Automatyzacja w KiC (wykład 9.3) - metody progr reg.ppt [tryb zgodności]

Metody programowania

sterowników

sterowników swobodnie

swobodnie

programowalnych

Wyk

ład 9.3

Wyk

ład 9.3

Metody programowania sterowników

swobodnie programowalnych

• Istnieje wiele metod przekszta

łcania algorytmów w program

steruj

ący.

• W 1993 r. w normie:

IEC 61131-3

Second Edition 2003-01 „Programmable

Controllers Part 3: Programming Languages”.
dokonano

uporz

ądkowania

(standaryzacji)

metod

programowania.

• W trzeciej cz

ęści tej normy określono dwie grupy języków

programowania:

– j

ęzyków tekstowych,

– j

ęzyków graficznych

Metody programowania sterowników

swobodnie programowalnych

• W grupie j

ęzyków tekstowych zdefiniowano:

– j

ęzyk instrukcji listy IL (Instruction List) – podobny do

asemblera,

– j

ęzyk strukturalny ST (Structured Text) – podobny do

ęzyków algorytmicznych jak: FORTRAN, PASCAL, itp.

ęzyki tekstowe

ęzyk strukturalny ST (Structured Text) – podobny

do j

ęzyków algorytmicznych jak: FORTRAN,

PASCAL, itp.

ęzyk instrukcji listy IL (Instruction List) – podobny do

asemblera.

ęzyki tekstowe

• S

ą w niewielkim stopniu wykorzystywane w programowaniu

sterowników automatyki budynkowej (WAGO, SAIA PCD).

• G

łówne zastosowanie tych metod to programowanie

sterowników przemys

łowych.

• J

ęzyki tekstowe dają możliwość tworzenia indywidualnych

dowolnych algorytmów.

• Wi

ększa

pracoch

łonność

porównaniu

metod

graficznych,

ększa

trudno

ść

stosowaniu

przez

pocz

ątkujących programistów, mniejsza przejrzystość kodu

oraz funkcji regulacyjnych przyczyni

ły się do mniejszego

zastosowania w automatyce budynkowej.

ęzyki graficzne

• W grupie j

ęzyków graficznych opisano i zdefiniowano dwa

rodzaje:

– j

ęzyk schematów drabinkowych LD (Lauder Diagram),

– j

ęzyk schematów blokowych FBD (Function Block

Diagram).

ęzyk schematów drabinkowych LD

(najcz

ęściej spotykany w automatyce przemysłowej

(najcz

ęściej spotykany w automatyce przemysłowej –– np. SIMATIC)

np. SIMATIC)

• Jest podobny do schematów stykowo-przeka

źnikowych

ładów sterowania.

• Pozwala w prosty i czytelny sposób programowa

ć sterowniki

wykorzystuj

ąc elementy algebry Bool’a [bul’a].

•

Program dzia

łania sterownika jest przedstawiany graficznie

za pomoc

ą symboli styków, cewek oraz linii łączących w

ładzie poziomym i pionowym.

•

Linie

łączące operandy zastępują instrukcje np.: sumy,

iloczynu logicznego itp.

• Po

łączenie

elementów

graficznych

stanowi

obwód.

Wszystkie obwody zaczynaj

ą się szyną zasilającą od strony

lewej, od której pr

ąd może płynąć do strony prawej.

ęzyk schematów drabinkowych LD

• Elementy wej

ściowe – styki:

– -| |-

styk normalnie otwarty, przewodzi pr

ąd gdy

skojarzona z nim zmienna logiczna

ma warto

ść 1,

– -|/|- styk normalnie zamkni

ęty, przewodzi prąd gdy

skojarzona z nim zmienna logiczna

ma warto

ść 0.

• Elementy wyj

ściowe – cewki:

– -( )- zwyk

ła cewka, skojarzona z nią zmienna logiczna

ma warto

ść 1, gdy płynie przez nią prąd lub 0, gdy prąd

nie p

łynie,

– -(/ )- cewka neguj

ąca, ustawia skojarzoną z nią wartość

logiczn

ą odwrotnie jak cewka zwykła.

• W obwodach schematu drabinkowego mog

ą występować

tak

że określone normą IEC1131 standardowe funkcje i bloki

logiczne jak: elementy bistabilne, czasomierze, liczniki.

ęzyk schematów drabinkowych LD

• Jest zdecydowanie dedykowany do realizacji sterowania

opartego na sygna

łach binarnych (sterowanie napędami:

pompy, wentylatory, przeno

śniki oraz realizacja warunków

logicznych).

• Opanowanie tego j

ęzyka wymaga znajomości algebry

Bool’a.

• W j

ęzyku tym jest programowana większość sterowników

przemys

łowych oraz niektóre stosowane w automatyce

budynkowej.

ęzyk schematów blokowych FBD

Wykorzystuje

programowaniu

standardowe

funkcje,

rysowane w formie prostok

ątów.

Liczba i rodzaj funkcjonalnych bloków jest zró

żnicowana i

zale

ży od producenta oprogramowania narzędziowego.

Poszczególne

bloki

obejmuj

wszystkie

niezb

ędne

sterowaniu

funkcje

jak:

matematyczne,

logiczne,

regulacyjne (P, PI, PID), czasowe oraz konwersja typu
danych.

Wej

ścia do każdego bloku znajdują się zwykle z lewej strony a

wyj

ścia z prawej. Bloki łączy się liniami tworząc w ten

sposób obwód sterowania.

Przyk

ładowy algorytm zrealizowany czterema

Przyk

ładowy algorytm zrealizowany czterema

znormalizowanymi metodami programowania

• W przyk

ładzie pokazano strukturę programów wykonanych

przy

pomocy

ęzyków

tekstowych

graficznych,

realizuj

ących tę samą funkcję przez sterownik firmy WAGO.

• Oprogramowanie

narz

ędziowe firmy WAGO umożliwia

oprogramowanie

sterowników

wszystkich

ęzykach

opisanych przez norm

ę IEC1131.

• Algorytm

dotyczy sterowania

wentylatorem

z kontrol

spr

ężu przez presostat różnicy ciśnień, z termostatem

przeciwzamro

żeniowym,

termokontaktem

czujnikiem

dymu.

Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej

Schemat uk

ładu automatycznej regulacji

ΔP

T
T

ΔP

T H

Z/W-I/II bieg
DO+AO+DI)

Z/W-I/II bieg
(DO+AO+DI)

TK/NTC

Tn=f(Tw),
Tw=f(Tz)

A0R

Opis realizowanej funkcji:

• Wentylator

że

pracowa

trybie

ęcznym

lub

automatycznym.

• W trybie automatycznym za

łączanie i wyłączanie odbywa

ę zgodnie z harmonogramem czasowym

Zegar

przy

łączonym trybie

Automatycznie

• Tryb

ęcznie

jest przewidziany do pracy ci

ągłej.

• Warunkiem

pracy

wentylatora

jest

brak

awarii

termokontaktu

silnika,

brak

blokady

żarowej oraz

prawid

łowy stan termostatu przeciwzamrożeniowego.

• Po za

łączeniu jest uruchamiany

Timer1

, odliczaj

ący czas

podtrzymania blokady presostatu na wentylatorze. Po
up

ływie zadanego czasu podtrzymanie presostatu jest

łączane.

Opis realizowanej funkcji:

• W przypadku zadzia

łania presostatu (stan prawidłowy)

wentylator pracuje nadal. W sytuacji gdy po znikni

ęciu

podtrzymania

nie

pojawi

ę potwierdzenie pracy z

presostatu, wyj

ście cyfrowe sterujące wentylatorem jest

łączane.

• Gdy podczas pracy wentylatora pojawi si

ę sygnał awarii z

termostatu przeciw zamro

żeniowego, z termokontaktu lub z

systemu

przeciw

żarowego,

ądź

zniknie

potwierdzenie z presostatu, wysterowanie wentylatora jest
wy

łączane.

• W

przypadku

powrotu

sygna

łu z termostatu przeciw

zamro

żeniowego

stanu

normalnego

wentylator

wystartuje samoczynnie.

PATRZ SATCHNET

ęzyk strukturalny ST (

ęzyk strukturalny ST (Structured

Structured

Text

Text))

Sterowanie wentylatorem zrealizowane w j

ęzyku tekstowym

strukturalnym (ST) – sterownik WAGO

ęzyk schematów blokowych FBD

ęzyk schematów blokowych FBD –– przykład 2

przyk

ład 2

• W drugim przyk

ładzie pokazano programy realizujące tę

sam

ą funkcję, wykonane w języku schematów blokowych

FBD

przy

pomocy

programów

narz

ędziowych trzech

ró

żnych producentów sterowników:

•

WAGO,

• Johnson Controls Int.
oraz
• Honeywell

Zabezpieczenie nagrzewnicy wodnej przed

zamarzni

ęciem

zamarzni

ęciem

• Opis realizowanej funkcji:
• Podczas normalnej pracy

Regulator1

(uk

ład regulacji PID)

wysterowuje zawór nagrzewnicy odpowiednio do aktualnych
warto

ści temperatury regulowanej i wartości zadanej.

• W momencie pojawienia si

ę sygnału awarii z termostatu

przeciwzamro

żeniowego, zawór nagrzewnicy otwierany jest

na 100%.

• Po znikni

ęciu sygnału awarii z termostatu układ wraca do

normalnej pracy.

• SATCHNET

ęzyk schematów blokowych.

Program zabezpieczenia przeciwzamro

żeniowego

Program zabezpieczenia przeciwzamro

żeniowego

nagrzewnicy

•

Program realizowany przez sterownik WAGO

Zalety j

ęzyka schematów blokowych FBD

Zalety j

ęzyka schematów blokowych FBD

Jest

najbardziej

popularnym

ęzykiem programowania

sterowników stosowanych w automatyce budynkowej.

Do zalet j

ęzyka schematów blokowych należą :

łatwość realizacji algorytmów opartych na obróbce sygnałów

analogowych,

łatwość tworzenia bibliotek gotowych aplikacji i ich

modyfikacji,

łatwość odczytu algorytmu sterowania (w niektórych
sterownikach istnieje mo

żliwość odczytu programu w formie

graficznej),

- jest to j

ęzyk łatwy do opanowania przez początkujących

programistów.

Wady j

ęzyka schematów blokowych FBD

Wady j

ęzyka schematów blokowych FBD

• Do wad tego j

ęzyka należy konieczność dostosowywania

istniej

ących bloków do potrzeb sterowania oraz utrudniona

realizacja skomplikowanych warunków logicznych.