wprowadzenie w zagadnienia plc na potrzeby przedmiotu ... w... · wprowadzenie w zagadnienia plc na...
TRANSCRIPT
Wprowadzenie w zagadnienia PLC na potrzeby przedmiotu Przemysłowe Sieci Informatyczne
Opracował: Jarosław Tarnawski, dr inż. 2016
Sterowniki programowalne (PLC ang. Programmable Logic Controllers) to komputery przemysłowe
pracujące pod kontrolą systemu operacyjnego czasu rzeczywistego. Są to szeroko stosowane w
przemyśle uniwersalne urządzenia programowalne umożliwiające wprowadzenie algorytmów
sterowania realizujące różne zadania regulacji i sterowania. Często stanowią funkcjonalną parę z
aplikacją wizualizacyjną lub systemem SCADA.
Podstawową zasadą działania PLC jest wykonywanie w ciągłej pętli (cyklu sterownika) zestawu
operacji w następującej sekwencji: inicjalizacja cyklu, wczytanie z fizycznych wejść danych do pamięci
wejść, wykonanie programu sterującego na pamięci i wypracowanie nowych wartości pamięci wyjść,
ustawienie wyjść na podstawie stanu pamięci, komunikacja systemowa i z innymi elementami
systemu sterowania, diagnostyka. Cały cykl trwa w zależności od złożoności programu, mocy
obliczeniowej CPU, liczby modułów zwykle do kilkunastu milisekund, a czas ten jest a priori znany.
Mamy zatem gwarancję, że bodźce docierające do wejść PLC zostaną dostrzeżone i obsłużone w
znanym nam skończonym czasie. Nad całością czuwa układ watchdog, który po przekroczeniu
maksymalnego dopuszczalnego czasu trwania cyklu wyłącza sterownik. Ze specyfiki działania PLC
wynikają też różnice w programowaniu w stosunku do PC. Program dla PLC nigdy nie czeka, on w
zależności od stanu zmiennych wykonuje bądź nie pewne fragmenty kodu. Ponieważ wykonanie
programu musi zakończyć się w określonym czasie PLC nie nadają się do złożonych obliczeń np.
optymalizacyjnych.
Siemens S7-1200 GE Fanuc RX3i GE Fanuc 90-30 Rys 1. Sterowniki programowalne dostępne w Laboratorium Komputerowych Systemów Sterowania
PLC cechuje niezawodność, łatwość programowania, uniwersalność, skalowalność. Wiadomości te
wraz z nauką programowania będą rozwijane podczas przedmiotu Sterowniki Programowalne sem.V
AiR i kontynuowane na przedmiocie Komputerowe Systemy Sterowania sem. VI AiR.
Z punktu widzenia budowy sterownika rozróżniamy te o zamkniętej nierozszerzanej budowie
sterowniki kompaktowe (S7-1200) i te których funkcjonalność możemy kształtować za pomocą
doboru konkretnych modułów – sterowniki modułowe (RX3i i 90-30).
Sterowniki programowalne posiadają duże możliwości komunikacyjne i te aspekty są powodem
zainteresowania z punktu widzenia przedmiotu Przemysłowe Sieci Informatyczne. PLC mogą
komunikować się z urządzeniami pomiarowymi i wykonawczymi z aplikacjami wizualizacyjnymi,
systemami SCADA, oraz pomiędzy sobą np. przy realizacji sterowania
rozproszonego/zdecentralizowanego. Wykorzystywane sieci i protokoły przez PLC to np. RS232,
RS485, MODBUS, Profibus, Ethernet, CAN, Profinet, ASI, OPC, SuiteLink, WWW. Możemy definiować
również własne protokoły.
Typowy schemat postępowania z PLC obejmuje: założenie projektu, przygotowanie konfiguracji
sterownika, podłączenie programatora do PLC, wyczyszczenie pamięci, załadowanie własnej
konfiguracji, rozpoczęcie programowania, załadowanie programu, testowanie całego systemu.
KONFIGURACJA
Przed programowaniem sterowników niezbędna jest ich konfiguracja. Proces konfiguracji składa się z
następujących zadań:
- poinformowania CPU sterownika jakie moduły znajdują się w jakim slocie kasety sterownika czyli o
dostępnych zasobach sprzętowych
- przypisania adresów logicznych do fizycznych wejść/wyjść tj. powiązanie każdego kanału wejść i
wyjść z adresem, który może być wykorzystany w programie
- nadania szczegółowych parametrów pracy każdego modułu np. adresu IP modułu komunikacyjnego
Podczas konfiguracji PLC i osadzania kolejnych modułów adresy logiczne przypisywane są do
fizycznych modułów PLC. Użytkownik może zmienić przypisane adresy albo posługiwać się tymi
nadanymi automatycznie. Dla sterownika GE Fanuc adresy znajdują się w gałęzi Hardware
Configuration drzewa projektu, natomiast dla S7-1200 adresy dostępne są w sekcji Device overview.
ZMIENNE LOGICZNE
Zmienne logiczne do wykorzystania przez programistów (w tym również do komunikacji) w PLC
poprzedzone są znakiem procenta %.
Rodzaj zmiennej Przedrostek Notacja GE Fanuc Notacja Siemens
Zmienne reprezentujące fizyczne wejścia/wyjścia
Wejścia binarne (ang. Inputs) %I %I1, %I81 %I0.1, %I1.2
Wejścia analogowe (ang. Analog Inputs) %AI %AI1, %AI4 IW64, IW66
Wyjścia binarne (ang. Outputs, Q zamiast O, aby nie dochodziło do pomyłek z 0-zero)
%Q %Q3, %Q142 %Q0.0, %Q2.1
Wyjścia analogowe (ang. Analog Outputs) %AQ %AQ1, %AQ12 %QW80
Zmienne niepowiązane z we/wy, a pozostające wyłącznie w pamięci sterownika
Pamięć binarna (ang. Memory) %M %M1, %M112 %M0.1, %M2.2
Systemowe (ang. System) tylko do odczytu %S %S7, %S5 Konfigurowane na pamięć %M
Pamięć rejestrowa (ang. Register) %R %R1, %R123 %MW34
Z tabeli ze zmiennymi można wywnioskować o różnicach w adresowaniu zmiennych dla PLC GE Fanuc
i Siemens. W GE Fanuc są to kolejne numery w określonej kategorii zmiennej, natomiast w przypadku
Siemensa i zmiennych binarnych (%I, %Q, %M) notacja składa się z dwóch pól - numeru bajtu i
numeru bitu w bajcie. Litery B, W, D w notacji Siemens oznaczają odpowiednio bajt, słowo (2 bajty) i
długie słowo (4 bajty). Liczba oznacza numer bajtu od którego zaczyna się dany obszar.
Typy danych dostępne w sterownikach Siemens S7-1200 [1] i GE Fanuc RX3i [2]
Programator i sterownik
Do konfiguracji, programowania i obsługi PLC zazwyczaj wykorzystuje się programator w postaci
oprogramowania dla komputerów PC. Rzadziej programator występuje w formie przenośnego
dedykowanego urządzenia. W laboratorium KSS rolę programatora dla sterowników GE Fanuc pełni
oprogramowanie Proficy Machine Edition, a dla sterowników Siemens oprogramowanie TIA Portal.
Połączenie programator - sterownik za pomocą łączności szeregowej i Ethernetu
Program-programator może łączyć się z PLC GE Fanuc na dwa sposoby: za pomocą łączności
szeregowej RS232/RS485 oraz za pomocą łączności ethernetowej. Ta druga, preferowana - bo
istotnie szybsza, wymaga wcześniejszego nadania i znajomości adresu IP. Oznaczenia adresów IP dla
konkretnych sterowników można odnaleźć na stronach przedmiotów PSI, SP, KSS w pliku PlanSali
200.pdf. Jeżeli jednak nie uda się połączyć ze sterownikiem pod podanym w dokumentacji adresem
IP należy najpierw połączyć się metodą szeregową, nadać adres IP w konfiguracji, a dopiero następnie
przełączyć na łączność ethernetową. W sterownikach Siemens łączność pomiędzy programatorem a
PLC oparta jest wyłącznie o Ethernet, a identyfikacja urządzeń następuje po numerach MAC
urządzenia.
Sprawdzanie i modyfikowanie wartości zmiennych - Watch Tables
Stan zmiennych można podglądać i modyfikować za pomocą tablic zmiennych. Oba systemy PME
i TIA umożliwiają monitorowanie wielu zmiennych zgromadzonych w tablicach jak i zdefiniowanie
określonej listy pojedynczych zmiennych przeznaczonych do monitorowania. Użytkownik ma
możliwość określenia z wykorzystaniem jakiego typu dane mają być wyświetlane.
Programowanie sterowników
Program dla PLC może być zrealizowany w wielu blokach, jednak jego wykonywanie zaczyna się od
bloku MAIN. PLC można programować w wielu językach - graficznych i tekstowych, niskiego i
wysokiego poziomu. Najpopularniejszym językiem jest język graficzny drabinkowy (ang. Ladder
Diagram - LD, LAD), który wywodzi się od schematów stycznikowych dobrze znanych inżynierom
elektrykom. Innym językiem graficznym jest język bloków funkcyjnych (ang. Function Blok Diagram -
FBD) przypominający łączenie bramek i bloków. Języki tekstowe to niskopoziomowy język listy
instrukcji (ang. Instruction List) przypominający assembler oraz wysokopoziomowy język ST (ang.
Structured Text i jego odmiana dla Siemensa (ang. Structured Control Language - SCL) przypominający
składnią i możliwościami języki BASIC, PASCAL. Do dyspozycji programistów jest również język grafów
funkcyjnych SFC (ang. Sequential Function Chart) umożliwiający zdefiniowania sekwencji działań i
warunków przejść pomiędzy etapami. Wiele rodzajów sterowników (w tym GE Fanuc) można
programować w języku C jednak język ten nie jest zdefiniowany w normie IEC-61131 i posiada swoją
sterownikową specyfikę.
Wprowadzony program musi być poprawny składniowo, skompilowany i załadowany do PLC.
Zgodność programu w programatorze i PLC jest sygnalizowana w programatorach zielonym kolorem
na kontrolkach stanu. Aby program był wykonywany sterownik należy wprowadzić w tryb RUN.
Nauka programowania i inne umiejętności związane z zastosowaniem PLC do zadań automatyki
i sterowania będą rozwijane podczas przedmiotu Sterowniki Programowalne sem.V AiR
i kontynuowane na przedmiocie Komputerowe Systemy Sterowania sem. VI AiR.
Opracowano na z wykorzystaniem:
[1] Simatic S7 Programowalny sterownik S7-1200 Podręcznik systemu Wydanie 04/2009
[2] Programmable Control Products PACSystems* RX3i System Manual, GFK-2314F, Jan 2015