FX_11_2001.pdf

C yan M agenta Y ellow blac K

napêdy i sterowanie

Sterowniki kompaktowe

V Mitsubishi Electric

wybrane cechy i funkcje szybkie

Adam Panasiewicz

Ka¿dy program steruj¹cy procesem

technologicznym jest ci¹giem instrukcji

logicznych, arytmetycznych, instrukcji

wejcia/wyjcia, odczytu, zapisu itp., re-

alizuj¹cych algorytm wpisany do pamiê-

ci sterownika. Instrukcje wykonywane s¹

krok po kroku i w kolejnoci okrelonej

przez program. Wynik dzia³ania ka¿dej

kolejnej instrukcji dostêpny jest dla in-

strukcji nastêpnej.

Jednokrotne wykonanie ca³ego pro-

gramu sterowania, pocz¹wszy od kroku

pierwszego, a skoñczywszy na instrukcji

END, okrelane jest mianem cykl stero-

wania. Czas wykonania takiego cyklu

sterowania w odniesieniu do np. 1000

kroków programu czy te¿ instrukcji pod-

stawowych (logicznych) jest jednym

z mierników szybkoci dzia³ania sterow-

nika. Nie decyduje jednak o wszystkich

mo¿liwociach systemu steruj¹cego.

W niniejszym artykule postanowilimy

opisaæ niektóre cechy sterowników kom-

paktowych Mitsubishi Electric z serii FX

(FX1S, FX1N, FX2N), które pozwalaj¹

na lepsze poznanie ich w³aciwoci dy-

namicznych.

Cykl sterowania

Tryb odwie¿ania

Po uruchomieniu sterownika (START

na rys. 1) system operacyjny zeruje reje-

stry wyjciowe, po czym odczytuje logicz-

ne stany wejciowe i zapisuje je do pa-

miêci buforowej. Rozpoczyna siê wyko-

nywanie programu od kroku nr 0 do kro-

ku nr N; od tej chwili a¿ do koñca cyklu

system wykorzystuje stany logiczne za-

pisane do pamiêci buforowej na pocz¹t-

ku cyklu.

Po wykonaniu ostatniego kroku pro-

gramu, w trakcie wykonywania instruk-

cji END, nastêpuje ostateczne przetwo-

rzenie danych, obliczenie stanów wyjcio-

wych oraz fizyczne ustawienie wyjæ dwu-

stanowych. Program wraca do kolejnego

odczytu logicznych stanów wejciowych;

uaktualnia (odwie¿a) pamiêæ buforow¹

i cykl siê powtarza. Tryb ten nazywany

jest w literaturze ang. Refresh mode w prze-

ciwieñstwie do trybu Direct mode, w któ-

Rys. 1. Cykl sterowania typu Refresh

mode wystêpuj¹cy w sterownikach FX

FXm, stany logiczne 8 kolejnych wejæ

(pocz¹wszy od Xm) przepisywane s¹ do

odpowiednich rejestrów buforowych. In-

strukcja REFYn powoduje wczeniejsze

uaktualnienie wybranych omiu rejestrów

wyjciowych jeszcze przed systemowym

odwie¿eniem instrukcj¹ END. Opisana

cecha instrukcji REF pozwala na progra-

mowe przyspieszenie reakcji sterownika

na zmianê stanów wejciowych i szybsze

wysterowanie jego wyjæ.

Instrukcja END

Instrukcja ta zawsze koñczy pojedyn-

czy cykl sterowania i wystêpuje w progra-

mie steruj¹cym tylko jeden raz. W trak-

cie jej wykonania odwie¿ane s¹ stany

wejæ i wyjæ oraz zawartoæ systemowe-

go licznika czasu cyklu sterowania

(watchdog). Ponadto wykonywane s¹ inne

operacje, jak np. wszystkie niezbêdne te-

sty pamiêci programu, poprawnoæ funk-

cjonowania systemu itp.

Sterowanie przep³ywem

programu

Instrukcja FEND

Istnieje tak¿e drugi typ instrukcji koñ-

cz¹cej cykl sterowania w taki sam spo-

sób, jak instrukcja END; jest to instruk-

cja FEND (First end). Pozwala na oddzie-

lenie programu g³ównego od obszaru zaj-

mowanego przez podprogramy; mo¿e byæ

stosowana w programie wiêcej ni¿ jeden

raz.

Wraz z instrukcjami skoku (np. CJ)

instrukcja FEND pozwala na podzielenie

programu g³ównego na kilka mniejszych

fragmentów (rys. 3), z których ka¿dy

mo¿e realizowaæ odrêbn¹ funkcjê. Taki

fragment programu wykonywany jest cy-

klicznie a¿ do instrukcji FEND; zatem

jego cykl sterowania mo¿e byæ znacznie

krótszy ni¿ w przypadku, gdy zawsze

wykonywany jest ca³y program.

Ma to zastosowanie w przypadku pro-

gramów steruj¹cych z³o¿onymi i szybki-

rym stany wejciowe i wyjciowe przetwa-

rzane s¹ w kolejnoci wykonywania po-

szczególnych instrukcji.

Rys. 2. Funkcjonowanie instrukcji REFX

oraz REFY w cyklu sterowania

Instrukcje odwie¿ania

Systemowy tryb odwie¿ania mo¿e zo-

staæ uzupe³niony za pomoc¹ instrukcji

REFXm oraz REFYn, które pozwalaj¹ na

programowe odwie¿enie stanów wejcio-

wych i wyjciowych niezale¿nie od g³ów-

nego cyklu (obiegu pêtli) pracy sterowni-

ka. W efekcie wykonania instrukcji RE-

Napêdy i Sterowanie - Nr 11/2001 - str 18

C yan M agenta Y ellow blac K

napêdy i sterowanie

su. Po odblokowaniu przerwañ (instruk-

cja EI Enable Interrupt) zmiana stanu

na wejciu X0 X5 (rys. 4) przerywa wy-

konywanie programu g³ównego, przecho-

dz¹c natychmiast do wykonania podpro-

gramu obs³ugi przerwania, oznaczonego

odpowiedni¹ etykiet¹ (I). Po wykonaniu

programu obs³ugi przerwania zakoñczo-

nego instrukcj¹ powrotu (IRET), konty-

nuowane jest wykonywanie programu

g³ównego od tego miejsca, w którym wy-

st¹pi³o przerwanie.

Tabela 1. Liczniki jednofazowe z programo-

wanym kierunkiem zliczania

C235 C236 C237 C238 C239 C240

X0 U/D

U/D

Rys. 3. Sterowanie przep³ywem programu

za pomoc¹ instrukcji skoku warunkowego

Tabela 2. Liczniki jednofazowe z programo-

wanym kierunkiem zliczania i zadedykowa-

nymi wejciami Start i Reset

C241 C242

C243

C244

C245

mi cyklami technologicznymi, w których

poszczególne fragmenty technologii ste-

rowane s¹ odrêbnymi, krótkimi kawa³ka-

mi programu.

Wskanik skoku (etykieta P)

Wykorzystywany jest przy sterowaniu

kolejnoci¹ wykonywania programu

i u¿ywany wraz z instrukcj¹ skoku warun-

kowego CJ(Pn) lub przy wywo³ywaniu pod-

programu CALL(Pn) (n = 0 do 63).

Instrukcja CJ(Pn) pozwala na wyko-

nanie skoku w programie steruj¹cym za-

równo do przodu, jak i do ty³u. Do ety-

kiety o tym samym adresie mo¿na odwo-

³aæ siê z wielu ró¿nych miejsc w progra-

mie. Ominiêta czêæ programu nie uak-

tualnia stanów wyjciowych, nawet

w przypadku zmiany stanu warunków

wejciowych.

W przyk³adzie na rys. 3, gdy nie jest

aktywny warunek wejciowy X10 i X11,

cyklicznie wykonywany jest Program I

do instrukcji FEND (pêtla 1).

Gdy warunek X11 zmieni stan na ak-

tywny, wykonywany jest skok do ety-

kiety P6, a cyklicznie wykonywany bê-

dzie Program I i Program II (pêtla2).

Jeli warunek X10 bêdzie w stanie ak-

tywnym, wykonywany na pocz¹tku

skok do etykiety P7 spowoduje cyklicz-

ne wykonywanie Programu III (pêtla3).

Wywo³anie podprogramu instrukcj¹

CALL (Pn) powoduje wykonanie progra-

mu umieszczonego zawsze po instrukcji

FEND i oznaczonego etykiet¹ Pn. Pod-

program koñczy instrukcja powrotu

z podprogramu (SRET).

Wejcia szybkie

Przerwania (etykieta I)

Obs³uga przerwania jest t¹ czêci¹

programu, który wykonywany jest bezpo-

rednio po przerwaniu programu g³ów-

nego przez np. wejciowy impuls dwu-

stanowy czy te¿ odpowiedni licznik cza-

X0 U/D

U/D

X1 R

Rys. 4. Wy³apywanie krótkich impulsów

wejciowych; przerwanie zewnêtrzne

U/D

Wy³apywanie krótkich impulsów

Wejcia X0 do X5 s¹ wejciami szyb-

kimi, których funkcja i w³aciwoci za-

le¿ne s¹ od sposobu wykorzystania w pro-

gramie steruj¹cym. Podstawowym zasto-

sowaniem jest oczywicie normalny od-

czyt wejciowych stanów logicznych (np.

LD X0). Inn¹ cech¹ wejæ X0 do X5 jest

mo¿liwoæ u¿ycia w programie steruj¹-

cym liczników szybkich C235 do C255

(Tab. 1 Tab. 4).

Tak jak w przypadku przerwañ ze-

wnêtrznych, wy³apywanie krótkich im-

pulsów jest równie¿ cech¹ szeciu wejæ

szybkich.

Zbyt krótki czas trwania impulsów

wejciowych powoduje, i¿ s¹ niewykry-

walne przez normalny cykl sterowania.

Po odblokowaniu przerwañ instrukcj¹ EI

(Enable Interrupts) mog¹ jednak zostaæ

zarejestrowane w pamiêci sterownika.

Impulsy te (rys. 4) ustawiaj¹ w stan log.

1 odpowiednie znaczniki (X0 ®

M8170, ... , X5 ® M8175). Znaczniki te

mog¹ byæ nastêpnie odczytane przez pro-

gram i skasowane. Minimalny czas trwa-

nia przypadkowych logicznych stanów

wejciowych X, pozwalaj¹cy na ich pra-

wid³ow¹ identyfikacjê w ka¿dym cyklu

odwie¿ania wejæ, musi wynosiæ nie

mniej ni¿ czas trwania pe³nego cyklu ste-

rowania.

Natomiast przerwanie zewnêtrzne czy

te¿ proces wy³apywania krótkich impulsów

funkcjonuje poprawnie przy szerokoci

impulsów wejciowych ju¿ od ok. 10 ms.

Liczniki szybkie

System operacyjny sterowników kom-

paktowych umo¿liwia szybkie zliczanie

Tabela 3. Liczniki dwufazowe

C246 C247

C248

C249

C250

X0 U

X1 D

Tabela 4. Liczniki dwufazowe z wejciami

typu A/B

C251 C252

C253

C254

C255

X0 A

X1 B

U wejcie zliczaj¹ce w górê

D wejcie zliczaj¹ce w dó³

R Reset wejcie zeruj¹ce licznik

S Start wejcie zezwalaj¹ce

A wejcie fazy A

B wejcie fazy B

Napêdy i Sterowanie - Nr 11/2001 - str 19

C yan M agenta Y ellow blac K

napêdy i sterowanie

zewnêtrznych zdarzeñ, wykorzystuj¹c

w tym celu wbudowane szybkie, 32-bito-

we liczniki rewersyjne. U¿ytkownik ste-

rownika PLC korzysta z tej cechy w pro-

sty sposób; ma do dyspozycji pewn¹ iloæ

szybkich liczników (C235 C255) oraz

6 wejæ szybkich (X0 X5), przyporz¹d-

kowanych do tych liczników w sposób po-

dany w tabelach 1 4.

Tabela 1 pokazuje, i¿ sterownik dys-

ponuje np. szecioma licznikami jedno-

fazowymi o numerach C235 do C240,

którym odpowiadaj¹ wejcia X0 do X5.

Co wiêcej, wejcia te ze sob¹ nie kolidu-

j¹, pozwalaj¹c na wykorzystanie wszyst-

kich szeciu liczników jednoczenie.

Maksymalna czêstotliwoæ zliczania

mo¿e wynosiæ nawet do 60 kHz.

Inny sposób zastosowania liczników

szybkich pokazuje tabela 4. Liczniki C251

do C255 obs³uguj¹ bezporednio prze-

tworniki obrotowo-impulsowe z fazami

A/B, w których kierunek zliczania okre-

lony jest chwilowym przesuniêciem fa-

zowym pomiêdzy tymi dwoma ci¹gami

impulsów (+T/4 lub -T/4, gdzie T jest

okresem przebiegu prostok¹tnego).

Jak widaæ z tabeli 4, jednoczenie

i bez kolizji pomiêdzy wejciami mo¿na

wykorzystywaæ dwa liczniki dwufazowe.

Niezale¿nie od samoczynnego ustawienia

w licznikach kierunku zliczania, system

generuje na odpowiednich znacznikach

jednobitow¹ informacjê o tym kierunku.

Sterowanie za pomoc¹ liczników

szybkich

Wszystkie liczniki pokazane w tabe-

lach od 1 do 4 mog¹ s³u¿yæ do szybkiego

i praktycznie bezzw³ocznego sterowania

urz¹dzeniem zewnêtrznym (rys. 5).

koci zliczania impulsów wejciowych.

Cykl wykonania programu nie ma wp³y-

wu na dzia³anie tej funkcji.

Argumentem instrukcji HSCR mo¿e

byæ nie tylko wyjcie Yn, ale równie¿

dowolny licznik szybki, co pozwala na

przerwaniowe zerowanie innych liczni-

ków w tym równie¿ samego siebie.

Na rys. 5 pokazano przyk³ad kasowa-

nia i ustawiania wyjcia Y7 po zliczeniu

przez licznik C235 (N+3) i (N+5) impul-

sów wejciowych instrukcj¹ [HSCR (N+3)

Y7] i [HSCS (N+5) Y7].

W tym samym przyk³adzie impuls

(N+6) zeruje zawartoæ licznika C235

instrukcj¹ [HSCR (N+6) C235], st¹d na

rys. 5 stan ten przechodzi w zero.

W sposób opisany wy¿ej instrukcja

HSCS pozwala równie¿ na odwo³anie siê

do podprogramu obs³ugi przerwania (ste-

rownik FX2N).

Instrukcje te maj¹ du¿e znaczenie np.

przy szybkim i precyzyjnym ciêciu prze-

suwaj¹cej siê tamy, drutu czy te¿ dok³ad-

nym nanoszeniu lakierów, klejów na prze-

suwaj¹cym siê materiale itp.

Instrukcja SPD

Problemem spotykanym czêsto w

przemyle jest impulsowy pomiar prêd-

koci obrotowej urz¹dzeñ wyposa¿onych

w przetworniki, takie jak turbinki, impul-

satory, enkodery itp. Metoda ta stosowa-

na jest równie¿ wtedy, gdy do pomiaru

wielkoci fizycznych wykorzystywane s¹

przetworniki z wyjciem czêstotliwocio-

wym.

czasu timera (1 ms, 10 ms, 100 ms).

W sterownikach z serii FX (FX1S,

FX1N, FX2N) specjalna instrukcja SPD

(Speed detection) z grupy szybkich po-

zwala dokonaæ takiego pomiaru w spo-

sób prosty i dok³adny.

W formacie instrukcji okrelamy:

numer wejcia szybkiego (od X0 do

X5);

czas otwarcia bramki w (ms);

rejestr [Dn], do którego przepisywany

jest nowy wynik.

Poniewa¿ licznik szybki jest 32-bito-

wy, a rejestr operacyjny 16-bitowy, sys-

tem przepisuje wynik pomiaru do dwóch

kolejnych rejestrów: [n] oraz [n+1].

Powy¿szy pomiar mo¿e byæ wykony-

wany nawet w szeciu kana³ach równo-

czenie (wejcia szybkie X0 X5).

Instrukcja HSZ

(High speed zone compare) jest z³o-

¿on¹ instrukcja szybk¹, wykorzystuj¹c¹

liczniki szybkie. Instrukcja ma trzy tryby

pracy:

Tryb (1) funkcjonuje jako porówna-

nie aktualnej zawartoci wybranego licz-

nika szybkiego z dwiema zadanymi war-

tociami S1 i S2.

Rys. 7. Instrukcja HSZ tryb 1; porównanie

zawartoci licznika szybkiego ze sta³ymi S1

i S2

Rys. 6. Pomiar czêstotliwoci impulsów

wejciowych za pomoc¹ instrukcji SPD

W wyniku porównania ustawiane s¹

trzy znaczniki lub wyjcia fizyczne Yn:

[Licznik]<S1,

S2>[Licznik] >S1,

[Licznik]>S2.

Stany wyjæ Yn ustawiane s¹ metod¹

przerwaniow¹ bez zale¿noci czasowej od

cyklu sterowania.

Tryb (2) instrukcji HSZ ró¿ni siê de-

finicj¹ wartoci zadanych S1 i S2. W tym

przypadku wartoci te s¹ zadawane tabe-

larycznie, gdzie S1 okrela adres pierw-

szego rejestru, a S2 liczbê rekordów w ta-

beli (maks. 128). Ka¿dy rekord sk³ada siê

z 4 kolejnych rejestrów: w pierwszych

dwóch zapisywana jest 32-bitowa liczba

porównywana z zawartoci¹ licznika

szybkiego, w trzecim rejestrze zapisany

Rys. 5. Ustawianie wyjæ dwustanowych za

pomoc¹ instrukcji HSCS i HSCR

Pomiar ten wymaga jednak wygene-

rowania precyzyjnej bramki czasowej (np.

10 ms, 100 ms, 1000 ms), w czasie której

zliczane s¹ impulsy wejciowe. Liczba

impulsów zliczona w zadanej jednostce

czasu, (po ewent. przeliczeniu), jest mie-

rzon¹ prêdkoci¹ obrotow¹ lub innym

parametrem fizycznym.

Stosowanie wbudowanych liczników

czasu (timerów) nie jest dobrym rozwi¹-

zaniem, gdy¿ liczniki czasu sprawdzane

s¹ programowo w cyklu sterowania, a wy-

nik zawsze obarczony jest b³êdem. Wiel-

koæ tego b³êdu zale¿na jest od czasu trwa-

nia cyklu sterowania oraz od podstawy

Wraz z instrukcjami HSCS i HSCR

(High speed counter set, High speed co-

unter reset) ka¿dy licznik szybki mo¿e

ustawiæ lub skasowaæ stan dowolnego

wyjcia dwustanowego po zliczeniu za-

danej liczby impulsów zewnêtrznych.

Ustawienie i kasowanie wyjæ odbywa siê

w trybie przerwaniowym, co pozwala na

wykonanie tej instrukcji przy pe³nej szyb-

Napêdy i Sterowanie - Nr 11/2001 - str 20

C yan M agenta Y ellow blac K

napêdy i sterowanie

Rys. 8. Instrukcja HSZ tryb 2; porównanie

zawartoci licznika szybkiego ze sta³ymi

zadanymi tabelarycznie (maks. 128 rekor-

dów danych)

systemu sterowników kompaktowych

Mitsubishi Electric. Systemu, który za-

wiera w sobie o wiele wiêcej funkcji szyb-

kich, ni¿ tutaj opisano. Zosta³ jedynie

zasygnalizowany taki problem, i¿ system

programowalny PLC zawiera w sobie

równie¿ gotowe mikrooperacje, które

wykonywane s¹ ca³kowicie niezale¿nie od

cyklu sterowania. Operacje te, zwane

szybkimi, dostêpne s¹ w postaci instruk-

cji w³¹czanych do normalnego obiegu

pêtli steruj¹cej. Jednak ich wykonanie

ró¿ni siê od innych instrukcji tym, ¿e po

zainicjowaniu wykonanie odbywa siê nie-

jako obok programu g³ównego.

Takie podejcie wydatnie zwiêksza

efektywnoæ sterownika i umo¿liwia

w jednym programie równoczesne kon-

trolowanie zjawisk szybkich oraz wol-

nych. Kontrolowanie algorytmu dzia³a-

nia maszyny jako ca³oci i kontrolowa-

nie poszczególnych faz, wymagaj¹cych

szybkiego i dok³adnego pomiaru, oraz

bezzw³ocznego wysterowania. Takie ce-

chy sterowania niezbêdne s¹ we wszel-

kiego typu nowoczesnych maszynach

i urz¹dzeniach.

jest adres wyjcia. W czwartym rejestrze

wpisany jest kod akcji, który decyduje

o ustawieniu b¹d wyzerowaniu stanu

wyjcia.

Tablica rekordów przetwarzana jest po

kolei; w jednej chwili aktywny i przetwa-

rzany jest tylko jeden rekord. Tak jak

w poprzednim przypadku, wynik przetwa-

rzania ustawia lub kasuje odpowiednie

wyjcie metod¹ przerwaniow¹.

Tryb (3) instrukcji HSZ jest kombi-

nacj¹ dwóch instrukcji: HSZ tryb (2) oraz

instrukcji PLSY (generacja zadanej licz-

ny impulsów o zadanej czêstotliwoci).

Jeden rekord danych sk³ada siê z 32-

-bitowej liczby porównywanej z zawarto-

ci¹ licznika szybkiego, oraz drugiej licz-

by z przedzia³u od 0 do 1000. Liczba ta

MPL Technology Sp. z o. o.

Przedstawiciel Mitsubishi Electric

w dziedzinie

Automatyki Przemys³owej

Rys. 9. Instrukcja HSZ tryb 3; porównanie

zawartoci licznika szybkiego ze sta³ymi

zadanymi tabelarycznie (maks. 128 rekor-

dów danych). Wynik porównania generuje

zadan¹ czêstotliwoæ wyjciow¹

Biuro Zarz¹du

31-444 Kraków

ul. liczna 36

tel.: (012) 632-28-85, 632-42-67, 633-

08-05

fax: (012) 632-47-82

e-mail: krakow@mpl.pl

Biuro w Pruszkowie

05-500 Pruszków

ul. Staszica 1

tel.: (022) 758-86-05, 728-86-05, fax:

(022) 759-93-08

e-mail: warszawa@mpl.pl

reprezentuje czêstotliwoæ wyjciow¹

w Hz generowan¹ przez instrukcjê PLSY.

W konsekwencji dzia³ania takiej instruk-

cji, poszczególne obszary liczbowe osi¹-

gane przez licznik szybki determinuj¹

czêstotliwoæ wyjciow¹ instrukcji PLSY.

Pozwala to na ukszta³towanie charakte-

rystyki statycznej i dynamicznej napêdu

typu silnik krokowy czy te¿ serwonapêd.

Opisane w niniejszym artykule cechy

oraz instrukcje pozwalaj¹ u¿ytkowniko-

wi tego sprzêtu na lepsze wykorzystanie

Biuro w Katowicach

40-203 Katowice

al. Rodzieñskiego 188

tel./fax: (032) 203-90-39

e-mail: katowice@mpl.pl

www.mpl.pl

Napêdy i Sterowanie - Nr 11/2001 - str 21

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: