CPU jedinica PLC kontrolera

• Sken ciklus

• Karatketistike CPU jedinice– SLC 500

• Organizacija memorije– Programske datoteke

– Datoteke podataka

PLC CPU (ili procesorska jedinica)

Fiksna memorija- ROM -

- Logika- Editovanje- Monitoring- itd.

Promenljiva memorija- RAM -

- Program- Promenljive- Status- U/I status- itd.

Procesor- Logika- Takt- itd.

NapajanjeBaterijabackup

napajanje

Eksterni, naizmenični

napon

Ulaznimoduli

Monitor

Ulazne komande:tastatura

Periferije:štampač

Izlaznimoduli

Operativni sistem PLC-a

• Projektovan za tačno za određenu vrstu primene:– Periodično očitava (unosi) signale sa senzora– Izvršava određen broj aritmetičko-logičkih operacija (u skladu sa

zadatom funkcijom - programom)– Prenosi rezultat na izvršne organe ili neke druge indikatorske

uređaje– Dodatno: Komunicira (razmenjuje podatke) sa nekim drugim

računarskim sistemima u mreži

• PLC OS je projektovan da automatski obezbedi ciklično ponavljanje navedenih aktivnosti

• Ovaj ciklus se zove sken ciklus.• Drugi bitan zadatak OS-a je organizacija memorije.

Sken ciklus• Izlazni sken:

– PLC očitava sadržaj ulaznih linija (registara ulaznih modula) i očitane podatke prenosi u određeno područje memorije –slika ulaza.

• Programski sken: – Izvršava programske naredbe– Operandi se uzimaju iz slike ulaza

ili iz oblasti memorije gde se čuvaju interne promenljive

– Rezultati se smeštaju u posebno područje memorije – slika izlaza.

• Izlazni sken:– Podaci iz slike izlaza se prenose

na izlazne linije (registre izlaznih modula).

Ulazni-programski-izlazni sken

• Važno: pri izvršavanju programa podaci se ne uzimaju direktno sa ulaznih modula, niti se rezultati direktno postavljaju na izlazne module, već program razmenjuje podatke isljučivo sa memorijom!

• Stvara se utisak da je PLC sve operacije definisane programom obavio u isto vreme

Interne promenljive

Slika izlaza

Slika ulaza

Program1. ulazni sken 3. izlazni sken

2. programski sken

Izlazni moduli

Ulazni moduli

Memorija

Sken ciklus

• Komunikacija (4. sken): – Namenjen realizaciji razmene

podataka sa uređajima koji su povezani sa PLC-om

• Održavanje (5. sken): – Ažuriraju se interni tajmeri i registri,

kao i niz drugih poslova vezanih za održavanje sistema, o kojima korisnik i ne mora da bude informisan

• Trajanje sken ciklusa:– Zavisi od brzine rada procesora.– Ulazni i izlazni sken: 0.25 - 2.56 ms– Programski sken - zavisi od veličine

programa

Karakteristike CPU jedinice• Memorija(RAM):

– Veličina (KB)– Da li postoji mogućnost proširenja i konfigurisanja za smeštanja

programa ili podataka?• U/I tačke:

– Najveći broje lokalnih U/I adresa koje podržava procesor u toku ulaznog i izlaznog skena

– Da li postoji mogućnost proširenja preko udaljenih U/I. (posebna šasija koja sadrži U/I module koji razmenjuju podatke sa PLC-om).

• Komunikacione opcije:– Ugrađeni komunikacioni intefejsi i protokoli (RS232, Ethernet,

Controlbus, .)• Performanse:

– Vreme programskog skeniranja potrebnog za 1Kbajt programa– Vreme potrebno za ulazni i izlazni sken– Vremena izvršavanja jedne bit naredbe

• Programiranje:– Broj raspoloživih naredbi leder jezika

CPU jedinica kontrolera SLC 500

99997152Broj mašinskih naredbi

.37 s.44 s2.4 s4 sIzvršavanje bit naredbe

0.9 ms/K1 ms/K4.8 ms/K8 ms/KTipično vremeprogramskog skeniranja

Fleš EPROMFleš EPROMEEPROM ili UVPROM

EEPROM iliUVPROM

Trajno pamćenje

Kapacitet zavisi od vrste napajanja i veličine programske memorije

- najviše može biti 4096 ulaza i 4096 izlaza -nema

Udaljeni U/I

960 digitalnih960 digitalnih480 digitalnih256 digitalnihLokalni U/I

12K UI i 4K DW28K UI i 4K DW60K UI i 4K DW

12K UI i 4K DW4K UI ili 16K DW1K UI ili 4KDW4K UI ili 16KDW

Memorija

SLC 5/04SLC 5/03SLC 5/02SLC 5/01Specifikacija

Organizacija memorije

• OS upravlja zauzećem RAM memorije.• Specifičan način organizacije memorije, kakav

se ne sreće kod drugih OS.• RAM se deli na:

– Program files (programske datoteke) i – Data files (datoteke podataka)

• Processor file (procesorska datoteka) = Program files + Data files– Sadrži sve naredbe, podatke i specifikaciju modula

koji su relevantni za datu aplikaciju, odnosno korisnički program

Organizacija memorije• Svakoj datoteci

(programskoj ili datoteci podataka) je pridružen redni broj iz opsega 0 -255.

• Svaka datoteka čuva podatke nekog specifičnog tipa.

• Neke datoteke su obavezne, dok se druge kreiraju po potrebi (zavisno od potrebe aplikacije)

Programske datoteke

• Sadrže informacije o samom kontroleru, glavni korisnički program i potprograme

• Svaka aplikacija (procesorska datoteka) mora da ima sledeće programske datoteke:– System Program – sistemski program (file 0) - sadrži različite

informacije o samom sistemu: tip procesora, konfiguracija U/I modula, ime procesorske datoteke, lozinku ....

– Reserved – dat. rezervisna za potrebe operativnog sistema (file 1)

– Main Ladder Program – glavni leder program (file 2) – glavni korisnički program

– Subroutine Ladder Program - potprogrami (file 3 - 255) –korisnički potprogrami - koji se pozivaju iz glavnog programa.

Datoteke podataka

• Datoteke podataka sadrže podatke koji se obrađuju pomoću naredbi leder programa.

• Podaci - konvertovane (numeričke) vrednosti signala koji se preko ulazno/izlaznih modula unose u kontroler, ili se iz kontrolera prenose na izlazne uređaje, kao i interne promenljive koje se koriste kao operandi u različitim operacijama.

• Jedna datoteka sadrži samo jedan tip (vrstu) podataka (bit, integer, ...), koji ujedno ukazuje i na tip datoteke !

• Tip datoteke određuje njenu organizaciju

Tipovi promenljivih i datoteka

• Datoteka se označava pomoću:– Rednog broja, koji jednoznačno

određuje mesto te datoteke u nizu datoteka podataka koje se nalaze u procesorskoj datoteci

– Slova kojim se identifikuje tip datoteke (O, I, S, B, C, T... )

• Prvih devet datoteka imaju unapred definisan tip koji ne može da se menja.

• Tipove preostalih datoteke korisnik sam bira i definiše u skladu sa aplikacijom koju razvija.

Tipovi promenljivih i datoteka

• File 0 – Tip O - output (izlaz) – sadrži sliku izlaza; sadržaj datoteke se prenosi na izlazne linije za vreme izlaznog skena.

• File 1 – Tip I - input (ulaz) - sadrži sliku ulaza; u ovu datoteku se za vreme ulaznog skena smeštaju vrednosti sa ulaznih linija.

• File 2 – Tip S - status - sadrži podatke vezane za rad kontrolera.

• File 3 – Tip B - bit – sadrži interne promenljive bit tipa.• File 4 – Tip T - timer (časovnik) - sadrži podatke koji se

koriste za interne časovnike.• File 5 – Tip C - counter (brojač) - sadrži podatke koji se

koriste za interne brojače.

Tipovi promenljivih i datoteka

• File 6 – Tip R - control (upravljanje) – sadrži dužinu, položaj pokazivača i bitove statusa za određene naredbe kao što su naredbe za pomeranje sadržaja registara i sekvenci.

• File 7 – Tip N - integer (celobrojna) – sadrži podatke celobrojnog tipa.

• File 8 – Tip F - floating point (realna) - sadrži podatke predstavljene u formatu pokretnog zareza kao 32-bit brojeve u opsegu (1.1754944e-38 to 3.40282347e+38).

• File 9 do file 255 – Tip definiše korisnik - korisničke datoteke – ove datoteke definiše korisnik kao datoteke tipa B, T, C, N.

Element datoteke

• Element – Osnovna jedinica datoteke– Sastoji se iz nekoliko 16-bitnih reči (koliko, zavisi od

tipa datoteke)– Logička adresa elementa - pozicija elementa u

datoteci– Mogućnost adresiranja delova elementa (reči u

elementu i bitova u reči)• Hijerarhija:

– Datoteka sadrži određeni broj elemenata– 1 element sadrži nekoliko reči– 1 reč sadrži 16 bita.

Adresiranje

• Adresa elementa– Relativni položaj elementa u odnosu na početak

datoteke

• Adresa reči– Relativni položaj reči u okviru elementa

Adresiranje

• Adresa bita– Relativan položaja bita u okviru te reči (nulti, prvi,

drugi, … bit brojano s desna u levo) ili

– Releativan položaja bita u odnosu na početak odgovarajućeg elementa kome pripada reč čiji se bit adresira.

Veličine elemenata pojedinih datoteka

element “e” – Xf:e

reč “w“ - “ – Xf:e.w ; 0 w 41

bit “b” u reči “w”– Xf:e.w/b

42 rečiSt

reč “w“ – Xf:e.w ; w = {1,2}, promenljive su u rečima 1 ili 2

bit “b” u reči 0– Xf:e.0/b ; (indikatori stanja su bitovi reči 0)

3 rečiT, C, R

element “e“ – Xf:e2 rečiF

element “e“ – Xf:e

bit “b” - Xf:e/b ; 1 rečB, N, A

Adresira seDužina elementa

Tip datoteke

Kreiranje i zauzeće datoteka

• Broj reči koje zauzima jedna datoteka određen je najvećom adresom elementa te datoteke koji se koristi u programskim naredbama!

• Sa izuzetkom datoteke statusa S, koja se kreira automatski, sve ostale datoteke podataka ne postoje a priori same po sebi, već se formiraju u toku kreiranja programa i to navođenjem odgovarajuće adrese u programu

• Prvo navođenje broja datoteke inicijalizuje njeno kreiranje

Kreiranje i zauzeće datoteka24

33

29

28

25

RAM

reč 0

reč 6

reč 5

reč 4

reč 3

reč 2

reč 1

N7integer

B9bit

reč 7

34

36

37

41

42

adreseRAM-a

24

33

29

28

25

RAM

reč 0

reč 6

reč 5

reč 4

reč 3

reč 2

reč 1

N7integer

B9bit

reč 7

34

36

37

41

42

adreseRAM-a

24

33

29

28

25

reč 0

reč 6

reč 5

reč 4

reč 3

reč 2

reč 1

N7integer

B9bit

reč 7

34

36

37

41

42

adreseRAM-a

RAM

24

33

29

28

25

B9bit

34

RAM

adreseRAM-a

reč 11

reč 10

reč 9

reč 8

40

45

46

F8:3

F8:1

F8:5

prekreiranjanaredbi

posleobrade

prvenaredbe

posleobradedruge

naredbe

posleobradetreće

naredbe

N7integer

Redosled: F8:3, F8:1 i F8:5

Diskretni U/I moduli

• Tipizirani moduli za spregu sa diskretnim senzorima i aktuatorima.

• Ulazni moduli– konverzija digitalnog (binarnog) signala koji dolazi sa

senzora u numeričku vrednost 0 ili 1 i smeštanje tog podatka kao jedan bit na odgovarajuće mesto u memoriji.

• Izlazni moduli:– Očitavanje numeričke vrednosti nekog bita u memoriji

i konverzija u binarni signal koji se vodi na aktuator

Diskretni U/I moduli

• Svaki pin se identifikuje:– Tipom (ulaz/izlaz)

– Brojem (adresa pina)

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

xnn

šasija

slot

opis pinova

indikatori

U/I

pinovi

U/I moduli

procesorski modul(CPU)

napajanje

Diskretni U/I moduli

• Tri tipa:– Ulazni– Izlazni– Kombinovani

• Različite gustine pinova– 4, 8, 16 ili 32 pina po modulu

• Za različite naponske nivoe:– AC, DC ili TTL

Adresa pina

• Svaki U/I pin ima u okviru kontrolera jedinstvenu adresu, koja je određena adresom slota u koji se modul postavlja i adresom pina unutar modula.

• Adresa pina je određena automatski stavljanjem modula u šasiju kontrolera i ne može se programski menjati

Diskretni ulazni moduli

• Dva osnovna zadatka:– Konvertuje logičke nivoe napona iz spoljnjeg sveta u

logičke nivoe koje zahteva procesorska jedinica.

– Štiti procesorsku jedinicu od spoljnjeg sveta

• Koriste se za:– Spregu sa diskretnim senzorima

– Za razmenu ON/OFF signala sa drugim pametnim uređajima (inteligentne mašine, roboti, ...) u cilju koordinacije rada ili ostvarenja neke forme primitivne komunikacije.

Diskretni ulazni moduli - ulazno kolo

• Opto-izolacija:

• Eliminacija treperenja konakta

Sprega ulaznih uređaja i ulaznog PLC modula

Neophodno je eksterno napajanje

Sprega ulaznih uređaja i ulaznog PLC modula

AC diskretni ulazni moduli

Povezivanje digitalnih senzora

• Senzori zahtevaju napajanje da bi obavljali svoju funkciju, čak i kada nisu ativirani spoljnom pobudom.

• Ograničenje u pogledu maksimalne struja kroz senzor kada je u stanju ON

• Struja curenja - Struja koja je neophodna za rad senzora– Opasnost da izozove lažno aktiviranje ulaznog modula

Senzori sa tri priključka: NPN tipa

Senzori sa tri priključka: NPN tipa

Diskretni izlazni moduli

• Za spregu PLC kontrolera i izlaznih uređaja koji zahtevaju on/off upravljanje (starteri motora, svetiljke, relei, solenoidi i sl.).

• Digitalni izlazni moduli funkcionišu kao prekidači (svaki izlazni pin može biti otvoren ili zatvoren).

• U konfiguracijama sa po 8, 16 i 32 izlaza.• Važan parametar: maksimalna izlazna struja

– Po izlazu (npr. max 1A)– Po modulu (npr. max 5A)– Svaki izlaz je zaštićen posebnim osiguračem

Diskretni izlazni moduli

• Obično nekoliko priključka za masu (mogućnost korišćenja različitih naponskih nivoa na jednom modulu)

Diskretni izlazni moduli - Tipovi izlaznog stepena

• 3 tipa:– Tranzistorski (za prekidanje DC napona)– Trijak (za prekidanje AC napona)– Relejni (za prekidanje DC ili AC napona)

• Relejni:

Sprega induktivnog opterećenja na izlazni modul

• Neophodna je zaštitna dioda (eliminacija naponskih pikova koji nastaju usled naglog prekida struje kroz induktivnost)

Sprega sa izlaznim uređajima NPN i PNP tipa

Diskretni U/I moduli serije SLC 500

Diskretni U/I moduli serije SLC 500 - nastavak

Diskretni U/I moduli serije SLC 500 - nastavak

Sprezanje diskretnih modula sa kontrolerom

• Za vreme ulaznog skena, očitavaju se vrednosti svih ulaznih pinova i ogovarajuće vrednosti (0 ili 1) smeštaju u sliku ulaza.

• Za vreme izlaznog skena, binarne vrednosti iz slike izlaza se prenose na izlazne pinove.

• Svakom modulu je pridružena jedna 16-bitna reč u datoteci 0, odnosno 1.– Ako modul ima manje od 16 pinova, onda se ne koriste svi bitovi

u pridruženoj reči. – Ako modul ima 32 pina, njemu se pridružuju dve susedne 16-

bitne reči.– Reč pridružena modulu zavisi od slota u kome se modul nalazi

Adresiranje U/I pinova

ProcessNapajanje

I/OI 16

I/OI 8

I/O

O 16

I/O

O 16

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

moguće proširenjeProcessNapajan

je CPUI/OI 6O 6

I/OI 32

I/O

O 16

I/OI 8O 8

I/O

O 32

I/OI 16

0 1 2 3 4 5 6

brojevi slotova

O:10/0 …O:10/15

O:1010 – out(0-15)

O:9/0 …O:9/15

O:99 – out(0-15)

O:5.1/0 ...O:5.1/15

O:5.15 – out(16-32)

O:5/0 …O:5/15

O:55 – out(0-15)

Ne koristi seO:4/0 …O:4/7

O:44 – out (0-7)

O:3/0 …O:3/15

O:33 - out (0-15)

Ne koristi seO:1/0 …O:1/5

O:11 - out (0-5)

01 2 3456789101112131415

bitovi

Data file 0 – Output imageAdrese bitova

Adresareči

Slot -U/I tip (pinovi)

ProcessNapajanje

I/OI 16

I/OI 8

I/O

O 16

I/O

O 16

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

moguće proširenjeProcessNapajan

je CPUI/OI 6O 6

I/OI 32

I/O

O 16

I/OI 8O 8

I/O

O 32

I/OI 16

0 1 2 3 4 5 6

brojevi slotova

Ne koristi seI:8/0 …I:8/7I:8

8 – in(0-7)

I:7/0 …I:7/15

I:77 – in(0-15)

I:6/0 …I:6/15

I:66 – in(0-15)

Ne koristi seI:4/0 …I:4/7

I:44 – in(0-7)

I:2.1/0 …I:2.1/15

I:2.12 – in (16-32)

I:2/0 …I:2/15

I:22 - in (0-15)

Ne koristi seI:1/0 …I:1/5

I:11 - in (0-5)

0123456789101112131415

bitovi

Data file 1 – Input image

Adrese bitova

Adresareči

Slot -U/I tip