La gestione delle porte seriali. OMRON Electronics SpA

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1 La gestione delle porte seriali 1

2 Impostazione porte di comunicazione La modalità di utilizzo delle porte di comunicazione è specificata nell area di setup del PLC a loro destinata. Per esempio, per impostare il protocollo di comunicazione della porta seriale occorre intervenire nel setup del PLC (tramite CX-Programmer, o tramite console di programmazione). In alternativa è possibile cambiare le impostazioni direttamente da programma, utilizzando l istruzione STUP(237) 2

3 Impostazione porte di comunicazione L istruzione STUP(237) scriverà 10 canali (da S a S+9) nell area di setup dei parametri di comunicazione relativi alla porta indicata in C S = #0000 riporta la porta alle impostazioni di default 3

4 Le istruzioni TXD e RXD Le istruzioni TXD(236) e RXD(235) inviano e ricevono dati nelle comunicazioni in protocollo libero (custom) tra il PLC e dispositivi esterni quali: PC, stampanti Altri PLC Sensori intelligenti, termoregolatori Servoazionamenti Bilance Lettori di carte magnetiche Qualunque dispositivo dotato di porta seriale RS-232C 4

5 L istruzione TXD L istruzione TXD(236) viene programmata con tre parametri: La TXD(236) invierà in uscita sulla porta seriale N Byte (caratteri) a partire da S fino a S+(N/2)-1 Verranno aggiunti i codici di inizio e di fine specificati per il protocollo libero nelle impostazioni del PLC 5

6 L istruzione RXD L istruzione RXD(235) viene programmata con tre parametri: La RXD(235) leggerà i dati ricevuti dalla porta seriale e salverà N byte di dati nei canali da D a D+(N/2)-1. In protocollo libero verranno ricevuti anche i codici di inizio e di fine specificati nelle impostazioni del PLC 6

7 L istruzione RXD L istruzione RXD(235) viene utilizzata controllando i flag e i canali del buffer di ricezione, che sono: A392.06: Flag di fine ricezione (ad ON quando la ricezione in protocollo libero è stata completata, oppure quando è stato ricevuto il numero di byte specificato, o quando è stato incontrato il codice di fine stringa specificato) A392.07: Flag di overflow (ad ON se sono stati ricevuti più byte di quelli previsti, oppure se non è stato ricevuto niente al termine della ricezione o dopo il codice di fine stringa o il 256mo byte) A393: N di byte ricevuti (in esadecimale) 7

8 Esercizio 19(*): Utilizzo di TXD e RXD Impostare la porta seriale del PLC in questo modo: e realizzare un programma che: A fronte di un comando sull ingresso trasmetta una stringa di 10 caratteri i cui codici ASCII sono memorizzati a partire dal canale D00010 Riceva, autonomamente, a partire dal canale D00020 tutte le stringhe di caratteri delimitate da un CR LF. (*): Esercizio realizzabile solo con il PLC fisicamente collegato 8

9 Esercizio 19: Soluzione Caratteri da inviare: 9

10 L Hyper Terminal di Windows Un utile strumento per verificare la corretta transizione dei dati sulla porta seriale del PLC, è costituito dall Hyper Terminal presente in ambiente Windows (da Win 95 in poi) Per accedere all Hyper Terminal cliccare su Start, Programmi, Accessori, Hyper Terminal 10

11 L Hyper Terminal di Windows Lanciare l Hyper Terminal Dare quindi un nome alla connessione, per i successivi utilizzi: 11

12 L Hyper Terminal di Windows Cliccare su OK e selezionare COM1 alla voce connetti. Cliccare su OK e selezionare le impostazioni della porta in accordo con quelle del dispositivo con cui si desidera comunicare (p.es , Pari, 7, 2) 12

13 L Hyper Terminal di Windows Selezionare quindi File - Proprietà - Impostazioni - Impostazioni ASCII ed abilitare l avanzamento riga (LF) per ogni ritorno a capo (CR) inviato, l eco dei caratteri digitati localmente (in modo da vedere sul video i caratteri digitati) ed un intervallo carattere di 10 ms Cliccare su OK. 13

14 L Hyper Terminal di Windows A questo punto è possibile utilizzare il terminale per leggere i caratteri in ricezione sul PC (in trasmissione dal PLC) e scrivere le stringhe di caratteri da trasmettere sulla seriale (in ricezione sul PLC) 14

15 PC Link La comunicazione di tipo PC Link permette lo scambio di dati tra differenti CJ1M, attraverso la porta seriale, senza alcuna istruzione di programma aggiuntiva L area dedicata alla condivisione dei dati in modalità PC Link va dal canale CIO3100 al canale CIO3199 Per ogni CPU è possibile condividere un massimo di dieci canali. Anche un pannello operatore (impostato per la comunicazione NT Link 1:N) può essere collegato nella rete 15

16 PC Link: Configurazione E possibile collegare al modulo master fino a 8 dispositivi slave (includendo anche il terminale programmabile) 16

17 PC Link: Configurazione Per configurare la rete PC Link è necessario specificare: Sulla CPU Master: velocità di comunicazione numero dei canali di collegamento per ciascun nodo (da 1 a 10) il numero di nodo slave più alto presente nella rete (da 0 a 7) Sulle CPU slave: velocità di comunicazione N di nodo (da 0 a 7) 17

18 PC Link: Configurazione Sulla CPU Master è inoltre necessario impostare una delle due modalità di scambio dei dati: Link Completo (i dati locali dell area PC-Link relativi a ciascuna CPU sono visibili da tutte le altre CPU) Link Master (la CPU Master vede i dati locali dell area PC-Link di tutte le CPU slave, ma ciascuna CPU slave vede solo i dati della CPU Master) 18

19 PC Link: Modalità di Link Completo 19

20 Modalità di Link Completo: Esempio Impostazione numero di nodo slave più alto nella rete: 3 Slave 2 non presente nella rete (l area corrispondente rimane indefinita) 20

21 PC Link: Modalità di Link Master 21

22 Modalità di Link Master: Esempio Impostazione numero di nodo slave più alto nella rete: 3 Slave 2 non presente nella rete (l area corrispondente rimane indefinita) 22

23 Modalità di Link Master Il vantaggio di utilizzare la modalità di Link Master risiede nel fatto che gli indirizzi riservati all area PC Link locale nei moduli slave sono gli stessi per tutte le CPU In teoria, nelle differenti CPU slave, questa caratteristica permetterebbe di accedere ai dati di collegamento utilizzando un programma ladder identico per tutte le CPU 23

24 PC Link: Collegamento 1 a 1 Nel caso in cui vengano collegate in rete PC Link due sole CPU (un Master e uno Slave) non sono necessari convertitori ed è possibile effettuare un collegamento diretto da porta seriale a porta seriale delle due CPU. Il cablaggio del cavo di collegamento è il seguente: 24

25 Esercizio 20(*): PC Link 1 a 1 Realizzare una rete PC Link 1 a 1 in modalità di Link Master, con un baud rate di bps e fare in modo che il canale di ingresso CIO000 del PLC Master venga riportato nel canale di uscita CIO001 del PLC Slave, e viceversa. 25 (*): Esercizio realizzabile solo con il PLC fisicamente collegato

26 Esercizio 20 : Impostazioni PLC CPU Master: CPU Slave: 26 (*): Esercizio realizzabile solo con il PLC fisicamente collegato

27 Esercizio 20 : Soluzione Programma del PLC Master: 27

28 Esercizio 20 : Soluzione Programma del PLC Slave: 28

29 Protezione dei programmi CX-Programmer permette di proteggere i programmi con una password: Per definire la password, cliccare con il tasto destro del mouse sull icona del PLC nello spazio di progetto ( ), selezionare la voce Proprietà e cliccare sulla cartella Protezione Sono valide tutte le stringhe alfanumeriche di un massimo di otto caratteri 29

30 Protezione dei programmi Per attivare e disattivare la password utilizzare l utility Protezione del menù PLC Oppure cliccare sulle icone di imposta ( ) o rilascia ( ) password, presenti nella barra degli strumenti 30

31 Protezione dei programmi Inserire la password, ricordando che lettere minuscole e maiuscole vengono riconusciute come differenti e cliccare su OK per rilasciare la protezione del progamma 31

32 Tempo di risposta, Tempo di ciclo e I/O Refresh 32

33 Tempi di risposta Nello sviluppo di un sistema di controllo bisogna considerare i tempi in gioco per attuare le varie operazioni In particolare il tempo di risposta del sistema (attivazione di un segnale di uscita in relazione ad un ingresso) è determinato principalmente da: Tempo di scansione della CPU Tempi di ON/OFF dei moduli di I/O 33

34 La Scansione Le operazioni svolte dalla CPU durante il funzionamento del PLC sono molteplici. Alcune operazioni vengono svolte solo all accensione, altre vengono eseguite in modo ciclico Le operazioni eseguite in modo ciclico (e sequenziale) definiscono la scansione Il tempo impiaegato dalla CPU per eseguire una scansione viene definito come Tempo Ciclo (o Tempo di Scansione) 34

35 Operazioni cicliche PROCESSI COMUNI GESTIONE PERIFERICHE ESECUZIONE PROGRAMMA RINFRESCO I/O Programmazione Watch Dog. Verifica memoria di programma Verifica Bus I/O. Gestione trasmissione con: - Console di programmazione. - Interfacce di comunicazione. Scansione sequenziale delle istruzioni di programma. Lettura stato degli ingressi. Trasferimento stato sulle uscite. 35

36 Tempo di esecuzione Ogni istruzione viene letta in sequenza dalla memoria di programma, quindi viene eseguita o meno, in relazione alla condizione di abilitazione Per ogni istruzione esiste un Tempo di Esecuzione ed un Tempo di Non Esecuzione Il tempo di esecuzione del programma è dato dalla somma dei vari tempi di esecuzione delle istruzioni 36

37 Tempi di risposta T1 = Processi Comuni T Ciclo = T1 + T2 + T3 + T4. IN OUT T2 = Periferiche T3 = Programma T4 = Rinfresco I/O T In = Tempo di ritardo IN. T Out = Tempo di ritardo OUT. T Ciclo T Ciclo T Ciclo IN OUT IN OUT Caso ottimo: T = Tin + T4 + T Ciclo + Tout Caso pessimo: T = 2 x T Ciclo + Tout 37

38 Il Controllo P.I.D. 38

39 Il controllo PID / 1 Anello aperto Variabile controllata SP REGOLATORE ATTUATORE PROCESSO PV Variabile di controllo Applicabile a processi semplici da controllare Struttura del regolatore semplice Molto sensibile ai disturbi. 39

40 Il controllo PID / 2 Ad anello chiuso SP REGOLATORE ATTUATORE Variabile controllata PROCESSO PV PLC Variabile di controllo PV misurato SENSORE Disturbi Elevate prestazioni Immune ai disturbi Struttura del regolatore più complessa 40

41 Il controllo PID / 3 AZIONI DI CONTROLLO Le azioni necessarie a mantenere la variabile di processo (PV) uguale al valore impostato (SP) possono essere: - ON/OFF - P.I.D. 41

42 Il controllo PID /4 Azione ON/OFF Sovraelongazione VALORE IMPOSTATO Isteresi Sottoelongazione ON OFF E il metodo di regolazione più semplice. La variabile di controllo può assumere solo due valori. Applicabile dove non è richiesta grande precisione. Tramite l isteresi è possibile limitare il N di commutazioni. 42

43 Il controllo PID /5 Azione P.I.D E un algoritmo di regolazione più complesso dove il valore della variabile di controllo viene deciso in base all andamento dell errore (SP-PV) ed è dato dalla somma di 3 contributi: - PROPORZIONALE (P) - INTEGRALE (I) - DERIVATIVO (D) La variabile di controllo può assumere un valore compreso tra 0% e 100%. 43

44 Il controllo PID / 6 Azione proporzionale (P) La temperatura viene controllata in maniera proporzionale all errore (SP-PV), all interno della banda proporzionale. 44

45 Il controllo PID / 6 Azione proporzionale (P) 45

46 Azione integrale (I) Il controllo PID / 7 Utilizzata per eliminare automaticamente lo scostamento presente in una regolazione puramente proporzionale. Offset eliminato Azione Proporzionale + integrale Solo azione Proporzionale 46

47 Azione derivativa (D) Il controllo PID / 8 Azione Proporzionale + derivativa Disturbo esterno Solo azione proporzionale Al verificarsi di un disturbo riporta, più velocemente, la temperatura vicino al set point. Incrementa la stabilità del sistema di controllo. 47

48 Il controllo PID / 9 Azione di controllo PID E' una combinazione delle azioni : proporzionale (P), integrale (I) derivativa (D) 48

49 Il controllo PID / 10 Principali tipologie di regolazione Temperatura Tempo Risposta veloce ( La temperatura supera rapidamente il set point e pendola prima di stabilizzarsi.) Temperatura Risposta accettabile Risposta normale ( Normale ) Tempo Temperatura Risposta lenta ( E' necessario un tempo lungo per raggiungere il set point.) Tempo La migliore è quella che di più si avvicina alle esigenze di produzione 49

50 Esempio dei parametri per l istruzione PID Set Value Larghezza della Banda proporzionale Tempo integrale Tempo Derivativo Periodo di campionamento Specificatore di operazione Coefficiente di filtro Valore target per il controllo PID. E un numero binario di tanti bit quanti indicati nell input range. Specifica il rapporto Larghezza di banda / Input Range: impostabile da 0,1 % a 999,9% ( BCD BCD 9999 ) Imposta il rapporto Tempo Integrale / periodo di campionamento. Da 0001 a Lo disabilita. Imposta il rapporto Tempo derivativo / periodo di campionamento. Da 0001 a Lo disabilita. Indica il periodo con cui viene campionato l ingresso: da 0,1 a 102,3 s ( BCD BCD1023) 1 Per specificare funzionamento normale, 0 per funzionamento inverso Filtro sull ingresso. 0: disabilitato. Da 100 a 199: imposta il coefficiente ( più basso il valore più debole il filtro). Default:

51 Esempio dei parametri per l istruzione PID Output Range Numero dei bit dei dati in uscita ( Segnale di comando ) Da 0 a 8 imposta il range da 8 a 16. Input Range Numero dei bit dei dati in ingresso ( Segnale da controllare ) Da 0 a 8 imposta il range da 8 a 16. Work Area Area utilizzata dal sistema 51

52 Cosa fare nel caso di L istruzione PID SOVRAELONGAZIONE: Aumentare P e D, ridurre I RISPOSTA LENTA AI DISTURBI: Aumentare D, ridurre I e P PENDOLAZIONI / OSCILLAZIONI: Aumentare P e I, ridurre D. SOVRAREGOLAZIONE DEI DISTURBI: Ridurre D, aumentare P e I 52

53 Consigli pratici per il calcolo dei parametri PID Metodo di calcolo di Ziegler-Nichols (metodo della massima sensibilità): Provare la PID con la sola azione P Impostare una banda proporzionale larga e verificare le reazioni del sistema Restringere gradualmente la banda, fino al punto in cui il sistema oscilla con un ciclo fisso di periodo T Impostare il parametro I=1/2*T Impostare il parametro D=1/4*T 53