UKŁADY KOMBINACYJNE WPROWADZENIE. przerzutniki, bramki ze sprzężeniami zwrotnymi. Układ przełączający Y t

Transkrypt

1 PRz AiSD W1 UKŁADY KOMBINACYJNE Wprowadzenie. Zadanie przykładowe I. Metoda Karnaugha. Schemat sprzętowy. Program w C. Program w ST. Program w LD. Program ST w środowisku TwinCAT PLC Control. Program LD PLC Control. Niepoprawne pomiary. Zadanie przykładowe II. Specyfika wizualizacji w systemach wbudowanych. Elementarna wizualizacja. Niepoprawny pomiar alarm. Ustawianie zmiennej suwak. Urządzenia automatyki i sterowania. WPROWADZENIE 1. Układy przełączające Podział Układy przełączające Realizacje sprzętowe Układy kombinacyjne Układy sekwencyjne Układy kombinacyjne (bez pamięci) Układy sekwencyjne (z pamięcią) bramki bez sprzężeń zwrotnych przerzutniki, bramki ze sprzężeniami zwrotnymi Opis matematyczny X t Układ przełączający Y t Układy kombinacyjne Yt = λ( X t ) aktualny stan wyjść zależy wyłącznie od aktualnego stanu wejść. Qt + 1 = δ ( Qt, X t ) Układy sekwencyjne Q t stan wewnętrzny Yt = µ ( Qt, X t ) Stan wyjść zależy od wejść i stanu wewnętrznego (zależnego od poprzednich wejść pamięć: Y t = µ(δ(q t-1, X t-1 ), X t )). 2. Metodologia projektowania układów kombinacyjnych Sformułowanie tablicy wejść/wyjść Utworzenie funkcji przełączającej metodą Karnaugha Realizacja sprzętowa bramki Realizacja programowa (języki C, ST, ew. inne) funkcja przełączająca wzór (podstawowa realizacja) schemat bramkowy funkcje AND, OR, NOT tablica wejść/wyjść indeksem do tablicy jest kombinacja we/wy zestaw instrukcji if then else odpowiadający tablicy we/wy Niepoprawne pomiary - 1 -

2 3. Struktura programu w prostym sterowniku Inicjalizacja Odczyt wejść Obliczenia Ustawienie wyjść Wizualizacja (ew.) Oczekiwanie Cykl wykonywania programu np. 10 ms, 0.1 s lub ponowne rozpoczęcie zaraz po poprzednim wykonaniu. Wizualizacja LEDy, bargrafy, wyświetlacz LCD. 1. Sterowanie nagrzewaniem ZADANIE PRZYKŁADOWE I c b a µk G1 G2 a, b, c: 0 temperatura poniżej poziomu 1 temperatura powyżej poziomu lub mu równa G1, G2 grzejniki Zadanie: a b c t < a t < b t < c t G1 G2 obydwa grzejniki włączone G1 - - G Tablica wejść/wyjść c b a G1 G Inaczej tablica zero jedynkowa, tablica prawdy Uwaga. Stany nie ujęte w tablicy reprezentują awarie czujników pomiarowych (typowa reakcja na uszkodzenie wyłączyć zasilanie)

3 1. Reguły tworzenia tablic Karnaugha METODA KARNAUGHA Chodzi o sformułowanie możliwie prostego wzoru, aby ułatwić realizację sprzętową (w realizacji programowej znaczenie minimalizacji jest mniejsze). Wyjścia rozpatruje się oddzielnie. Współrzędne pól elementarnych opisane są refleksyjnym kodem Graya. Puste pola uzupełnia się znakami nieokreśloności (-). 2. Tablice zadania G1 ba c G2 ba c Reguły upraszczania łączenie pól elementarnych Liczba pól łączonych ze sobą musi być potęgą 2 (1, 2, 4, 8, ). Połączone pola muszą tworzyć prostokąt lub kwadrat, im większy tym lepiej. Pola - dołącza się do pól 1. Pola mogą zachodzić na siebie. Górny i dolny wiersz uważa się za sąsiednie, jak również lewą i prawą kolumnę (ze względu na kod Graya). G1 ba c G2 ba c Tworzenie wynikowych wzorów kolumny Wypisać kolumny wejść odpowiadające zakreślonym obszarom. Utworzyć iloczyn z tych wejść, które w wypisanych kolumnach mają niezmienione wartości (stale 0 lub 1), przy czym 1 odpowiada sygnałowi prostemu, a 0 zanegowanemu

4 Wynikowy wzór jest sumą wzorów powstałych z zaznaczonych obszarów. G1 c b a b G1 = b G2 c b a c b a c b iloczyn a G2 = a + bc suma Uwagi. Zaznaczenie zbyt małych obszarów w tablicy Karnaugha nie jest błędem, ale wynikowy wzór się rozrasta (nie jest minimalny), bo iloczynów w końcowej sumie przybywa. Zjawisko hazardu obecne w realizacjach sprzętowych nie występuje w realizacjach programowych, ponieważ obliczenia są wykonywane w tym samym cyklu (nie ma różnicy czasów propagacji bramek). SCHEMAT SPRZĘTOWY a b a b G1 c c bc G2 Programowym odpowiednikiem schematów sprzętowych jest graficzny język FBD. PROGRAM W C 1. Operatory logiczne char typ zmiennych logicznych! negacja, && iloczyn logiczny, suma logiczna - 4 -

5 2. if else tablica wejść/wyjść Wersja powyższa ujmuje także przypadek z niepoprawnymi pomiarami (G1=0, G2=0 zob. dalej). PROGRAM W ST Norma PN EN : 2004(4). Sterowniki programowalne. Część 3: Języki programowania definiuje pięć języków: ST tekst strukturalny (Structured Text) IL lista rozkazów (Instruction List) LD schemat drabinkowy (Ladder Diagram) FBD funkcjonalny schemat blokowy (Function Block Diagram) SFC sekwencyjny schemat funkcjonalny (Sequential Function Chart) Będziemy stosować pakiet TwinCAT sterowników PLC/PAC firmy Beckhoff. 1. Operatory logiczne 2. IF THEN ELSE 1. Elementy PROGRAM W LD zmienna wejściowa prosta argument zmienna zanegowana - 5 -

6 zmienna wyjściowa rezultat szczebel pusty wzór 2. Operacje logiczne a Suma c Iloczyn a b c b c = a + b c = a b 3. Program zadanie I G1 = b G2 = a + bc PROGRAM ST W ŚRODOWISKU TWINCAT PLC CONTROL 1. Uruchomienie systemu System > Start jeśli system jest już uruchomiony, to Start wyszarzone

7 Odpowiedź Cancel na pytanie o rejestrację. PLC Control Pojawia się okno TwinCAT PLC Control z ostatnio uruchamianym projektem. 2. Nowy projekt File > New Typ systemu docelowego Symulacja i prace domowe PC or CX (x86) Laboratorium CX(ARM) - 7 -

8 Język programowania ST Pojawia się puste okno edytora programu z Untitled jako nazwą projektu. Górna część jest przeznaczona na deklaracje zmiennych i bloków funkcjonalnych, a dolna na właściwy kod. 3. Kodowanie, kompilacja Deklaracje i kod Project > Build lub Rebuild all - 8 -

9 Informacja o wyniku kompilacji w dolnej części okna Na warningi nie należy zwracać uwagi. Zapis pliku File > Save Należy najpierw utworzyć katalog na pliki projektu (których może być nawet kilkanaście), tutaj katalog Sterowanie nagrzewaniem, i w nim zapisać plik z kodem źródłowym tutaj Nagrzewanie.pro (rozszerzenie dodawane automatycznie). 4. Symulacja Online > Choose Run Time System - 9 -

10 Local > RunTime 1 (Port 801) lokalny komputer PC Ładowanie programu Online > Login Odpowiedź Tak na pytanie o załadowanie programu. Początkowe wartości zmiennych. Online > Run

11 5. Zapisywanie nowej wartości 2 kl. zmienna Pojawia się proponowana nowa wartość. Online > Write Values lub Ctrl+F7 6. Zakończenie Online > Logout 1. Nowy projekt, typ POU, język LD File > New PC or CX (x86) Language LD PROGRAM LD PLC CONTROL Okno edytora LD deklaracje w górnej części (j.p.) dolna część przeznaczona na schemat; widoczny jeden szczebel drabinki

12 2. Tworzenie schematu LD Wybór miejsca, menu kontekstowe (prawy klawisz myszy) > wybór elementu schematu, np. Contact (negated). Pojawia się styk zanegowany, bez nazwy zmiennej pytajniki??? Nazwa zmiennej Zaznaczyć??? > przycisk F2 > okno Input assistant > wybór zmiennej, np. b

13 Pełny schemat Kompilacja Project > Build Zapis pliku File > Save Najpierw utworzono katalog Nagrzewanie LD na pliki projektu. 3. Symulacja Online > Choose Run Time System > Local > RunTime 1 (Port 801) Ładowanie Online > Login (początkowe wartości zmiennych) Uruchomienie Online > Run

14 4. Nowa wartość zmiennej 2 kl. styk, np. a Połowa styku zmienia kolor; proponowana nowa wartość widoczna także w górnej części okna (deklaracje). Ctrl + F7 lub Online > Write Values 1. Tablica poprawności pomiarów NIEPOPRAWNE POMIARY c b a P P = 1 pomiary poprawne P = 0 pomiary niepoprawne

15 2. Tablica Karnaugha ba c Uwaga. Teraz w tablicy Karnaugha dotyczącej poprawności pomiarów nie ma pól - (nie ma nieokreśloności). 3. Wzór + P = cb + ab 4. Wymaganie technologiczne W przypadku niepoprawnych pomiarów obydwie grzałki należy wyłączyć G1=G2=0. 5. Programowanie C ST LD P = a b P = P + b c

16 1. Sterowanie nagrzewaniem Włączanie grzejników: równolegle G1, G2, gdy t t a tylko G1, gdy t a < t t b tylko G2, gdy t b < t t c szeregowo G1, G2, gdy t c < t t d wyłączone G1, G2, gdy t d t ZADANIE PRZYKŁADOWE II zasilanie d c b µk w1 w2 w1 w2 a w3 G1 G2 otwarty w3 Połączenie powyższe pozwala uzyskać cztery stopnie mocy grzejnej przy dwóch grzejnikach. 2. Tablica wejść/wyjść d c b a w 1 w 2 w Tablice Karnaugha i kolumny w 1 ba dc d c b a w 1 = b

17 w 2 ba dc b d c b a d c b a d b a w 2 = a + bd w 3 ba dc d c b a d c w 3 = cd 4. Programowanie stan normalny C dodatkowe deklaracje ST

18 5. Niepoprawne pomiary Tablica poprawności ba dc Zmienna P d cb cba d ca P = dcb + cba + dca Programowanie C ST

19 SPECYFIKA WIZUALIZACJI W SYSTEMACH WBUDOWANYCH 1. Systemy wbudowane a systemy DCS Niektóre sterowniki PLC/PAC, w tym CX9000 Beckhoff, a także inne niewielkie urządzenia zaliczane do systemów wbudowanych mogą być wyposażone w dotykowy monitor LCD pełniący rolę panelu operatorskiego umieszczonego wprost przy obrabiarce, gnieździe produkcyjnym lub innym obiekcie technologicznym (machine level visualization). Wizualizacja jest stosunkowo prosta, bo zorientowana bezpośrednio na monitorowanie procesu i obsługę. Archiwizacja danych dla wykresów jest krótkookresowa, najwyżej kilkugodzinna, na co wystarcza pamięć RAM sterownika. Niekiedy panel operatorski mieści się wraz ze sterownikiem w jednej obudowie. Natomiast w rozproszonych systemach sterowania DCS (Distributed Control Systems) do wizualizacji i obsługi służą osobne komputery stacje operatorskie, a do archiwizacji długookresowej serwery. Wizualizacja jest znacznie bardziej zaawansowana (process visualization), dostępne są biblioteki obiektów technologicznych, predefiniowane obrazy, wirtualne stacyjki operatorskie (faceplates) itd. Przykładem może być pakiet InTouch Wonderware (przeznaczony dla mniejszych systemów DCS). 2. Edytor graficzny TwinCAT PLC Control Ikona Visualizations na dole eksploratora druga od prawej Dodawanie obiektu, tzn. okna wizualizacyjnego Nazwa nowej wizualizacji

20 Okno edytora graficznego Ikony po prawej stronie paska narzędziowego służą do tworzenia elementów graficznych, począwszy od prostokątów i elipsy, a kończąc na bargrafie i histogramie. Każdemu z nich można przyporządkować określone efekty animacyjne zależne od zmiennych programu sterującego. Wraz z otwarciem okna edytora w eksploratorze pojawia się nazwa nowego obiektu. W praktyce, okien wizualizacji związanych z danym programem jest zwykle kilka. 1. Projektowana wizualizacja ELEMENTARNA WIZUALIZACJA Zmienne a, b, c są ustawiane przyciskami, a G1, G2 sygnalizowane zmianą koloru elips ( LEDów ). Tryb wyboru Przed przystąpieniem do tworzenia nowego elementu graficznego przycisk Select mode powinien być wyciśnięty (jak wyżej)

21 2. Przycisk Ikona Button i wykreślony przycisk Podstawowe okno konfiguracyjne Regular Element Configuration Napis na przycisku Text c Zmienna ustawiana przyciskiem Input Toggle Variable przełączanie zmiennej Nazwa zmiennej klawisz F2 Input assistant Wpis po zatwierdzeniu wyboru

22 Dwa pozostałe przyciski Napisy b, a Zmienne MAIN.b, MAIN.a 3. Elipsa zmieniająca kolor Ikona Ellipse i rysunek Napis Zmienna i zmiany koloru Variables MAIN.G1 F2: Input assistant Kolory Colors Color Inside kolor dla FALSE Alarm color Inside kolor dla TRUE 3. Praca RUN Online > Login Online > Run

23 TwinCAT PLC Control umożliwia jednoczesne otwarcie zarówno okna wizualizacji jak i okna programu z aktualnymi wartościami zmiennych. Upraszcza to testowanie, bo zmienne ustawia się wprost przyciskami, a nie poprzez wybór wartości i potwierdzenie Write values (Ctrl+F7). 1. Poprawność pomiaru NIEPOPRAWNY POMIAR ALARM Zmienna logiczna P=a b+!b!c określa poprawność pomiarów a, b, c. Jeżeli pomiary są niepoprawne, grzejniki G1, G2 należy wyłączyć, a na obrazie powinien pojawić się napis ALARM na jaskrawym tle. Kod i docelowy obraz 2. ALARM niewidoczny przy poprawności Konfiguracja Invisible

24 3. Praca RUN Pomiary poprawne Pomiary niepoprawne 4. Modyfikacja zadania USTAWIANIE ZMIENNEJ SUWAK Zmienna temp reprezentująca temperaturę przyjmuje wartości z przedziału [10.0, 30.0]. Zmienne a, b, c są ustawiane, gdy temp przekracza odpowiednio wartości 15.0, 20.0 i Kod

25 5. Projektowana wizualizacja Zmienna temp jest ustawiana suwakiem oraz wskazywana na wyświetlaczu cyfrowym i mierniku wskazówkowym. Zmienne a, b, c są sygnalizowane okrągłymi LEDami zmieniającymi kolor, a G1, G2 prostokątami. 6. Suwak Ikona Scrollbar i rysunek (poziomy) Zmienna ustawiana suwakiem Variables MAIN.temp F2-25 -

26 7. Wskaźnik cyfrowy Ikona Rectangle i ramka Zmienna wskazywana Variables MAIN.temp F2 Format Text %.1f jedna cyfra po kropce dziesiętnej (jak w C) 8. Napis Ikona Rectangle ramka napisu lub rezerwacja obszaru na napis Tekst

27 Ramka niewidoczna 9. Miernik wskazówkowy Ikona Meter Konfiguracja miernika Po zaznaczeniu pola miernika pojawia się poniższe okno. Zmienna i skale

28 10. Praca RUN URZĄDZENIA AUTOMATYKI I STEROWANIA automatyka-sklep.com Relpol Sterowniki PLC/PAC Schneider

29 Siemens Czujniki temperatury Przetworniki temperatury Danfoss Wika Wika Lumel Emerson Czujniki Dwyer Instruments Relpol Przekaźniki i styczniki Rockwell