда для подключения проводов и

схема соединений этих гнезд.

Рис. 2. Схема подключений на лицевой панели основания макета

Источник

питания

стенда

напряжением

24

В

постоянного

тока,

блок

управления шаговым двигателем и другие компоненты системы располагаются в

нише под лицевой панелью основания.

Работа

шлагбаума

очевидна

из

повседневной

жизни.

В

макете

предусмотрено автоматическое и ручное управление шлагбаумом.

В

автоматическом

режиме

работы

команды

на

открытие

и

закрытие

шлагбаума (подъем и опускание стрелы) подаются дистанционно с пульта водителя

автомобиля.

По

команде

«Открыть»

стрела

шлагбаума

поднимается

и

через

задержку

времени,

необходимую

для

проезда

автомобиля,

автоматически

опускается. Если при опускании стрелы появилась помеха в проеме шлагбаума в

виде, например, прохождения человека или проезда следующего автомобиля, то

опускание

стрелы

прекращается

и

происходит

подъем

стрелы.

Дальнейшая

последовательность

работы

шлагбаума

определяется

разработчиком

системы

автоматизации.

Можно

прекратить

работу,

сформировать

сигнал

аварийной

ситуации, в которой будет разбираться вызванный этим сигналом оператор. Можно

не формировать такой сигнал, а через задержку времени повторить попытку

опускания стрелы и т.п. Такие и другие возможные варианты работы системы

автоматизации представлены ниже в вариантах заданий бригад исполнителей

лабораторной работы.

На

стенде

предусмотрены

световая

(светодиодом)

и

звуковая

(пьезоэлектрический генератор звука) сигнализации. В зависимости от варианта

задания они могут использоваться по-разному. Например, генератор звука может

иметь (запрограммировать) разный характер прерывистого звучания в различных

ситуациях. Аналогично световая сигнализация в зависимости от ситуации может

гореть непрерывно или мигать с разной частотой мигания.

4. Выполнение работы

Ниже

представлены

варианты

управления

шлагбаумом

для

индивидуальности выполнения работы бригадами студентов. Предполагается, что

бригада

состоит

из

двух

человек.

Они

выполняют

совместно

один

вариант

управления объектом и оформляют один отчет по выполненной работе. Вариант

задания бригаде студентов назначает преподаватель в зависимости от уровня

подготовки студентов бригады.

В представленных вариантах предусматривается создание помехи в створе

шлагбаума, т.е. препятствия в виде появления автомобиля или человека между

силовой и опорной стойками шлагбаума при опускании стрелы. Для этого в

опорной

стойке

располагается

фотоэлектрический

датчик,

работающий

на

отражении

луча.

Датчик

настроен

таким

образом,

что

его

чувствительность

ограничена серединой расстояния между силовой и опорной стойками шлагбаума.

При

проведении

лабораторной

работы

помеха

имитируется

перекрыванием

невидимого инфракрасного луча датчика ладонью руки или листком белой бумаги.

Подготовка стенда к работе проводится в соответствии с указаниями к

работам №1 и №2.

Вариант

1.

Обычное

исходное

положение

шлагбаума

–

закрытое.

В

автоматическом

режиме

работы

при

двойном

нажатии

кнопки

«А»

пульта

происходит подъем стрелы. Через 5 секунд при отсутствии помехи в створе

шлагбаума включается опускание стрелы. Если при опускании стрелы возникнет

помеха,

то

привод стрелы

реверсируется и

стрела

возвращается

в

открытое

состояние. В этом положении осуществляется контроль наличия помехи и при ее

отсутствии немедленно начинается опускание стрелы. Если вновь при опускании

стрелы возникнет помеха, то привод стрелы вновь реверсируется. Происходит

подъем стрелы и включается прерывистый звуковой сигнал для вызова оператора.

Оператор

переводит

управление

на

ручной

режим

работы,

опускает

стрелу

шлагбаума и затем вновь включает режим автоматического управления.

В

ручном

режиме

оператор

в

любом

положении

может

включить

и

отключить движение стрелы. В этом режиме ее положение ограничиваются только

сигналами датчиков крайних положений стрелы поднятого и опущенного.

Любое движение стрелы независимо от режима работы сопровождается

миганием светового индикатора.

На

сенсорном

мониторе

индицируется

режим

работы

шлагбаума

и

открытое/закрытое положение стрелы.

Вариант 2. В автоматическом режиме при двойном нажатии кнопки «А»

пульта включается на 3 секунды звуковой сигнал и только после этого происходит

подъем стрелы. Через 5 секунд на 3 секунды включается звуковой сигнал и

происходит опускание стрелы. Если при опускании стрелы возникает помеха в

створе

шлагбаума,

то

стрела

немедленно

останавливается

и

формируется

прерывистый

звуковой

сигнал

с

другим

характером

прерывистости.

Сигнал

сохраняется до

устранения помехи.

После исчезновения

помехи отключается

звуковой сигнал и продолжается опускание стрелы. Если же вновь появилась

помеха, то вновь стрела немедленно останавливается и формируется теперь уже

непрерывный звуковой сигнал до прибытия оператора. Оператор в ручном режиме

работы опускает стрелу и включает автоматический режим работы.

В

ручном

режиме

оператор

в

любом

положении

может

включить

и

отключить движение стрелы. В этом режиме ее положение ограничиваются только

сигналами датчиков крайних положений стрелы поднятого и опущенного.

Любое

движение

стрелы

сопровождается

включением

световой

сигнализации независимо от режима работы.

На

сенсорном

мониторе

индицируется

режим

работы

шлагбаума

и

открытое/закрытое положение стрелы.

Вариант 3. В автоматическом режиме работы при двойном нажатии кнопки

«А» пульта включается на 3 секунды звуковой сигнал и только после этого

происходит подъем стрелы. Для опускания стрелы необходимо произвести двойное

нажатие кнопки «В» пульта. Происходит немедленное опускание стрелы. Если при

опускании стрелы возникает помеха в створе шлагбаума (автомобиль или человек),

то включается прерывистый звуковой сигнал и стрела немедленно поднимается.

Звуковой сигнал сохраняется до устранения помехи. При отсутствии помехи

включается опускание стрелы. Если вновь возникнет помеха, то опять включается

прерывистый звуковой сигнал и стрела немедленно поднимается. Звуковой сигнал

изменяет

характер

прерывистости,

система

прекращает

реакцию

на

нажатия

кнопок пульта и стрела остается в поднятом положении до прихода оператора.

Оператор в ручном режиме работы опускает стрелу и включает автоматический

режим работы.

В

ручном

режиме

оператор

в

любом

положении

может

включить

и

отключить движение стрелы. В этом режиме ее положение ограничиваются только

сигналами датчиков крайних положений стрелы поднятого и опущенного.

Любое движение стрелы сопровождается включением мигающей световой

сигнализацией независимо от режима работы.

На

сенсорном

мониторе

индицируется

режим

работы

шлагбаума

и

открытое/закрытое положение стрелы.

Вариант 4. В автоматическом режиме при двойном нажатии кнопки «А»

пульта

немедленно

включается

прерывистый

звуковой

сигнал

и

происходит

подъем

стрелы.

По

окончании

подъема

звуковой

сигнал

отключается.

Для

опускания стрелы необходимо произвести двойное нажатие кнопки «В» пульта.

Происходит немедленное опускание стрелы. Если же в течение 10 секунд сигнал

двойного нажатия кнопки не поступил, то автоматически включается опускание

стрелы,

сопровождающееся

прерывистым

звуковым

сигналом.

Если

же

при

опускании стрелы возникнет сигнал помехи, то движение стрелы прекращается,

прерывистость

звукового

сигнала

изменяется.

При

устранении

помехи

восстанавливается опускание стрелы со звуковым сигналом. В ручном режиме

оператор в любом положении может включить и отключить движение стрелы. В

этом режиме ее положение ограничиваются только сигналами датчиков крайних

положений стрелы поднятого и опущенного.

Любое движение стрелы сопровождается включением мигающей световой

сигнализацией независимо от режима работы.

На

сенсорном

мониторе

индицируется

режим

работы

шлагбаума

и

открытое/закрытое положение стрелы.

5. Требования к отчёту

Отчет должен содержать:

а)

цель работы;

б)

условия задачи по варианту, принятые обозначения переменных,

логические

функции

для

выходных

и

промежуточных

переменных,

при

необходимости циклограмму работы оборудования;

в)

логические функции в адресах программируемого контроллера;

г)

программу для реализации системы управления;

д)

изображения использованных экранов сенсорного монитора;

е)

методику

экспериментальной

проверки

функционирования

реализованной системы управления и результаты проверки;

ж)

выводы по работе.