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 Rodzaje, fazy, czas trwania Organizacja programu 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