1 Schemat drabinkowy PLC oraz zasady kodowania mnemonika

W rozdziale tym opisane są podstawowe zasady dotyczące schematu drabinkowego oraz zasady kodowania mnemonika. Informacje te są bardzo istotne dla użytkowników wykorzystujących FP-08 jako narzędzie programowania. Osoby znające schemat drabinkowy PLC i zasady kodowania mnemonicznego mogą pominąć ten rozdział. 

1.1　 Zasada działania schematu drabinkowego 

Schemat drabinkowy jest rodzajem języka graficznego wykorzystywanego w automatycznych systemach sterowania już od czasów drugiej wojny światowej. Do dziś jest to najstarszy i najpopularniejszy język wykorzystywany w automatycznych systemach sterowania. Oryginalnie, dostępnych jest tylko kilka podstawowych elementów, takich jak styk A (normalnie otwarty), styk B (normalnie zamknięty), cewka wyjściowa, zegary i liczniki. W momencie pojawienia się PLC opartych na mikroprocesorze, pojawiło się więcej elementów schematu drabinkowego, takich jak styk różnicowy,obwódz podtrzymaniem(informacja na str. 1-6) oraz inne instrukcje, które są niedostępne w przypadku standardowego systemu. 

Główna zasada działania konwencjonalnego schematu drabinkowego i schematu PLC jest identyczna. Główną różnica pomiędzy oboma systemami jest to, że wygląd symboli w konwencjonalnym schemacie drabinkowym jest bliższy rzeczywistym urządzeniom, natomiast w przypadku systemu PLC, systemy są uproszczone w celu ułatwienia ich wyświetlania na komputerze. Istnieją dwa rodzaje systemów logicznych dostępnych dla schematu drabinkowego. Jest to logika kombinacyjna oraz sekwencyjna. Oba te systemy logiczne opisane zostały poniżej. 

1.1.1　Logika kombinacyjna 

Logiką kombinacyjną schematu drabinkowego jest obwód łączący jeden lub więcej elementów wejściowych w sposób szeregowy lub równoległy, a następnie wysyłający wynikido elementów wyjściowych, takich jak cewki, zegary/liczniki i inne instrukcje aplikacji. 

Rzeczywisty schemat połączenia 

Powyższy przykład ilustruje logikę kombinacyjną przy wykorzystaniu rzeczywistego schematu połączenia, standardowego schematu drabinkowego i schematu drabinkowego PLC. W normalnych warunkach (rozwartyprzełącznik), styk przełącznika i wskaźnik są wyłączone. Po naciśnięciu przełącznika, stan styku zmienia się na włączony i włącza się wskaźnik. Obwód 2 wykorzystuje przełącznik normalnie zamknięty, nazywany także przełącznikiem "B" lub stykiem. W normalnych warunkach, styk przełącznika i wskaźnik są włączone. Po naciśnięciu przełącznika, styk i wskaźnik wyłączają się. 

Obwód 3 składa się z więcej niż jednego elementu wejściowego. Wskaźnik wyjściowy Y2 włączy się, jeżeli styk X2 będzie zamknięty lub X3 będzie włączony przy równoczesnym włączeniu X4. 

1.1.2　Logika sekwencyjna 

Logiczny układ sekwencyjny jest to obwód sterujący ze sprzężeniem zwrotnym. Oznacza to, że na wyjściu obwodu nastąpi sprzężenie zwrotne do wejścia tego obwodu. Wyjście pozostaje w tym samym stanie nawet w przypadku zmiany na pozycję początkową. Proces ten może być najlepiej wytłumaczony za pomocą przedstawionego poniżej obwodu Wł/Wył sterownika silnika. 

 

Rzeczywisty schemat połączenia 

[Pole tekstowe][Pole tekstowe][Pole tekstowe][GroupDrawing]

 

Po pierwszym połączeniu obwodu do źródła zasilania, przełącznik X6 będzie włączony, a X5 - wyłączony. W związku z tym, przekaźnik Y3 także będzie wyłączony. Wyjściowe styki przekaźnikowe 1 i 2 będą wyłączone, ponieważ należą do styku A (styk ten jest włączony przy włączonym przekaźniku). Silnik nie będzie pracował. Po naciśnięciu przyciskuX5, przekaźnik, styk 1 i 2 włączą się i uruchomiony zostanie silnik, Po włączeniu przekaźnika i zwolnieniu przyciskuX5 (zostanie wyłączony), przekaźnik będzie mógł utrzymać swój stan dzięki sprzężeniu zwrotnemu ze styku 1. Nazywa się to obwodem z podtrzymaniem. Poniższa tabela przedstawia proces przełączania w opisanym powyżej przykładzie. 

Z powyższej tabeli wynika, że na różnych etapach sekwencji, wyniki mogą być różne, nawet w przypadku, gdy stany wejść są identyczne. Na przykład, na etapie □ i □ przełączniki X5 i X6 są zwolnione, ale silnik jest włączony (pracuje) na etapie □i wyłączony (nie pracuje) na etapie □. Sterowanie sekwencyjne ze sprzężeniem zwrotnym z wyjścia na wejście jest unikalną charakterystyką obwodu schematu drabinkowego. W niniejszym rozdziale, jako przykład posłużą jedynie styki A/B oraz cewki wyjściowe. Więcej szczegółów dotyczących instrukcji sekwencyjnych znajduje się w rozdziale 5 - "Wstęp do instrukcji sekwencyjnych". 

1.2　Różnice pomiędzy standardowym schematem drabinkowym a schematem PLC  

Mimo, że podstawowa zasada działania standardowego schematu drabinkowego i schematu PLC jest identyczna, to w rzeczywistości PLC wykorzystuje CPU do imitacji operacji przeprowadzanych przez standardowy schemat drabinkowy. Oznacza to, że PLC wykorzystuje metodę skanowania do monitorowania stanów elementów wejściowych i cewek wyjściowych, a następnie za pomocą schematu drabinkowego imituje wyniki generowane przez operacje standardowego schematu drabinkowego. Istnieje tylko jeden CPU, dlatego też PLC musi kontrolować i realizować program w sposób sekwencyjny od pierwszego do ostatniego kroku, a następnie ponownie powrócić do pierwszego kroku i powtórzyć operację (realizacja cykliczna). Czas trwania pojedynczego cyklu tej operacji nazywany jest czasem skanu. Czas skanu jest różny w zależności od wielkości programu. W przypadku, gdy czas skanu jest zbyt długi, na wejściu i wyjściu wystąpi opóźnienie. Zbyt długie opóźnienie może spowodować znaczne problemy w systemach wymagających szybkiego reagowania. W takim przypadku wymagane są PLC o krótkim czasie skanowania. Czas skanu jest zatem istotnym czynnikiem dla PLC. Dzięki postępowi technologii mikrokomputerowej i ASIC, prędkość skanowania została znacznie zwiększona. Dla typowego FBs-PLC skanowanie kroków styku zajmuje około 0.33 µs. Poniższy schemat ilustruje proces skanowania schematu drabinkowego PLC. 

 

 

Oprócz opisanej powyżej różnicy w czasie skanu, inną różnicą pomiędzy konwencjonalnym schematem drabinkowym a schematem PLC jest charakterystyka zwrotna. Zgodnie z poniższym schematem, jeżeli X0, X1, X4 i X6 będą włączone, a pozostałe elementy będą wyłączone, to w obwodzie standardowego schematu drabinowego, trasa zwrotna dla wyjścia Y0 może być określona linią przerywaną. Natomiast w przypadku PLC, Y0 będzie wyłączone, ponieważ schemat drabinkowy PLC skanuje od strony lewej do prawej. Jeżeli X4 będzie wyłączony, to CPU odbiera informacje o wyłączonym węźle "a", mimo, że X4 i węzeł "b" są włączone do momentu, aż skanowanie PLC osiągnie X3. Innymi słowy, schemat drabinkowy PLC umożliwi przepływ sygnału z lewej do prawej, podczas, gdy schemat standardowy umożliwi przepływ obustronny.  

Przepływ zwrotny standardowego schematu drabinkowego 

[GroupDrawing]

 

1.3　Budowa i terminologia schematu drabinkowego  

Przykładowy schemat drabinkowy 

[Pole tekstowe][Pole tekstowe][Pole tekstowe][Pole tekstowe][Pole tekstowe][Pole tekstowe][Pole tekstowe][Pole tekstowe][GroupDrawing][GroupDrawing][Pole tekstowe][Pole tekstowe][GroupDrawing][Pole tekstowe]

 

(Uwaga： Maksymalny rozmiar sieci FBs-PLC to 16 rzędówx22 kolumny) 

Jak pokazano powyżej, schemat drabinkowy może być podzielony na wiele małych komórek. W przykładzie istnieje łącznie 88 komórek (8 rzędów x 11 kolumn). Do jednej komórki może być przypisany jeden element. Schemat drabinkowy może być skonstruowany poprzez połączenie wszystkich komórek zgodnie z określonymi wymaganiami. Poniżej przedstawiono terminologię związaną ze schematami drabinkowymi. 

□Styk 

Styk jest to element o stanie otwartym lub zamkniętym. Jednym z rodzajów styku jest "styk wejściowy" (numer referencyjny z przedrostkiem X), a jego stan odnosi się do sygnałów zewnętrznych (sygnał wejściowy przychodzi z bloku złączy wejściowych). Kolejny styk nosi nazwę "styku przekaźnikowego", a jego stan odzwierciedla stan cewki przekaźnikowej (patrz□). Stosunek pomiędzy numerem referencyjnym a stanem styku zależy od rodzaju styku. Elementami stykowymi FBs PLC są: styk A, styk B, styki różnicowe góra/dół (TU/TD) oraz styki otwarte/zamknięte. Więcej szczegółów w punkcie □. 

□Przekaźnik 

Podobnie jak standardowy przekaźnik, zawiera on cewkę i styk (patrz schemat poniżej). 

Aby włączyć przekaźnik należy zasilić jego cewkę (za pomocą instrukcji wyjściowej). Po zasileniu cewki, stan jej styku również będzie włączony. Zgodnie z powyższym przykładem, po włączeniu Y0, styk przekaźnikowy A będzie włączony, a styk B - wyłączony. Styk TU włączy się na czas jednego skanu, natomiast styk TD będzie wyłączony. Po wyłączeniu Y0, styki A i B będą włączone. Styk TU będzie wyłączony a TD włączy się na czas jednego skanu (Operacje styków A, B, TU i TD wymienione są w rozdziale 4 "Wstęp do instrukcji sekwencyjnych"). 

Istnieją cztery rodzaje przekaźników FBs-PLC: Y (przekaźnik wyjściowy), M (przekaźnik wewnętrzny), S (przekaźnik krokowy) i TR (przekaźnik tymczasowy). Stany przekaźników wyjściowych przesyłane są do bloku złączy wyjściowych (wyjścia zewnętrzne sterownika). 

□Linia źródłowa: Początkowa linia po lewej stronie schematu drabinkowego. 

□ Element: Element jednostki podstawowej schematu drabinkowego. Element składa się z dwóch części, co widać na poniższym schemacie. Jedną z nich jest symbol elementu określany jako "kod OP", a drugą jest część numeru referencyjnego, czyli "argument". 

 

Uwaga： W rozdziale 2.2 podane są zakresy dla styków X、Y、M、S、T i C. Charakterystyki styków X、Y、M、S、T i C znajdują się w rozdziale 4.2. 

Istnieją trzy specjalne instrukcje sekwencyjne: OUT TRn, LD TRn i FOn, które nie zostały pokazane na schemacie drabinkowym. Należy odnieść się do rozdziału 1.6 "Wykorzystywanie przekaźnika tymczasowego" oraz rozdziału 5.1.4 "Wyjście funkcyjne FO". 

 

□Węzeł: Punkt połączenia pomiędzy dwoma lub więcej elementami（patrz rozdział4.3） 

□ Blok: obwód składający się z dwóch lub więcej elementów. 

Istnieją dwa podstawowe rodzaje bloków: 

·Blok szeregowy： Dwa lub więcej elementów połączonych szeregowo i tworzących obwód o jednym rzędzie. 

·Blok równoległy: Jest to rodzaj równoległego obwodu zamkniętego składającego się z elementów połączeniowych lub bloków szeregowych połączonych równolegle. 

Uwaga: Skomplikowany blok można utworzyć poprzez kombinację jednego elementu, bloków szeregowych i równoległych. W przypadku projektowania schematu drabinkowego za pomocą mnemonika, ważne jest, aby rozdzielić obwody na elementy, bloki szeregowe i bloki równoległe(patrzrozdział 1.5.). 

□Gałąź: Gałąź powstaje po połączeniu prawej strony linii pionowej z dwoma lub więcej rzędami obwodów. 

Linia scalająca określana jest jako kolejna linia pionowa po prawej stronie linii rozgałęźnej, która łączy obwody w jeden obwód zamknięty (tworząc w ten sposób blok równoległy). 

Jeżeli zarówno prawa jak i lewa strona linii pionowej połączona będzie z jednym lub kilkoma rzędami obwodów, to będzie to linia zarówno rozgałęźna, jak i scalająca (patrz przykład poniżej). 

 

□Sieć: Sieć jest obwodem reprezentującym określoną funkcję. Składa się z elementów, gałęzi i bloków. Sieć jest podstawowym elementem schematu drabinkowego umożliwiającym realizację kompletnych funkcji. Program schematu drabinkowego realizowany jest poprzez połączenie ze sobą sieci. Początkiem sieci jest linia źródłowa. Jeżeli dwa obwody połączone są ze sobą za pomocą linii pionowej, to należą one do tej samej sieci. W przypadku braku linii pionowej pomiędzy dwoma obwodami, oznacza to, że należą one do dwóch różnych sieci. Na rysunku 1 przedstawiono trzy sieci (1～3). 

Zaprogramowanie FBs-PLC za pomocą pakietu oprogramowania WinProladder jest bardzo proste. Wystarczy wprowadzić symbole drabinkowe, które wyświetlą się na ekranie monitoratworząc schemat drabinkowy. Jednakże użytkownicy wykorzystujący FP-08 do programowania FBs-PLC zmuszeni są przekonwertować schemat drabinkowy w instrukcje mnemoniczne. Ponieważ FP-08 umożliwia programowanie tylko za pomocą instrukcji mnemonicznych, to informacje zawarte do rozdziału 1.6 pomogą użytkownikowi zapoznać się z zasadami kodowania w celu przekonwertowania schematów drabinkowych na instrukcje mnemoniczne. 

lEdycja programu odbywa się od lewej do prawej i od góry do dołu. W związku z tym, punkt początkowy sieci musi znajdować się w jej lewym górnym rogu. Poza instrukcją funkcji bez sterowania wejściem, pierwsza instrukcja w sieci musi rozpoczynać się przedrostkiem ORG. W każdej sieci dopuszczalna jest tylko jedna instrukcja ORG. Więcej szczegółów zostało opisanych w rozdziale 5.1.1. 

lWykorzystanie instrukcji LD do połączenia pionowych linii (linii źródłowej lub rozgałęźnej) w innym punkcie niż na początku sieci 

 

Uwaga 1: Bezpośrednie wykorzystanie instrukcji AND w przypadku, gdy tylko jeden rząd elementów połączony jest szeregowo z linią rozgałęźną 

Uwaga 2: Instrukcja AND wykorzystywana jest także bezpośrednio, jeżeli do zapisania stanów węzłowych w linii rozgałęźnej użyta została instrukcja OUT TR. 

lWykorzystanie instrukcji AND do połączenia szeregowego pojedynczego elementu.. 

lWykorzystanie instrukcji OR do połączenia równoległego pojedynczego elementu. 

 

lPojedynczym elementem jest blok szeregowy. Należy użyć instrukcji ORLD. 

Uwaga： W przypadku, gdy dwa bloki mają być połączone równolegle, to należy je połączyć w sekwencji od góry do dołu. Na przykład, w pierwszej kolejności podłączyć blok 1 i 2, potem 3 i tak dalej. 

lDo połączenia szeregowego bloków równoległych wykorzystywana jest instrukcja ANDLD. 

lWykorzystanie instrukcji ANDLD jest konieczne, jeżeli element lub blok szeregowy znajduje się naprzeciwko bloku szeregowego. W przypadku, gdy naprzeciwko elementu lub bloku szeregowego znajduje się blok równoległy, to do połączenia ze sobą wszystkich części można wykorzystać instrukcję AND. 

 

Uwaga: W przypadku, gdy więcej niż dwa bloki mają być połączone szeregowo, to należy je połączyć w sekwencji od góry do dołu. Na przykład, w pierwszej kolejności podłączyć blok 1 i 2, potem 3 i tak dalej. 

lInstrukcja cewki wyjściowej (OUT) może znajdować się tylko na końcu sieci (na prawym końcu). Nie mogą być za nią podłączone żadne elementy. Cewka wyjściowa nie może być podłączona bezpośrednio do linii źródłowej. W przypadku potrzeby połączenia cewki wyjściowej do linii źródłowej, połączenie takie należy wykonać szeregowo za pomocą styku zwiernego. 

 

 

 

Kluczowym procesem dekompozycji sieci jest rozdzielenie obwodów znajdujących się pomiędzy dwiema liniami pionowymi na niezależne elementy oraz bloki szeregowe, zakodowanie tych elementów i bloków szeregowych zgodnie z zasadami kodowania mnemonicznego i połączenie ich (za pomocą instrukcji ANDLD lub ORDLD) od lewej do prawej i od góry do dołu w celu utworzenia bloków równoległych lub szeregowo-równoległych, aby na końcu stworzyć kompletną sieć. 

Przykładowy schemat: 

 

 

Metoda dekompozycji sieci przedstawiona w rozdziale 1.5 nie ma zastosowania dla obwodu ani bloku rozgałęźnego. W celu przeprowadzenia programowania za pomocą metody opisanej w rozdziale 1.5, należy najpierw zapisać stany węzłów w przekaźnikach tymczasowych. Konstrukcja programu powinna unikać stosowania obwodów i bloków rozgałęźnych. Należy odnieść się do następnego rozdziału "Techniki upraszczania programu". Poniżej opisane zostały dwa przypadki, w których istnieje konieczność zastosowania TR. 

lObwód rozgałęźny: Po prawej stronie linii rozgałęźnej nie ma linii scalającej lub nie są one w tym samym rzędzie. 

Przykład：　　* wskazuje ustawienie przekaźnika TR 

Bez linii scalającej 

 

Pomimo, że gałąź ta posiada linie scalające, to nie są one w tym samym rzędzie. Jest to zatem także obwód rozgałęźny. 

lBlok rozgałęźny： Poziome bloki równoległe z odgałęzieniem jednego z bloków.. 

Przykład： Linia scalająca 

 

Linia rozgałęźna 

 

Uwaga 1: Instrukcja OUT TR musi być zaprogramowana na szczycie punktu rozgałęźnego. Instrukcja LD TRn wykorzystywana jest w punkcie początkowym obwodu po drugim rzędzie linii rozgałęźnej do przywrócenia stanu linii rozgałęźnej przed możliwością połączenia elementu do obwodu. Do połączenia pierwszego elementu po instrukcji OUT TRn lub LD TRn musi być wykorzystana instrukcja AND. W takim przypadku, instrukcja LD jest niedozwolona. 

Uwaga 2: Sieć może zawierać do 40 punktów TR, a jeden numer TR nie może być wykorzystywany wielokrotnie w jednej sieci. Zaleca się używanie numerów 1, 2, 3 … itd. Numer TR musi być identyczny w linii rozgałęźnej. Na przykład, jeżeli linia rozgałęźna wykorzystuje OUT TR0, to do połączenia należy użyć LD TR0 poczynając od rzędu 2. 

Uwaga 3: Jeżeli linia rozgałęźna obwodu lub bloku rozgałęźnego jest linią źródłową, to wykorzystane mogą być bezpośrednio instrukcje ORG lub LD. W takim przypadku, styk TR jest niepotrzebny. 

Uwaga 4: Jeżeli jeden z rzędów obwodu rozgałęźnego nie jest podłączony do cewki wyjściowej (pomiędzy nimi istnieją elementy połączone szeregowo), a za drugim rzędem znajdują się także inne obwody, to w punktach rozgałęźnych musi być zastosowana instrukcja TR. 

 

lPowyższy schemat przedstawia typowy przykład połączenia szeregowego dwóch równoległych bloków. Blok 3 tworzony jest, gdy do sieci włączany jest element X9, a dwa równoległe bloki stają się blokami rozgałęźnymi. 

lInstrukcja TR jest niepotrzebna, gdyż punkt ( * ) stanowi linię źródłową. 

lW przypadku, gdy do szeregowego połączenia dwóch bloków wykorzystany został już przekaźnik TR, to instrukcja ANDLD jest niepotrzebna. 

1.7　Techniki upraszczania programu 

lJeżeli do bloku szeregowego podłączony jest równolegle pojedynczy element, to instrukcję ORLD można pominąć pod warunkiem, że blok szeregowy podłączony jest na końcu tego elementu. 

 

lJeżeli do bloku równoległego podłączony jest równolegle pojedynczy element, to instrukcję ANDLD można pominąć pod warunkiem podłączenia naprzeciwko bloku równoległego.  

 

 

lJeżeli węzeł obwodu rozgałęźnego podłączony jest bezpośrednio do cewki wyjściowej, to w celu redukcji kodu, cewka ta może być zlokalizowana na końcu linii rozgałęźnej (pierwszego rzędu). 

 

 

lPoniższy schemat przedstawia możliwość ominięcia przekaźnika TR oraz instrukcji ORLD. 

 

 

lKonwersja obwodu mostkowego