Programmazione di dispostivi industriali IEC

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1 Programmazione di dispostivi industriali IEC Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica Universitá degli Studi di Udine A.A

2 Premessa > uso dei PLC grazie al miglioramento prestazioni e miniaturizzazione tecnologia controllo e supervisione di sistemi sempre più complessi differenze di velocità, comunicazione, I/O

3 Desiderata Utilizzo simultaneo di diversi linguaggi di programmazione Modifica online di programmi Reverse documentation dei programmi Riutilizzo di moduli Verifica e simulazione off-line del funzionamento Documentazione del progetto e verifica della qualità Utilizzo di sistemi non proprietari

4 Lo standard IEC cerca di risolvere/ovviare alcuni dei problemi e differenti sistemi di sviluppo potranno implementarne solo parte. Perchè dovrebbe funzionare? Crescita costo formazione personale Crescita sviluppo di programmi sempre più complessi Costo sviluppo di sistemi di programmazione più complessi

5 Vantaggi al produttore Possibilità di modifiche della definizione degli standard Riduzione dei costi mediante standardizzazione Riduzione rischi prodotto inadatto Riduzioni time-to-market per nuovi prodotti Vantaggi all utilizzatore Possibilità di lavorare con sistemi con caratteristiche prevalenti simili Facilitá nella scelta di sistemi di sviluppo Portabilità dei programmi (parte)

6 Certificazione soddisfacimento standard Base level: istruzioni fondamentali comuni Portability level: costrutti fondamentali portabili su diversi sistemi a livello di moduli Full level: interscambio totale Formato di interscambio (certificazione, luogo, produttore, etc.)

7 Le POU (blocchi dei vecchi sistemi di sviluppo), Programming Organisation Unit, sono le più piccole unità software di un programma. Le POU possono effettuare chiamate ad altre POU. 1. Function (FUN): tempo invarianti, stessi ingressi generano sempre la stessa uscita (function value, valore della funzione); 2. Function Block (FB): dispongono di data record e sono tempo varianti, ovvero permettono di memorizzare dati e riutilizzarli alla chiamata successiva (si veda più avanti l istanziazione di FB ); 3. Program (PROG): in cima alla gerarchia e permettono di accedere agli I/O del dispositivo e renderli disponibili ad altre POU;

8 Lo standard stabilisce la struttura delle POU (realizzate dall utente) e l interfaccia di I/O di funzioni standard (standard FUN ) e function block standard (standard FB ).

9 Variabili: servono a memorizzare ed elaborare dati di processo. Corrispondono a flag o bit dei vecchi sistemi di sviluppo. Nel nuovo standard l allocazione delle variabili non viene fatta dall utente, ma in modo trasparente dal sistema di sviluppo. Il tipo di dati (data-type) delle variabili è obbligatorio e fisso. Alcuni tipi sono predefiniti (Bool, Byte, Real, etc.) e c è la possibilità di definirne di nuovi (record, array, etc.). È possibile associare alcune variabili a specifici I/O e pure garantirne la memorizzazione in caso di caduta di tensione. Alle variabili viene inoltre associato un tipo (variable type) a seconda che siano dichiarate Al di fuori di una POU (globali); Come parametro di chiamata di una POU (di interfaccia); All interno di una POU (locali).

10 Dichiarazione di tipo di dati: in modo testuale (mediante linguaggio) sempre, in modo grafico (parametri di interfaccia) in alcuni casi VAR INPUT (* ingresso *) ValidFlag :BOOL (*booleano*) END VAR VAR OUTPUT (*uscita *) RevPM :REAL (*reale*) END VAR VAR RETAIN (*locali, backup *) MotorNR :INT (*intera*) MotorName :STRING[10] EmStop AT %IX2.0 :BOOL (*bit 2.0 I/O*) END VAR

11 1. Instruction List (IL) (assembler, testuale); 2. Structured Text (ST) (linguaggio alto livello, testuale); 3. Ladder Diagram (LD) (schema a contatti, grafico); 4. Functional Block Diagram (FBD) (blocchi funzionali, grafico); 5. Sequential Function Chart (SFC) (diagrammi di flusso, grafico). Si vedano figure 2.1 e 2.2 del testo per i diversi linguaggi e le figure 2.3, Example 2.2 e Example 2.3 per un esempio di programmazione elementare.

12 PLC = + CPU e processori dedicati (risorse); ogni programma può essere eseguito su una o più risorse; i programmi differiscono in priorità e modalità (ciclico, periodico, interrupt); i programmi vengono associati ad un task al fine di essere resi eseguibili;

13 Il file di configurazione permette di rispondere alle seguenti domande Su quale PLC deve essere eseguito il programma? Con quali modalità di esecuzione e priorità? Si devono associare variabili a indirizzi fisici dell I/O del PLC? Ci sono variabili globali o esterne da condividere con altri programmi? Si vedano l esempio 2.4 e la figura 2.4 del libro di testo. Un PLC project consiste di POU fornite dal produttore del PLC oppure create dall utente. Le POU possono essere utilizzate per la realizzazione di librerie (hardware-independent).

14 Tipo di POU keyword funzionalità PROG PROGRAM Programma principale, assegnazione I/O variabili globali FB FUNCTION BLOCK Routine con variabili di ingresso e uscita, con possibilità di memorizzare dati tra una call e la successiva FUN FUNCTION Funzione a più ingressi e un solo valore La POU è la più piccola unità indipendente che può essere compilata (necessita di conoscere i parametri di interfaccia) e linkata ad altre POU. Il nome della POU è globale e noto all intero progetto e non sono permesse subroutine

15 Tipo di POU e nome (e valore, per FB ); Dichiarazioni di variabili; Codice. PROGRAM nome programma FUNCTION BLOCK nome fnct block FUNCTION nome funzione tipo funzione La parte di dichiarazione contiene tutte le variabili necessarie all esecuzione della POU, di interfaccia e interne. La dichiarazione di interfaccia può essere programmata graficamente. Il codice, o corpo del programma, può essere programmato utilizzando uno dei linguaggi di programmazione (testuale o grafico). Si veda la figura 2.6, l esempio 2.5 e 2.6 per esempi di definizione di POU.

16 Variabili dichiarate prima del codice. Variabili caratterizzate da tipo di dato (bool, real, etc.), mediante keyword dopo il nome della variabile tipo di variabile, mediante posizionamento in apposite sezioni (VAR INPUT, VAR IN OUT, etc.). Si veda l esempio 2.7 e 2.8. Tipo di variabile PROG FB FUN VAR VAR INPUT VAR OUTPUT VAR IN OUT VAR EXTERNAL VAR GLOBAL VAR ACCESS 1 0 0

17 Interfaccia di ingresso: parametri formali (sostituiti con parametri attuali all atto della chiamata); Interfaccia di uscita: variabili di uscita o valore della funzione; Interfaccia globale: variabili globali (global, external e access). Tipo di interfaccia Tipo variabile Note Ingresso VAR INPUT per valore VAR IN OUT per riferimento anche in forma grafica Uscita VAR OUT per valore anche in forma grafica Globali VAR GLOBAL, VAR EXTERNAL, VAR ACCESS Locali VAR (RETAIN) variabili interne Per variabili con dimensioni consistenti, la chiamata per riferimento è meno onerosa. La lettura/scrittura di variabili dipende dal tipo. Si veda la tabella 2.4.

18 Codice Sequential Function Chart: grafo di flusso per la gestione di sequenze/operazioni in serie/parallelo; Ladder Diagram: schema grafico a contatti per la realizzazione di funzioni logiche. Le POU scritte in LD sono divise in sezioni dette reti (networks); FBD: schema grafico a blocchi per operazioni logiche/aritmetiche. Sezioni=reti (networks). Reti booleane esprimibili in LD e viceversa; IL: linguaggio di basso livello (assembler); ST: linguaggio di alto livello per il controllo e calcoli matematici complessi; Altri linguaggi di alto livello: C, Basic, nel rispetto degli standard.

19 Istanziazione di FB I FB devono essere istanziati come le variabili (tipo di dati=tipo del FB, nome della variabile=nome del FB ) VAR Valve: BOOL; (*Valve è istanza di un booleano*) END VAR Supponiamo sia dato il FB MotorType, allora VAR Motor1: MotorType; (*Motor1 è istanza del FB MotorType*) END VAR Le istanze di FB sono visibili all interno della POU in cui sono dichiarate. Se dichiarate come globali, possono essere accessibili da più POU. Le FUN sono invece sempre globali e prive di istanza. Tipo di FB : definisce i parametri di I/O e il comportamento Istanza (nome) di FB : utilizzo all interno di altre POU. Contiene le variabili memorizzate (contatori, FF, etc.). Il meccanismo di istanziazione permette di implementare in diversi modi la POU corrispondente al FB.

20 VAR Counter: CTUD; (*Counter è istanza di contatore UP-DOWN*) END VAR A seguito dell istanziazione, la struttura dati del FB Counter puó essere utilizzata (si veda esempio 2.14) con l interfaccia riportata nell esempio Ad esempio, il valore del contatore UP viene memorizzato nella variabile Counter.CU (così come avviene per le strutture). I valori del contatore non utilizzati vengono comunque inizializzati. Per ciascuna istanza di un FB le VAR, VAR INPUT e VAR OUT vengono memorizzate in un area statica Esiste la possibilità di definire variabile dinamiche (VAR DYN). Le VAR IN (formali) mantengono il valore tra una chiamata al FB e la successiva (non alterati dal FB ). VAR OUT mantengono il valore tra una chiamata e la successiva.

21 Non sono ammessi riferimenti a indirizzi del PLC (%Q, %I, %M). È ammesso l utilizzo di indirizzi se dichiarati globalmente (fuori dal FB ); Non si possono definire variabili globali o di accesso; I dati possono essere passati al FB solo tramite interfaccia (VAR INPUT, VAR INOUT, VAR EXTERNAL). Un FB puó manipolare blocchi di dati solo tramite l interfaccia Un FB è una struttura dati indipendente e incapsulata associata ad un algoritmo che lavora sui suddetti dati Nei sistemi di sviluppo precedenti le FB lavoravano su blocchi di memoria globali (I/O, flag, memoria condivisa). Un FB può avere qualsiasi numero di ingressi e uscite. Un FB può essere dichiarato RETAIN, oppure solo alcune variabili di esso (non var IN e OUT). Per VAR IN OUT il RETAIN equivale a memorizzare il puntatore, dunque occorre dichiarare come RETAIN anche la variabile puntata.

22 FUN La FUN produce sempre la stessa uscita (valore della funzione) a parità di ingressi Può essere utilizzata com operatore in IL e operando in ST. Le FUN sono globali, ovvero il nome è noto a ciascuna POU del progetto PLC. Esistono funzioni standard predefinite dallo standard. Hanno numero arbitrario di ingressi, e una uscita (qualsiasi tipo). Variabili interne senza memoria: no RETAIN

23 Codice o programma FUN e FB =subroutine, PROG =programma principale (main) Accesso a indirizzi fisici del PLC (I/O, memoria) Definizione variabili globali e di accesso (scambio dati fra programmmi) Associato ad un task mediante la configurazione, per renderlo eseguibile sul PLC Non chiamato da altre POU

24 Chiamata di FB e FUN PROG FB e PROG FUN FB FB e FB FUN FUN FUN Ricorsione non ammessa (A chiama se stessa, A chiama B e B chiama A) Si veda il testo, Figura 2.7, esempio 2.17 e 2.18 per chiamate non ammesse. I parametri formali devono o meno essere specificati a seconda del linguaggio usato e della POU Linguaggio FUN FB PROG IL no sí (tre modi) sí ST indifferente sì sí LD e SFC sí sí sí Si veda l esempio 2.20 per le regole di chiamata in IL e ST e l esempio 3.18 per LD.

25 Inizializzazione (per tipo, o dall utente) delle variabili FB e FUN anche se alcuni parametri vengono omessi. Per FB, l inizializzazione avviene solo alla prima chiamata. Nel caso di omissione, occorre specificare i parametri formali (vedi esempio 2.21) Se sono presenti tutti i parametri formali, l ordine è irrilevante, se alcuni assenti, lo è.

26 Istanze di FB come parametri attuali di FB e FUN Istanze di FB e ingressi e uscite di istanze di FB possono essere utilizzate come parametri attuali di altri FB e FUN. Si veda l esempio 2.22 e la tabella 2.8. Chiamata indiretta Se l istanza è passata come VAR INPUT, l istanza e le sue variabili di uscita non possono essere alterati o chiamati nella FB chiamante, ma possono essere lette da questa; Come VAR IN OUT non può essere passata l uscita (il puntatore) di un istanza di FB (alterazione al di fuori del FB ) e neppure l uscita di una FUN. Chiamata diretta Se passate come VAR EXTERNAL o VAR OUTPUT è solo possibile leggere le variabili. Si veda l esempio 2.23.

27 Per le FUN, è possibile passare come ingresso un istanza di FB o variabili di essa (l istanza non viene chiamata, ma vengono utilizzati i dati) FUN possono esser utilizzate come ingresso ad altre FUN e FB. All atto del passaggio la FUN viene chiamata e il suo valore passato come parametro attuale alla FUN ofb. Si veda la tabella 2.9 per un riassunto delle proprietà delle POU.

28 1. Delimitatatori (delimiters); 2. Parole chiave (keywords); 3. Letterali (literals); 4. Identificatori (identifiers). FUNCTION RealAdd: REAL VAR INPUT Inp1,Inp2; REAL; END VAR RealAdd:=Inp1+Inp E-3 END FUNCTION Significato Esempio Delimitatori Caratteri speciali con diverso significato (,),+,- Keyword Parole chiave del linguaggio di programmazione RETAIN, VAR INPUT, REAL Letterali Valori di variabili 12, , 1e4, 16#a5 Identificatori Nomi di variabili, POU, tipi Out1, Pippo, TipoMotore

29 Keywords Non possono essere usate per definire variabili; Maiuscole, minuscole, miste (VAR input); Sono keywords riservate: 1. Nomi di tipi elementari 2. Nomi di FUN standard (ad esempio, LOG) 3. Nomi di FB standard (ad esempio, SR, CTUD); 4. Nomi di parametri di ingresso a standard FUN e di I/O di FB; 5. Operatori in IL (esempio, LD, CAL, ORN); 6. Elementi del linguaggio ST (ad esempio, FOR, CASE, WHILE); 7. Elementi del linguaggio SFC. Si veda l appendice H.1 del testo.

30 Letterali Rappresentano i valori di variabili numeriche Booleani: FALSE/TRUE Byte: 11, 16#0B, 2# Double Word: 16#ABCDEF, 16#ab cdef Interi: 12, 273; Virgola mobile: 13.4, 27.7, 14e-14; Stringhe di caratteri: pippo,. Letterali speciali richiedono il simbolo $: $$=$, $ = (si veda la tabella 3.4). Letterali temporali (rappresentano valori temporali, overflow ammesso, acronimo o completo, si veda tabella 3.3) Durata: t#2d3h4m, time#4s89.4ms, time#1h 22m, time#-1h, TIMe#1h 1m 0s; Data: d# , DaTe# ; Ora del giorno: tod#10:30:01.00, TimE OF day#hh:mm:ss.cs; Data e ora: dt# :15:00.00, date AnD time#aa-mm-gg-hh:mm:ss.cs;

31 Identificatori Devono iniziare con una lettera o un singolo underscore. Maiuscole=minuscole. Label di JUMP (nome routine) o di reti; Costanti enumerative (si veda avanti enumeration); Configurazioni, risorse etc.; Programmi etc; Variabili; Tipi di dati derivati (Tipi di Dati definiti dall utente); Transizioni e step in SFC. Lo standard prevede le prime 6 lettere come significative (bravis simo=bravis sima), ma > numero dipende dal sistema di sviluppo Si veda la tabella 3.6 per esempi di identificatori ammessi.

32 Variabili dichiarate nella parte dichiarativa di una POU. Dichiarazione indipendente da linguaggio usato. Dichiarazione: nome var:tipo var. LE dichiarazioni di nuovi tipi di dati é globale; Classica programmazione PLC: accesso diretto alla memoria o I/O (M 3.1, IW 4). Tipo di dato consistente con la cella di memoria, I/O. Soluzione: creazione tabella di simboli per associare nomi a I/O e memoria. IEC : utilizzo variabili. Tabella assegnazione Dichiarazione variabili IEC VAR I 3.4= InpVar InpVar AT %IX3.4: BOOL ; M 70.7= FlagVar FlagVar: BOOL; Q 1.0= OutVar OutVar AT%QX1.0: BOOL; AT %MX70.6: BOOL; END VAR

33 Nome dela variabile: posizione di memoria assegnata sul PLC (trasparente). Tipo di dati (data type): definisce le proprietà di una variabile Valore iniziale; Campo di valori (range); Dimensione della variabile. Ulteriori proprietà associate alla tipo di variabile (IN, OUT, etc.). Type checking in fase di compilazione e funzionamento: riduzione errori e individuazione malfunzionamenti mediante avvertimenti (warning). Sistemi di sviluppo classici/ IEC 631: allocazione manuale della memoria/allocazione automatica. Assenza errore doppia assegnazione stessa allocazione.

34 Tipi di dati Portabilità codice: uniformità tipi di dati standard. Booleani/stringhe bit Interi Interi senza segno Reali Temporali/stringhe BOOL INT UINT REAL TIME BYTE SINT USINT LREAL DATE WORD DINT UDINT TIME OF DAY DWORD LINT ULINT DATE AND TIME LWORD STRING Dimensione fissa eccetto per temporali (dipende dal sistema di sviluppo). Si veda l appendice D per le proprietà dei tipi di dati.

35 Definizione nuovi Tipi di dati (derivati) TYPE RealeLungo: LREAL; (* nome facile *) FP: RealeLungo; (*definizione basata su nuovo tipo*) FP I1: LREAL:=1.0; (*nuovo valore iniziale*) tcontrol: BOOL:=TRUE; (*nuovo valore iniziale*) END TYPE; Proprietà Val iniziale Enumerativo Range Array Struttura Significato Valori come da lista (interi) Valori nel campo definito Matrice di elementi stesso tipo Elemento complesso con più tipi di dati

36 TYPE Colore: (ros, gia, ara); (*enumerativo*) Semaforo: Colore; Filamacchine: INT (0..20); (* range, inizializzato a sx*) Altre file: ARRAY[1:8] of FilaMacchine; Incrocio a 4: (*struttura*) STRUCT Semafori: ARRAY[1..4] OF Semaforo; File: array[1..4] OF FilaMacchine; END STRUCT; END TYPE VAR File Persone: Altre File:=[1,3,2(1,4),0,5]; END VAR; Array o strutture di FB non sono al momento permessi (futura introduzione). Nesting (annidamento) di array e strutture permesso (senza ricorsione)

37 Tipi di dati generici Tipi di dati gerarchicizzati. Tipi generici utilizzati per overloading di funzioni, vietati nelle dichiarazioni. Lo standard prevede una strutturazione dei tipi di dati: BOOL, BYTE, WORD, etc., sono figli di ANY BIT; INT, SINT, UINT, DINT etc. sono figli di ANY INT; REAL, LREAL sono figli di ANY REAL; ANY INT e ANY REAL sono figli di ANY NUM; DATE, TIME OF DAY, DATE AND TIME sono figli di ANY DATE; ANY BIT, ANY NUM e ANY DATE sono figli di ANY.

38 Variabili Proprietà specificata dal tipo di dato; Inizializzazione esplicita variabile; Informazioni sulle dimensioni dell array; Tipo di variabile (blocco dichiarativo) e attributo tipo di variabile { }} { VAR OUTPUT Pippo } {{ } Nome variabile attributo { }} { RETAIN : } BYTE {{ } tipo :=12 } {{ } Val iniz. ; END VAR; Enumerazioni, range e strutture non possono essere inizializzati. La dichiarazione di un istanza di FB equivale a dichiarazione di una variabile, quella di un FB al tipo (inizializzato qui).

39 I/O e memoria Rappresentazione diretta (old style); Rappresentazione simbolica (new style); AT+%+(I,Q,M)+(,X,B,W,D,L)+v.w.x.y.z= PLC.bus.modulo.word.bit (dipende dal sistema) %I30 Bit 80, ingresso %IW20 Word 7, ingresso %M3.0 Flag 0 della word 2, memoria %QX5.2.1 Byte 1 della word 1 del modulo 5, uscita VAR AT %IW6: WORD; AT %QD3: DINT; OUT HG AT %QW7: WORD; AD 3 AT %QD3: WORD; END VAR

40 Array, strutture e inizializzazione VAR Prova: Incrocio a 4; END VAR;... Prova.Semafori[1]:=ros; Prova.File[2]:=17; Priorità di inizializzazione: 1. RETAIN (warm restart) > 2. Inizializzazione con variabile (cold restart) > 3. Inizializzazione con tipo (cold restart). Il valore iniziale di Ingressi e uscite dipende dal sistema. Inizializzazione non permessa per: EXTERNAL e VAR IN OUT

41 Attributi e rappresentazione grafica di variabili RETAIN, CONSTANT: associati all intera sezione (IN, OUT, etc.); R EDGE, F EDGE, READ ONLY, READ WRITE: singola variabile (si veda capitolo 5 per R EDGE) TIPO DI VAR RETAIN CONSTANT R/F EDGE(g) READ ONLY/WRITE VAR IN(g) OUT(g) IN OUT(g) EXTERNAL GLOBAL ACCESS Table: Attributi e possibilità di rappresentazione grafica delle variabili

42 IL Label: Operatore/Funzione Operand1,(Operando2,..) commento Nome etichetta Operatore o funzione uno o più operandi (*...*) Esempio CND1: LD In1 (* carica in1 su accumulatore *) AND Out2 (* AND di accumulatore con Out2 *)... JMPCN CND1 (* se accu=1, salta a CND1 NOTA: ; non ammesso in IL. Risultato intermedio (tipo di dato elementare, derivato, function block) memorizzato nell accumulatore virtuale (Current Result, CR). Vedi esempio in aula. Alcuni operatori possono modificare il CR: Crearlo (C, es: LD), Elaborarlo (P, es: GT), Lasciarlo immutato (U, es ST),lasciarlo indefinito (-, es: return da FB).

43 Operatori, modificatori Operatore+N+C+( N negazione operando: ANDN, ORN, LDN; ( parentesi (anche più livelli); C condizionale (= se CR=TRUE): JMPC; Operatori Booleani: LoaD, AND, AND(, OR, OR(, XclusiveOR, XOR(, STore, Set (operando= TRUE se CR=TRUE), Reset (operando=false se CR=TRUE), ); Operatori generici: LD, ST, ADD, SUB (CR-operando), DIV (CR/operando), GreaterThan (CR>operando), GT(, GE, GE(, EQ, EQ(, NE, NE(, LE, LE(, LT, LT(, ); Operatori di salto o chiamata: JuMP, JMPC+N (salti/condizionato a label), CALl, CALC+N (esecuzione/condizionata FB ), RETurn, RETC+N (return/condizionato da FB o FUN ), nome funzione;

44 Chiamata di Funzioni e Function Block FUN FB LD operando1 (*modificatori (N, C, ( non ammessi*) nome funzione+spazio+operando2,+operando3,+.. chiamata con nome parametri attuali e formali di ingresso tra parentesi: Time1(IN1:=1, IN2:=-1) memorizzando i parametri formali negli attuali +CAL nome FB: LD 1 (* Attuale *) ST Time1.IN1 (* Formale *) LD -1 (*Attuale *) ST Time1.IN2 (* Formale *) CAL Time1 (* Chiamata *) LD Time1.OUT (* formale *) ST Mio out (* Attuale, POU chiamante *)

45 Esempio IL 1. Tre sensori, S1, S2 e S3, segnalano la presenza in ciascuna stazione. La variabile StationStop memorizza il numero di stop; 2. Il controllo del motore avviene mediante: Direction (1=avanti, 0=indietro), a tenuta StartStop: (1=start, 0= stop) 3. All interno della cabina, il controllo dell apertura della porta avviene mediante il segnale DoorOpenSignal (1=apri, 0=chiudi); 4. I motori per l apertura/chiusura della porta vengono attivati dal fronte di OpenDoor e CloseDoor; 5. L avvio/stop del sistema avviene mediante il pulsante MrStart, MrEnd. 6. È necessario segnalare con un segnale di pericolo il sistema in stato di stop.

46 FUNCTION BLOCK MRCONTROL VAR INPUT MRsTart: BOOL R EDGE; MREnd: BOOL; S1, S2, S3: BOOL R EDGE; DoorOpenSignal: BOOL; END VAR VAR IN OUT STartStop: BOOL; END VAR VAR OUTPUT OpenDoor, CloseDoor: BOOL; END VAR VAR OUTPUT RETAIN EndSignal: BOOL; END VAR VAR StationStop: CTU; (*contatore numero di stop*) DoorTime: TON; (*chiusura ritardata porta*) END VAR VAR RETAIN Direction: BOOL; (direzione: su=1, giù=0*) END VAR (* Prima partenza? Azzera tutte le variabili *) LD MRstart R EndSignal JMPC ResCount JMP Arrive ResCount: LD 1 ST StationStop.Reset LD 9999 ST StationStop.pv CAL StationStop (*FB *) JMP Closecabin

47 Arrive:LD S1 OR S2 OR S3 R StartStop CALC StationStop(RESET:=0, CU:=1) LD S1 XO3 S3 JMPCN NoDirChange LD Direction STN Direction NoDirchange:LD OpendoorSignal ANDN STartStop ST Opendoor LD Mrend ANDN StartStop S EndSignal JMPC Pouend CloseCabin:LD DoorOpenSignal STN CloseDoor LDN DoorOpenSignal ANDN StartStop ST Doortime.IN LD T#10s ST Doortime.PT CAL DoorTime LD DoorTime.Q S StartStop PouEnd: RET END FUNCTION BLOCK

48 ST Pro: Alto livello, formulazione/scrittura compatta, chiara, potente e strutturata (niente JMP o GOTO) Contro: assenza controllo compilazione, minore efficienza. Istruzioni (statement) separate da ;. L EOL o LF=spazio. Più istruzioni su una linea o istruzione su più linee. Commenti all interno delle istruzioni A:=(*operatore assegnazione *) IN1 (*ingresso*) AND (*operatore*) IN2;

49 Statement assegnazione: a:=10; chiamata FB : nome FB(IN1:=10,IN2:=10,mio out); terminazione POU ante tempo: RETURN (*a POU chiamante *); Assegnare la variabile di uscita di una FUN prima del RETURN selettore binario: IF a<3 THEN g:=4; ELSEIF a=3 THEN g:=7; ELSE g:=0; END IF; selettore multiplo: CASE nome var OF 1: g:=11; 2: g:=12; ELSE g:=0; END CASE; CONTINUA

50 ciclo (numerato) FOR: FOR nome var:=val ini TO val fin BY passo DO h:=h/2; END FOR; 1) nome var, val ini, val fin e passo dello stesso tipo 2) non alterare nome var, val ini e val fin all interno del loop (passo?); ciclo (controllo inizio) WHILE: WHILE nome var=true DO h:=h/2; IF h<= 1 THEN nome var:=false; END IF; END WHILE; ciclo (controllo fine) REPEAT: REPEAT nome var:=nome var*2; UNTIL nome var =100; END REPEAT; terminazione ciclo: EXIT; (* esce dal LOOP prima del verificarsi della condizione di fine loop*) vuota: ;; (* per migliore leggibilità codice *);

51 Espressioni e operatori PROG=lista di istruzioni, istruzione= lista di espressioni, espressioni= operando+operatore+operando Operatori: parentesi, chiamata di funzione (nome funzione+parametri), potenza **, opposto -,NOT, AND, OR, XOR, confronto <, <=, >, >=, =, etc. Regole di precedenza classiche (* > + e -, parentesi > altre, etc.), definite da standard (tabella 4.6) non utilizzare mai FB all interno di espressioni (non producono un valore come le FUN ).

52 Esempio ST Regolazione dei due speaker a seconda del valore del bilanciamento (balance), INT tra -5 e +5, e del volume, INT tra 0 e 10. L uscita agli amplificatori é un REAL; Controllo del volume. Un LED deve segnalare se il volume eccede un valore di sicurezza per un tempo predefinito e tale evenienza deve essere segnalata al programma chimante; Il programma deve essere parametrizzato per due modelli. 0 0 L Bal 5 5 Vol R Figure: Diramazioni, crossing e wired-or

53 FUNCTION BLOCK Volume VAR INPUT BalControl: SINT(-5..5); (* bilanciamento, intero da -5 a 5 *) VolControl: SINT(0..10); (* volume, intero da O a 10 *) ModelType: BOOL; (* 2 modelli: TRUE o FALSE *) END VAR VAR OUTPUT RightAmplif, LeftAmplif: REAL; (* variabile regolazione ampli dx e sx*) LED: BOOL; (* LED di allarme on: TRUE; off: FALSE *) END VAR VAR IN OUT Critical: BOOL; (* return value *) END VAR VAR MaxValue: REAL:=26; (* max. amplificazione; se attiva a lungo, LED=ON *) HeatTime: TON; (* istanziazione FB*) (* per controllare tempo attivazione max amplif.*) Overdrive: BOOL; (* stato di allarme *) END VAR

54 (* Regolazione ampli destro in funzione di bilanciamento e volume*) RightAmplif:= Norm (LCtrlK := VolControl,Type := ModelType,BIK := BaIControl+5); (*Regolazione ampli sx*) LeftAmplif:=Norm (LCtrlK := VolControl,Type := ModelType,BIK:= ABS(BaIControl- 5)); (* Amplificazione troppo alta? *) IF MAX(LeftAmplif, RightAmplif) >= MaxValue THEN Overdrive := TRUE; ELSE Overdrive := FALSE; END IF; (* Amplificazione troppo alta per più di 2 secondi? *) HeatTime (IN := Overdrive, PT := T#2s); LED := HeatTime.Q; IF HeatTime.Q = TRUE THEN Critical:= 1; END IF; END FUNCTION BLOCK

55 FUNCTION Norm: REAL VAR INPUT BIK: SINT;(* bilanciamento *) LCtrIK:SINT;(* volume *) Type: BOOL;(* 2 tipi: TRUE o FALSE *) END VAR TYPE CalType : REAL := 5.0; (* nuovo tipo di dato con val. iniz. =5.0 *) END TYPE VAR Calib:CaIType; (* Fattore di scala per l uscita su ampli *) END VAR (* Calcola il valore dell ampli a seconda di volume, bilanciamento e modello *) Norm := SINT TO REAL(BIK) + (* bilanciamento *) Calib + (* + fattore di scala *) SEL(G := Type, IN0 := 4.0, IN1 := 6.0) + (* + fz. del modello *) SINT TO REAL(LCtrIK); (* + volume*) END FUNCTION

56 Struttura FBD e LD 1. Intestazione e conclusione della POU 2. Dichiarazione di variabili 3. Codice: suddiviso in reti (networks), numerate in sequenza in maniera automatica (0001, 0002 ). Il numero svolge il ruolo di numero di riga di un classico linguaggio di programmazione. Ogni rete consiste di 3.1 Etichetta (label): per raggiungere le istruzioni della rete da altra rete (JUMP). Il nome é locali=visibilità limitata alla POU in cui si trova. 3.2 Commento 3.3 Grafico funzionale (funzionamento della rete) numerazione automatica z} { 0010 nome scelto dall utente z } { Nome label : ( Commento ) grafico funzionale

57 Elemento1 Elemento3 Elemento1 Elemento3 Elemento2 Elemento4 Elemento2 Wired OR solo in LD Figure: Diramazioni, crossing e wired-or Elemento4 network_x: prima_parte connettore (locale POU) conn1 conn1 seconda_parte schermo Figure: Connettori

58 funzione VarAnd1 VarAnd2 Blocco funzionale istanza AND Counter_1 CTU CU Q VarOut Var_start R CV 1000 PV d=c and (a or b) a b >=1 & c d a b d=c+ab * + c d Figure: Connessione di FUN efb a d * c + d a b * c + d feedback implicito feedback esplicito Figure: Feedback

59 Oggetto Nome Significato Esempio 1 <RETURN> RETURN incondizionato RET restituisce il controllo alla POU chiamante [0005] nwp <RETURN> RETURN condizionato LD nwp se nwp==1 termina la POU e ritorna a chiamante [0005] RETC se nwp==0, ignora 1 >>nome label salto incondizionato JMP nome label salta a network indicata nwp >> nome label salto condizionato LD nwp JMPC nome label se nwp==1 salta a nome label se nwp==0, ignora Reti elaborate dall alto al basso (eventualmente con JUMP). Regole di elaborazione della singola rete: 1) necessaria elaborazione di tutti gli ingressi di un elemento (FUN o FB ) prima dell esecuzione dell elemento 2) l elaborazione di un elemento è completata solo quando tutti le uscite sono state elaborate 3) l elaborazione di una rete è completata quando tutti gli elementi sono stati elaborati [0004]

60 Esempio FBD FUNCTION BLOCK Volume VAR INPUT BalControl: SINT(-5..5); (* bilanciamento, intero da -5 a 5 *) VolControl: SINT(0..10); (* volume, intero da O a 10 *) ModelType: BOOL; (* 2 modelli: TRUE o FALSE *) END VAR VAR OUTPUT RightAmplif, LeftAmplif: REAL; (* variabile regolazione ampli dx e sx*) LED: BOOL; (* LED di allarme on: TRUE; off: FALSE *) END VAR VAR IN OUT Critical: BOOL; (* return value *) END VAR VAR MaxValue: REAL:=26; (* max. amplificazione; se attiva a lungo, LED=ON *) HeatTime: TON; (* istanziazione FB*) (* per controllare tempo attivazione max amplif.*) Overdrive: BOOL; (* stato di allarme *) END VAR

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63 FUNCTION Norm: REAL VAR INPUT BIK: SINT;(* bilanciamento *) LCtrIK:SINT;(* volume *) Type: BOOL;(* 2 tipi: TRUE o FALSE *) END VAR TYPE CalType : REAL := 5.0; (* nuovo tipo di dato con val. iniz. =5.0 *) END TYPE VAR Calib:CaIType; (* Fattore di scala per l uscita su ampli *) END VAR

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65 LD deriva dagli schemi a contatti elettromeccanici principalmente utilizzato per funzioni logiche codice ordinato per networks, come in FBD ogni network è organizzata tra le linee di potenza a sx e dx la linea a sx è caricata al valore 1 (alto) i vari contatti lungo la linea lasciano passare (o fermano) il valore Prima_rete Var1 Var2 Varout Var3 Varout=Var1 and (Var2 or Var3) Figure: LD

66 Contatti e bobine vsx A A P A N A A = (vsx) AND A Contatto aperto/chiuso = TRUE se 1) fronte salita A 2) vsx=true =FALSE altrimenti = TRUE se 1) fronte discesa A 2) vsx=true =FALSE altrimenti A=vsx A=NOT(vsx) Contatto rising edge Contatto falling edge Bobina Bobina negata A = (vsx) AND (NOT A) Nota: con la lettera M nella bobina A e di tipo RETAIN A S A R A P A=TRUE se vsx=true immutato, altrimenti A=FALSE se vsx=true immutato, altrimenti A=TRUE se fronte di salita di vsx A= immutato altrimenti Bobina set Bobina reset Bobina rising/fallling edge Figure: LD Nota: anche SM Nota: anche RM A N

67 Controllo del programma Oggetto Nome Significato Esempio <RETURN> RETURN incondizionato RET restituisce il controllo alla POU chiamante [0011] nwp <RETURN> RETURN condizionato LD nwp se nwp==1 termina la POU e ritorna a chiamante [0005] RETC se nwp==0, ignora >>nome label salto incondizionato JMP nome label salta a network indicata [0002,4] nwp >> nome label salto condizionato LD nwp JMPC nome label se nwp==1 salta a nome label se nwp==0, ignora [0001,8]

68 Chiamata di FB Come in FBD, ma almeno un ingresso e un uscita devono essere BOOL e collegati alle linee di potenza sx e dx. Blocco funzionale istanza Counter_1 CTU nwp CU Q ResVar R CV SetValue PV nwp Figure: Chiamata FB

69 Chiamata di FUN Le FUN dispongono di ulteriori I/O BOOL: EN e ENO, da collegare (direttamente o tramite altre reti) alle line potenza. Se EN=FALSE, la funzione non viene eseguita e ENO=FALSE; Se EN=TRUE, ENO viene inizializzato a TRUE; Durante l esecuzione della funzione ENO può essere assegnato; Se durante l esecuzione della FUN c è un errore (vedi appendice E), ENO=FALSE. nwp SelVar Var1 Var2 SEL EN ENO G IN0 IN1 nwp OutVar Figure: Chiamata FUN

70 Esecuzione e feedback Come in FBD, riga per riga da alto verso basso. Per quanto riguarda l elaborazione della singola rete, dipende dal sistema, tipicamente, da sx a dx. Si vedano figure 4.38 e figura In LD è ammesso il solo feedback implicito (nessuna retroconnessione) Prima_rete Var1 Var2 Var3 Var1 Figure: Feedback Si sconsigila l utilizzo di feedback con variabili di uscita di FB

71 Esempio in LD FUNCTION BLOCK MRCONTROL VAR INPUT MRsTart: BOOL; (*segnale avvio*) MREnd: BOOL; (* avvio procedura stop*) S1, S2, S3: BOOL; (* sensori di stazione*) DoorOpenSignal: BOOL;(switch apertura porta: 1=aperta, 0=chiusa*) END VAR VAR IN OUT STartStop: BOOL; (* movimento cabina: 1=movimento, 0=ferma*) END VAR VAR OUTPUT OpenDoor, CloseDoor: BOOL; (* motori apertura/chiusura porta*) EndSignal: BOOL; (* segnale avviso sistema spento*) END VAR VAR OUTPUT RETAIN EndSignal: BOOL; END VAR VAR StationStop: CTU; (*FB contatore numero di stop*) DoorTime: TON; (*FB chiusura ritardata porta*) Dirswitch: SR; (*FB flip-flop SR per cambio direzione*) END VAR VAR RETAIN Direction: BOOL; (* direzione attuale*) END VAR

72 0001: (* Se il sistema viene avviato per la prima volta dopo shut-down, resetta EndSignal*) 0002: >> Arrive 0003 ResCount: (*Risetta il contatore di stazioni*) 0004: >> CloseCabin 0005 Arrive: (* incrementa il valore del contatore di stazioni se la cabina arriva ad una stazione *)

73 0006: (* Cambio di direzioni su stazione 1 e 3*) 0007: (* se sono verificate le condizioni per aprire la porta, attiva OpenDoor *) 0008: (*se richiesto il poweroff, segnalalo e esci*) 0009 CloseCabin: (* chiudi la porta quando l interruttore di apertura porta viene chiuso *)

74 0010: (* la cabina riparte 10 secondi dopo l attivazione dell interruttore porte*) 0011 PouEnd: (* return a POU chiamante *) <RETURN> END FUNCTION BLOCK

75 SFC utilizzato per scomporre in sottounità programmi ad elevata complessità; scomposizione in processi sequenziali e paralleli; la temporizzazione delle sottounità dipende da condizioni statiche (variabili funzione del programma) e dinamiche (I/O del PLC); le sottounità sono programmate in uno dei quattro linguaggi visti (LD, IL, ST, FBD); SFC deriva dalle reti di PETRI e viene verificato formalmente; linguaggio grafico (immediato), ma ammette descrizione in formato testuale (interscambio, backup); descrizione di funzioni in SFC non permessa se una POU è scritta in SFC, allora tutta la POU deve essere strutturata in SFC

76 Processo chimico 1. Riempimento serbatoio fino a sensore pieno; 2. Chiusura valvola riempimento e attivazione mixer fino a raggiungimento mixing desiderato; 3. Interruzione mixer, svuotamento serbatoio mediante apertura valvolva uscita. Lavabiancheria 1. Apertura valvola acqua e riempimento serbatoio fino a sensore pieno; 2. Rotazione cestello per intervallo funzione del carico e ciclo scelto Centrifuga, svuotamento

77 POU in SFC suddivisa in una o più reti (networks), ciascuna composta da passi (step) e transizioni (transitions); step: attivo o inattivo. Se attivo, viene ripetuto un set di istruzioni (actions) fino alla disattivazione; transition: disattivano gli step a monte e attivano gli step a valle: lo stato di attivo (token) viene passato dai predecessori ai successori; i token non possono moltiplicarsi o circolare in maniera incontrollata: strumenti per la verifica formale del corretto funzionamento; il verificarsi di una transizione dipende dalla condizione di transizione=espressione booleana; una POU ha sempre uno step iniziale da cui parte;

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79 Sequenza singola: ST= Trans = SB Se ST è attiva, al verificarsi di Trans, il token viene passato a SB. Percorso divergente (1/3): selezione di una sola sequenza, con priorità decrescente da sx a dx (asterisco) Se ST è attiva, le transizioni Trans1, Trans2,... vengono verificate e la prima di queste che è vera (l iesima), disattiva ST e attiva a valle l iesimo step SB. Anche in formato testo Percorso divergente (2/3) con priorità assegnata: selezione di una sola sequenza, con priorità assegnata dall utente. Solo grafico.

80 Percorso divergente (3/3) mutuamente esclusivo: come il divergente, ma senza precedenza e con condizioni di transizione mutuamente esclusive (una sola TRUE per volta). Solo grafico. Convergenza di sequenze: quando uno degli step STn è attivo e la corrispondente Transn diventa TRUE, STn viene disattivato e il token passato a SB. Sequenze simultanee (parallelo): if ST=ACTIVE and Trans =TRUE then stop(st); start(sb1); start(sb2); end if. Convergenza di sequenze in parallelo: se tutte le STn sono attive e Trans =TRUE, allora interrompile tutte e attiva SB.

81 Anello: come il divergente sotto (1/3, 2/3, 3/3), con la possibilità di ritornare a uno step a monte. Sequenza di bypass: come il divergente a monte (1/3, 2/3, 3/3), step vuoto su un canale.

82 Rete insicura: token incontrollato; Rete irragiungibile: token non può mai raggiungere alcuni step; Figure: Rete insicura (sx) e rete irragiungibile (dx)

83 Step step=set di istruzioni eseguite fino a che lo step è attivo deattivazione tramite transition=condizione booleana di transizione transizioni programmate in IL, FBD, LD, ST

84 nome_step nome_step Collegamento all action block fornisce flag attivazione Nome dello step Collegamento all action block fornisce flag attivazione Nome dello step STEP nome_step: (*corpo dello step *) END_STEP INITIAL_STEP nome_step: (*corpo dello step *) END_STEP Figure: Rappresentazione grafica e testuale di uno step nome step.x (WP), variabile definita in modo implicito, flag di attivazione dello step (step flag)=true/false nome step.t (WP), tempo di attivazione dello step. =0 se lo step non è mai stato attivo, altrimenti la durata dell ultima attivazione. Se è necessario utilizzare tale informazione al ciclo successivo: POU di tipo RETAIN

85 Transition Una transizione attiva gli step a valle se (a) tutti i passi a monte sono attivi e (b) la condizione di transizione è vera. Descrizione di una transition: 1. Sintassi immediata: condizione di transizione scritta a fianco della transizione (ST, LD, FBD). Espressioni booleane con sola assegnazione alla variabile di transizione (FUN OK, FB KO); 2. Connettori: condizione di transizione fornita dalla rete associata al connettore (LD, FBD); 3. Nome della transizione: la transizione viene descritta separatamente (LD, ST, FBD, IL). La stessa descrizione può essere utilizzata per più transizioni.

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89 TRANSITION FROM (stepm 1,..,stepM n) TO (stepv 1,..,stepV n): LD Var1 AND Var2 (*il CR deve contanere un BOOL alla fine*) END TRANSITION TRANSITION FROM (stepm 1,..,stepM n) TO (stepv 1,..,stepV n) := Var1 & Var2 (*espressione booelana*) END TRANSITION Desiderata non ancora implementati: TRANSITION nome transition FROM (stepm 1,..,stepM n) TO (stepv 1,..,stepV n): (* condizione di transizione*) END TRANSITION