Metody programowania
Metody programowania
sterowników
sterowników swobodnie
swobodnie
programowalnych
programowalnych
Wyk
ład 9.3
Wyk
ład 9.3
Metody programowania sterowników
Metody programowania sterowników
swobodnie programowalnych
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
Metody programowania sterowników
swobodnie programowalnych
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
j
ęzyków algorytmicznych jak: FORTRAN, PASCAL, itp.
J
ęzyki tekstowe
J
ęzyki tekstowe
J
ęzyk strukturalny ST (Structured Text) – podobny
do j
ęzyków algorytmicznych jak: FORTRAN,
PASCAL, itp.
J
ęzyk instrukcji listy IL (Instruction List) – podobny do
asemblera.
J
ęzyki tekstowe
J
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
w
porównaniu
do
metod
graficznych,
wi
ększa
trudno
ść
w
stosowaniu
przez
pocz
ątkujących programistów, mniejsza przejrzystość kodu
oraz funkcji regulacyjnych przyczyni
ły się do mniejszego
zastosowania w automatyce budynkowej.
J
ęzyki graficzne
J
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).
J
ęzyk schematów drabinkowych LD
J
ęzyk schematów drabinkowych LD
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w j
ęzyku drabinkowym (LD) -
sterownik WAGO
J
ęzyk schematów drabinkowych LD
J
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
uk
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
uk
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.
J
ęzyk schematów drabinkowych LD
J
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.
J
ęzyk schematów drabinkowych LD
J
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.
J
ęzyk schematów blokowych FBD
J
ęzyk schematów blokowych FBD
Oprogramowanie sterownika kot
łowni
Oprogramowanie sterownika kot
łowni
-- sterownik IAC 600 f
sterownik IAC 600 f--my Satchwell
my Satchwell
J
ęzyk schematów blokowych FBD
J
ęzyk schematów blokowych FBD
Wykorzystuje
w
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
ą
wszystkie
niezb
ędne
w
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
znormalizowanymi metodami programowania
• W przyk
ładzie pokazano strukturę programów wykonanych
przy
pomocy
j
ęzyków
tekstowych
i
graficznych,
realizuj
ących tę samą funkcję przez sterownik firmy WAGO.
• Oprogramowanie
narz
ędziowe firmy WAGO umożliwia
oprogramowanie
sterowników
we
wszystkich
j
ęzykach
opisanych przez norm
ę IEC1131.
• Algorytm
dotyczy sterowania
wentylatorem
z kontrol
ą
spr
ężu przez presostat różnicy ciśnień, z termostatem
przeciwzamro
żeniowym,
termokontaktem
i
czujnikiem
dymu.
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Automatyzacja centrali klimatyzacyjnej
Schemat uk
ładu automatycznej regulacji
T
M
ΔP
T
T
M
ΔP
T
T
H
H
T
ΔP
M
+
-
+
~
K
NT
T H
T H
T
T
M
AI
AO
DI
DO
~
Z/W-I/II bieg
DO+AO+DI)
Z/W-I/II bieg
(DO+AO+DI)
TK/NTC
TK/NTC
7
4
5
6
Tn=f(Tw),
Tw=f(Tz)
A0R
Opis realizowanej funkcji:
Opis realizowanej funkcji:
• Wentylator
mo
że
pracowa
ć
w
trybie
r
ęcznym
lub
automatycznym.
• W trybie automatycznym za
łączanie i wyłączanie odbywa
si
ę zgodnie z harmonogramem czasowym
Zegar
przy
za
łączonym trybie
Automatycznie
.
• Tryb
R
ęcznie
jest przewidziany do pracy ci
ągłej.
• Warunkiem
pracy
wentylatora
jest
brak
awarii
z
termokontaktu
silnika,
brak
blokady
po
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
wy
łączane.
Opis realizowanej funkcji:
Opis realizowanej funkcji:
• W przypadku zadzia
łania presostatu (stan prawidłowy)
wentylator pracuje nadal. W sytuacji gdy po znikni
ęciu
podtrzymania
nie
pojawi
si
ę potwierdzenie pracy z
presostatu, wyj
ście cyfrowe sterujące wentylatorem jest
wy
łączane.
• Gdy podczas pracy wentylatora pojawi si
ę sygnał awarii z
termostatu przeciw zamro
żeniowego, z termokontaktu lub z
systemu
przeciw
po
żarowego,
b
ądź
te
ż
zniknie
potwierdzenie z presostatu, wysterowanie wentylatora jest
wy
łączane.
• W
przypadku
powrotu
sygna
łu z termostatu przeciw
zamro
żeniowego
do
stanu
normalnego
wentylator
wystartuje samoczynnie.
PATRZ SATCHNET
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w
j
ęzyku blokowym (FBD)
j
ęzyku blokowym (FBD) -- WAGO
WAGO
J
ęzyk schematów drabinkowych LD
J
ęzyk schematów drabinkowych LD
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w j
ęzyku drabinkowym (LD) -
sterownik WAGO
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w j
ęzyku instrukcji (IL)
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w j
ęzyku instrukcji (IL)--WAGO
WAGO
J
ęzyk strukturalny ST (
J
ęzyk strukturalny ST (Structured
Structured
Text
Text))
Sterowanie wentylatorem zrealizowane w j
ęzyku tekstowym
strukturalnym (ST) – sterownik WAGO
J
ęzyk schematów blokowych FBD
J
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
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
Zabezp. przeciwzamro
żeniowe nagrzewnicy
Zabezp. przeciwzamro
żeniowe nagrzewnicy ––
sterownik XL50(500) firmy Honeywell.
sterownik XL50(500) firmy Honeywell.
J
ęzyk schematów blokowych.
J
ęzyk schematów blokowych.
Program zabezpieczenia przeciwzamro
żeniowego
Program zabezpieczenia przeciwzamro
żeniowego
nagrzewnicy
nagrzewnicy
•
Program realizowany przez sterownik WAGO
Zabezpieczenie przeciwzamro
żeniowe nagrzewnicy
Zabezpieczenie przeciwzamro
żeniowe nagrzewnicy ––
realizowane przez sterownik FX firmy Johnson Controls.
realizowane przez sterownik FX firmy Johnson Controls.
Zalety j
ęzyka schematów blokowych FBD
Zalety j
ęzyka schematów blokowych FBD
Jest
najbardziej
popularnym
j
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.
Dzi
ękuję za uwagę!
Dzi
ękuję za uwagę!
KONIEC
KONIEC