SiR_4 Standaryzacja metod programowania sterowników PLC norma PN-IEC 61131. Typy danych i deklaracje zmiennych. Norma IEC 61131 (1993r.) składa się z pięciu części: 1. Informacje ogólne definicje pojęć, charakterystyka funkcji: przetwarzanie cykliczne, obraz procesu, podział zadań, urządzenia do połączenia z operatorem, itp., słownik pojęć. 2. Sprzęt i wymagania testowe wymogi (elektryczne, mechaniczne i funkcyjne) dla aparatury, definiowane są wymogi odnośnie: temperatury, wilgotności, zasilania, odporności na zakłócenia, przedziały robocze dla sygnałów cyfrowych i testy mechaniczne. W4_ 1
3. Języki programowania ujednolica koncepcje programowania pod kątem metod dostępnych w wielu sterownikach PLC różnych producentów; definiuje grupy języków programowania: - tekstowe (lista instrukcji IL, tekst strukturalny ST) - graficzne (diagram drabinkowy LD, bloków funkcyjnych FBD) - grafów: sekwencyjna sieć działań SFC, graf przepływowy FC. 4. Wytyczne użytkownika podano informacje potrzebne dla poszczególnych etapów projektu: analiza systemu, faza specyfikacji i wyboru urządzeń, wykonania aplikacji i obsługi urządzeń 5. Wymiana informacji opis komunikacji pomiędzy PLC od różnych producentów i komunikacji z innymi urządzeniami; uzupełnienie do normy ISO/IEC 9506- ½. W4_ 2
Rys. 4.1. Ogólna struktura funkcjonowania systemu sterownika PLC W4_ 3
Określone są następujące funkcje sterownika: a. Funkcja przetwarzania sygnałów pamięć programu użytkowego seria rozkazów określających działanie procesu pamięć danych dane wejściowe i wyjściowe oraz dane do wykonania programu użytkownika system operacyjny zarządzanie wewnętrzne takimi funkcjami jak: kontrola konfiguracji, diagnostyka, zarządzanie pamięcią funkcje wykonywania programu użytkowego sterowanie logiczne i sekwencyjne, przetwarzanie sygnałów i danych, funkcje sprzęgania, sterowanie wykonaniem programu b. Funkcja interfejsu z czujnikami i elementami wykonawczymi c. Funkcja komunikacji - wymiana programów i danych użytkowych między urządzeniami zewnętrznymi a jednostką przetwarzania sygnałów sterownika: transmisja szeregowa w sieci lokalnej lub system sprzężeń punkt do punktu (PPI) W4_ 4
d. Funkcja interfejsu człowiek maszyna (HMI) - dostarczanie operatorowi systemu informacji niezbędnych do monitorowania działania procesu - umożliwienie operatorowi systemu oddziaływania na system i jego program użytkowy w celu podejmowania decyzji e. Funkcja programowania, uruchamiania, testowania i dokumentacji Program użytkowy może być wprowadzany za pomocą urządzeń wyposażonych w - klawiaturę alfanumeryczną - klawiaturę symboliczną - klawisze kursorów - za pomocą myszy Wszystkie rozkazy muszą być widoczne na ekranie monitora i powinna istnieć możliwość dokumentacji programu: - opis konfiguracji sprzętu - dokumentację programu użytkownika: wydruk programu użytkownika, komentarze, opis modyfikacji - dokumentację serwisową. W4_ 5
Do uruchamiania i testowania systemu: komunikacja bezpośrednia (on- line), sprawdzanie stanów we/wy, funkcji wewnętrznych, praca krokowa symulacja funkcji interfejsów, np. wymuszanie stanów we/wy f. Funkcja zasilania Zakres: wytworzenie napięć zasilających niezbędnych do prawidłowej pracy sterownika oraz dostarczenie sygnałów kontrolnych w celu prawidłowej synchronizacji wyposażenia systemu PLC W4_ 6
Rys. 4.2. Model konfiguracji sterownika PLC wg normy IEC 61131-3 W4_ 7
Patrząc na system sterownikowy, można w nim wyróżnić następujące elementy oprogramowania: Konfiguracja element języka, który inicjuje zmienne globalne oraz uruchamia jeden lub kilka zasobów Zasoby zawierają funkcje i bloki funkcyjne przetwarzające sygnały (zadanie z programem), interfejsy do czujników, przetworników i elementów wykonawczych oraz interfejsy do urządzeń na styku człowiek maszyna (panele operatorskie) oraz inicjują wszystkie zmienne (dotychczasowe, ustalone przez programistę i domyślne) Zadania elementy kontrolujące wykonanie programów i bloków funkcyjnych Zmienne globalne zmienne o zasięgu na wszystkie elementy oprogramowania Ścieżki dostępu. W4_ 8
Uruchomienie Konfiguracji (za pomocą urządzeń operatorskich, funkcji systemu operacyjnego lub funkcji do programowania, testowania) inicjacja zmiennych globalnych i uruchomienie zasobów inicjacja zmiennych (wszystkich) i uruchomienie zadań. Inicjacja zmiennych podtrzymanie wartości dotychczasowych, nadanie wartości początkowych (zdefiniowanych przez programistę lub domyślnych ustalonych dla danych typów zmiennych) W4_ 9
Tabela 4.1. Model oprogramowania według normy IEC 61131-3 W4_ 10
Zaleca się podział programu na podprogramy funkcjonalne: - przetwarzane cyklicznie w sposób ciągły - uruchomienie - zachowanie się przerwań i błędów W obiektach często występują te same zadania sterownicze, korzysta się często z tych samych algorytmów i wtedy celowe jest podejście strukturalne: - podział programu użytkownika na zadania - zastosowanie architektury blokowej z zastosowaniem bloków funkcji i bloków danych. W4_ 11
Wymiana danych między elementami oprogramowania w systemie sterowania składającym się ze sterowników PLC może odbywać się między: elementami jednego programu wprost połączenie wyjścia jednego elementu programu z wejściem drugiego elementu (rys. 4.3) programami w jednej konfiguracji za pośrednictwem zmiennej globalnej (rys. 4.4) różnymi konfiguracjami za pomocą komunikacyjnych bloków funkcyjnych (rys. 4.5.) z wykorzystaniem usług komunikacyjnych - definiowane za pomocą VAR_ACCES ścieżki dostępu do zmiennych typu read_only lub write_only (rys. 4.6) W4_ 12
Rys. 4.3. Wymiana danych między elementami programu Rys. 4.4. Wymiana danych za pośrednictwem zmiennych globalnych W4_ 13
Rys. 4.5. Wymiana danych z wykorzystaniem funkcji komunikacyjnych Rys. 4.6. Wymiana danych przez deklarację ścieżki dostępu W4_ 14
Typy danych i deklaracja zmiennych procesowych elementy wspólne dla wszystkich języków programowania. W systemach programowania PLC wartości danych mogą być przedstawione w postaci: - liczbowej Tabela 4.2 - ciągu znaków Tabela 4.3 - czasowej Tabela 4.5 W4_ 15
Komentarz Przykład deklaracji liczby Liczba całkowita (Integer) -14, 12, 0, +10, Liczba rzeczywista (Real) -15.3, 0.0, 0.321, Liczba dwójkowa 2#1011_1010 Liczba szesnastkowa 16#FE, KHEA Logiczne zero i jedynka (Boolean) 0,1 Logiczne FAŁSZ i PRAWDA FALSE, TRUE Tabela.4.2 Deklaracja danych w postaci liczbowej Przykład Znaczenie Ciąg pusty (o zerowej długości) A Ciąg o długości 1 zawierający znak A. Ciąg o długości 1 zawierający znak odstępu (spacji) $ Ciąg o długości 1 zawierający znak $R$L Ciąg o długości 2 zawierający znaki CR i LF $0D$0A $$1.00 Ciąg o długości 5 zawierający znaki $1.00 Tabela 4.3 Deklaracja danych w postaci ciągu znaków W4_ 16
Kombinacja znaków Interpretacja w czasie drukowania $$ Znak dolara $ $ Znak apostrofu $L lub $l Znak końca linii LF $N lub $n Znak nowej linii $P lub $p Znak końca strony $R lub $r Znak powrotu karetki CR $T lub $t Znak tabulacji Tab Tabela 4.4. Typy danych ciągów dwuznakowych Deklaracja danej TIME Komentarz T#12ms, T#12.4s, t#14ms Bez podkreśleń, z krótkim przedrostkiem TIME#10ms, time#45s Bez podkreśleń, z długim przedrostkiem T#5d_12h_10m_12s_4ms Z podkreśleniem, z krótkim przedrostkiem time#5d_12h_10m_12s_4ms Z podkreśleniem, z długim przedrostkiem Tabela 4.5. Deklaracja danych w postaci czasowej W4_ 17
Typy danych określa zbiór wartości, jakie mogą przyjmować dane, jak również zbiór operacji na nich wykonywalny Słowo Liczba bitów Typ danej/zakres kluczowe BOOL 1 Logiczna 0, 1 BYTE 8 Bajt 16#00 do 16#FF WORD 16 Słowo 16#0000 do 16#FFFF DWORD 32 Podwójne słowo SINT 8 Całkowita 8 bitowa -128 do 127 INT 16 Całkowita 16 bitowa -32 768 do 32 767 USINT 8 Całkowita 8 bitowa bez znaku 0 do 255 UINT 16 Całkowita 16 bitowa bez znaku 0 do 65 535 REAL 32 Liczba rzeczywista +/- 1,18x10-38 do +/-3,4018x10 38 TIME 8/16/32 Reprezentacja czasu DATE 32 Data STRING 32 Ciąg znaków o zmiennej długości Tabela 4.6. Typy danych wg normy IEC 61131 W4_ 18
VAR Skrót VAR_INPUT VAR_OUTPUT VAR_IN_OUT VAR_EXTERNAL VAR_GLOBAL VAR_ACCESS RETAIN CONSTANT Opis Deklaracja zmiennych wewnętrznych w elemencie Deklaracja zmiennych dostarczanych z zewnątrz, nie mogą być zmieniane w elemencie oprogramowania Deklaracja zmiennych wyprowadzanych na zewnątrz do innych jednostek oprogramowania Deklaracja zmiennych dostarczanych z zewnątrz, mogą być zmieniane Deklaracja użycia zmiennych definiowanych w konfiguracji jako VAR_GLOBAL, mogą być zmieniane Deklaracja zmiennych globalnych Deklaracja ścieżek dostępu Deklaracja zmiennej zachowywanej Deklaracja stałej Tabela 4.7. Słowa kluczowe do deklaracji zmiennych W4_ 19
Tabela 4.8. Deklaracja typów pochodnych Typy pochodne definiowane (konstrukcja TYPE... END_TYPE) przez użytkownika W4_ 20
Wartość początkowa wartość przyporządkowana z chwilą inicjacji danej (przypisania jej miejsca w pamięci); może być: - definiowana w deklaracji typu := - wartość domyślna - Tabela 4.9 Typ danych Wartość początkowa BOOL, INT, SINT, DINT, LINT 0 UINT, USINT, UDINT, ULINT 0 BYTE, WORD, DWORD, LWORD 0 REAL, LREAL 0.0 TIME T#0s DATE D#0001-01-01 TIME_OF_DAY TOD#00:00:00 DATE_AND_TIME DT#0001-01-01-00.00.00 STRING (pusty ciąg znaków) Tabela 4.9. Domyślne wartości początkowe dla danych typu elementarnego W4_ 21
Zmienne wyrażenia (dane), których wartości mogą zmieniać się w trakcie pracy sterownika PLC (np. dane skojarzone z we/wy, wewnętrzne znaczniki Sposób adresacji (wywoływania zmiennych) jest inny dla różnych producentów sterowników PLC, np. dla S7-1200: tabela 4.10 rodzaje zmiennych, adresacja operandów - rys. 4.7. Oznaczenie Liczba bitów Komentarz I 1 Wejście bezpośrednie sterownika (Input) Q 1 Wyjście bezpośrednie sterownika (Output) M 1 Pamięć (Memory) IB 8 Bajt wejść bezpośrednich QB 8 Bajt wyjść bezpośrednich MB 8 Bajt pamięci IW 16 Słowo wejściowe QW 16 Słowo wyjściowe MW 16 Słowo pamięci ID 32 Podwójne słowo wejściowe Tabela 4.10. Rodzaje zmiennych programu PLC W4_ 22
Rys. 4.7 Adresacja operandów we/wy w systemie sterownikowym Deklaracja zmiennych każdy element oprogramowania powinien na początku zawierać deklaracje używanych zmiennych zawierającą określenie typów, do jakich należą i ewentualnie ich fizyczną i logiczną lokalizację (zakres działania lokalny w obrębie tego elementu oprogramowania). Zmienne zachowywane (z pamięcią stanu) restart gorący (wartości zmiennych z pamięci), restart zimny (wartości zmiennych początkowe). (Tabela 4.9) W4_ 23
Typ zmiennej Wejścia zintegrowane Wejścia rozszerzające Wyjścia zintegrowane Wyjścia rozszerzające Sposób adresacji Ia.0 do Ia.7, Ib.0 do Ib.5 Ia.0 do Ia.7 Qa.0 do Qa.7, Qb.0 do Qb.2 Qa.0 do Qa.7 Bity pamięci (M, MB, MW, MD) M0.0 do M8191.7 Specjalne bajty pamięci Wejścia analogowe Wyjścia analogowe Bloki danych (DBX, DBB, DBW, DBD) Pamięć chwilowa (L, LB, LW, LD) MB1 pamięć systemu MB10 pamięć zegara IWc, (IW64, IW66) QWc (QW80) global DB, instancje DB (dla FB) wykorzystywana podczas wykonania kodu wywołanego bloku a: [0.. 1022], b:=a+1, c: [0.. 1020] Tabela 4.12. Rodzaje zmiennych sterownika S7-1200 CPU 1214 W4_ 24
W4_ 25
W4_ 26
W4_ 27