4 - Sterowanie sortowaniem

PRz – RSS – W4

STEROWANIE SORTOWANIEM

Wizualizacja.  Drzewo  projektu.  Logika  układu  sterowania.  Układ  główny  –  sortowanie.
Ustawianie  zastawek.  Zliczanie  elementów.  Elementy  obrazu.  Przyciski.  Kolory  i
widoczność.  Ruch  dyskretny  –  zastawki.  Ruch  ciągły.  Liczniki  –  wyświetlacze
alfanumeryczne.  Sortowanie w ST.

Celem  wykładu  jest  analiza  funkcjonowania  programu  z  zależnościami  czasowymi,  którego
kroki tworzą standardową sekwencję.

WIZUALIZACJA. DRZEWO PROJEKTU

Układ sortowania elementów – WIZUALIZACJA

•

Obiekt laboratoryjny – sortownica białych i czarnych kulek (Bytronic Unit, GB)

Kulki znajdują się w pochyłym kanale u góry wspierając się na zastawce S4. Powinny
być skierowane do zasobnika lewego lub prawego, zależnie od koloru. Liczby kulek w
zasobnikach mają podawać liczniki (wyświetlacze alfanumeryczne).

•

Elementy sortownicy

– Czujnik koloru: biała, czarna
– Czujnik kulek:

spadła, brak

– Zastawki: S1, S2 – zawsze otwarte podczas sortowania

S3 – kierowanie kulki do zasobnika lewego lub prawego
S4 – podtrzymywanie

kulek,

chwilowe

otwarcie

celu

przepuszczenia jednej kulki.

Uwaga. Czujniki zrealizowane są na fototranzystorach z przerzutnikami RS, które
„zatrzaskują” informację. Przygotowanie czujnika do następnego pomiaru wymaga
impulsu resetującego.

•

Przyciski operatorskie (DigiVis)

1. START 2. Zeruj liczniki

Drzewo projektu

Zadanie Sortowanie (10ms)

•

Sort1(FBD) – program główny realizujący sortowanie, inkrementację liczników

oraz generujący zmienną dla ruchu.

•

Ster(FBD) – ustawianie zastawek.

Zadanie Emulacja (10ms) – symulator sortownicy

•

Randomizer(FBD) – pseudolosowy generator liczb boolowskich dla określenia koloru

kulki

•

Emul1(FBD)

– emulator sortownicy zawierający: 1) generator kulki w kanale

górnym, 2) czujniki koloru i kulek z przerzutnikami RS, 3) układ
określania koloru dla obrazu SYMULACJA

•

Displayer(FBD) – określenie koloru spadającej kulki.

Obrazy

•

Sort(FGR)

– WIZUALIZACJA

•

VisEmula(FGR)

– SYMULACJA

•

Minimalny cykl odświeżania obrazu (200ms), aby opadanie kulek wyglądało z grubsza
jak ruch ciągły.
Zaznaczyć os1(VIS), menu kontekstowe, Header, wpisać 200ms.

LOGIKA UKŁADU STEROWANIA

Algorytm sortowania

•

Stan początkowy

– Otwarcie „na stałe” zastawek S1, S2 (0 – otwarte).
– Zamknięcie zastawki S4 (1 – zamknięte).

•

Sortowanie

Impuls START – dwukrotne szybkie kliknięcie (0–1–0)

Impuls  służy  do  resetowania  przerzutników  RS  w  czujnikach  koloru  CS  (Color
Sensor) i kulek BS (Ball Sensor) za pomocą sygnału RES (sprzętowego). Przy pracy
cyklicznej  jest  on  zastępowany  impulsem  sygnalizującym  zakończenie  operacji  z
jedną kulką (pkt. 6). Powoduje to rozpoczęcie pracy z następną kulką.

Oczekiwanie (700ms) na ustalenie się sygnału w czujniku koloru CS
„obserwującym” kulkę spoczywającą na zastawce S4.

Zależnie od koloru CS, wygenerowanie sygnału do zastawki S3 otwierającej lub
zamykającej kanał do odpowiedniego zasobnika.

Oczekiwanie (500ms), aż zastawka S3 przyjmie ustalone położenie.

Chwilowe otwarcie zastawki S4 (70ms), aby tylko jedna kulka mogła spaść.
Następna kulka wesprze się na zastawce S4. Zbyt długie otwarcie spowoduje, że
spadną dwie kulki (lub więcej), a zbyt krótkie, że zastawka zakleszczy kulkę.

Oczekiwanie (1s) na ustalenie się sygnału w czujniku BS wykrywającym przejście
kulki oraz zsunięcie się jej do zasobnika. Jeśli czujnik sygnalizuje, że kulka spadła,
to generowany jest implus analogiczny jak START (pkt. 1).

Schemat ideowy

UKŁAD GŁÓWNY – SORTOWANIE

Czasomierz TON (timer on–delay)

•

Ustawianie sygnału z opóźnieniem

Blocks → Binary → Timer, switch–on delay (TON)

•

Parametryzacja

•

Impuls po zadanym czasie – przerzutnik RS z timerem TON objęte sprzężeniem
zwrotnym.

•

Bloki i parametry

Nr Typ

Nazwa Parametry

Flipflop FF

ST1

RS-flipflop

Timer, switch on delay TON T0

Delay time: T#700ms; Scale end: T#2s; Trigger on + edge

Monoflop MONO_F

WAIT

Pulse duration: T#500ms; Scale end: T#2s; Trigger on + edge

Monoflop MONO_F

Pulse duration: T#70ms; Scale end: T#2s; Trigger on – edge

Flipflop FF

ST2

RS-flipflop

Timer, switch on delay TON T2

Delay time: T#1s; Scale end: T#5s; Trigger on + edge

Zmienne

•

Wejścia

START – uruchomienie (impuls 0–1–0)
CS

– kolor: biała, czarna

– kulka: spadła, brak

•

Wyjścia

RES

– resetowanie przerzutników w czujnikach CS, BS (i innych – impuls

początku cyklu)

R_S3, S_S3 – zamknięcie/otwarcie zastawki S3 (Reset/Set)
v_S4

– zastawka S4 w ruchu

R_S4

– otwarcie zastawki S4

pom

– zezwolenie na inkrementację licznika (zmienna pomocnicza – „była

kulka”).

Uzupełnienie Sort1 o generację krótkiego impulsu startowego

USTAWIANIE ZASTAWEK

Schemat ster (FBD)

Przerzutniki RS na wyjściach sterujących zastawkami (typowe rozwiązanie)

•

S1, S2 otwarte „na stałe”:

R=1, S=0 (S1=0, S2=0)

•

S3 przełączany na zmianę: R=R_S3, S=S_S3 (priorytet R)

•

S4 otwierany na chwilę: R=R_S4, S=1

(normalnie zamknięte).

ZLICZANIE ELEMENTÓW

Układ zliczający (c.d. Sort1)

•

Liczniki CTUD
Blocks > Binary > Up/down counter (CTUD)

•

Zmienne
clr_count – zerowanie licznika (clear counter),
lbi, lcz

– liczby białych i czarnych kulek – typ REAL (do wyświetlaczy

alfanumerycznych).

Licznik CTUD

Sygnał narastający (do wizualizacji ruchu)

•

Uniwibrator MONO_F – VIS_MONO
Pulse duration: T#1s500ms – czas narastania sygnału

•

Konwertery typów DI, RE – zamiana TIME na REAL
–

Blocks > Converter > Data type conversion > Data type to DINT (TO_DI)

lub Data type to REAL (TO_RE).

– Umieścić blok, wykonać połączenie.
–

Zaznaczyć blok, Edit > Change data type (lub menu kontekstowe), przyciskiem [<<]
lub [>>] ustawić typ wejścia DI na TIME (zatwierdzić OK); typ wejścia RE ustawić
na DINT (OK).

•

Zmienne
req – zmienna boolowska sygnalizująca, że trwa narastanie (podstawowe wyjście

MONO_F),

vpos – zmienna typu REAL do animacji ruchu ciągłego.

ELEMENTY OBRAZU

Tło obrazu VisEmula

Menu/Change

→

Background color – np. Cyan 15

Makieta – dwa duże identyczne prostokąty

•

Biały prostokąt

lub Draw

→

Rectangle

Menu/Change

→

Line attributes

→

Rounded corners

→

Small – zaokrąglenia na

rogach

•

Czarny prostokąt – ma sprawiać wrażenie trójwymiarowości

Zaznaczyć biały prostokąt, menu

→

Duplicate

Menu/Change

→

Area Attributes

→

Foreground

→

Color selection

→

Black

•

Czarny prostokąt ma być pod spodem

Zaznaczyć czarny prostokąt
Menu/Edit

→

Overlap

→

Background

•

Prostokąty jako jeden element – grupowanie

Zaznaczyć obydwa prostokąty (z Shift–em lub obwieźć myszą)
Menu/Edit

→

Group

Trasa zygzakowata

Jest to zgrupowany zestaw wielokątów i wycinków koła.

Draw

→

Polygon, Draw

→

Circle segment

Kolory: Area i Line (brzeg) – MediumBlue

Powielanie wycinka koła: menu/Edit

→

Duplicate

Lustrzane odbicie zaznaczonego wycinka: menu/Edit

→

Mirror

→

Vertical – wokół

pionowej osi
Menu/Edit

→

Group

Uwagi. Trasę można również przygotować za pomocą zewnętrznego edytora jako
bitmapę i importować poprzez Draw

→

Bitmap

→

Import

→

Szukaj w: ...

Lustrzane odbicie można tworzyć dla dowolnego obiektu. Przerwanie trybu edycji
elementu w Toolboxie następuje przez Esc.

Zasobniki i doprowadzenia

•

Pierwszy zasobnik – wielokąt

Draw

→

Polygon, kolory – j.w.

•

Drugi zasobnik

M/E

→

Duplicate, Mirror

→

Vertical

•

Kanały doprowadzające – wielokąty

Draw

→

Polygon, kolory – j.w.

•

Rozmieszczenie – połączenie trasy, zasobników i doprowadzeń.

Uzwojenia elektromagnesów

Wielokąty lub dwa zgrupowane prostokąty z tekstami na wierzchu.

Draw

→

Polygon, M/E

→

Duplicate, Mirror

→

Vertical

Teksty: S1, ... , S4, rozmieścić elementy.

Zastawki – wielokąty (lub dwa zgrupowane prostokąty)

Draw

→

Polygon, M/E

→

Duplicate, Mirror

→

Vertical, rozmieścić zastawki.

Czujniki

•

Czujnik koloru – dwa zgrupowane prostokąty

Lewa część: Draw

→

Rectangle, M/E

→

Duplicate, przesunąć na prawą stronę.

Zaznaczyć obydwie części (Shift), M/E

→

Group.

•

Czujnik kulek

Zaznaczyć czujnik koloru, M/E

→

Duplicate, rozmieścić czujniki.

Kulki

Draw

→

Elipse, M/E

→

Duplicate

Kolory:

przed czujnikiem koloru – biała (Grey93) lub czarna
poniżej czujnika koloru – jw.
przed zasobnikiem białych – biała
przed zasobnikiem czarnych – czarna (Grey18).

Napis

New text: sortownica. Menu/Change

→

Text Attributes

PRZYCISKI

Ustawianie zmiennych

•

Animate

→

Button, Action

→

Write variable

•

Zmienna

Napisy

START

clr_count

START, START

Zeruj liczniki, Zerowanie włączone

Uwaga. Zmianie położenia przycisku towarzyszą zmiany koloru tła lub napisu, np. tło

Flash10 dla włączonego zerowania.

Okna konfiguracyjne

KOLORY I WIDOCZNOŚĆ

Kolory uzwojeń elektromagnesów

•

Zmienna określająca kolor: S1, …, S4

Wykonać animację koloru uzwojenia.

•

Napisy S1, …, S4 na wierzchu.

Okno Parameter danego uzwojenia (2 kl.)
Zakładka General
Klawisz Objects in foreground
Draw

→

Text (lub Toolbox)

Zaznaczyć miejsce napisu.
W pojawiającym się okienku Change Text wpisać S1, …, S4. Akceptacja – Ok.
Ew. skorygować położenie tekstu (zmiana fontu przez Text attributes).
Zaznaczyć napis (jeśli nie zaznaczony)
Edit

→

Return to object (powrót do zakładki General).

Napis mógłby być ew. napisany wcześniej i tylko zaznaczony po Objects in foreground.

Uwaga. Dostęp do okien animacji uzyskuje się po 2–krotnym kliknięciu obiektu
(jak dotychczas) lub aktywacji Animate

→

Reedit i wyborze z pojawiającej się listy

animowanych obiektów tego, który jest potrzebny.

Domyślne  nazwy  nadawane  obiektom  przez  Control  Buildera,  np.  REC1,  ELP2
itp.,  stają  się  mało  przydatne  przy  większej  liczbie  animowanych  obiektów.  W
takiej  sytuacji  w  oknie  Parameter  należy  w  polu  Object  name  wpisać  własną
nazwę, np. ELEKTR1, BALL3 itp., która bezpośrednio kojarzy się z obiektem.

Widoczność i kolor kulek

•

Zmienne animujące kulki:

przed czujnikiem koloru: v_s4, CS (CS = 0 – biała, 1 – czarna)
poniżej czujnika koloru: v_s4, CS
przed zasobnikiem czarnych: BS, S3
przed zasobnikiem białych: BS, S3

•

Tabela kolorów

Kulka

(od góry)

Zmienne

Bit1, Bit2

Widoczność

Pierwsza

v_s4, CS

v_s4=0 – kolor jak CS
v_s4=1 – niewidoczna

CS = 0 – biała
CS = 1 – czarna

Druga

v_s4, CS

v_s4=1 – widoczna
v_s4=0 – niewidoczna

invisible – niewidoczna

Trzecia
(czarna)

BS, S3

BS=1, S3=0 – widoczna
inaczej – niewidoczna

Czwarta
(biała)

BS, S3

BS=1, S3=1 – widoczna
inaczej – niewidoczna

Uwaga. Wybór Original colors w tabeli kolorów oznacza, że wykorzysta się
pierwotne kolory wnętrza i obrzeża obiektu statycznego.

•

Kolory (gdy kulki widoczne)

Kulka

Border

Fill

Biała

Black

Grey93

Czarna

Black

Gray18

Zielona

Grey68

Green

Uwaga. Kolory kulek można określić, gdy kulki są jeszcze obiektami statycznymi.
Natomiast widoczność należy do trybu animacji (Animate

→

Graphic symbol) i

może być określona dopiero po wybraniu rodzaju ruchu Movement of GS (No,
Discrete, Continuous; zobacz dalej).

RUCH DYSKRETNY – ZASTAWKI

Tryb animacji, ruch dyskretny

•

Animate/Toolbox

→

Graphic symbol

Movement of GS

→

Discrete

Wybór ruchu dyskretnego powoduje pojawienie się zakładki Positions w oknie
Parameter.

Zmienna powodująca ruch zastawki

Okno Parameter, zakładka Bit allocation.

•

Bit1: nazwa zmiennej (F2) – w przypadku 4–ch położeń należy wypełnić Bit2, a w

przypadku 8–miu – Bit3.

Zastawka

Zmienna

– zmienna powodująca ruch i zmianę koloru (ew.).

S1, S2, S3

S1, S2, S3

v_s4

Wyjaśnienie.  Z  głównego  schematu  Sort1(FBD)  wynika,  że  zastawka  S4  jest
otwierana  tylko  na  70  ms  (MONO_F  –  T1).  Ponieważ  obserwacja  tak  szybkiego
ruchu nie byłaby możliwa, więc zamiast impulsu S4 (70 ms) do zmiany położenia
zastawki  wykorzystano  wcześniejszy  dłuższy  impuls  v_s4  (500ms)  z  uniwibratora
MONO_F  –  WAIT.  Podana  na  liście  zmiennych  nazwa  v_s4  „ruch  zastawki  S4”
dotyczy  wyłącznie  wizualizacji,  a  nie  sterowania.  Na      schemacie  Sort1,  zmienna
v_s4  reprezentuje  faktycznie  oczekiwanie  na  ustalenie  się  położenia  zastawki  S3.
Ze  względu  na  szybki  ruch  zastawki  S4  nie  widać  zmian  koloru  elektromagnesu,
który zależy od zmiennej S4.

Wskazanie zastawki i kolory

•

Zakładka Display
Wskazanie zastawki na obrazie graficznym poprzez pola Object name i uzależnienie
kolorów od zmiennej (jak dotychczas).

Pozycje

•

Zakładka Positions
Zaznaczyć przycisk All Positions i na pojawiającym się obrazie graficznym kliknąć w
dwu miejscach, w których ma się znaleźć lewy górny róg obiektu (dla zmiennej o
wartości 0 lub 1).

•

Obserwacja położeń w zakładce Display dla bitów 0 i 1, a jeśli nie są one jeszcze w
pełni zadowalające, to ponowna „ręczna” korekta w zakładce Positions.

•

„Ręczna” korekta współrzędnych X, Y na czerwonych polach w pojawiającej się tabeli
położeń (discrete), aby ruch był ściśle pionowy, poziomy itp. (po wpisaniu wartości
przywrócić czerwony kolor zmienianego pola przez kliknięcie gdzieś w tabelce).

Uwaga. Przycisk Single Position służy do określenia pozycji aktualnie zaznaczonej

(górnej lub dolnej w tabeli discrete). Można go także wykorzystać do
korygowania.

RUCH CIĄGŁY

Ruch ciągły kulek jest generowany przez zmienną vpos (REAL) ustawianą przez uniwibrator
VIS_MONO. Zmienia się ona w przedziale 0.0...1500.0 (do 1500 ms przed przetworzeniem
przez DI i RE). O trwającym narastaniu vpos informuje zmienna req (BOOL). Na obrazie
VisEmula kulkami ruchomymi są tylko dwie kulki zsuwające się do zasobników (w prawo i w
lewo).

Tryb animacji, ruch ciągły

•

Animate/Toolbox

→

Graphic symbol

Movement of GS

→

Continuous

Wybór ruchu ciągłego powoduje pojawienie się zakładek Process Value, Scale i
Positions w oknie Parameter.

Wskazanie kulki i widoczność

•

Zakładki Bit allocation i Display
Wskazanie kulki na obrazie graficznym poprzez pola Object name uzależniając
widoczność od zmiennych podanych poprzednio (zob. Kolory i widoczność).

Zmienna powodująca ruch

•

Zakładka Process value
Display variable: vpos – zmienna (F2)
Wpisanie 0.0 zamiast ### w polu Display value (GED) powoduje, że po zatwierdzeniu
okna Parameter obiekt przyjmie pozycję odpowiadające vpos = 0.0. Wpisując inne
wartości zamiast 0.0 można dokonać weryfikacji kolejnych pozycji.

Skalowanie

•

Zakładka Scale
Pole Scaling

Start: 0.0., End: 1500.0

Wartości te określają zakres zmiennej vpos, któremu odpowiadają skrajne pozycje
ruchomego obiektu.

Skrajne pozycje

•

Zakładka Positions
Zaznaczyć przycisk Display i na pojawiającym się obrazie dwoma kliknięciami
wskazać skrajne pozycje lewego górnego rogu ruchomego obiektu. Różnica
współrzędnych tych pozycji pojawia się na czerwonych polach x, y w ramce continuous
(oś y jest skierowana ku dołowi). Ewentualnych korekt dokonuje się „ręcznie”.

Kontrola położeń

•

W polu Display value (GED) zakładki Display wpisać 1500.0 i skontrolować położenie.
Ewentualna korekta w zakładce Positions.

LICZNIKI – WYŚWIETLACZE ALFANUMERYCZNE

Liczniki kulek są wyświetlaczami alfanumerycznymi wskazującymi wartości zmiennych lbi,
lcz (REAL) określanych przez liczniki CTUD (schemat Sort1).

Definicja, rozmiar

•

Animate/Toolbox

→

Alphanumeric display

•

Rozmiar wyświetlacza – klik w miejscu lewego górnego i prawego dolnego rogu.

Pojawia się okno dialogowe Parameter.

•

W polu Object name można wpisać własną nazwę zamiast domyślnej, np. LIBI
(LIcznik BIałych).

Wskazywana zmienna

•

Zakładka Process value

•

Display variable: lbi, lcz

– zmienna (F2)

•

Display value (GED): 0.0

– wartość pokazywana przez edytor graficzny (lub co

innego zamiast 0.0.)

Ewentualna zmiana kolorów

•

Zakładka Bit allocation – tutaj nieużywana

Kolor i format

•

Zakładka Display

•

Kolor: cyfry – Foreground, tło – Background

Uwaga. Zaletą tła invisible jest to, że jego rozmiar może być mniejszy niż wymagany
przez wielkość cyfr. W przypadku tła widocznego kolizja jest sygnalizowana żółtymi
strzałkami. Rozmiar cyfr określa się poprzez menu/Edit

→

Text Attributes.

•

Format: Fixed_point 5

Jest to format służący do wyświetlania liczb całkowitych. Przeglądu formatów
dokonuje się zaznaczając pole Format i naciskając F2.

•

Modyfikacje

Text attributes: font, size, direction, fix point …

SORTOWANIE W ST

Sekwencja podstawowa

•

Stany

– oczekiwanie na impuls RES

– odmierzanie czasu przez timer T0 (700 ms)
Przy przechodzeniu do stanu 3 ustawienie wyjść R_S3 i S_S3.

– odmierzanie czasu przez generator impulsu WAIT (500 ms)
Wtedy wyjście v_s4 ustawione.

– odmierzanie czasu przez generator impulsu T1 (70 ms)
Wtedy wyjście R_S4 ustawione.

– odmierzanie czasu przez timer T2 (1s)
Przy powrocie do stanu 1 ustawienie wyjścia pom.

•

Graf sekwencji
T0:TON; WAIT:MONO_F; T1:MONO_F; T2:TON;

RES

T0_OUT

R_S3:=0
S_S3:=0
v_s4:=0
R_S4:=0
pom:=0

0,0
v_s4:=1
0,0

pom:=BS

0,0, 0
R_S4:=1
0

0,0,0
0,0

R_S3:=CS

S_S3:=NOT CS

NOT WAIT_OUT

WAIT

NOT T1_OUT

T2_OUT

0<=>FALSE