PLC1 - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Sterowniki Programowalne (SP) – Wykład #3
System GE Fanuc serii 90-30 Zasady działania systemu (część I)
WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI – KATEDRA INŻYNIERII SYSTEMÓW STEROWANIA
Jarosław Tarnawski
Październik 2016
Spis treści wykładu
Wprowadzenie
Cykl pracy sterownika
Rodzaje, fazy, czas trwania
Organizacja programu:
rozmiary,
podprogramy,
typy zmiennych,
typy danych
Rozruch i wyłączenie PLC
Zegary
Rola modułów we-wy
Zarządzenie pamięcią, wykonywanie programu
Za zarządzanie pamięcią i priorytety
wykonywania operacji odpowiada procesor
80188 (dla CPU 35x, 36x procesor 80386EX)
Za wykonywanie programu sterującego,
diagnostyki, skanu wejść/wyjść, przetwarzanie
alarmów odpowiada koprocesor ISCP
(sprzętowy >=313)
Oba procesory pracują równolegle
Cykl pracy PLC
Część logiczna programu sterującego
sterowników serii 90-30 i Micro wykonywana jest
cyklicznie, aż do momentu zatrzymania za
pośrednictwem instrukcji z komputeraprogramatora lub z innego urządzenia
zewnętrznego.
Ciąg operacji koniecznych do jednorazowego
wykonania programu sterującego jest nazywany
cyklem pracy sterownika.
Tryby pracy PLC
Tryb pracy jest ustalany na początku każdego
cyklu.
Tryby pracy
•Standardowy
(wykonanie tak szybko jak to możliwe)
•Ze stałym czasem trwania (5-500ms)
•STOP we/wy załączone
•STOP we/wy wyłączone
Cykl PLC
1. Inicjalizacja cyklu
2. Obsługa wejść
3. Wykonanie programu
sterującego
4. Obsługa wyjść
5. Obsługa programatora
6. Obsługa innych
urządzeń
7. Diagnostyka
Inicjalizacja
Inicjalizacja cyklu sterownika polega na
wykonaniu
wszystkich
operacji
koniecznych do rozpoczęcia cyklu.
Jeśli sterownik znajduje się w trybie
pracy ze stałym czasem cyklu,
rozpoczęcie
nowego
cyklu
jest
opóźniane do momentu, aż upłynie
czas przewidziany na wykonanie
poprzedniego cyklu. (Jeśli wymagany czas
upłynął, a poprzedni cykl nie zakończył się, wartość
zmiennej systemowej %SA0002, przypisanej stykowi
OV_SWP, jest ustawiana na 1, poczym nowy cykl
rozpoczynany jest bez opóźnienia.)
Uaktualnianie
wartości
zmiennych
generatorów prostokątnych
Wczytanie stanu wejść
Odczytywane są wejścia wszystkich
modułów sterowników 90-30, a ich
wartości zostają zapisane odpowiednio w
pamięci adresowanej poprzez zmienne
%I (wejścia dyskretne)
%AI (wejścia analogowe).
Wszystkie dane globalne otrzymane za
pośrednictwem modułu komunikacyjnego
GENIUS, modułu Enhanced Genius lub za
pośrednictwem sterownika szyny Genius
(Genius Bus Controller) zostają zapisane
w pamięci adresowanej przez zmienne
globalne %G.
Wczytanie stanu wejść cd.
Wejścia są odczytywane zgodnie z rosnącymi adresami
zmiennych, rozpoczynając od modułu komunikacyjnego
GENIUS, następnie przechodząc do modułów wejść
dyskretnych i ostatecznie do modułów wejść analogowych.
Jeśli sterownik znajduje się w trybie zatrzymania (STOP) i
jest skonfigurowany tak, aby nie przeprowadzać
odczytywania wejść i wyjść w tym trybie (STOP/NO IO),
opisana tu faza zostaje pominięta.
Wykonanie programu
Program sterujący wykonywany
jest zawsze w kolejności
instrukcji, począwszy od
pierwszej instrukcji pierwszego
szczebla programu. Wykonanie
programu sterującego powoduje
zmianę stanu zmiennych
przypisanych wyjściom
sterownika.
Wykonanie programu cd.
Program sterujący wykonywany jest przez
mikroprocesor 80C188 oraz przez koprocesor ISCP.
W przypadku sterowników wyposażonych w jednostki
centralne CPU 313 i wyższe, koprocesor ISCP
wykonuje operacje logiczne, a procesor 80C188 lub
80386EX wykonuje operacje odpowiadające blokom
funkcyjnym, licznikom oraz przekaźnikom czasowym.
W przypadku sterowników wyposażonych w jednostki
centralne CPU 311, wszystkie wymienione wyżej
instrukcje wykonywane są przez procesor 80C188.
Ustawianie wyjść
W tej fazie następuje przypisanie stanu
zmiennych wyjściowych fizycznym wyjściom
sterownika,
etap ten realizowany jest natychmiast po
zakończeniu wykonywania programu
sterującego
Stan wyjść jest uaktualniany na podstawie
wartości zmiennych
%Q (wyjścia dyskretne)
%AQ (wyjścia analogowe).
Jeśli moduł komunikacyjny GENIUS jest
skonfigurowany
do przesyłania danych globalnych, dane z
komórek pamięci adresowanych przez zmienne
globalne %G zostają przesłane do tego modułu
GCM, GCM+ lub GBC.
Ustawianie wyjść cd.
W sterownikach 90-30 wyjścia są obsługiwane
zgodnie z rosnącymi adresami zmiennych.
Jeśli sterownik znajduje się w trybie zatrzymania
(STOP) i jest skonfigurowany tak, aby nie
przeprowadzać odczytywania wejść i wyjść w tym
trybie (STOP/NO IO), opisana tu faza zostaje
pominięta. Zakończenie fazy obsługi wyjść następuje
w momencie, gdy wartości zmiennych przypisanych
wyjściom zostaną przesłane do wszystkich modułów
wyjściowych sterowników 90-30.
Obsługa programatora
Faza ta jest wykonywana, gdy do
sterownika podłączony jest programator, a
w systemie znajduje się moduł
wymagający konfiguracji.
Jeśli żaden z tych warunków nie jest
spełniony, faza komunikacji z
programatorem nie jest wykonywana.
Podczas jednego cyklu może zostać
skonfigurowany tylko jeden moduł.
Obsługa programatora cd.
W domyślnym trybie komunikacji ograniczonej czasowo,
jednostka centralna sterownika wykonuje jedną operację
związaną z programatorem podczas każdego cyklu, co
oznacza, że odpowiada na jedno żądanie komunikacji lub na
naciśnięcie klawisza. Jeśli programator wysyła żądanie
komunikacji, którego realizacja zabiera więcej milisekund niż
maksymalny, dopuszczalny czas trwania komunikacji, to
jego wykonanie zostaje podzielone na kilka cykli tak, że
żaden z nich nie zostaje wydłużony więcej niż maksymalna
wartość dopuszczalna
Komunikacja systemowa (tylko GE Fanuc)
Podczas fazy komunikacji systemowej realizowane są
żądania komunikacji z modułami urządzeń dodatkowych,
np. z modułem programowalnego koprocesora.
Żądania komunikacji są obsługiwane w kolejności
napływania. Ponieważ moduły dodatkowe są zapytywane
metoda okrężną, żaden z tych modułów nie jest
uprzywilejowany w stosunku do innych.
Diagnostyka
Na końcu każdego cyklu obliczana jest
suma kontrolna programu sterującego
użytkownika.
Jeżeli obliczona suma kontrolna nie jest
zgodna z zapamiętaną, następuje
ustawienie znacznika błędu. Powoduje to
wprowadzenie nowej pozycji do tabeli
błędów sterownika oraz przejście do trybu
STOP. Jeżeli suma kontrolna nie zostanie
obliczona, do okna komunikacji z
programatorem nie są wprowadzane
żadne informacje.
Faza ta służy do sprawdzania
integralności pamięci i programu
Czas trwania cyklu
Czas trwania cyklu - jest ważnym aspektem przy
projektowaniu systemu automatyki
Czas ten zawiera składniki stałe (jak inicjalizacja
cyklu i diagnostyka) oraz zmienne. Składniki zmienne
zależą od konfiguracji układów wejść/wyjść,
rozmiarów programu sterującego użytkownika oraz
typu urządzenia programującego podłączonego do
sterownika
Spis treści wykładu
Czas trwania cyklu
Czas trwania cyklu
Czas trwania cyklu
Dopuszczalne rozmiary programów
Dla sterowników serii 90-30 maksymalna liczba szczebli dozwolonych dla
jednego bloku logicznego (dla bloku głównego lub dla podprogramu)
wynosi 3000
Całkowite rozmiary części logicznej programu sterującego dla sterowników serii 9030 mogą osiągać:
•do
6 kB dla jednostki centralnej CPU 311, 12 kB dla jednostek
centralnych 313 i 323,
•16 kB dla jednostki centralnej CPU 331, 80 KB dla jednostki centralnej
CPU 341,
•74 kB dla jednostki centralnej CPU 35x (32 KB dla części logicznej
programu sterującego) oraz przed wersją 9, 80 KB dla jednostek
centralnych CPU 351 i 352.
Począwszy od wersji 9 jednostek centralnych niektóre wielkości pamięci
dla serii 351, 352 i 36x mogą być konfigurowane.
Struktura programu i podprogramy
Program może w trakcie wykonywania wywołać
podprogram.
Podprogram musi zostać zadeklarowany w
projekcie dopiero wtedy podprogram ten można
wywołać za pomocą instrukcji CALL.
Maksymalnie w programie mogą zostać zadeklarowane 64
podprogramy, a dla każdego z bloków programu
sterującego dozwolone są 64 instrukcje CALL.
Maksymalny rozmiar podprogramów to 16 kB lub 3000
szczebli, lecz program główny wraz ze wszystkimi
podprogramami musi zmieścić się w granicach
obowiązujących dla poszczególnych jednostek centralnych.
Wywoływanie podprogramów
a) Wywołanieróznych podprogramów
b)wywołanie 1 podprogramu
c) Podprogram wywołuje inny podprogram
Typy zmiennych
Występują dwa typy zmiennych
Dyskretne (1 bit)
Przeznaczone głównie do opisu styków i
przekaźników
Rejestrowe (słowo 16 bitowe)
Przeznaczone jako parametry bloków
funkcyjnych
Typy zmiennych
Zmienne dyskretne
%I – reprezentujące fizyczne wejścia dyskretne
%Q - reprezentujące fizyczne wyjścia dyskretne
%M – reprezentujące wewnętrzne (pomocnicze)
zmienne programu sterującego
%T – tymczasowe (tracące swój stan po zaniku
zasilania lub zatrzymaniu/uruchomieniu sterownika)
zmienne pomocnicze
%S - zmienne systemowe informacyjne (tylko do
odczytu)
%G – zmienne globalne
Podtrzymywanie stanu zmiennych
Zmienna posiada pamięć stanu, jeśli jej wartość jest
przechowywana po wyłączeniu sterownika.
Sterowniki serii 90 przechowują:
część logiczną programu sterującego,
tabele błędów działania i diagnostyczne,
zablokowane wartości zmiennych,
wartości zmiennych rejestrowych (typu %R, %AI, %AQ),
wartości zmiennych dyskretnych (typu %I, %S, %G, bity znaczniki błędów działania)
wartości zmiennych dyskretnych typu %M i %Q w
przypadku, gdy są one przypisane przekaźnikom z
pamięcią. Wartości zmiennych %T nie są zapamiętywane.
Typy danych
Typy danych
Rozruch PLC
Rozruch sterowników serii 90-30 może przebiegać
na dwa sposoby:
rozruch „na zimno”,
rozruch „na gorąco”.
Jednostka centralna zazwyczaj przeprowadza
rozruch "na zimno"; jednakże w przypadku
jednostek CPU 331 i wyższych, jeśli czas pomiędzy
wyłączeniem zasilania a ponownym jego
włączeniem jest krótszy niż 5 sekund,
przeprowadzany jest rozruch "na gorąco".
Rozruch
Rozruch "na zimno" składa się z wyszczególnionego poniżej ciągu operacji.
Rozruch "na gorąco" różni się od rozruchu "na zimno" jedynie pominięciem operacji
opisanych w kroku 1.
1. Jednostka centralna przeprowadza autodiagnostykę. W kroku tym zawarta jest
między innymi kontrola części pamięci RAM podtrzymywanej bateryjnie w celu
stwierdzenia, czy zawiera ona poprawne dane.
2. Jeśli obecna jest pamięć EPROM lub EEPROM i konfiguracja sterownika
nakazuje wykorzystanie zawartości tej pamięci, to jest ona kopiowana do pamięci
RAM. Jeśli pamięć EPROM lub EEPROM nie jest obecna, zawartość pamięci RAM
pozostaje bez zmian.
3. Jednostka centralna sprawdza każde gniazdo kasety w celu określenia, jakie
moduły są zainstalowane.
4. Konfiguracja sprzętowa jest porównywana z konfiguracją zaprogramowaną
(powinny być one takie same). Wszystkie wykryte niezgodności traktowane są jako
błędy. Również brak modułów lub obecność modułów niezadeklarowanych
traktowane są jako błędy działania i zostają zakomunikowane użytkownikowi.
Rozruch
5. Jeśli nie zaprogramowano konfiguracji, jednostka centralna wybiera
automatycznie konfigurację
standardową.
6. Jednostka centralna wybiera kanał komunikacyjny pomiędzy nią a
wyspecjalizowanymi modułami
dodatkowymi.
7. Ostatecznie, na podstawie konfiguracji jednostki centralnej, określany jest tryb
pracy sterownika (RUN lub STOP) dla pierwszego cyklu. W trybie RUN cykl
realizowany jest zgodnie z opisem podanym w punkcie poświęconym przejściu z
trybu zatrzymania STOP do trybu pracy RUN.
Wyłączenie systemowe (samoczynne) sterownika następuje w przypadku
zaniku napięcia w sieci zasilającej prądu przemiennego na okres dłuższy niż
jeden jego cykl lub gdy napięcie zasilania sterownika prądem stałym (nominalnie
wynoszące 5 V) spadnie poniżej 4.9 V.
Zegary
Sterowniki serii 90-30 posiadają kilka rodzajów
zegarów:
zegar podtrzymujący aktualną datę i czas (modele 331,
341, 35x i 36x)
zegar alarmowy
zegar stałego czasu cyklu pracy.
trzy bloki funkcyjne przekaźników czasowych
przekaźnik czasowy,
przekaźnik czasowy z zanegowanym wejściem
przekaźnik czasowy z pamięcią (nazywany również
przekaźnikiem kontrolnym).
generatory sygnału prostokątnego o podstawie 0.01 s,
0.1 s, 1.0 s, 1 minuty.
Zegary
CZAS OD URUCHOMIENIA STEROWNIKA
Zegar ten wykorzystuje 100 ms odcinki czasu do
odmierzania czasu, który upłynął od momentu rozruchu
jednostki centralnej. Zegar ten nie przechowuje odmierzonej
wartości po wyłączeniu zasilania, zostaje on wyzerowany
przy każdym ponownym rozruchu. Co sekundę zegar
komunikuje się z jednostką centralną w celu zapisania
odmierzonej wartości (w sekundach). Odmierzanie sekund
może trwać do około 100 lat po włączeniu zegara.
Zegary
Zegar odmierzający czas pracy sterownika
(CPU >=331)
Posiada on następujące funkcje:
• Rok (dwie cyfry), • Miesiąc, • Dzień miesiąca
• Godzina, • Minuta, • Sekunda, • Dzień tygodnia
Zegar podtrzymujący aktualną datę i czas zasilany
jest bateryjnie i pracuje w przypadku awarii lub
wyłączenia zasilania sterownika.
Zegary
ZEGAR ALARMOWY
Zegar alarmowy sterowników serii 90-30 przeznaczony jest
do wykrywania błędów krytycznych, które powodują
znaczną wydłużenie czasu trwania cyklu pracy sterownika.
Zadana wartość porównawcza dla zegara alarmowego
wynosi 200 ms (500 milisekund dla jednostek centralnych
serii 35x i 36x) i nie może zostać zmieniona. Zegar ten
zostaje wyzerowany na początku każdego cyklu pracy.
Zegary
Sterowniki serii 90 posiadają cztery styki generatora sygnału
prostokątnego, o podstawach czasu
0.01 s, (T_10MS)
0.1 s, (T_100MS)
1 s (T_SEC)
1 min (T_MIN).
(w nawiasach przyporządkowane generatorom zmienne
systemowe)
Moduły wejść i wyjść
Moduły wejść i wyjść sterownika umożliwiają łączność z
pozostałymi elementami układu sterowania (np.
urządzeniami pomiarowymi i wykonawczymi)
Moduły wejść i wyjść sterowników 90-30 są podłączane
bezpośrednio do gniazd kasety jednostki centralnej lub do
gniazd dodatkowych w sterownikach serii 90-30, modele
331 i wyższe.
Lista modułów dostępna jest bardzo obszerna
(determinuje elastyczność systemu) patrz „Katalog Systemów
Sterowania GE Fanuc Sterowniki serii 90-30 ”
Moduły wejść i wyjść
Systemy wejść i wyjść:
modeli 331 i 341 obsługują do 49 modułów
wejść i wyjść (5 kaset).
modeli 351 i 352 obsługują do 79 modułów
wejść wyjść (8 kaset).
modele 311 i 313 z 5 gniazdami obsługują do
5 modułów wejść
w modelu 323 z 10 gniazdami obsługiwanych
jest do 10 modułów wejść i wyjść sterowników
90-30.
Skanowanie (odczytywanie i zapisywanie) wejść/wyjść
Bibliografia
GE Fanuc Automation, Sterowniki programowalne, Seria
90-30/Versa Max/Micro Opis funkcji, Kraków 1999
– pobrane ze stron WWW firmy Astor
Katalog Systemów Sterowania GE Fanuc
Sterowniki serii 90-30, Astor
www.astor.com.pl
http://www.geautomation.com/