Środowisko B&R Automation Studio
B&R Automation Studio to środowisko programistyczne umożliwiające konfigurację
i programowanie podzespołów automatyki przemysłowej firmy B&R. Program posiada narzędzia
diagnostyczne służące wykrywaniu błędów łączeniowych, awarii podzespołów i zasilania.
Rozbudowane narzędzia do prowadzenia regulacji i testowania napędów elektrycznych. Zestaw
bibliotek zawierających parametry podzespołów oraz standaryzowane procedury kontroli napędów.
W środowisku Automation Studio znajduje się także rozbudowana pomoc, zawierająca opisy
komponentów, tj. podzespołów, produkowanych przez firmę B&R, bibliotekę błędów oraz sugestie
jak rozwiązywać powstałe błędy. Ponadto przykładowe konfiguracje i programy sterujące do
prezentacji możliwości środowiska.
Środowisko składa się z podstawowych elementów, do których zalicza się m.in. widoki, narzędzia
czy kompilatory. Widoki (View) służą do łatwego poruszania się po strukturze projektu. Narzędzia
odpowiadają za transfer opracowanych procedur sterowania do poszczególnych podzespołów
napędu, diagnostykę, zapewnienie łączności i sterowanie komponentami w trybie online.
Kompilatory natomiast umożliwiają tworzenie procedur sterowania napędem oraz wizualizację
postępu wykorzystywanych w projekcie procedur. Wszystkie czynności związane z tworzeniem
projektu (konfigurowanie podzespołów napędu i tworzenie procedur sterowania) odbywa się w
zakładkach, co ułatwia przejrzystość i kontrolę tworzonych aplikacji oraz czyni środowisko przyjaznym
dla użytkownika. Na rysunku 1 przedstawiono widok ogólny programu  B&R Automation Studio z
zaznaczonymi komponentami głównymi.
Aktywna zakładka
Pasek narzędziowy
Pasek Menu
Aktywne okno robocze
Okno widoków
Pasek Stanu
Okno dialogowe
Rys. 1 B&R Automation Studio  widok ogólny
Wykorzystując środowisko B&R Automation Studio należy wyjaśnić kilka terminów
z jakimi można się spotkać podczas programowania i konfiguracji układu napędowego.
Task  podprogram pisany w jednym z dostępnych w środowisku języków wysokiego poziomu, lub w
języku graficznym. Programowa cześć projektu składa się właśnie z tasków. Które są cyklicznie
wykonywane przez jednostkę centralną? Każdy task może odpowiadać za inną, wybraną część
utworzonego procesu. Poszczególne taski deklarujemy w widoku fizycznym, klikając prawym
przyciskiem muszy w odpowiedniej kolumnie i wybierając opcje Add Object.. Następnie wybieramy
zakładkę Program i decydujemy czy wykorzystać gotowy task, czy stworzyć nowy.
Priorytet - w menu konfiguracji programu (Phisical View->X20->Open Software Configuration)
nadajemy nowo utworzonym taskom priorytet. W zależności od tego jak szybkozmiennego i ważnego
procesu dotyczy task przypisujemy go do cyklu o zadanym czasie powtarzania. Konfiguracja
priorytetów programu polega na przyporządkowaniu poszczególnych tasków do odpowiednich cykli.
Najwyższy priorytet ma cyklic#1 [10ms], najmniejszy cyklic#8 [10ms]. Czas podany w nawiasach
kwadratowych odpowiada czasowi, po jakim ponownie powtarza się cykl. W kolejności od
najwyższego priorytetu mamy do dyspozycji 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 10 ms. W związku z
ograniczonymi możliwościami obliczeniowymi sterownika, należy rozważnie przydzielać do
najwyższych cykli tylko te taski, które odpowiadają za istotne procesy, np. sterowanie napędem.
Visualisation  wizualizacja, służy do wyświetlania na panelu operatorskim interfejsu użytkownika.
Wizualizacja może zawierać przyciski i pola tekstowe, które umożliwiają zmianę wybranych wartości
nastaw. Wizualizacje deklaruje się w podobny sposób jak taski w widoku logicznym projektu.
Poniżej przedstawione zostaną zadania spełniane przez podstawowe komponenty
oprogramowania B&R Automation Studio.
Widok fizyczny  Phisical View to jeden z podstawowych komponentów środowiska, służy do
definiowania podzespołów wchodzących w skład projektu. Po zadeklarowaniu w projekcie jednostki
nadrzędnej (sterownika PLC lub komputera przemysłowego). W widoku fizycznym dodajemy kolejne
elementy od silników po moduły z portami wejść i wyjść. Deklarowanie w projekcie nowych
elementów odbywa się poprzez wybór portu komunikacyjnego jednostki nadrzędnej, do której
zostały przyłączone i wybranie elementu z listy dostępnych rozwiązań oferowanych przez firmę B&R.
Widok fizyczny to narzędzie, które poza dodawaniem nowych komponentów służy przede wszystkim
do konfigurowania wybranych elementów. Właśnie z tego widoku przechodzi się do zakładek
odpowiadających za programowanie poszczególnych portów. Ponadto dostęp do jednostki centralnej
przez widok fizyczny umożliwia przydzielanie priorytetów poszczególnym podprogramom
wchodzącym w skład projektu. Wszelkie operacje w widoku fizycznym realizuje się poprzez użycie
prawego przycisku myszy na wybranym komponencie. Prawy przycisk myszy otwiera listę możliwych
operacji. W zależności od rodzaju wybranego podzespołu lista obejmuje metody dostępne dla
danego sprzętu.
Widok logiczny  Logical View to widok zawierający strukturę softwarową projektu. Tu następuje
dodawanie nowych składowych podprogramów zwanych taskami, wizualizacji wyświetlanych na
panelach kontrolnych, bibliotek zawierających deklaracje i opisy poszczególnych funkcji i procedur.
Deklaracja zmiennych i typów, globalnych i lokalnych wykorzystywanych w projekcie następuje
również z tym oknie.
Rys. 2. B&R Automation Studio  widok fizyczny oraz lista konfiguracyjna sterownika PLC
Widok konfiguracji  Configuration View służy do prezentacji struktury danych przesłanych do
pamięci jednostki nadrzędnej. Daje możliwość importowania gotowej konfiguracji sprzętowej.
Pasek narzędzi zawiera jedenaście zakładek, z których pięć zawiera standardowe dla wielu
programów komendy, takie jak open, save, import, help. W procesie programowania
najważniejsze są cztery zakładki: Project, Source Control, Online, Tools. Zawierają one wszystkie
niezbędne narzędzia, wykorzystywane do transferu, kompilacji, testowania i diagnostyki
projektu oraz sterowania głównymi podzespołami systemu napędowego. Poniżej zawarte
zostały opisy najistotniejszych narzędzi, wraz z ścieżką dostępu do nich.
Project-> Built Configuration (F7) - narzędzie przeprowadzające kompilacje projektu, podczas
której analizowana jest poprawność konfiguracji oraz generowane są pliki wykonywalne.
Sprawdzana jest poprawność składni w taskach. Generowana jest lista plików, które w dalszym
procesie zostaną transferowane do pamięci jednostki nadrzędnej. Proces kompilacji projektu
jest szybki, ponieważ system nie kontroluje poprawności deklaracji zmiennych, oraz nie analizuje
zawartości bibliotek dołączonych do projektu.
Project-> Rebuilt Configuration (Ctrl+F7) - podobnie jak Built Configuration narzędzie to zajmuje
się kompilacją projektu. W tym przypadku następuje jednak pełna analiza poprawności projektu.
Sprawdzeniu ulega nie tylko składnia napisanych przez użytkownika procedur, ale także
deklaracje zmiennych i typów. Analizowana jest poprawność deklarowanych w projekcie
bibliotek, dokładnej analizie poddawana jest wizualizacja. Proces trwa dłużej niż w poprzednim
przypadku. W oknie dialogowym poza lista aktualnie wykonanych czynności pojawiają się
ostrzeżenia (warning) dotyczące aktualnie analizowanych komponentów, umożliwiające
optymalizowanie projektu. Narzędzie sprawdza także zmiany powstałe pomiędzy konfiguracją
zaimplementowaną w sprzęcie a aktualną w projekcie i w razie konieczności usuwa zbędne
obiekty z pamięci sterownika.
Project-> Transfer To Target (Ctrl+F5) - po zakończeniu analizy i kompilacji projektu następuje
jego transfer do fizycznych komponentów systemu napędowego. Transmisja danych odbywa się
wieloetapowo, w celu jak najmniejszego obciążania sterownika PLC. Dane przesyłane są do
pamięci sterownika podczas jego pracy i w przypadku gdy dotyczą tylko zmian w podprogramach
nie wymagany jest restart sterownika. Zmiany w projekcie zawierające deklaracje nowego
urządzenia lub zmianę w jego konfiguracji, nową wizualizację, nowy podprogram wymagają
przejścia sterownika w tryb serwisowy oraz jego restart.
Online  to grupa narzędzi służąca to podstawowej kontroli sterownika bezpośrednio ze
środowiska programowego. Jednymi z istotnych narzędzi tej grupy są Warm Restart
(Ctrl+Shift+W) i Cold Restart (Ctrl+Shift+C) służące do wywołania restartu sterownika. Różnica
pomiędzy zimnym a ciepłym restartem polega na fakcie ze podczas zimnego (cold) restartu
następuje usuniecie danych z pamięci RAM sterownika. Natomiast ciepły (Warm) restart
inicjalizuje pracę sterownika z niewykasowaną pamięcią RAM, pamięć jest podtrzymywana za
pomocą baterii a praca rozpoczyna się od cyklu, w którym wywołane zostało przerwanie.
Dodatkowo w grupie znajduje się narzędzie diagnostyczne - Diagnostics, które w trybie online
przedstawia na ekranie komputera informacje o systemie, parametrach komunikacji oraz
wykorzystaniu zasobów pamięci operacyjnej i procesora.
Online->Settings  grupa narzędzi stosowana do uzyskania łączności pomiędzy komputerem PC
a sterownikiem PLC. Umożliwia wykrycie aktywnego komponentu, oraz przypisanie go do
aktualnego projektu. Pozwala to na automatyczne podejmowanie komunikacji. Należy pamiętać,
że choć dotykowe panele kontrolne mają wbudowaną kartę sieciową i nadany adres IP, to chcąc,
aby pracowały one jako terminal nie można utrzymywać komunikacji bezpośredniej z
komputerem PC, a transfer wizualizacji odbywa się wyłącznie za pośrednictwem sterownika PLC.
Dany projekt może obsługiwać tylko jeden sterownik PLC, co pokazane jest na rys. 3. Przypisanie
aktywnego sterownika do projektu odbywa się zawsze przez wybranie go z listy po prawej
stronie ekranu. Listę te otwiera się za pomocą ikony Browse, a odświeża przez wciśniecie ikony
Refresh. Następnie zaznaczamy widniejący w prawym oknie komponent, sprawdzamy adres IP
czy jest zgodny z tym, który wpisaliśmy w danych konfiguracyjnych sterownika PLC, prawym
klawiszem dodajemy do połączenia. W środkowym oknie ukaże się nowa pozycja, przy której
zaznaczamy pole Use In active config. Od tej pory środowisko automatycznie będzie
podejmować komunikację ze sterownikiem.
Rys. 3. B&R Automation Studio  Inicjowanie komunikacji pomiędzy komputerem PC a
sterownikiem PLC
Tools->Create Compact Flash  jedno z najważniejszych podczas konfiguracji sprzętowej
narzędzie, służące do zainstalowania plików konfiguracyjnych systemu na karcie pamięci typu
flash. Konfiguracja nowego systemu wymaga przypisania sterownikowi PLC fizycznego adresu,
wykorzystywanego do komunikacji. Ponieważ nieskonfigurowany sterownik nie może nawiązać
łączności z komputerem PC, transfer plików konfiguracyjnych musi odbyć się za pomocą
zewnętrznej przenośnej pamięci. W tym celu należy wyjąc kartę compact flash z gniazda
sterownika i podłączyć ją do czytnika kart w komputerze. W niektórych przypadkach
zaawansowanych sterowników zamiast karty compact flash używać można pamięci typu USB.
Generowanie karty najlepiej przeprowadzić po uprzednim skonfigurowaniu wszystkich
podzespołów systemu, przede wszystkim wszystkich modułów sterownika. Należy pamiętać, ze
panel dotykowy również wymaga skonfigurowania adresu IP, co przeprowadza się w analogiczny
jak dla sterownika sposób, wybierając z listy celów dany panel operatorski.
List transferowa bieżącego
projektu
Pole wyboru napędu z
wymiennym nośnikiem
Ilość partycji na
generowanym nośniku
Automatyczny dobór
rozmiaru partycji
Rys. 4. B&R Automation Studio  tworzenie karty compact flash z danymi konfiguracyjnymi
W celu lepszej ochrony danych konfiguracyjnych możliwy jest wybór wielokrotnej partycji. Dane
konfiguracyjne są wtedy przechowywane na trzech partycjach, partycja o nazwie SYSTEM
zawiera wykorzystywaną na bieżąco konfigurację, natomiast pozostałe dwie partycje DATA1 i
DATA2 zawierają jej kopie zapasowe. Użytkownik może zarządzać rozmiarami partycji. Dane
konfiguracyjne można przechowywać również w formie obrazu (image file) co ułatwia ich
przesyłanie do innych komputerów.
NC Mapping->Open->Test jedno z trzech bardzo obszernych narzędzi środowiska, umożliwiające
konfigurację parametrów urządzeń napędowych. Uruchomienie narzędzia wymaga zaznaczeniea
w widoku fizycznym zadeklarowanego wcześniej serwonapędu, z otwieranej prawym
przyciskiem myszy listy dostępnych opcji wybieramy Open NC Mapping. Z listy obiektów typu NC
wybieramy obiekt powiązany z osią rzeczywistą standardowo deklarowany jest on jako gAxis01.
Z listy opcji wybieramy Open->Test.
Rys. 5.B&R Automation Studio  uruchamianie narzędzia Test
W aktywnej zakładce narzędzia Test mamy do dyspozycji okna: Command interface, Parameter
window oraz watch Widok zakładki Test przedstawiony jest na rysunku 6.
Parameter
Command window
interface
Watch
Rys. 6. B&R Automation Studio  narzędzie Test.
Command interface odpowiada za sterowanie serwonapędu w trybie online. Umożliwia
wykonywanie podstawowych ruchów: ruch z zadaną prędkością w zadanym kierunku, ruch do
zadanej pozycji, ruch z zadaną długością kroku. Umożliwia on także wywołanie procedur
regulacyjnych i zapisywanie parametrów serwonapędu do pamięci. Zarządzanie parametrami
serwonapędu obywa się za pośrednictwem pola Parameter window. W piętnastu grupach
uszeregowane są wszystkie parametry serwonapędu oraz zmienne wywołujące procedury
sterowania i regulacji. Zmianie mogą ulegać parametry użytkowe takie jak: parametry
regulatorów, limity prędkości i przyspieszenia, konfiguracja zewnętrznych sygnałów sterujących.
Zmiany parametrów wymagają ich zapisania w pamięci serwonapędu. W tym celu po zamknięciu
zakładki Test na pytanie czy zapisać zmiany wybieramy opcje Save All, następnie przesyłamy
dane do sterownika PLC za pośrednictwem narzędzia Transfer To Target. System automatycznie
powinien przeprowadzić restart ACOPOSA i zaktualizować jego parametry.
Trace to bardzo użyteczne diagnostyczne narzędzie środowiska, umożliwiające śledzenie
przebiegów czasowych wybranych parametrów serwonapędu. Zaawansowane serwonapędy
takie jak ACOPOS posiadają w swojej strukturze procesor sygnałowy, którego głównym
zadaniem jest generowanie wzorca sygnałów wyjściowych serwonapędu oraz sygnałów
sterujących dla falownika wchodzącego w skład urządzenia. Dodatkowo umożliwia obliczanie
wartości chwilowych wybranych parametrów serwonapędu. Odbywa się to dzięki wykorzystaniu
biblioteki parametrów konstrukcyjnych serwonapędu i silnika. Dodane do projektu podczas
konfiguracji serwonapędu dane o budowie silnika oraz drivera są przesyłane do pamięci
ACOPOSA. Następnie procesor sygnałowy przetwarza dane uzyskane z przetworników
pomiarowych i oblicza wartości chwilowe wybranych parametrów. Narzędzie Trace służy do
wywoływania odpowiednich procedur w procesorze oraz do wyświetlania otrzymanych
przebiegów na ekranie komputera. Menu konfiguracyjne narzędzia wywołujemy przez wybranie
z listy opcji Configuration. Pierwsza z zakładek Data Points (Rys. 7) służy do wyboru
interesujących użytkownika parametrów. Do dyspozycji użytkownika jest ponad sto wielkości
charakteryzujących pracę napędu. Cześć z nich mierzona jest bezpośrednio za pośrednictwem
przetworników pomiarowych. W silniku mamy do dyspozycji czujnik temperatury umieszczony w
jednym z uzwojeń, w ACOPOS znajduje się kilka przetworników prądowych i napięciowych. Na
podstawie zmierzonych wartości oraz danych o budowie serwonapędu obliczane są pozostałe.
Rys 7. B&R Automation Studio  konfiguracja narzędzia Trace
Dużym ograniczeniem jest pojemność buforu pamięci ACOPOS. Widoczny w dolnej części okna
pasek Trace Buffer sygnalizuje jaki obszar buforu pamięci zostanie wykorzystany do rejestracji
wybranych parametrów. Ustawienia parametrów rejestracji takich jak: długości pomiaru 
Trecing time, czasu próbkowania  Sampling time następuje w zakładce Timing (rys. 9). Są to
parametry wpływające bezpośrednio na ilość miejsca zajmowanego w buforze, stąd dużym
ułatwieniem jest możliwość automatycznego doboru tych wartości. Dodatkowo możliwe jest
ustawienie automatycznego wyzwalania  Trigger Configuration. Jeden z rejestrowanych
sygnałów wyzwala rozpoczęcie pomiaru, wg. zadanego schematu i odpowiednio dobranych
parametrów.
Rys 4.09 B&R Automation Studio  ustawienie parametrów rejestracji.
Ręczne oraz automatyczne wyzwalanie zatrzymywanie rejestracji odbywa się za pomocą
przycisków w lewym górnym rogu okna (Rys 4.10) Rejestracja odbywa się w tle, podczas
działania napędu. Natomiast wizualizacja wyników na ekranie komputera zachodzi po ok. 3s od
zakończenia, jest to czas potrzebny na przesłanie danych z ACOPOSA do sterownika a następnie
do pamięci komputera.
Rys 4.10 B&R Automation Studio  przykład rejestracji przebiegów: uchybu położenia, momentu
oraz położenia wału za pomocą narzędzia Trace
Opóz
nienie wynika z konieczności przesłania danych w buforu serwonapędu do sterownika a
następnie do komputera PC. Uzyskane przebiegi można odpowiednio modyfikować. Zmiany w
sposobie wizualizacji nanosi się wybierając z listy opcji Properties (prawy przycisk myszy na
wybranej charakterystyce). Poza zmianami graficznymi i możliwością wyświetlania np. wartości
ekstremów, wartości skutecznych, średnich, możliwe jest przeprowadzanie działań na
przebiegach. W zakładce Formulas do dyspozycji użytkownika są nie tylko podstawowe
operatory matematyczne takie jak dodawanie, mnożenie, porównywanie, ale także szybka
transformata Fouriera, czy różniczkowanie. Opis wszystkich możliwości narzędzia Trace znajduje
się w przejrzyście napisanej Pomocy(Help->Motion->Diagnostic->NC Trace).
Watch  proste i bardzo przydatne podczas pisania podprogramów narzędzie, pozwalające na
śledzenie wartości zmiennych oraz ich zmiany w trakcie działania systemu. Narzędzie podobnie
jak Trace i Test dział wyłącznie, gdy system napędowy oraz środowisko są w trybie RUN.
Wywołanie narzędzie może nastąpić nie tylko dla obiektów typu NC Object, ale także dla
dowolnego podprogramu w oknie Open Software Configuration (widok fizyczny).
Monitor podobne do Watch narzędzie pozwalające na śledzenie wartości zmiennych.
Uruchomienie narzędzia odbywa się poprzez przycisk lupy w pasku narzędziowym.
W odróżnieniu od Watch, monitor może śledzić dowolne zmienne, i podlega pełnej konfiguracji.