PRz  AiS  W1
UKA
ADY KOMBINACYJNE
Wprowadzenie. Zadanie przykładowe I. Metoda Karnaugha. Schemat sprzętowy. Program
w C. Program w ST. Program w LD. Program ST w środowisku TwinCAT PLC Control.
Program LD  PLC Control. Niepoprawne pomiary. Zadanie przykładowe II. Specyfika
wizualizacji w małych sterownikach. Elementarna wizualizacja. Niepoprawny pomiar 
alarm. Ustawianie zmiennej  suwak. Urządzenia automatyki i sterowania.
WPROWADZENIE
1. Układy przełączające
" Podział
Układy kombinacyjne (bez pamięci)
Układy przełączające
Układy sekwencyjne (z pamięcią)
" Realizacje sprzętowe
Układy kombinacyjne  bramki bez sprzężeń zwrotnych
Układy sekwencyjne  przerzutniki, bramki ze sprzężeniami zwrotnymi
" Opis matematyczny
Układ
Xt przełączający Yt
Układy kombinacyjne  Yt = (Xt )  aktualny stan wyjść zależy wyłącznie od
aktualnego stanu wejść.
Qt +1 = � (Qt, Xt )
ńł
Układy sekwencyjne 
�łY = �(Qt , Xt )  Qt stan wewnętrzny
t
ół
Stan wyjść zależy od wejść i stanu wewnętrznego (zależnego od poprzednich
wejść pamięć: Yt = �(�(Qt-1, Xt-1), Xt)).
2. Metodologia projektowania układów kombinacyjnych
" Sformułowanie tablicy wejść/wyjść
" Utworzenie funkcji przełączającej metodą Karnaugha
" Realizacja sprzętowa  bramki
" Realizacja programowa (języki C, ST, LD, ew. inne)
- funkcja przełączająca wzór (podstawowa realizacja)
- schemat bramkowy funkcje AND, OR, NOT
- zestaw instrukcji if & then & else odpowiadający tablicy we/wy
" Niepoprawne pomiary
- 1 -
3. Struktura programu w prostym sterowniku
Inicjacja
Odczyt wejść
Obliczenia
Ustawienie wyjść
Wizualizacja (ew.)
Oczekiwanie
Cykl wykonywania programu  np. 10 ms, 0.1 s lub ponowne rozpoczęcie zaraz po
poprzednim wykonaniu.
Wizualizacja  LEDy, bargrafy, wyświetlacz LCD, przyciski operatorskie.
ZADANIE PRZYKA
ADOWE I
1. Sterowanie nagrzewaniem
a, b, c: 0  temperatura poniżej poziomu
c
G1 1  temperatura powyżej poziomu
b �K
lub mu równa
G2
a
G1, G2  grzejniki
Zadanie: t < a G1 G2  obydwa grzejniki włączone
a d" t < b G1 -
b d" t < c - G2
c d" t - -
2. Tablica wejść/wyjść
c b a G1 G2
Inaczej  tablica zero jedynkowa, tablica prawdy
0 0 0 1 1
Uwaga. Stany nie ujęte w tablicy reprezentują awarie
0 0 1 1 0
czujników pomiarowych (typowa reakcja na uszkodzenie
0 1 1 0 1
wyłączyć zasilanie).
1 1 1 0 0
- 2 -
METODA KARNAUGHA
1. Reguły tworzenia tablic Karnaugha
Chodzi o sformułowanie możliwie prostego wzoru, aby ułatwić realizację sprzętową (w
realizacji programowej znaczenie minimalizacji jest mniejsze).
" Wyjścia rozpatruje się oddzielnie.
" Współrzędne pól elementarnych opisane są refleksyjnym kodem Graya.
" Puste pola uzupełnia się znakami nieokreśloności (-).
2. Tablice zadania
G1
G2
ba
ba
c 00 01 11 10
c 00 01 11 10
0 1 1 0 -
0 1 0 1 -
1 - - 0 -
1 - - 0 -
3. Reguły upraszczania  łączenie pól elementarnych
" Liczba pól łączonych ze sobą musi być potęgą 2 (1, 2, 4, 8, & ).
" Połączone pola muszą tworzyć prostokąt lub kwadrat, im większy tym lepiej.
" Pola  - dołącza się do pól  1 .
" Pola mogą zachodzić na siebie.
" Górny i dolny wiersz uważa się za sąsiednie, jak również lewą i prawą kolumnę (ze
względu na kod Graya).
G1 G2
ba ba
c 00 01 11 10 c 00 01 11 10
0 1 1 0 - 0 1 0 1 -
1 - - 0 - 1 - - 0 -
4. Tworzenie wynikowych wzorów  kolumny
" Wypisać kolumny wejść odpowiadające zakreślonym obszarom.
" Utworzyć iloczyn z tych wejść, które w wypisanych kolumnach mają niezmienione
wartości (stale 0 lub 1), przy czym 1 odpowiada sygnałowi prostemu, a 0 
zanegowanemu.
- 3 -
" Wynikowy wzór jest sumą wzorów powstałych z zaznaczonych obszarów.
G2
G1
c b a c b a
c b a
0 0 0 0 0 0 0 1 1
0 0 1 1 0 0 0 1 0
0 1 0 �! �!
1 0 0
1 0 1
1 1 0  iloczyn
c " b
�!
�!
b
a
G1 = b
 suma
G2 = a + bc
Uwagi. Zaznaczenie zbyt małych obszarów w tablicy Karnaugha nie jest błędem, ale
wynikowy wzór się rozrasta (nie jest minimalny), bo iloczynów w końcowej sumie
przybywa. Zjawisko hazardu obecne w realizacjach sprzętowych nie występuje w
realizacjach programowych, ponieważ obliczenia są wykonywane w tym samym cyklu
(nie ma różnicy czasów propagacji bramek).
SCHEMAT SPRZ
TOWY
a
a
b
b
G1
G2
c
bc
c
Programowym odpowiednikiem schematów sprzętowych jest graficzny język FBD.
PROGRAM W C
1. Operatory logiczne
char  typ zmiennych logicznych
! negacja, && iloczyn logiczny, || suma logiczna
&
- 4 -
2. if & else  tablica wejść/wyjść
Wersja powyższa ujmuje także przypadek z niepoprawnymi pomiarami (G1=0, G2=0 
zob. dalej).
PROGRAM W ST
Norma PN EN 61131 3: 2004(4). Sterowniki programowalne. Część 3: Języki
programowania definiuje pięć języków:
ST  tekst strukturalny (Structured Text)
IL  lista rozkazów (Instruction List)
LD  schemat drabinkowy (Ladder Diagram)
FBD  funkcjonalny schemat blokowy (Function Block Diagram)
SFC  sekwencyjny schemat funkcjonalny (Sequential Function Chart)
Będziemy stosować pakiet TwinCAT sterowników PLC/PAC firmy Beckhoff.
1. Operatory logiczne 2. IF& THEN& ELSE
PROGRAM W LD
1. Elementy
zmienna wejściowa prosta  argument
zmienna zanegowana
- 5 -
zmienna wyjściowa  rezultat
szczebel   pusty wzór
2. Operacje logiczne
Suma Iloczyn
c c
a a
b
b
c = a + b c = a " b
3. Program  zadanie I
G1 = b
G2 = a + bc
PROGRAM ST W ŚRODOWISKU TWINCAT PLC CONTROL
1. Uruchomienie systemu
System > Start  jeśli system jest już uruchomiony, to Start wyszarzone.
- 6 -
Odpowiedz
Cancel na pytanie o rejestrację.
PLC Control
Pojawia się okno TwinCAT PLC Control z ostatnio uruchamianym projektem.
2. Nowy projekt
File > New
Typ systemu docelowego
Symulacja i prace domowe  PC or CX (x86)
Laboratorium  CX(ARM)
- 7 -
 Język programowania  ST
Pojawia się puste okno edytora programu z Untitled jako nazwą projektu. Górna część
jest przeznaczona na deklaracje zmiennych i bloków funkcjonalnych, a dolna na
właściwy kod.
3. Kodowanie, kompilacja
Deklaracje i kod
Project > Build lub Rebuild all
- 8 -
Informacja o wyniku kompilacji w dolnej części okna
Na warningi nie należy zwracać uwagi.
Zapis pliku
File > Save
Należy najpierw utworzyć katalog na pliki projektu (których może być nawet
kilkanaście), tutaj katalog Sterowanie nagrzewaniem, i w nim zapisać plik z kodem
z
ródłowym  tutaj Nagrzewanie.pro (rozszerzenie dodawane automatycznie).
4. Symulacja
Online > Choose Run Time System&
&
- 9 -
 Local > RunTime 1 (Port 801)  lokalny komputer PC
A
adowanie programu
Online > Login
Odpowiedz
Tak na pytanie o załadowanie programu.
Początkowe wartości zmiennych.
Online > Run
- 10 -
5. Zapisywanie nowej wartości
2 kl. zmienna
Pojawia się proponowana nowa wartość.
Online > Write Values lub Ctrl+F7
6. Zakończenie
Online > Logout
PROGRAM LD  PLC CONTROL
1. Nowy projekt, typ POU, język LD
File > New
PC or CX (x86)
Language  LD
Okno edytora LD  deklaracje w górnej części (j.p.)
 dolna część przeznaczona na schemat; widoczny jeden szczebel
drabinki.
- 11 -
2. Tworzenie schematu LD
Wybór miejsca, menu kontekstowe (prawy klawisz myszy) > wybór elementu
schematu, np. Contact (negated). Także ikona w górnym pasku.
Pojawia się styk zanegowany, bez nazwy zmiennej  pytajniki ???
Nazwa zmiennej
Zaznaczyć ??? > przycisk F2 > okno Input assistant > wybór zmiennej, np. b.
- 12 -
 Pełny schemat
Kompilacja Project > Build
Zapis pliku File > Save
Najpierw utworzono katalog Nagrzewanie LD na pliki projektu.
3. Symulacja
Online > Choose Run Time System > Local > RunTime 1 (Port 801)
A
adowanie Online > Login (początkowe wartości zmiennych)
Uruchomienie Online > Run
- 13 -
4. Nowa wartość zmiennej
2 kl. styk, np. a
Połowa styku zmienia kolor; proponowana nowa wartość widoczna także w górnej
części okna (deklaracje).
Ctrl + F7 lub Online > Write Values
NIEPOPRAWNE POMIARY
1. Tablica poprawności pomiarów
c b a P
P = 1  pomiary poprawne
0 0 0 1
P = 0  pomiary niepoprawne
0 0 1 1
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
- 14 -
2. Tablica Karnaugha
ba
Uwaga. Teraz w tablicy Karnaugha dotyczącej
c 00 01 11 10
poprawności pomiarów nie ma pól  - (nie ma
1 1
0 1 0
nieokreśloności).
1 0 0 1 0
3. Wzór
+
P = cb + ab
4. Wymaganie technologiczne
W przypadku niepoprawnych pomiarów obydwie grzałki należy wyłączyć  G1=G2=0.
5. Programowanie
C
&
ST LD
P = a �" b
P = P + b �" c
- 15 -
6. Wyjścia i poprawność w jednej tablicy
G1 G2
c b a P
G1 = b c
1 1
0 0 0 1
1 0
0 0 1 1 G2 = a b c + c ab = (ab + a b)c
0 0 (równoważność a i b)
0 1 0 0
P  j.w.
0 1
0 1 1 1
0 0
1 0 0 0
Uwaga. Sygnał P wykorzystuje się
0 0
1 0 1 0
do alarmowania (zob. dalej).
0 0
1 1 0 0
0 0
1 1 1 1
ZADANIE PRZYKA
ADOWE II
1. Sterowanie nagrzewaniem
Włączanie grzejników:
" równolegle G1, G2, gdy t d" ta
" tylko G1, gdy ta < t d" tb
" tylko G2, gdy tb < t d" tc
" szeregowo G1, G2, gdy tc < t d" td
" wyłączone G1, G2, gdy td d" t
zasilanie
w1
d
w1
c
w2
w2
b
�K
a
G1 G2
w3
otwarty
w3
Połączenie powyższe pozwala uzyskać cztery stopnie mocy grzejnej przy dwóch
grzejnikach.
2. Tablica wejść/wyjść
d c b a w1 w2 w3
0 0 0 0 1 1 0
0 0 0 1 1 0 0
0 0 1 1 0 1 0
- 16 -
0 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 0 0 0
3. Tablice Karnaugha i kolumny
w1 d c b a
ba 0 0 0 0
dc 00 01 11 10
0 0 0 1
1
00 1 0 - 0 1 0 0
01 - - 0 - 0 1 0 1
w1 = b
11 - - 0 - 1 1 0 0
10 - - - - 1 1 0 1
1 0 0 0
1 0 0 1
b
w2 d c b a d c b a
ba 0 0 0 0 0 0 1 1
dc 00 01 11 10 0 0 1 0 0 0 1 0
1 1 -
00 0 0 1 1 0 0 1 1 1
01 - - 1 - 0 1 1 0 0 1 1 0
w2 = a + bd
11 - - 0 - 1 1 0 0 b
d
10 - - - - 1 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
a
w3 d c b a
ba
0 1 0 0
dc 00 01 11 10 0 1 0 1
w3 = cd
00 0 0 0 - 0 1 1 1
-
01 - 1 - 0 1 1 0
11 - - 0 - c
d
10 - - - -
4. Programowanie  stan normalny
C
 dodatkowe deklaracje
&
- 17 -
ST
5. Niepoprawne pomiary
Tablica poprawności
ba
dc 00 01 11 10
1 1
00 1 0
1
01 0 0 0
11 0 0 1 0
10 0 0 0 0
Zmienna P
dcb cba dca
P = dcb + cba + dca
Programowanie
C
&
- 18 -
ST
SPECYFIKA WIZUALIZACJI W MAA
YCH STEROWNIKACH
1. Systemy wbudowane a systemy DCS
Niektóre sterowniki PLC/PAC, w tym CX9000 Beckhoff, a także inne niewielkie
urządzenia zaliczane do systemów wbudowanych mogą być wyposażone w dotykowy
monitor LCD pełniący rolę panelu operatorskiego umieszczonego wprost przy
obrabiarce, gniez
dzie produkcyjnym lub innym obiekcie technologicznym (machine
level visualization). Wizualizacja jest stosunkowo prosta, bo zorientowana bezpośrednio
na monitorowanie procesu i obsługę. Archiwizacja danych dla wykresów jest
krótkookresowa, najwyżej kilkugodzinna, na co wystarcza pamięć RAM sterownika.
Niekiedy panel operatorski mieści się wraz ze sterownikiem w jednej obudowie.
Natomiast w rozproszonych systemach sterowania DCS (Distributed Control Systems)
do wizualizacji i obsługi służą osobne komputery  stacje operatorskie, a do
archiwizacji długookresowej  serwery. Wizualizacja jest znacznie bardziej
zaawansowana (process visualization), dostępne są biblioteki obiektów
technologicznych, predefiniowane obrazy, wirtualne stacyjki operatorskie (faceplates)
itd. Przykładem może być pakiet InTouch Wonderware (przeznaczony dla mniejszych
systemów DCS).
2. Edytor graficzny TwinCAT PLC Control
Ikona Visualizations na dole eksploratora  druga od prawej
- 19 -
 Dodawanie obiektu, tzn. okna wizualizacyjnego
Nazwa nowej wizualizacji
Okno edytora graficznego
Ikony po prawej stronie paska narzędziowego służą do tworzenia elementów
graficznych, począwszy od prostokątów i elipsy, a kończąc na bargrafie i histogramie.
Każdemu z nich można przyporządkować określone efekty animacyjne zależne od
zmiennych programu sterującego.
Wraz z otwarciem okna edytora w eksploratorze pojawia się nazwa nowego obiektu. W
praktyce, okien wizualizacji związanych z danym programem jest zwykle kilka.
ELEMENTARNA WIZUALIZACJA
1. Projektowana wizualizacja
Zmienne a, b, c są ustawiane przyciskami, a G1, G2 sygnalizowane zmianą koloru elips
( LEDów ).
- 20 -
 Tryb wyboru
Przed przystąpieniem do tworzenia nowego elementu graficznego przycisk Select
mode powinien być wyciśnięty (jak wyżej).
2. Przycisk
Ikona Button i wykreślony przycisk
Podstawowe okno konfiguracyjne Regular Element Configuration
Napis na przycisku  Text c
Zmienna ustawiana przyciskiem
Input Toggle Variable  przełączanie zmiennej
- 21 -
Nazwa zmiennej  klawisz F2  Input assistant
Wpis po zatwierdzeniu wyboru.
Dwa pozostałe przyciski
Napisy  b, a
Zmienne  MAIN.b, MAIN.a
3. Elipsa zmieniająca kolor
Ikona Ellipse i rysunek
Napis
Zmienna i zmiany koloru
Variables MAIN.G1  F2: Input assistant
- 22 -
 Kolory
Colors Color Inside  kolor dla FALSE
Alarm color Inside  kolor dla TRUE
3. Praca RUN
Online > Login
Online > Run
TwinCAT PLC Control umożliwia jednoczesne otwarcie zarówno okna wizualizacji jak
i okna programu z aktualnymi wartościami zmiennych. Upraszcza to testowanie, bo
zmienne ustawia się wprost przyciskami, a nie poprzez wybór wartości i potwierdzenie
Write values (Ctrl+F7).
- 23 -
NIEPOPRAWNY POMIAR  ALARM
1. Poprawność pomiaru
Zmienna logiczna P=a�b+!b�!c określa poprawność pomiarów a, b, c. Jeżeli pomiary są
niepoprawne, grzejniki G1, G2 należy wyłączyć, a na obrazie powinien pojawić się
napis ALARM na jaskrawym tle.
Kod i docelowy obraz
2. ALARM niewidoczny przy poprawności
Konfiguracja  Invisible
3. Praca RUN
Pomiary poprawne
- 24 -
 Pomiary niepoprawne
USTAWIANIE ZMIENNEJ  SUWAK
4. Modyfikacja zadania
Zmienna temp reprezentująca temperaturę przyjmuje wartości z przedziału [10.0, 30.0].
Zmienne a, b, c są ustawiane, gdy temp przekracza odpowiednio wartości 15.0, 20.0 i
25.0.
Kod
5. Projektowana wizualizacja
Zmienna temp jest ustawiana suwakiem oraz wskazywana na wyświetlaczu cyfrowym i
mierniku wskazówkowym. Zmienne a, b, c są sygnalizowane okrągłymi  LEDami
zmieniającymi kolor, a G1, G2 prostokątami.
- 25 -
6. Suwak
Ikona Scrollbar i rysunek (poziomy)
Zmienna ustawiana suwakiem
Variables MAIN.temp  F2
7. Wskaz
nik cyfrowy
Ikona Rectangle i ramka
Zmienna wskazywana
Variables MAIN.temp  F2
- 26 -
 Format
Text %.1f  jedna cyfra po kropce dziesiętnej (jak w C)
8. Napis
Ikona Rectangle  ramka napisu lub rezerwacja obszaru na napis
Tekst
Ramka niewidoczna
9. Miernik wskazówkowy
Ikona Meter
- 27 -
 Konfiguracja miernika
Po zaznaczeniu pola miernika pojawia się poniższe okno.
Zmienna i skale
10. Praca RUN
- 28 -
URZ
DZENIA AUTOMATYKI I STEROWANIA
www.katalogautomatyki.pl, automatyka-sklep.com
Sterowniki PLC/PAC
Relpol Schneider
Siemens
Czujniki temperatury Przetworniki temperatury
Danfoss Wika Wika Lumel
Emerson
Czujniki  Dwyer Instruments
- 29 -
Przekaz
niki i styczniki
Relpol Rockwell
- 30 -