Slajd 1

Wykład 10

•

Język schematów funkcyjnych FBD

•

Uwagi wstępne,

•

Graficzne elementy programu,

•

Uwagi o interpretacji programu,

•

Przykład.

•

Język strukturalny wysokiego poziomu

ST.

•

Uwagi wstępne,

•

Instrukcje:

•

Instrukcja przypisania,

•

Wyrażenia,

•

Instrukcje warunkowe,

•

Pętle,

•

Wywoływanie funkcji i bloków

funkcyjnych.

Język schematów funkcyjnych

( FBD).

Uwagi wstępne.

•

FBD jest językiem graficznym dedykowanym do

użytkowników przyzwyczajonych do schematów

blokowych ( elektronicy, automatycy)

•

Jego rozpowszechnieni jest znacznie mniejsze, niż

LD ( w GE FANUC nie jest stosowany, w SIEMENSIE

jest bardzo okrojony)

•

Program

FBD

postać

bloków,

Program

FBD

postać

bloków,

reprezentujących funkcje i instancje FB, połączonych

przepływami sygnałów.

•

Szczegóły reprezentacji graficznej zależą od

konkretnej platformy PLC.

•

Ogólnie FBD jest bardzo podobny do LD:

•

Program może być podzielony na obwody dla

poprawy czytelności,

•

Użycie wejścia EN i wyjścia ENO jest także

możliwe ( ale nie obowiązkowe)

Główne elementy graficzne programu.

Przepływy sygnałów.

Przepływ sygnału jest reprezentowany przez

linię pionową lub poziomą, łączącą wyjście

FC lub FB z wejściem innej funkcji lub bloku

funkcyjnego. Jest to interpretowane jako

przepływ sygnału od wyjścia jednego bloku

do wejścia innego:

Linia pionowa i pozioma:

Połączenie przepływów:

Skrzyżowanie

przepływów bez

połączenia

Narożniki przepływów:

UWAGA:

Norma nie wymaga przesyłania różnych

typów sygnałów ( logicznych i liczbowych)

po różnych typach linii ( np. w różnych

kolorach), ale w przypadkach rzeczywistych

takie rozróżnienie występuje i znacznie

poprawia ono czytelność programu.

Bloki (funkcje i instancje FB) :

( EN )

( ENO )

wejścia

wyjścia

Uwagi

1. Użycie EN i ENO nie jest obowiązkowe,

2. Ich interpretacja jest podobna, jak w LD (ale gdy nie

są podłączone do zmiennych logicznych, to EN jest

interpretowane tak, jakby na jego wejściu była „1”).

3. Norma nie opisuje jasno, co się dzieje z blokiem w

przypadku ustawienia EN na „0” (przypomnijmy –

wejścia i wyjścia są połączone z innymi elementami!)

Konektory:

Realizują one funkcję skoku do podanej

etykietki.

LABEL

. . . . .

LABE

Uwagi

•

Konektor podłączony do wyjścia sygnału

typu BOOL realizuje skok warunkowy.

•

Norma IEC 1131 jest niejasna, jak się

zachowuje część programu pominięta przez

skok. Są dwie alternatywne interpretacje:

Część ta nie jest wykonywana,

Cały

program

jest

wykonany

Cały

program

jest

wykonany

przed

realizacją skoku.

Wniosek ogólny: użycie skoków jest

nie

zalecane.

Fundamentalna zasada:

Typowo, program w FBD jest wykonywany w

tej

samej

kolejności,

jakiej

został

tej

samej

kolejności,

jakiej

został

narysowany:

•

Od góry do dołu,

•

W obrębie obwodu: od lewej do prawej

strony.

kolejność

może

być

zmieniona

wyłącznie przez skoki.

Interpretacja programu.

Ogólnie, interpretacja programu jest b.

podobna do LD, różnica jest taka, że

wszystkie funkcje są reprezentowane przez

bloki i wszystkie bloki muszą być podłączone

do przepływów sygnałów.

Dodatkowe reguły wykonania programu ( identyczne,

jak w LD):

Wykonanie każdego elementu obwodu

( funkcji lub instancji FB) nie jest

zakończone

dopóki

nie

wyznaczono

zakończone

dopóki

nie

wyznaczono

wartości wszystkich jego wyjść,

Wykonanie

całego

obwodu

nie

jest

Wykonanie

całego

obwodu

nie

jest

zakończone,

dopóki

nie

wyznaczono

zakończone,

dopóki

nie

wyznaczono

wszystkich wyjść z tego obwodu,

Wykonanie dowolnego elementu obwodu

nie może się rozpocząć dopóki nie

zdefiniowano wszystkich jego wejść.

Podczas transferu danych z jednego

obwodu do innego wartości wszystkich

danych powinny być wyznaczone w tym

samym rozwiązaniu obwodu ( w tym

samym

cyklu

programowym).

Start

samym

cyklu

programowym).

Start

drugiego

obwodu

powinien

nastąpić

drugiego

obwodu

powinien

nastąpić

dopiero po transferze wszystkich danych.

Realizacja sprzężenia zwrotnego:

W tym wypadku obowiązują te same uwagi,

co w przypadku języka LD:

•

Dokładna realizacja sprzężenia zwrotnego

nie jest możliwa,

•

Wykonanie programu generuje dodatkowy

element opóźniający.

Przykład.

Należy

zbudować

blok

funkcyjny

realizujący

Należy

zbudować

blok

funkcyjny

realizujący

otwieranie/zamykanie bramy lub zasuwy:

•

Sygnał otwarcia/zamknięcia generuje sygnał dla

napędu,

•

Osiągnięcie żądanej pozycji jest potwierdzane

sygnałem z wyłącznika krańcowego,

•

Czas otwarcia i zamknięcia jest ten sam. Wartość

tego czasu ma być sprawdzana w celu sprawdzenia

poprawności działania układu.

•

Sytuacja, gdy po zadanym maksymalnym czasie od

załączenia

napędu

nie

przyjdzie

sygnał

załączenia

napędu

nie

przyjdzie

sygnał

odpowiedniego

wyłącznika

krańcowego,

jest

odpowiedniego

wyłącznika

krańcowego,

jest

interpretowana jako awaria ( np. zablokowanie

bramy) i musi zasygnalizowana odpowiednim

sygnałem binarnym.

Parametry wejściowe:

ReqOpen – żądanie otwarcia,

ReqClose

–

żądanie

ReqClose

–

żądanie

zamknięcia,

OpenLS – sygnał z wył krańc.

otwarcia,

CLoseLS – sygnał z wył krańc

zamknięcia

MoveTime

–

czas

MoveTime

–

czas

otwarcia/zamknięcia.

Parametry wyjściowe:

Open

–

sygnał

napędu

Open

–

sygnał

napędu

otwarcia,

CLose

–

sygnał

napędu

CLose

–

sygnał

napędu

zamknięcia,

Alarm – sygnał alarmowy,

uruchamiany w przypadku,

gdy czas ruchu jest dłuższy,

niż

maksymalna

założona

niż

maksymalna

założona

wartość.

ReqOpen

ReqClose

OpenLS

CLoseLS

MoveTime

Open

Close

Alarm

GATE

BOOL

TIME

TON

NOT

AND

ReqOpen

ReqClose

Open

Close

Alarm

OpenLS

CloseLS

MoveTime

Realizacja bloku z użyciem języka FBD:

Język Tekst Strukturalny (

tructured

ext )

( STEP 7 SCL – SIEMENS)

Uwagi wstępne.

•

ST jest językiem wysokiego poziomu, bardzo

podobnym do PASCALa, ale ściśle dostosowanym do

użycia w systemach PLC.

•

Część programu (lub cały program) napisana w ST

musi być

zawsze

kompilowana do postaci IL.

•

Norma nie definiuje maksymalnej długości wyrażeń,

ilości opcji w instrukcji CASE, itp, ale w konkretnych

praktycznych sytuacjach takie ograniczenia mogą się

pojawić.

•

Wersja

wykonywalna

(FC,

instancja

FB)

jest

Wersja

wykonywalna

(FC,

instancja

FB)

jest

reprezentowana jako blok w językach graficznych, a w

językach tekstowych jest reprezentowana przez swoją

nazwę ( która jest zachowywana po kompilacji)

•

Do pamięci PLC w większości przypadków jest

ładowana

wyłącznie

wersja

wykonywalna

ładowana

wyłącznie

wersja

wykonywalna

( skompilowana), a nie jest ładowany plik źródłowy

programu.

•

Język ten jest szczególnie wygodny i zalecany do

realizacji złożonych operacji arytmetycznych i pętli.

Instrukcje przypisania.

Postać ogólna:

X := Y;

Gdzie:

X – zmienna (

prosta lub

złożona)

Y – może być:

- stałą,

- zmienną,

- wyrażeniem.

Uwagi:

•

Dane po obu stronach muszą być tego samego

typu,

•

Niespójność typów jest wykrywana przez

kompilator i podawana jako błąd.

•

Wyrażenie po prawej stronie może być proste

lub złożone ( nawet o dużym stopniu

złożoności).

Wyrażenia.

•

Wyrażenia

są

używane

wyliczania

Wyrażenia

są

używane

wyliczania

wartości zmiennych z użyciem: operatorów,

innych zmiennych, stałych i wywołań funkcji.

•

Wyrażenie zawsze daje wynik określonego

typu,

•

Wyrażenie złożone może być zbudowane z

użyciem wyrażeń prostszych.

•

Kolejność rozwiązywania wyrażeń zależy od

hierarchii użytych operatorów i mniejszych

„podwyrażeń” .

•

Podczas przepisywania jednej tablicy do

innej dostęp do elementów tych tablic

powinien być możliwy dopiero po zakończeniu

operacji i nie powinien być możliwy w trakcie.

Operatory i ich hierarchia.

Operator

Opis

Priorytet

(...)

Nawiasy

Najwyższy

F(...)

Wywołanie FC , instancji FB

potęgowanie

NOT

negacja

Negacja boolowska

MOD

Mnożenie,

Dzielenie,

Dzielenie modulo ( z resztą)

Dodawanie,

Odejmowanie

<,>,<=,>=

Operacje porównania,

równość

nierówność

AND, &

AND boolowski,

XOR

XOR boolowski,

OR boolowski

Najniższy

Reguły rozwiązywania wyrażeń:

•

Kolejność

rozwiązywania

wyrażeń

jest

Kolejność

rozwiązywania

wyrażeń

jest

określona przez hierarchię operatorów.

•

Operatory o tym samym priorytecie są

rozwiązywane od strony lewej do prawej.

•

Wyrażenie jest rozwiązywane dopóty, dopóki

nie można jednoznacznie określić jego wyniku,

jeżeli można, reszta nie jest już rozwiązywana,

np.

X:= A & B & C & (D OR E ) & NOT F;

jeżeli A będzie równa „0”, to wynik jest

natychmiast ustawiany na „0” i reszta nie jest

już dalej obliczana.

Przykłady wyrażeń:

Rate:= 13.5; // wyrażenie proste

SP:=MW8; // wyrażenie proste

ERR:=SP – In_Scal(PIW272); //

wyrażenie z

wywołaniem funkcji,

PV:= Sensor.value+ Factor[n+1]; //

wyrażenie

złożone

A[k+1]:= a11+ SQRT( G+1.2); //

użycie elementu

tablicy

Instrukcje warunkowe.

If ...then ...else

IF <

wyrażenie boolowskie

> THEN

instrukcje wykonywane przy

TRUE

ELSE

instrukcje wykonywane przy

FALSE

END_IF;

Przykład:

IF PV > SP THEN // Regulator II

położeniowy

CV:=15.0 ;

ELSE

CV:=85.0 ;

END_IF;

IF < wyrażenie boolowskie

THEN

instrukcje wykonywane przy

TRUE

END_IF;

Część z „else” może być pominięta:

Przykład:

IF Temp > Temp_Max

THEN

Temp_High:=

TRUE;

END_IF;

IF <wyrażenie boolowskie> THEN

<instrukcje...>

ELSIF < wyrażenie boolowskie

THEN

<instrukcje...>

ELSIF <wyrażenie boolowskie>

THEN

<instrukcje...>

ELSIF <wyrażenie boolowskie>

THEN

<instrukcje...>

.....

ELSE

<instrukcje...>

END_IF;

Do budowy bardziej złożonych wyrażeń można użyć

dodatkowo ELSIF:

Postać ogólna:

Przykład:

IF A > B THEN

D:=1;

ELSIF A=B+2

THEN

D:=2;

ELSIF A:=B-3

THEN

D:=4;

ELSE

D:=3;

END_IF;

case

Ta konstrukcja pozwala na wykonywanie grup instrukcji

w zależności od wartości zmiennej lub wyrażenia typu

INT. Norma pozwala także na użycie jako wskaźnika

zmiennej typu wyliczeniowego ( o ile jest ona

dopuszczona do użycia na danym sprzęcie)

Ogólny format

instrukcji:

CASE <zmienna lub

wyrażenie typu INT

<wartość 1>: <

instrukcje

........

<wartość n>: <

instrukcje

ELSE

<instrukcje>

END_CASE;

Przykłady:

CASE speed_set OF

1: speed:= 10.0;

2: speed:=20.4;

3: speed:=30.0; fan1:=ON;

4,5: speed:= 50.0;

fan2:=ON;

6..10: speed:=60.0;

water:=ON;

ELSE

speed:=0.0;

SpeedFault:=TRUE;

END_CASE;

1. Użycie zmiennej typu INT jako wskaźnika:

TYPE

SPEED: (STOP,SLOW,MEDIUM,FAST)

END_TYPE

...

VAR

pump_speed:SPEED;

END_VAR

....

CASE pump_speed OF

STOP: speed:= 0.0;

SLOW: speed:=10.0;

MEDIUM: speed:=50.0;

FAST: speed:= 100.0;

ELSE

speed:=0.0; SpeedFault:=TRUE;

END_CASE;

2. Użycie zmiennej wyliczeniowej jako wskaźnika:

Pętle

•

Pętle są konstrukcją trudną w realizacji z

użyciem innych języków,

•

Ważne jest, aby nie zbudować pętli „bez

końca”,

•

Wykonanie programu nie jest kontynuowane

dopóty, dopóki pętla nie zostanie zakończona,

•

Użycie pętli może znacznie wydłużyć czas

cyklu i czas odpowiedzi układu.

Pętla FOR..DO:

•

Używana do wykonania określonego

zbioru instrukcji określoną ilość razy.

•

Warunek

jest

sprawdzany

przed

Warunek

jest

sprawdzany

przed

wykonaniem pętli ( czyli może ona nie być

wykonana ani jeden raz).

Ogólna postać:

FOR <inicjalizacja zmiennej wskaźnikowej> TO< wartość końcowa> BY

<inkrementacja zmiennej> DO

<instrukcje>

END_FOR;

Uwagi:

•

Nie

powinno

się

modyfikować

wartości

Nie

powinno

się

modyfikować

wartości

końcowej

lub

inkrementacji

zmiennej

końcowej

lub

inkrementacji

zmiennej

wskaźnikowej

wewnątrz

pętli.

•

Inkrementacja może być dodatnia lub ujemna,

może też być pominięta ( wtedy domyślnie jest

ustawiana na 1).

Przykład:

FOR i:= 100 TO 1 BY –1 DO

channel[I] := sensor.signal[I];

END_FOR;

WHILE..DO:

•

Jest

stosowana

powtarzalnego

Jest

stosowana

powtarzalnego

wykonywania

określonego

zbioru

wykonywania

określonego

zbioru

instrukcji dopóty, dopóki zmienna lub

wyrażenie

boolowskie

jest

prawdą

wyrażenie

boolowskie

jest

prawdą

logiczną.

•

Wartość wyrażenia wskaźnikowego jest

testowana przed wykonaniem pętli.

Ogólna postać:

WHILE <wyrażenie boolowskie> DO

<instrukcje>

END_WHILE;

Przykład:

WHILE x < xmax-10.0 DO

x:=x+5.0*input_1;

END_WHILE;

REPEAT…UNTIL

Pozwala na wykonanie zestawu instrukcji

dopóty, dopóki wyrażenie boolowskie jest

prawdą. Wyrażenie jest sprawdzane po

wykonaniu pętli ( czyli musi ona być

wykonana co najmniej jeden raz).

Ogólna postać:

REPEAT

<instrukcje>

UNTIL <wyrażenie boolowskie>

END_REPEAT;

Przykład:

n:=0;

REPEAT

n:=n+1;

UNTIL n > 4

END_REPEAT

;

EXIT

Może być użyta wewnątrz pętli do „wyskoczenia” z niej.

Dla pętli zagnieżdżonych pozwala na „wyskok” tylko o

jeden poziom.

RETURN

Może być ( ale nie musi) używana wewnątrz FC i FB do

ich zakończenia, np. warunkowego. W takiej sytuacji

należy zwracać uwagę na czytelność programu

Wywoływanie funkcji

Przykład:

VAR

...

PV_real: REAL;

...

END_VAR

...

PV_real:=WORD_TO_REAL(in:=PIW272);

Przykład:

Parametry wejściowe:

PV:REAL – zmienna procesowa,

SP : REAL – wartość zadana

Run – ustawia regulator na tryb

„RUN” wartość domyślna to „1” .

Jeśli Run jest „0”, regulator jest w

stanie STOP.

Parametry wyjściowe:

CV : REAL – sygnał sterowania,

Run: BOOL – jest ustawiany na „1”

jeśli jest aktywny tryb „AUTO”

( automatyczny)

Contro

run

Run

Wywoływanie bloków funkcyjnych

Użycie FB w ST składa się z 3 etapów:

Zadeklarowanie instancji FB,

Wywołanie instancji,

Zapis wyników wykonania tej instancji.

VAR

....

Loop1: Control; //deklaracja instancji FB

...

Temp_1,SP_1: REAL;

Power_1:REAL;

Run_1:BOOL;

...

END_VAR

........

// wywołanie z domyślną wartością „Run”:

Loop1(PV:=Temp_1,SP:=SP1);

// zapis wyników wykonania instancji:

Power_1:=Loop1.CV;

Run_1:=Loop1.Run;

...

//Równoważna forma wywołania ( opisana w normie,

ale nie

// dostępna w SIEMENSie )

Loop1(PV:=Temp_1,SP:=SP1,

CV=>Power,Run=>Run_1);

Uwagi końcowe

•

ST może być użyty do budowy każdego

programu na PLC, ale jego użycie jest

szczególnie zalecane do realizacji złożonych

operacji matematycznych i pętli.

•

Nie każdy system PLC posiada ten język.

•

Własności „real time” oprogramowania

napisanego w ST są tak samo dobre, jak w

IL ( dlaczego?) .

•

W tym języku możemy używać wszystkich

standardowych funkcji bloków funkcyjnych.

Document Outline