W3 - Wykład SP

Wykład w ramach przedmiotu
Sterowniki programowalne
System GE Fanuc serii 90-30
Zasady działania systemu (część I)
Na podstawie dokumentacji GE Fanuc przygotował
dr inż. Jarosław Tarnawski
Plan wykładu


Wprowadzenie
Cykl pracy sterownika


Organizacja programu




Rodzaje, fazy, czas trwania
Rozmiary, podprogramy, typy zmiennych, typy danych
Rozruch i wyłączenie PLC
Zegary
Rola modułów we-wy
Wprowadzenie



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 sterownika


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.
Cykl pracy sterownika cd.


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
Standardowy
cykl pracy
sterownika
1. Inicjalizacja cyklu
2. Obsługa wejść
3. Wykonanie programu
sterującego
4. Obsługa wyjść
5. Obsługa programatora
6. Obsługa innych urządzeń
7. Diagnostyka
Cykl - faza inicjalizacji


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
Cykl - faza obsługi 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.
Cykl - faza obsługi 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.
Cykl - wykonanie programu sterującego

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.
Cykl - wykonanie programu sterującego 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.
Cykl - obsługa 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.
Cykl - obsługa 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.
Cykl – komunikacja z programatorem


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.
Cykl – komunikacja z programatorem

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
Cykl komunikacja systemowa


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.
Cykl – 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.
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
Czas trwania poszczególnych faz cyklu
Czas odczytu/zapisu modułów
we/wy (w milisekundach)
Czas wykonania niektórych instrukcji
programu w mikrosekundach
Przykład dla CPU 331, 5modułów we, 4wy, 700linii
programu (logika), 300 linii z przekaźnikami, 200 linii
- bloki funkcyjne
Rozmiary programu sterującego
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 90-30 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.
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.
Podprogramy
(różne możliwości wywołania)
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 16bitowe)

Przeznaczone jako parametry bloków funkcyjnych
Zmienne rejestrowe
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
Pamięć 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 cd.
Rozruch sterownika

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 cd.

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 cd. / Zatrzymanie
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 i przekaźniki czasowe

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 cd.


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 cd.
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 cd.


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.
Generatory sygnału prostokątnego

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/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 / 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.
System we/wy GE Fanuc 90-30
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
www.gefanuc.pl