«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА»

Обучение эффективной разработке программного обеспечения контроллеров ОВЕН на CoDeSys
Две основные составляющие:
Изучение возможностей контроллеров ОВЕН
Программирование контроллеров ОВЕН
Цель

Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Контроллеры ОВЕН
Основные принципы стандарта МЭК 61131-3 Введение в CoDeSys
Установка CoDeSys
Языки и операторы стандарта МЭК 61131-3
Программные модули (POU)
Содержание

Что такое библиотека?
Стандартная библиотека
Работа с вещественными числами
Трассировка Язык Последовательных Функциональных Диаграмм (SFC)
Работа с задачами и событиями
Содержание

ОВЕН ПЛК 100, ПЛК 150 и ПЛК 154
ЛЕКЦИЯ 1

Подключение датчиков тока и напряжения осуществляется напрямую
и не требует согласующих резисторов

ЛЕКЦИЯ 2

Что такое CoDeSys?
Инструмент программирования
Инструмент отладки
Инструмент тестирования
Инструмент создания визуализаций
Инструмент документирования проектов
CoDeSys –пакет для создания программного обеспечения
для ПЛК в соответствии со стандартом МЭК 61131-3

Определяет принципы программирования ПЛК
Включает хорошо известные и современные языки программирования
Позволяет разработчику не зависеть от производителя системы программирования
Повторное использование кода
Стандарт является международным
Основные принципы стандарта МЭК 61131-3

Структуру проекта
Синтаксис и семантику 5 различных языков программирования: IL, FBD, LD, ST и SFC
Типы строительных блоков проекта (POU):
функции, программы и функциональные блоки
Правила объявления и типы переменных
Что определяет
стандарт МЭК 61131-3

Состоит из двух частей : системы программирования и системы исполнения.
Система программирования состоит из:
- редактора, компилятора и отладчика МЭК проектов;
- поддерживает все 5 языков программирования МЭК;
- генерирует машинный код для довольно широкого набора процессоров.
Система исполнения реализует:
- управляющий цикл с обновлением входов/выходов;
- связь с системой программирования; - загрузку приложения после включения питания контроллера.
Введение в CoDeSys

Инсталляция CoDeSys с компакт диска или с сайта www.owen.ru
Инсталляция файлов целевой платформы
Инсталляция CoDeSys

Главное меню и панель инструментов
Область определения переменных
Редактор
Менеджер объектов
Окно сообщений
Строка статуса
Первый запуск CoDeSys

Desktop
Editor
Load & Save
Directories
Наиболее используемые опции CoDeSys

Справочная система
Содержит ту же информацию, что и документация по CoDeSys
Индекс по ключевым словам
Поиск по тексту
Русифицирована

Проект
POU
Типы данных
Ресурсы
Объявление переменных
Код
Глобальные
переменные
Библиотеки
HMI
Структура проекта

POU
Типы данных
Ресурсы
HMI
Структура проекта

Что такое проект в CoDeSys ?
…хранится в одном файле (name.pro)
…содержит программные компоненты (POU), визуализации, ресурсы и т.д.
... выполнение приложения начинается с POU PLC_PRG(аналог функции main )
… выполняется циклически

Что такое POU ?
POU (Program organisation unit) –это программный модуль
POU PLC_PRG вызывается неявно системой исполнения
Стандарт МЭК 61131-3 определяет 3 типа POU
Программы
Функциональные блоки
Функции

Главная программа PLC_PRG:
Для однозадачных систем программа PLC_PRG соответствует OB1 в системах S5/7.
Эта программа вызывается циклически системой исполнения

Target Settings
Создание главной программы PLC_PRG
Автоматическое объявление
Первый проект (Инкремент переменной)

В МЭК 61131-3 определенны следующие типы данных:
Стандартные типы данных

3 метода объявления переменных
Локальные (для 1 ФБ) или Глобальные (для всех ФБ)
текстовый, табличный и автоматический
Сохраняемые и постоянные переменные
Представление данных в CoDeSys

Синтаксис идентификаторов
Буквы и цифры
Должен начинаться с буквы
Только одинарные подчеркивания
Без пробелов
Нельзя использовать зарезервированные слова МЭК и операторы
Регистр не различается
Примеры
Otto, otto, OTTO
Valve1
a_long_name

[Ctrl+F8]>
Основные команды режима Online

(в ОВЕН ПЛК)
Запустить систему исполнения
Выключить режим эмуляции Simulation Mode>
Настроить параметры связи
Запуск приложения в целевой платформе

Языки МЭК 61131-3
Список инструкций (IL)
Структурированный текст (ST)
Язык функциональных блоковых диаграмм (FBD)
Язык релейных диаграмм (LD)
Язык последовательных функциональных схем (SFC)

Список инструкций (IL)
Текстовый язык
Схож с ассемблером
Все операции производятся через аккумулятор
Легко читается в случае небольших программ
Не поддерживает структурного программирования
ЛЕКЦИЯ 3

Структурный текст (ST)
Текстовый язык
Язык высокого уровня
Схож с Паскалем
Лучший язык для программирования циклов и условий (IF, WHILE, FOR, CASE)

Язык релейных диаграмм(LD)
Графический язык
Программа состоит из схем
Использовался для программирования практически всех классических ПЛК
Удобен для программирования логических выражений
Сложно использовать для работы с аналоговыми типами данных
Переключение между FBD и LD

Язык функциональных блоковых диаграмм
(FBD)
Графический язык
Программа состоит из нескольких схем
Легко читается
Каждая схема состоит из блоков и операндов
Непрерывные функциональные схемы
(CFC)
Схож с FBD, но…
Блоки и соединители располагаются свободно
Разрешаются циклы и свободные соединения

Язык функциональных блоковых диаграмм(FBD)
[Выход] [Блок] [Присваивание] [Переход] [Возврат] [Инверсия]
[Добавление входа]
[Установка/Сброс]
[Выход]
[Выход] [Установка/Сброс]
< Имя переменной / Имя экземпляра >
<Имя оператора/функции/функционального блока/программы>

Язык последовательных функциональных схем(SFC)
Графический язык
Используется для структурирования приложений
Состоит из шагов и переходов
Действия выполняются внутри шагов
Не конвертируется в другие языки
CoDeSys поддерживает два типа SFC
Подробнее будет рассмотрен завтра !
ЛЕКЦИЯ 4

Упражнение 2. Управление освещением в длинном коридоре
Есть длинный коридор. Для управления освещением в коридоре используется три переключателя:
Msw- главный переключатель
Bsw – переключатель в начале коридора.
Esw – переключатель в конце коридора.

Упражнение 2. Управление освещением в длинном коридоре
Подача питания в коридор осуществляется с помощью переключателя Msw.
Необходимо решить задачу включения/выключения света с помощью любого из двух переключателей Bsw и Esw, установленных в разных концах коридора.
Т.е. при входе в коридор с одной стороны необходимо переключить Bsw, чтобы зажечь свет. На выходе с другой стороны коридора необходимо переключить Esw, чтобы свет погас. И наоборот.

Через ресурс PLC-configuration
Прямая адресация
Например: %QX0.7 := (%IX0.3 AND %IX3.7) OR %IX3.0;
Присвоение адресам имен
Например: xInput AT %IX0.7 : BOOL;
Конфигурирование входов/выходов

Синтаксис адресов
Обозначаются знаком ‘%’
Тип адреса определяется префиксом
I вход
Q выход
M маркер
Тип данных
X бит
None бит
B байт (8 бит)
W слово (16 бит)
D двойное слово (32 бит)
Примеры
- %IW215
- %QX1.1
- %MD48

Области памяти
Входы
Выходы
Маркированная память
%IB0
%IB1
%IB2
%IB3
%IW0
%IW1
%ID0
%IX0.0
%IX0.1
%IB0: %IX0.2
.....
%IX0.7
%IX0.8
%IX0.9
%IB1: ...
... %IX0.15
Входные
драйверы
Выходные
драйверы
Физические
входы
Физические
выходы

CoDeSys поддерживает все операторы
МЭК 61131-3
Оператор присваивания
Битовые операторы
Сдвиговые операторы Операторы сравнения
Числовые операторы
Работа с действительными числами
Логарифмические операторы
Тригонометрические операторы
Операторы выбора
Операторы в CoDeSys

Используются для работы со всеми типами данных
Операторы присваивания

Битовые операторы
Используются для работы с двоичными типами данных (BOOL, BYTE, WORD, DWORD)

Сдвиговые операторы (1)
Используются для работы с двоичными типами данных (BOOL, BYTE, WORD, DWORD)

Сдвиговые операторы (2)
SHL (сдвиг влево)
SHR (сдвиг вправо)
ROL (цикл. сдвиг влево)
ROR (цикл. сдвиг вправо)
a
d
c
b
e
h
g
f
b
e
d
c
f
0
h
g
a
a
d
c
b
e
h
g
f
b
e
d
c
f
a
h
g
a
d
c
b
e
h
g
f
0
c
b
a
d
g
f
e
h
a
d
c
b
e
h
g
f
h
c
b
a
d
g
f
e

Операторы сравнения
Используются для работы со всеми типами данных

Арифметические операторы
Выполняют алгебраические операции над целыми числами и числами с плавающей запятой

Вход
ПЛК
Внешний сенсор
Внутренний сенсор
ЛАМПА
Упражнение 3. Управление освещением в комнате
Цель - свет должен быть выключен, когда в комнате никого нет!

Упражнение 3. Управление освещением в комнате
На входе установлены два дискретных датчика: один снаружи комнаты, другой внутри.
Когда срабатывает сначала внешний датчик, затем внутренний, это означает, что человек зашел в комнату.
Когда срабатывает сначала внутренний датчик, затем внешний, это означает, что человек вышел из комнаты.
Задача1: Если человек вошел – включить свет, Если человек вышел – выключить свет.
Задача2: Необходимо считать количество людей, заходящих и выходящих из комнаты.
Пока в комнате остается хотя бы один человек, свет должен быть включен.

Визуализация
Доступ ко всем данным проекта
Графическое отображение логических и численных значений
Ввод логических и численных значений
Перемещение графических объектов
ЛЕКЦИЯ 5

Инструменты визуализации
v
CoDeSys
Разработка и
выполнение

Функция: < FUNCTION >
Имеет один или более входов, один выход, рекурсии не допустимы
Функциональный блок:
Имеет произвольное число входов и выходов. Имеет внутреннюю память. Для каждого функционального блока можно объявить несколько экземпляров
Программа: < PROGRAM >
Подобна функциональному блоку, но имеет один глобальный экземпляр
Типы POU

Функция
Не имеет внутренней памяти
Локальные переменные инициализируются при каждом вызове
Функция возвращает значение, через свой идентификатор.Функция имеет тип!
Удобна для реализации комплексных вычислений
Не рекомендуется использование глобальных переменных в функции

Функциональный блок
Все переменные функционального блока сохраняют значения
При создании экземпляра функционального блока создается новая копия переменных функционального блока. Копия кода функционального блока не создается.
Рекомендуется для программирования повторно используемого кода, например, счетчиков, таймеров, триггеров и т.д.

Программа
Все переменные сохраняют свои значения
Используется для структурирования приложения

Вызов POU

Упражнение 4. Работа с программными компонентами CoDeSys (POU)
Функция расчета мощности постоянного тока по напряжению и сопротивлению
Счетчик положительных фронтов дискретного сигнала
Вызов функций и функциональных блоков из программы

Упражнение 5. Система пожарной сигнализации здания

Упражнение 5. Система пожарной сигнализации здания
В здании две одинаковые комнаты.
В каждой комнате установлено три пожарных датчика, кнопка ручного включения сигнализации и кнопка ручного отключения сигнализации. Для каждой комнаты предусмотрена сигнальная лампа. Сигнализация пожара является общей для обеих комнат.
Если в комнате срабатывает хотя бы один из датчиков, то загорается сигнальная лампа для соответствующей комнаты. Лампа гаснет, если все датчики в комнате отключены.
Если в комнате срабатывает любые два из трех датчиков, то включается пожарная сигнализация. Сигнализация работает до тех пор, пока ее не отключат соответствующей кнопкой.
Сигнализация может быть включена кнопкой включения вне зависимости от состояния датчиков.

Сложные типы данных
Массив
abList : ARRAY[0..31] OF BOOL;
Структура
TYPE SetType :
STRUCT
iCount : INT;
rValue : ARRAY[0..9] OF REAL;
END_STRUCT
END_TYPE
Перечисление
TYPE ColorType :
( RED, YELLOW, GREEN, BLUE );
END_TYPE
Псевдоним
TYPE Message : STRING(40); END_TYPE

Предопределенные блоки (Библиотеки)
Библиотека состоит из объектов, которые могут
быть использованы в различных проектах
Пользователь может создавать и использовать
собственные библиотеки.
Можно создавать библиотеки с защитой.
Библиотеки могут быть написаны не только на
МЭК, но и на других языках программирования
Библиотека standard.lib содержит POU описанные
в стандарте МЭК

Стандартная библиотека
Функции работы со строками
Детекторы фронтов
Счетчики
Таймеры

Функции работы со строками
LEN
LEFT
RIGHT
MID
CONCAT
INSERT
DELETE
REPLACE
FIND

Детекторы фронтов
R_TRIG
определяет передний фронт
F_TRIG
определяет задний фронт
t
0
1
1
0
Входной сигнал
Выходной сигнал
t
0
1
1
0
Входной сигнал
Выходной сигнал

Счетчики
CTU
Инкрементируется по переднему фронту
CTD
Декрементируется по переднему фронту
CTUD
Инкрементируется или декрементируется по разным входам

Временные типы данных МЭК 61131-3

Часы реального времени RTC

Генерирует импульс заданной длительности
Таймер TP

Включает выход с задержкой по переднему фронту
Таймер TON

Выключает выход с задержкой по заднему фронту
Таймер TOF

Упражнение 6. Работа с элементами стандартной библиотеки
Реализовать задачу управления светом комнате (упражнение 3) с помощью компонентов стандартной библиотеки. Свет должен выключаться через 5 секунд, после того как последний человек покинет комнату.

Операторы для работы с числами
с плавающей запятой

Логарифмические операторы
Вычисление логарифмов и экспоненты

Тригонометрические операторы

Предназначены для ограничения и выбора операндов
Используются с любыми типами данных
Операторы выбора

Для каждой пары типов данных используется отдельная функция
Операторы преобразования типов данных

Упражнение 7. Генератор синусоиды
Операции с вещественными числами
Преобразование типов
Первое знакомство с трассировкой

Язык Последовательных Функциональных диаграмм(SFC)
Графический язык
Управление последовательностью выполнения действия
Состоит из шагов, действий и переходов
Помогает структурировать приложение
В CoDeSys есть упрощенная версия SFC

Упражнение 8. Управление сверлильным станком
Станок производит сверление отверстий в заготовках по заданной программе: запуск станка, опускание сверла, сверление по одному из выбранных режимов, подъем сверла.
На станке предусмотрена кнопка запуска, тумблер выбора режима сверления, кнопка останова сверления.
Контроллер подает три управляющие команды: опускание сверла, подъем сверла, сверление.
Предусмотрено два режима: либо сверление производится в течение 5 секунд (автоматический режим), либо сверление производится до нажатия оператором кнопки останова сверления. Режим выбирается с помощью тумблера выбора перед запуском станка.

Упражнение 8. Управление сверлильным станком
Перед началом работы оператор с помощью тумблера выбора определяет режим сверления.
После нажатия оператором кнопки запуска контроллер начинает управление станком. Подается команда опустить сверло и начинается обратный отсчет координаты. При достижении нижней точки (y=0) снимается команда на опускание и подается команда на сверление.
Если выбран первый режим, то команда сверления снимается через 5 секунд. Если выбран второй режим, то команда сверления снимается после нажатия оператором кнопки останова сверления.
Затем контролер подает команду на подъем сверла и начинает прямой отсчет координаты. После достижения верхнего положения (y=70) команда подъема снимается.

Упражнение 8. Управление сверлильным станком

Конфигурирование задач
Задачи выполняются по событию или циклически
Имеют приоритет
Вызывают программы
Есть свободно-выполняемые задачи(аналог idle)