Programozható irányítóberendezések hálózatok és rendszerek

7/21/2019 Programozhat irnytberendezsek hlzatok s rendszerek

1/367

4


2/367

1. AZ IRNYTRENDSZEREK FEJLDSE

Az irnytstechnika, ezen bell a szablyozstechnika s vezrlstechnika fogalmait nemzetkzi(angol s francia), orszgonknt sajt nyelv terminolgiai szabvny (Magyarorszgon az MSZ18450) rgzti.

Az nmkd irnyts az irnytsnak (amely egy folyamatot elindt, fenntart, megvl-toztat vagy megllt) az a mdja, amikor valamennyi irnytsi rszmvelet kezeli beavatkozsnlklmegy vgbe. Az irnytsi mveleta kvetkez rszmveletekbl ll: rzkels, tletal-kots, rendelkezs, beavatkozs.

Azelemirnytstechnikai szempontbl tovbb nem bonthat szerkezeti rsz. Elemnek te-kinthet pldul egy hmrsklet-rzkel vagy az S kapu stb. Az elem egy vagy tbb alkat-rszbl llhat. Szervnek nevezzk az irnytrendszer irnytsi rszfeladatt nllan elltszerkezeti egysgt. A szerv egy vagy tbb elembl llhat. Az irnytsi hatslncokat rendsze-rint szervek alkotjk. Ilyenek az rzkel-, klnbsgkpz, vgrehajt, beavatkoz- s a logikaidntst vgz szerv (1.1. bra) [1].

1.1. bra. A vezrls (a) s a szablyozs (b) hatslnca

P belltprogram vagy vezetjel; A alapjel; E ellenrz jel; R rendelkezjel; V vgrehajt jel;B beavatkozjel; Z zavarjel; MJ mdostott jellemz; VJ vezrelt jellemz; SZJ szablyozott jellemz;

1irnytott szakasz (a vezrelt, bszablyozott); 2 rzkel vagy tvad; 5 klnbsgkpz; 6 erst, jelforml;7 vgrehajt; 8 beavatkoz; 15 parancsad; 16 logikai jelfeldolgoz; 30 vezrl; 31 szablyoz

A kszlk egy vagy tbb szervbl ll, szerkezetileg krlhatrolt, tbbnyire a magaegszben kicserlhet egysg, amelynek nll technolgiai vagy irnytsi feladata van. K-szlk pldul egy kompakt hmrsklet-szablyoz vagy a hzi vzellt szivatty vezrlje.

Az irnytott rendszeraz irnytstl fggetlenl meglv mszaki ltestmny, berende-zs, gp stb., amely az irnyts trgyt kpezi.

Az irnytrendszer (irnytsi rendszer) mindazon szervek s kszlkek sszessge,amelyek egyttmkdse rvn az irnytott rendszer irnytsa megvalsul.

A technolgiai folyamatok irnytsa annak jellegtl fggen ktfle mdon lehetsges:vezrlssel, ill. szablyozssal. A ktfle irnytsi md ahatslncfelptsben klnbzik.

A szablyozs hatslnca zrt, teht a szablyozott jellemz kvnt rtke az irnytottszakasztl visszacsatolssal valsul meg. Erre utal a szablyozs angol neve:zrt hurk irny-ts, closed loop control.

1


3/367

Szablyozs esetn a rendelkezjel a szablyozott jellemztl fggen jn ltre. A zrtszablyozsi kr elnys tulajdonsga, hogy alkalmas a tervezskor nem ismert zavar hatsokkikszblsre.Htrnya a visszacsatolsbl szrmazik: bizonyos felttelek esetn a rendszerinstabill vlik.

A vezrls hatslnca nyitott, azaz nem tartalmaz visszacsatolst a vezrelt szakaszrl,gy a rendelkezjel a vezrelt jellemztl fggetlenl jn ltre. A vezrls teht nylt hatslnc

irnyts, open loop control. A nylt hatslnc vezrls csak a rendszer tervezsekor ismert za-varjeleketkpes kikszblni, strukturlisan mindig stabil mkds.

A szablyozsi, ill. vezrlsi mvelet megklnbztetse nem mindig egyszer. Egy gya-kori tves szemllet szerint a szablyozst az analg jelfeldolgozssal, a vezrlst a digitlis jel-feldolgozssal, ill. logikai dntssel azonostjk. A szablyozs egyarnt megvalsthat analg,ill. digitlis jelfeldolgozsban. Utbbi esetben a klnbsgkpzs logikai mvelet rvn valsulmeg. A szablyozs sajtos esete a minst szablyoz (fuzzy nem pontosan meghatrozott),amelynl a dnts a hagyomnyos rtelemben vett klnbsgkpzs nlkl, logikai ton jn lt-re. Ugyancsak hibs kvetkeztetsre vezethet a vezrlsi mveletnek a digitlis (ill. ktllapot)

jelekhez rendelse. Erre plda a villamos motor potenciomterrel trtn fordulatszm-belltsa,

azaz vezrlse.A vezrlsi, ill. szablyozsi mvelet hibs megtlshez vezethet, ha a kt mveletet

egytt alkalmazzk. J plda a hatrrtk-kapcsolval kombinlt szablyozsi mvelet, ahol ahatrrtk-kapcsol vdelmi funkcit lt el s visszahat a rendelkezjelre, de hatsnak kvet-keztben a zrt szablyozsi hurok megszakad.

Hibs kvetkeztetsre vezethet, ha a kt funkcit a vgrehajt szerv milyensge alapjnklnbztetjk meg s az analg vgrehajt szervet a szablyozshoz, a ktllapot vgrehajtszervet a vezrlshez rendeljk. Ilyen a hmrsklet-szablyozsnl igen gyakori llsos szab-lyozs, ill. a helyzetszablyozsnl hasznlatos lekapcsolkrs szablyozs.

A ktfle mvelet megtlse szempontjbl azt kell vizsglni, hogy az irnytott jellem-z visszacsatols rvn rszt vesz-e a rendelkezjel ltrehozsban, s a zrt szablyozsi kr amvelet befejezsig fennmarad-e. Ugyancsak vizsglni kell az irnytsi mvelet rendeltetsszerinti cljt.

Amg korbban a szablyoz-, ill. vezrlkszlkek felptskben, kivitelkben is elk-lnltek egymstl, addig napjainkban funkcionlisan integrldnak, s gyakorlatilag ugyanazonhardverbzison (mikroszmtgp) kerlnek megvalstsra, gy csak a szoftverekben trnek el.

A technolgiai folyamatok jellegktl fggen hrom csoportba sorolhatk: folyamatos,diszkrt s vegyes technolgia.

Folyamatos technolgiaesetn a folyamat nem oszthat idben ismtld rszfolyama-

tokra. A folyamatos technolgik irnytsnl a szablyozsi feladatoka meghatrozak. Ilyentechnolgiai folyamatokkal tallkozhatunk a vegyipar, az olajipar, a kohszat, a gygyszeripar,az lelmiszeripar stb. terletn.

A diszkrt technolgiai folyamatok idben ismtld rszfolyamatokbl llnak, legin-kbb a gpiparban tallhatk s irnytsukban a vezrlsi mveletek a meghatrozak.

A technolgiai folyamatok, kiss szubjektv felosztsa (folyamatos s diszkrt) egyesrszfolyamatok esetn lehetsges, de minl komplexebb folyamatot vizsglunk, annl inkbb avegyes jellegdominl. Amennyiben a technolgiai folyamat irnytsnl a szablyozsi s ve-zrlsi funkcik idben is tagozdnak,szakaszos (batch ,kteg)technolgirl beszlnk.

Az elbbi besorolssal magyarzhat, hogy a gpipari termelsirnytst rendszerintgyrtsirnytsnak, mg a folyamatos technolgik irnytst folyamatirnytsnak nevezik.Az egyes ipargak irnytstechnikai ignyei, a szablyozsi s vezrlsi funkcik arnya, azalkalmazott technolgia veszlyessgi szintje, a technolgiai kszlkek trbeli elhelyezkedse

2


4/367


5/367

trbelileg nem tagolt, kzpontilag nem ttekinthet, autonm, helyi, egyedi,kizrlagfolyamatkzeli, gyakran egybeptett irnytsokbl tevdik ssze;

nincs benne egysges kszlk s jel;az elemek s kszlkek nagyrszt segdenergia nlkl vagypneumatikus, esetleg vil-

lamossegdenergival mkdnek.

1.1.2. Msodik genercis irnytsi rendszerekA msodik genercis irnytsi rendszerek tulajdonsgai:

trbelileg tagolt, kzpontilag megfigyelhet, autonm, egymssal kapcsolatban nem l-virnytsokbl tevdnek ssze;

egysges kszlkek segysges jelek,a szablyozsi krben analg (pl. 05 mA), ve-zrls esetn fknt ktllapot, pneumatikus vagy villamos jelek vannak;

a rendszerelemeknagyrszt villamosvagypneumatikussegdenergival mkdnek;az egysges jelek s mretek miatt a rendszerelemek csereszabatosak;ptkockaelvenplnek fel, gy a klnbz gyrtmnyok illeszkednek a rendszerbe;

megjelenik a kzponti informcikezelss a mrt rtkek regisztrlsnakignye.A msodik genercis irnytsi rendszer struktrjt az 1.3. bra mutatja.

1.3. bra. A msodik genercis irnytsi rendszer struktrja

1.1.3. Harmadik genercis irnytsi rendszerek

A harmadik genercis irnytsi rendszerek ltrejttt a folyamatirnyt szmtgpekmegje-lense vltotta ki. Ettl kezdden vltak elterjedtt az analg/digitlis (ADC), ill. digit-lis/analg (DAC) jeltalaktk. A szmtgpek alkalmazsnak alapvet clja a kiterjedt techno-lgiai folyamat mkdsnek sszehangolsa volt. Ez azt jelenti, hogy egy technolgia optimlisvagy optimumhoz kzeli mkdtetse sorn a klnbz fizikai jellemzk (pl. nyoms, hmr-sklet) elrt nagysga nem llthat nknyesen, egymstl teljesen fggetlenl.

A szmtgpet irnytsi clbl mg egy genercin bell is tbb fejldsi fzison ke-

resztl akalmazzk.Az els idkben a szmtgp pusztnfelgyeleti s tancsadifunkcikat ltott el. Ezek

a rendszerek kzvetlenl (A/D konvertereken keresztl) fogadjk a technolgia fell szrmaz

4


6/367

mrsi adatokat, ill. a technolgia ktllapot jelzseit (jelzsfogad krtykon). A szmtgp akezel szmra megjelenti a technolgia adatait, s belltsi tancsokkal szolgl az zemelte-tshez. Ezeket a tancsokat a kezel vagy figyelembe veszi, vagy figyelmen kvl hagyja, azaz adnts felelssge a kezel marad. A szmtgpsemmilyen formban kzvetlenl nem avatko-

zik beaz irnytand folyamatba.

A fejlds kvetkez fzisa az volt, amikor a szmtgp belltsi tancsai(immr pa-rancsai) kzvetlenl, kezeli kzremkds nlkl(D/A konvertereken s jelzskimeneti krty-kon keresztl) eljutottak a technolgiai folyamathoz. Az ilyen rendszer mkdsre az is jellem-z, hogy ezek a beavatkozsi parancsok szablyozsok esetben a hagyomnyos analg szab-lyozsok (optimlis) alapjeleit jelentettk. A tnyleges szablyozsi funkcikat a hagyomnyosanalg szablyozltta el.

A ktllapot kimenetek nem kzvetlen vezrlsi clokat szolgltak (az elgtelen ciklus-id s a kis megbzhatsg miatt), hanem zemmd-kijelzsi, ill. a kls vezrlk mkdtets-hez szksges parancsokat jelentettk (mintegy a kezel helyett nyomtak meg bizonyos, a vezr-lst befolysol nyomgombokat).

Ezt a rendszertechnikai kialaktst alapjelllt irnytsnak (Set Point Control, SPC) isnevezik, ami napjainkban is alkalmazott elv, csak korszerbb eszkzhttren alapul. A megoldselnye, hogy a szmtgp kiesse esetn a meglv szablyozk tovbbra is biztostottk azalapvet irnytst, ha egy automatikus tkapcsoln keresztl tartalk alapjeleket juttatunk el a

bemenetkre (amelyek vltoz munkapontokban messze nem biztostjk az optimumhoz kzelimkdst).

A fejlds kvetkez lpse a kzvetlen szablyozsi cl beavatkozs volt. Ezeket arendszereket kzvetlen digitlis irnytsnak (Direct Digital Control, DDC) nevezik. Normlesetben a szmtgp szmtja ki a beavatkozszervek mkdtetsi parancsait (pl. szelepek nyi-tsi pozciit), s D/A konvertereken keresztl juttatja el a folyamat beavatkozszerveihez. Ezazt is jelenti, hogy a klasszikus rtelemben vett szablyozfunkcit egy szmtgpes algoritmus

valstja meg. gy a szablyoz algoritmusa mr nem felttlenl az egyszer PIDkompenzltagok beavatkozsi stratgijt kveti, hanem a fejlettebb intelligencit kihasznl(hagyomnyos analg eszkzbzison mr nem megoldhat) mdszerek is alkalmazhatk. Ez alehetsg teremtette meg a mintavteles szablyozsok szablyozselmleti mdszereinek fej-lesztst.

A szmtgp meghibsodsa esetn azt a gyakorlatot kvettk, hogy tartalk analg sza-blyozk vettk t a szmtgp szerept. Nyilvnval, hogy ezen zemmdban mr sem azalapjelek kpzse, sem az irnytsi algoritmusok lekpezse nem lehet egyenrtk a szmt-gpes zem lehetsgeivel. Ezrt nem volt ritka az a rendszertechnikai kialakts sem, amikortartalk szmtgp jelentette a biztonsgi htteret. A rendszertechnikai elvek alkalmazst az

1.4. bra mutatja be.Az irnytand folyamatbl szrmaz analg s ktllapot informcik kzvetlenl a

szmtgp bemenetre kerlnek. A szablyozsi funkcikat norml esetben a szmtgp ltjael (DDC), mg meghibsods esetn a tartalkknt funkcionl analg szablyoz veszi t a sze-repet.

A vezrlsi feladatokat kls vezrlegysg ltja el normlis mkds esetn is, a szm-tgp legfeljebb kezeli beavatkozsokat vlt ki. Meghibsods esetn, a kezelnek kell ezeket a

beavatkozsi parancsokat a kezelpulttal ellltani. A technolgia llapotnak megjelentse aszmtgphez kapcsolt terminlokon, de mg hagyomnyos smatblkon is (a szmtgptlfggetlenl) lehetsges volt.

5


7/367


8/367

a szmtgp meghibsodsa a teljes technolgia esetn a tartalkirnytsra val tt-rst ignyel. A tartalkirnyts egyedi eszkzi megvalstsa kltsgignyes, s az esetek tbb-sgben nem is biztostja az elvrt mutatkat;

a szmtgpnek sokfle (irnytsi, adatfeldolgozsi, megjelentsi) feladatot kell el-ltnia, gy aprogramrendszer tlsgosan szertegaz, nehezen tipizlhat. ltalban egy szm-tgp hardverteljestmnye csak kompromisszumok rn elegend a sokfle feladat elltshoz;

a technolgibl szrmaz s a technolgia fel juttatand jeleket esetenknt nagy t-volsgra kell tovbbtani, gy a kbelezsi kltsgigen tekintlyes.

Alapveten a felsorolt okok miatt alaktottk ki a decentralizlt folyamatirnyt rend-szereket, ahol a felmerl feladatokat egymssal kommunikcis kapcsolatban lv szmtg-pek oldjk meg, amelyek valamilyen logikai hierarchiba vannak szervezve. Egy-egy szmt-gp feladata viszonylag jl krlhatrolhat.

A technolgia kzvetlen krnyezetbe teleptett szmtgpek, az n. folyamatllomsok,amelyek egy-egy rsztechnolgiakzvetlen irnytst ltjk el. A technolgibl rkez adato-kat a rendszer adatbzisba is tovbbtani kell, hogy az adatok tovbbfeldolgozsa, kirtkelse,

kezeli megjelentse, archivlsa lehetsges legyen. Az irnytsi feladatok elltshoz az ese-tek tbbsgben az adatbzis olyan elemeinek elrse szksges, amelyeket ms szmtgpeklltanak el. Megfelel szoftverrel biztosthat, hogy mg a kommunikcis kapcsolat megsz-nse esetn is ellssa a folyamatlloms az alapvet (szktett) irnytsi funkcikat. A folya-matllomsok kialaktsa robusztus, az ipari krnyezet kros hatsainak ellenll. Jellemz,hogy mozg alkatrszeket tartalmaz egysgeket (pl. diszklemezeket) nem teleptenek. A kezelikijelzk s beavatkozk (pl. billentyzet) is specilisak. A fejlds eredmnyeknt a rendszerek-

ben ezt a funkcit igen gyakran PLC-k ltjk el.

A decentralizlt rendszerekben megtallhatk azok a szmtgpek is, amelyek az adatoktovbbfeldolgozst s az adatok kezeli megjelentst vgzik. Ezek a szmtgpek mr a

megszokott elemeket tartalmazzk.A decentralizlt rendszerekben kulcsfontossg a berendezsek kztti kommunikci,

ami korbban az RS 232 vonalak alkalmazst jelentette. Ez mind az tviteli sebessg, mind apont-pont kapcsolat miatt komoly korltoz tnyez, s a rendszerek szk keresztmetszettokozta. A nagy sebessg soros buszok megjelense nagymrtkben javtotta a decentralizltrendszerek informcitviteli lehetsgeit s a kommunikci biztonsgt mg egy-egy egysgmeghibsodsa esetn is. A negyedik genercis irnytsi rendszer struktrjt az 1.5. bra mu-tatja.

A decentralizlt rendszerek fejldsnek klnleges vonulata az elosztott rendszerek(Distributed Control System, DCS) kialakulsa. E rendszer sajtossga a beptett redundancia.

Mind a kommunikci, mind a jelfogads s jelfeldolgozs elemeit redundns mdon alaktjk kikln igny nlkl is. A DCS-rendszerek szoftverkomponensei automatikusan kpesek meghib-sods esetn ttrni a mg mkd eszkzkre nhny ms id alatt, gyakorlatilag adatvesztsnlkl. Termszetesen az gy megnvelt biztonsg eszkzk ra is tkrzi a beptett lehets-geket, ezrt csak olyan technolgik esetn alkalmazzk irnytsra, ahol a technolgia zemel-tetse (pontosabban az irnyts hinya) nagy kockzatot jelent.

Napjainkban is ltalnos a decentralizlt rendszerek teleptse, de nemcsak DCS-bzison.Itt a beptett tartalkok, az ttrs stratgija egyedi rendszertervezsi krds. A nem DCS-

bzis rendszerek (pl. PLC-k s ipari PC-k) elterjedse a lnyegesen kedvezbb rral magyarz-hat.

7


9/367

Ezt a rendszert tartjk a DCS-ek els genercijnak is. Az elosztott folyamatirnytrendszerek a hetvenes vek elejtl folyamatosan fejldtek s ma mr egyes ipargakban az ir-nytsok kzel felt alkotjk. E rendszerek kivlasztsa, ltestse s zemeltetse igen alaposmunkt ignyel s csak meghatrozott mret fltt gazdasgos. A velk prhuzamosan, eredeti-leg egyedi PLC-kszlkekbl kifejldttPLC-rendszerekma mr kzel egyenrtk megoldst

jelentenek. A kett kztti vlasztst gazdasgi krdsek hatrozzk meg. Ezen a terleten a

PLC-rendszerek elnysebbnek tnnek.1.5. bra. A negyedik genercis irnytsi rendszer struktrja

A negyedik genercis irnytsi rendszer jellemzi:

trbelileg tagolt, a kzponti irnytteremben elhelyezked rsze egysges, integrltirnytberendezs;

digitlis mkds s a bels kommunikciis digitlis, a folyamatkzeli kszlkekanalg mkdsek;

egyedi digitlis kszlkeks digitlis bels busz(ami a kzponti feldolgozegysg(ek)prhuzamos snrendszert jelenti, pl. VME, MULTIBUS), a kzponti irnytberendezs s afolyamatkzeli elemek (folyamatperifrik) kztt analg (pneumatikus vagy villamos) egysges

jelek vannak;a kzponti kszlkek digitliselvek, a folyamatperifrik villamos (esetleg pneuma-

tikus) segdenergival mkdnek s egy rszk alkalmas a kzponti irnytberendezssel valkommunikcira;

8


10/367

a kzponti rsz egyedi rendszer, ms rendszerrel ltalban nem kombinlhat, afolyamatkzeli elemekcsereszabatosak;

a rendszer ezen rsze ptkockaelvenpl fel, az egysges analg jeleks rendszerintaz egysges mret kszlkek kvetkeztben a klnbz gyrtmnyok illeszkednek a rend-szerbe;

kln sajtossg a nagy megbzhatsg, a vals idejadatfeldolgozs (az osztott er-

forrs s adatbzis-kezels, valamint a redundns hardverek s szoftverek miatt).

1.1.5. tdik genercis irnytsi rendszerek

Az tdik genercis rendszerek kialakulst az intelligens (SMART) tvadk, valamint az intel-ligens beavatkozks a terepi buszokmegjelense vltotta ki. Ezek az eszkzk egy a nagyhlzatoktl (pl. ETHERNET) eltr kommunikcis csatornn a feladat jelleghez igazod

protokoll szerint kezelhetk. A kommunikcis vonalra (szoksos szhasznlat szerintfieldbuszra) korltozott szm intelligens eszkz fzhet fel. Ez a technika tovbbi kbelezsikltsgcskkentst jelent, mg a technolgia kzelbe teleptett (pl. kihelyezett I/O) eszkzk-hz kpest is. Az intelligens eszkzk minsgileg j szolgltatsokra kpesek, pl. a SMART

tvadk aktulis mrshatra programozhat, ill. a mrnki egysgre szmtott adatok lekrdez-hetk. Az adatbzis trolt konstansai a tnyleges llapot szerint gpileg bellthatk, gy az egyikleggyakoribb adatbzis-hibaforrs kszblhet ki.

Az intelligens eszkzk mellett ltalnoss vlt, hogy a folyamatirnyt rendszerek szer-ves rszt kpezik a PLC-berendezsek mg a DCS-rendszerek tbbsgben is. Ezek ugyancsakegy kommunikcis vonalon kapcsoldnak az irnytrendszer folyamatllomsaihoz. A PLC-kkommunikcis vonalai s protokolljai (pl. MODBUS, MODBUS PLUS, SINEC-L, SINEC-H,PROFIBUS) klnbznek a szmtgpek kztt szoksos kommunikcis protokolloktl, deklnbznek az intelligens eszkzk protokolljaitl is. A PLC-k csak egy-egy csoportja alkalmasa nemzetkzi ajnlsok szerinti kommunikcira (pl. PROFIBUS), ms gyrtmnyok csak a

gyrtspecifikus protokollok szerinti kommunikcit tmogatjk.Megfigyelhet az a tendencia, hogy a folyamatllomsoknl egyre kevesebb vonal csat-

lakozik a hagyomnyos A/D s D/A konvertereken keresztl, viszont egyre inkbb nvekszik akommunikcis vonalakon keresztl csatlakoztatott csatornk szma s ltalnoss vlik azr-

zkelk-beavatkozk buszrendszer kezelse(pl. ASI-busz).

Az tdik genercis irnytrendszer tulajdonsgai:

trbelileg tagolt,a kzponti irnytteremben elhelyezked rsze egysges, de funkci-ja talakul s mrete cskken. Az integrlt kzpontiirnytberendezs digitlis mkds, abelss a terepikommunikci is digitlis;

egyedi digitliskszlkek s digitlis bels busz(sn), a kzponti irnytberendezs

s a folyamatkzeli elemek (folyamatperifrik) kztt digitlis egysges terepbuszjelekvannak;a kszlkek csak villamossegdenergival mkdnek, digitlis elvek, jeleik digitli-

sak s a jelilleszkedsen tl alkalmasak a kzponti irnytberendezssel val ktirny kommu-nikcira;

a kzponti rsz egyre kevsb egyedi, inkbb csereszabatos ipari szmtgp;a folyamatkzeli elemek csereszabatosak, a rendszernek ez a rsze ptkockaelv. Az

esetenknt egysges digitlis jelek miatt a klnbz gyrtmnyok egy rsze illeszkedik a rend-szerbe;

kommunikcis lehetsget biztost az internetre, gy bizonyos funkcii teljes mrtk-ben nyitott vlnak a vilg brmely pontjrl;

az rzkel- s beavatkozszervek egyre intelligensebbek, ezrt adatfeldolgozsi mve-letek vgrehajtsra s hlzati kommunikcira alkalmasak;

9


11/367

az intelligens tvadk s beavatkozk, valamint a terepi buszok rvn az adatfeldolgo-zs osztott jellege kiteljesedik, hiszen pl. a szablyozsi funkci az intelligens beavatkoznrealizldik, teht a korbbi terepi, ill. kzponti funkci megsznik.

Az tdik genercis rendszerek kialaktsi sajtossgait az 1.6. bra szemllteti.

1.6. bra. Az tdik genercis irnytsi rendszer struktrja

Az tdik genercis rendszer jellegzetessge, hogy analg jelek mr a folyamatperifri-knl sem fordulnak el. E rendszert aDCS-ek msodik genercijnakis nevezik. Napjainkbanaz egyedi hardvert ignyl kzponti rszt egyre inkbb a szemlyi szmtgpek hardvere vltjafel. Egy Siemens gyrtmny tdik genercis rendszer felptst mutatja az 1.7. bra [12]. Aszerzk egyik clkitzse az bra szerinti bonyolultsg s tbbnyire angol nyelven megadottrendszer funkcionlis megrtse a knxv ttanulmnyozsa utn.

1.2. Vezrls

A diszkrt technolgiai folyamatok tbbnyire ktrtk llapotvltozsokat tartalmaznak. Azilyen diszkrt folyamatok vezrlsselautomatizlhatk. A vezrls hatslnct az MSZ 18450/3definilja (1sd az 1.1abrt).

Avezrlberendezssszefoglal neve mindazon szerveknek, amelyek hatnak a vezreltberendezsre (szakaszra). A vezrlberendezs rszei az rzkel- s/vagyparancsad szervek, ajelformlk, a logikai dntst vgzs a beavatkozszerv, valamint az esetleges jeltalaktk. Abeavatkoz, amely rendszerint magban foglalja a vgrehajt szervet s a beavatkozszervet,szerkezetileg legtbbszr a vezrelt berendezshez tartoz, de funkcionlisan a vezrlberende-zs rszeknt szmon tartott szerv. Br a vezrlsi folyamatban esetlegesen nem vesznek kzvet-lenl rszt, de a vezrlberendezs rszt kpezik az ember-gp kapcsolatotbiztostkijelz-s

regisztrlkszlkek, kezelelemekis.

10


12/367

7. bra. Az tdik genercis Siemens irnytsi rendszerA vezrlkszlka vezrlsi algoritmust valstja meg. A vezrlsi algoritmusolyan lo-

gikai sszefggsrendszer, amely a kvnt beavatkozjeleket lltja el a folyamatot jellemzvltozk mrt rtkeibl s/vagy a vezrlst befolysol felttelekbl. A vezrlsi algoritmuskidolgozsi mdszernek ismertetse a knyv egyik clkitzse.

A vezrls bonyolultsgt az adja, hogy a vezrelt berendezsre (szakaszra) rendszerinttbb mdostott jellemz hat s a rendelkezjel is nagyszm lehet. A vezrlseket megvalstmdszereket a vezrlstechnika foglalja ssze. A vezrlstechnika magban foglalja a vezrlseszkzeinek, a vezrls algoritmusainak a trgyalst s a vezrlsi feladat megoldsnak terve-zsi mdszereit.

A vezrlsi feladatok alapveten kt csoportra oszthatk, kombincis tpus, ill. sorrenditpus vezrlsre. Kombincis tpus vezrls esetn a kimenjelek (rendelkezjelek) csak a

bemenjelektl fggenek, ms szval ugyanazon bemeneti kombincihoz mindig ugyanaz akimeneti esemny tartozik. Ilyenek pldul a kapuramkrk, kdol, dekdol, multiplexer,demultiplexer ramkrk.

A kombincis tpus vezrlsi funkcik az

Yi=fi(X1Xn) (1-1)

alak idtl fggetlen logikai egyenlettel rhatk le, ahol Yiaz i-edik kimeneti fggvny iaz i-edik kimenethez rendelt idfggetlen logikai kapcsolat s X1Xna bemeneti vltozk. Sorrendi

(szekvencilis) tpusvezrls esetn a kimeneti esemnyt egyrszt a bemeneti jelek kombinci-i, msrszt a kombincik sorrendje egytt hatrozzk meg. Eszerint sorrendi hlzat esetnugyanazon bemeneti kombincihoz ms-ms kimeneti esemny tartozhat. A sorrendi tpusvezrlsi funkcik a

Zi=fi(X1Xn, q1qm) (1-2)

tpus logikai fggvnnyel rhatk le, ahol Zi az i-edik kimeneti fggvnyt, i a hozz tartozlogikai kapcsolatot,X1Xna bemeneti vltozkat, q1qma bels visszacsatols rvn megval-stott memriaelemeket jelenti. Tipikus sorrendi hlzatok, pl. a regiszterek, flipflopok, a relntart kapcsolsa, szmllk, memrik.

A vezrlsek kapcsn kln kell szlni a vdelmi funkcikrl s a karbantartsi zem-mdrl. Brmely ipari irnytsi rendszerben a legmagasabb prioritsi szinten a vsz- s vdelmifeladatok elltsrl kln kell gondoskodni. A vsz- s vdelmi feladat clja az let-, ill. va-gyonvdelem.

11


13/367

Vdelem szksges, ha valamely folyamat veszlyes rtkeketkzelt meg, s amely rtkelrst akr az irnytott berendezs lelltsa rn is meg kell akadlyozni. Ilyen, pl. a tlnyo-ms vagy a tlramvdelem.

Reteszels esetn valamely fontos felttel nem teljesl, s emiatt lelltand, vagy nemindthat az irnytott berendezs. Ilyen, pl. ha a vdrcs nincs a helyn, a htszivatty nemmkdik vagy nincs tpleveg.

A vezrlsi algoritmusban a vdelem a legmagasabb priorits, azt a reteszels kveti. Alegfontosabb vdelmi s reteszelsi funkcikat kln hardver vagy szerkezeti kialakts rvnkell biztostani. Ilyen pldul, amikor a tlramrel megszaktja a tpelltst. A reteszelsi fel-adatok egy rszeszoftveresen is megoldhat, de ennek az a felttele, hogy amennyiben a vezr-lkszlk nem mkdik, a felttelek automatikusan teljesljenek. Pldul, ha nem mkdik avezrlkszlk, akkor nem ad ki vezrljelet a motornak. Ha a motor nem kap vezrlst, akkorll. Ha a motor ll, akkor nem veszlyes, hogy nincs rajta vdrcs. Az igen nagy rtk beren-dezseknl ezeket a feladatokat n. monitoringrendszer(figyelrendszer) ltja el.

Az sszetett ipari vezrlsek msik jellegzetes feladata az n. karbantartsi zemmdbiztostsa. Ilyen esetben a rendszert le kell lltani, majd javts utn jraindtani. Ez a fajta lel-lts jelentsen klnbzik a vszlelltsoktl, mivel itt az anyag- s energiatakarkossg is fon-tos szempont. Technolgiai okok miatt az egyes rendszerek lelltsa s jraindtsa csak kttt

sorrendbentrtnhet (gondoljunk a szlltszalag vezrlsre, ahol ennek be nem tartsa komolymszaki, gazdasgi kvetkezmnyekkel jrhat), tovbb az egyes vszrendszerek csak fokozato-san rhetik el zemi llapotukat (pl. nagy teljestmny motor).

1.2.1. A vezrlberendezsek fejldsnek ttekintse

A szablyoz-, ill. vezrlberendezsek korbban szerkezeti kialaktsukban igen eltrek vol-tak. Ez a klnbsg fknt a rendelkezjel ellltsnak klnbzsgbl (klnbsgkpzs,ill. logikai mvelet) eredt. A vezrlberendezsek fejldst kezdetben az elektromechanikai

eszkzk, ksbb az elektronikai, mikroelektronikai eszkzk s technolgik, napjainkban azelzeken tl az informatikai eszkzk s technolgik hatrozzk meg.

Az els igen szles krben elterjedt vezrlberendezs-tpus az elektromechanikus vezr-lsvolt, amelynek univerzlis eleme a rel.

Az elektromechanikus (rels) vezrlsek fbb jellemzi:

huzalozott, fix vezrlsi funkcitvalstanak meg;mozg alkatrszttartalmaznak, amelyek rendszeres karbantartst ignyelnek s lettar-

tamuk ersen korltozott;igen nagy elnyk a vezrlrsz (tekercs) s a kapcsolrsz galvanikus sztvlasztsa,

amelynek rvn egyen- s vltakoz ram hlzatban egyarnt hasznlhatk; a rel univerzlis eszkz, ezrt segtsgvel a kombincis s sorrendi funkcik egy-

arnt megvalsthatk.

Br a rels vezrlsek napjainkra teljesen kiszorultak, csak korbbi teleptsek vannakzemben, a rels szemllet a programozhat vezrlkben a ltradiagramos programozsi nyelv-

ben tovbb l.

Idrendben a rels vezrlseket a huzalozott logikj elektronikus vezrlsekkvettk,amelyeknek kt vltozata ltezett: a diszkrt alkatrszekbl felptett dida-tranzisztor logika(diode-transistor logic, DTL), ksbb pedig a tranzisztor-tranzisztor logika (transistor-transistorlogic, TTL), ill. a komplemens fm-oxid flvezet elemekre pl (complementary metal-oxide

semiconductor, CMOS ) integrlt ramkrkblfelptett rendszerek.A huzalozott logikj elektronikus rendszereknek szmos elnyk van a rels vezrl-

sekhez kpest (mozg alkatrszt nem tartalmaznak, igen nagy mkdsi sebessggel zemelnek,

12


14/367


15/367

1968 A PLC-koncepci kidolgozsa a General Motors felhvsra1969 Az els Modicon PLC megjelense huzalozott CPU-val, 1 K memrival s 128

I/O-val1971 A PLC els alkalmazsa az autiparban1973 Az els intelligens (smart) PLC megjelense aritmetikai funkcival, nyomtatvezrls-

sel, mtrixmveletekkel, kpernykijelzssel

1974 Az els tbbprocesszoros PLC gyrtsa idzt- s szmllfunkcival, 12 K memri-val s 1024 I/O-val

1975 Az els PID algoritmussal elltott PLC kibocstsa1976 A tvoli modulkezels (remote control) kidolgozsa s a hierarchikus konfigurci beve-

zetse az integrlt gyrtrendszerben1977 A mikroprocesszor bzis PLC bevezetse1980 Intelligens kommunikcis modulok kifejlesztse, valamint a nagy sebessg, nagy pon-

tossg pozcionl interfsz kifejlesztse1981 A Data Highway kommunikci alkalmazsa, 16 bites mikroprocesszor bzis PLC sz-

nes monitorral

1983 Olcs mini PLC-k megjelense1985 PLC hlzatok kifejlesztse

A mai PLC-ket, kivitelk alapjn kompakt s modulris felpts csoportba sorolhatjuk.

A kompaktPLC jellemzje, hogy hardverstruktrja nem mdosthat, kizrlag megfe-lel vdettsg ipari tokozsban kszl s kis helyigny. Felhasznlsi terletei a sorozatbangyrtott gpek, berendezsek automatiki, illetve a PLC mszaki jellemzi ltal lefedhet egyedivezrlsek. A kompakt PLC-k specilis tpust jelentik az n. mikro-PLC-k,amelyek az ember-gp kapcsolat hardver- s szoftverfelttelt is tartalmazzk.

A modulrisfelpts programozhat logikai vezrlk jellemzje, hogy a vezrlberen-dezs valamely specilis funkcit nmagban ellt modulokbl pl fel. A modulok fizikaimegjelense rendszerint az ramkri krtya, dugaszolhat csatlakozval. A modulok n. rack-be(tart) dugaszolhatk, ezrt a rendszer konfigurcija tg hatrokon bell bvthet. A rack-ekmegfelel vdettsg mszerdobozba vagy mszerszekrnybe szerelhetk. A modulris felpt-s PLC-ket kzepes, ill. nagymret rugalmas gyrtrendszerek vagy ipari folyamatok irnyt-sra fejlesztettk ki.

1.2.2.2. A PLC-k funkcionlis felptse

A PLC funkcionlis felptst az 1.8. bra szemllteti [10].

Az 1.8. bra szerint a PLC-k fbb egysgei:

kzponti logikai ill. feldolgozegysg (LU, CPU, stb.);programmemria (ROM, EPROM, EEROM);adatmemria (RAM);bemeneti (input) egysgek (digitlis, ill. analg);kimeneti (output) egysgek (digitlis, ill. analg);kommunikcis egysgek.

14


16/367

1.8. bra. A PLC funkcionlis felptse

A programozhat vezrlk kzponti egysge a bemenetek s a kimenetek kztti, tbb-nyire logikai kapcsolatokat idben sorosan s ciklikusanhajtja vgre a programmemriban t-rolt program alapjn. A soros jelleg adatfeldolgozsbl ereden a ciklikus feldolgozst nagysebessggel kell vgrehajtani, hogy a mkds kifel prhuzamosnak (vals idejnek) tnjk. A

programozhat vezrlkre vonatkoz IEC-1131-1 szabvny a PLC-t az 1.9. bra szerinti smvals funkcikkal definilja [11].

A programozhat vezrl az albbi funkcik elltsra kpes:

jel/adat feldolgozsi funkci (signal/data processing);

technolgiai interfszfunkci az rzkelk kezelsre, ill. beavatkozk mkdtetsre;kommunikcis funkcik (PLC-PLC;PLC-szmtgp;PLC-hlzat);ember-gp interfszfunkci (man-machine interface, MMI);programozsi, tesztelsi, dokumentlsi funkci;tpelltsi funkci.

A fejlds sorn a programozhat vezrlk funkcii nagymrtkben kzeledtek a szm-tgp funkciihoz. gy mra a PLC olyan ipari szmtgpnek tekinthet, amely specilis hard-veregysgei s felhasznli programja rvn a technolgiai folyamatok trolt program vezrl-

sre s intelligens kommunikcis fellete rvn hierarchikus s/vagy osztott folyamatirnyt

rendszerek ltrehozsra alkalmas.

A programozhat vezrlk elnyei: a szabad strukturlhatsg, a gyakorlatilag vgtelenkapcsolsi szm, a teleptsi kltsgek cskkense, a rendszerbe szervezhetsg lehetsge. Aszabad strukturlhatsgfelhasznli programozhatsgotjelent, amelynek rvn a felhasznla trolt, egyedi program rvn az univerzlis hardvert a feladatra alkalmass teszi. A PLC-k al-kalmazsval a teleptsi, bezemelsi id nagymrtkben lervidthet.

15


17/367


18/367

17

Irodalomjegyzk

[1] Telkes Z.: Az irnytsok genercis tulajdonsgai (1. rsz).Budapest, Elektronet, 1996/6.

[2] Ajtonyi I.: Vezrlstechnika I.Budapest, Tanknyvkiad, 1980.

[3] Ajtonyi I.: Digitlis rendszerek.Miskolc, Egyetemi Kiad, 1998.[4] I. Ajtonyi: Intelligent Control System Dissertation for Habilitation.

Kosice, 1998.[5] Neszveda J.: Irnytstechnika IV.

Budapest, KKMF, 1995.[6] DIN 40719 szabvny.[7] Ajtonyi I.: Vezrlstechnika II.

Budapest, Tanknyvkiad, 1985.[8] Demmel L., Molnr T., Trk B., Vgvlgyi G.: Programozhat logikj vezrlsek.

Budapest, Mrnktovbbkpz Intzet, 1989.

[9] E. A. Parr: Programmable Controllers - An Engineer's Guide.Newness, 1996.

[10] Ian G. Warnock: Programmable Controllers Operation and Application.Prentice Hall International, 1988.

[11] IEC-1131/I-IV. szabvny, 1992.[12] Siemens: PCS7 gpknyv, 1997.[13] N. S. Nise: Control Systems Engineering.

The Cummings Publishing Company, 1995.[14] K. Ogata: Modern Control Engineering.

Prentice Hall International, 1997.[15] ABB: Industrial Manual, 1998.

[16] R. Bishop: Modern Control Systems Analisis & DesignAddison-Wesley Inc., 1997.


19/367

2. Programozhat vezrlk hardverfelptse

A programozhat vezrlk hardvere univerzlis. F rendeltetse a vezrlsi program vgrehajt-sa, amihez az adatok beolvassra, feldolgozsra s az eredmny kivitelre van szksg. Ezt ahrom mveletet az albbi hardveregysgek vgzik: bemeneti egysg, kzponti feldolgozegy-sg s kimeneti egysg. A felsoroltak kzl a kzponti feldolgozegysg fejldtt a legdinami-

kusabban, s fknt ez hatrozza meg a PLC szolgltatsait.

2.1. bra. A programozhat vezrl hrom f egysge

Az els PLC-k kzponti feldolgozegysge mg kis- s/vagy kzepes mrtkben integrltdigitlis ramkrkbl (Small Scale Integration, SSI; Medium Scale Integration, MSI) plt fel.Az integrlsi technolgia fejldsvel a huzalozott logikj kzponti egysgeket felvltottk azn. bitprocesszorok(szoksos elnevezsek mg: Boole-processzor, logikai processzor), amelyekfunkcionlisan nem, csak mretbeli s ramkri jellemzk szempontjbl jelentettek elnyt azelzekhez kpest. Ezek alkottk aprogramozhat vezrlk els genercijt.

A nagymrtkben integrlt ramkrk (Very/Large Scale Integration, V/LSI) elterjeds-vel az ltalnos cl mikroprocesszorok vltak a PLC-k kzponti feldolgozegysgv, amiegyben minsgi vltozst is jelentett. A bjt-, ill. szprocesszorok alkalmazsa rvn a Boole-mveletek mellett a kvetkez funkcik vltak ltalnoss a programozhat vezrlkben: aritme-tikai mveletek vgzse, szablyozsi funkci elltsa, szabvnyos kommunikci biztostsastb. A mikroprocesszor alap programozhat vezrlk, amelyek napjainkra szinte egyeduralko-dv vltak, tekinthetk a PLC-k msodik genercijnak.

2.1. Bitprocesszor alap programozhat vezrlk

A bitprocesszor alap programozhat vezrlk jellemzi:

csak egybites, Boole jelleg logikai mveletek vgzse;kevs szm utasts;kismret memriakezelsi lehetsg;mikroprogramozott vezrlsi architektra;nvkdon alapul (esetleg gpi kd) programozs;alacsony szint pont-pont jelleg kommunikci.

A mra elavultnak tekinthet bitprocesszor alap PLC-k bemutatsa egyrszt didaktikai-lag indokolhat, mivel felptsk s mkdsk egyszer s szinte bitenknt kvethet, ms-rszt az n. PLC-nyelvek s a korai bitszervezs architektrk kztt igen szoros sszefggsvan. A bitprocesszor rendszerint a kvetkez egysgeket tartalmazza: bemeneti multiplexer,

programozhat logikai egysg (Logical Unit, LU), egybites akkumultor, kimeneti trol sdemultiplexer, vletlen hozzfrs memria (Random Access Memory, RAM) s a szksgesadat-, cm- s vezrlvonalak (2.2. bra).

18


20/367

2.2. bra. Egy bitprocesszor alap PLC felptse

Az egyes egysgek funkcii:

bemeneti multiplexer: a bemeneti logikai vltozk kivlasztsa s az adat kapuzsa aprogrammemriban trolt bemeneti cm alapjn;

logikai egysg: a bemenetre jut bitek kztt a programmemriban trolt mikrokdltal meghatrozott logikai mvelet vgzse;

akkumultor: egybites operandus- s eredmnyregiszter;kimeneti demultiplexer s trol: a LU ltal vgrehajtott logikai mvelet eredmnynek

(1 bit) kijuttatsa a programmemria ltal meghatrozott kimenetre s az adat trolsa;adatmemria: a logikai mveletek rszeredmnyeinek trolsa.

A bitprocesszor alap PLC kls elemei s azok funkcii:

programmemria: a vezrlsi algoritmust realizl program trolsa,

programszmll: a programmemria egyms utni cmkombinciinak ellltsa azragenertorrl kapott impulzusok hatsra.

A mikrokd ltal programozott logikai egysg legegyszerbb felptst szemllteti a 2.3. b-ra.

19


21/367

2.3. bra. A mikrokd ltal programozott logikai egysg

A logikai egysg a kt bemeneti vltozn (A, B) ngyfle logikai mveletet hajt vgre, dea kimeneti multiplexer rvn a C, D bemenetek (mveleti kd) ltal kivlasztott eredmny jut akimenetekre (Y) az albbiak szerint:

Mikrokd FggvnyC D Y0 0 A & B0 1 A B 1 0 A &B1 1 A B

A 2.2., ill. 2.3. brk alapjn kvethet a bitszervezs PLC mkdse. A programmem-riban trolt operandusmez kzvetlenl cmezi a bemeneti, kimeneti, ill. RAM-elemeket, a m-veleti kd pedig a programozhat logikai egysg ltal vgzend mveletet definilja. A logikaiegysg mindig az akkumultor s a msik operandus (bemenet, vagy RAM bit) kztt hozza

ltre az elrt logikai mveletet, pldul a ktvltozs S kapcsolatot. A programmemribantrolt programot a PLC az rajel-genertor ltal mkdtetett szmll rvn, nvekmnyes sor-rendben egyms utn ciklikusan hajtja vgre. A kimenetre juttatott eredmnyeket a flipflopoktroljk kt ciklus kztt.

A programozhat vezrlkben ktfle funkcij memrit alkalmaznak: program- sadatmemrit.A programmemria a vezrlprogramot tartalmazza, amely a vezrlsi algorit-must realizlja. A bitprocesszor alap PLC-k esetn a programmemria szhossza nem szksg-kppen igazodik a szprocesszoroknl ismert 8/16/32 bites szhosszhoz. A programmemriaszhosszsgt egyrszt az utastsok szmnak binris kdja, msrszt a be/ki cmtartomnyhatrozza meg.

Pldaknt egy 12 bit szhossz memria funkciit szemllteti a 2.4. bra, ahol az utas-tsbitek szma 3 (23=8 utasts), a be/ki cmbitek szma 9 (29= 512 be/ki cm, pl. 256 bemenet,256 kimenet).

20


22/367

2.4. bra. Egy utasts elhelyezse a programtrolban

Programmemriaknt korbban egyszer programozhat, csak olvashat memrit hasz-nltak (Programmable Read-Only Memory, PROM), mg napjainkban trlhet, programozhat,csak olvashat (Erasable PROM, EPROM), ill. elektromosan trlhet, jraprogramozhat, csakolvashat (Electrically EPROM, EEPROM) memrit alkalmaznak. Utbbi elnye, hogy a prog-ram mdostsa a memriacsip kivtele nlkl kzvetlenl megoldhat (in system

programming). Fknt a felhasznli programok belvsekor jl hasznlhatk programmemri-aknt a teleppel vdett CMOS RAM-ok (Complementary Metal-Oxid Semiconductor, CMOS).

A programfuts kzben keletkez vltozk trolsra rhat-olvashat memrik(RAM)szolglnak, amelyek a tpfeszltsg bekapcsolsakor telepes vdelem nlkl tetszleges rtket(0, ill. 1) vehetnek fel.

A RAM-memrik a kvetkez clorientlt funkcikat ltjk el a programozhat vezr-

lkben:

akzbens adattrolkfunkcija hasonl a hagyomnyos vezrlssegdrelihez. Ezeka trolk valstjk meg az n. MERKER funkcikat (a programban M betvel jellik). Erre vanszksg a diszjunktv alak fggvnyekben szerepl VAGY kapcsolatok rszeredmnyeinektrolsnl vagy a sorrendi hlzatokban a lefut vezrls bels llapotainak 1 az n-bl jellegllapot kdolsra. A MERKER memria bitprocesszor alap PLC-k esetn bitszervezs;

azI/O RAMfunkci a bemeneti, ill. kimeneti vltozk trolst jelenti, szintn bitszer-vezs;

azidztk(timer) sszmllk(counter)rtknek tmeneti trolsa (bjt vagy sz jel-leg).

Napjainkban szinte kizrlag teleppel vdett CMOS RAM csipeket hasznlnak RAM-memriaknt. Egy tipikus bitprocesszor alap PLC felptst szemllteti a 2.5. bra [10]. Ltha-t, hogy a logikai egysg operandusai lehetnek: egy bemenet (I), egy kimenet (O), egy merkerbit(M), egy idztkimenet (T) vagy szmllkimenet (C). A bemeneti vltozt kivve valamennyivltoz a logikai egysggel, a program futtatsval mdosthat.

21


23/367

2.5. bra. Bitszervezs PLC felptse

2.2. Bjt- vagy szprocesszor alap programozhat vezrlk

A programozhat vezrlk szolgltatsai az ltalnos cl mikroprocesszorok (bjt- vagy sz-processzorok) beptsvel minsgileg megvltoztak. A szprocesszorok felptse nagymr-tkben hasonlt a bitprocesszorokhoz.

Az els mikroprocesszorok a 70-es vek elejn jelentek meg. A mikroprocesszorok a di-gitlis szmtgpek kzponti feldolgozegysge funkciinak elltsra alkalmasak, nagymr-tkben integrlt ramkrk, egyetlen lapkn kialaktva. Az els mikroszmtgp-rendszer mr a

Neumann-fle modell valamennyi elemt tartalmazta (2.6. bra):

- kzponti feldolgozegysg (Central Processor Unit, CPU);- memrik (RAM, ROM);- beviteli/kiviteli egysg (Input/Output, I/O);- snrendszer.

2.6. bra. A mikroszmtgp felptse

22


24/367


25/367

PC tartalma vagy minden memria-hozzfrs utn eggyel n, vagy vezrlstad utasts esetn(JUMP, CALL, RETURN stb.) a vezrlegysg a PC-be az j cmet tlti be.

Az llapotregiszter n. jelzbiteket (felttelbiteket), ill. ms vezrl-, ellenrz bitekettartalmaz. Korbban a flagbitek az ALU-mveletekhez voltak hozzrendelve, pl. tvitelbit(carry), az eredmny nulla voltt jelz bit(zero),tlcsordulsbit(overflow). Az jabb mikropro-cesszorok esetn szmos vezrlsi informcit jelzbitektrolnak, pl. megszakts kiszolgls-

nak letiltsa, memrialapozs engedlyezse.

A veremmutatspecilis regiszter, a veremtr legfels elemnek cmt tartalmazza. A ve-remtrol az adatmemria (RAM) egy lefoglalt terlete. Adatokat csak a verem tetejre lehettenni, s csak onnan lehet levenni. Ezt a memriakezelsi mdot utoljra be, elsre ki(Last-In-First-Out, LIFO) kezelsnek nevezik. A veremmutat minden verem (stack) betltsekor a

betlttt bjtok szmval cskken (dekrementldik), ill. kiolvasskor nvekszik (inkrementl-dik).

Adatbetltskor a veremmutat elszr dekrementldik s aztn kvetkezik be az adatbersa, kiolvasskor elszr a processzor olvas, aztn a veremmutat inkrementldik. Ezrtgyakran predekrementl, ill. posztinkrementl jellegnek tekintik a veremmveletet. Egy

nyolcbites mikroprocesszor regisztereit a 2.8. bra szemllteti.

2.8. bra. Nyolcbites mikroprocesszor regiszterei

A 2.8. brnAaz akkumultort,Fa flagregisztert (5 bit), a B s C, a D s E, a H s L aregiszterprba is szervezhet nyolcbites regisztereket jelli. A krdses mikroprocesszor esetn a

jelzbitek funkcii: CY tvitel a legmagasabb helyrtk (Most Significant Bit, MSB) biten, Seljelbit, Z zrus bit, P paritsbit, AC dekd tvitelbit. A jelzbitek RS flipflopok, amelyeket azALU mdost aritmetikai vagy logikai mveletek utn s az eredmny a flipflopokba rdik.

A regiszterek a tpfeszltsg bekapcsolsakor vletlenszer rtketvehetnek fel.

A CPU fontos rszt kpezi a snrendszer.Ezen a bels egysgek, valamint a kls egy-sgek (memria, I/O) kztti adatforgalom bonyoldik. A snrendszer funkcionlisan hromfle

snt foglal magban: adatsnt (data bus), cmsnt (address bus) s vezrlsnt (control bus).A snrendszer funkcii, jellemzse:

cmsn: megoldja az adatforgalomban rszt vev eszkzk kijellst; egyirny, h-romllapot,a processzortl fggen 16/32 bit szlessg (azaz ennyi vezetk), amely meghat-rozza a cmezhet memria s I/O tartomnyt;

adatsn: biztostja az adatok tjt;ktirny, hromllapot,a processzortl fggen8/16/32 bit szlessg; az adatsnvezrls meghatrozza az adattvitel irnyt;

vezrlsn: sszehangolja a kapcsolatban rszt vev eszkzk mkdst; egyirny,hromllapot,a processzortl fggen 5-15 bit szlessg (azaz ennyi vezetk).

24


26/367

A legegyszerbb vezrlsn tbites:

memriaolvass (Memory Read, MR);

memriars (Memory Write, MW);

beviteli/kiviteli eszkz olvassa (Input/Output Read, I/OR);

beviteli/kiviteli eszkz rsa (Input/Output Write, I/OW);megszakts (interrupt).

A vezrlsn rvn lehet az azonos cmen lv memria-, illetve I/O mveleteket megk-lnbztetni.

A kls snrendszer lehet helyi sn (local bus), amely a processzorhoz kzvetlenl kap-csoldik, ill. lehet rendszersn (system bus), amely a processzor snmeghajtsn keresztl kap-csoldik a rendszer elemeihez. A snrendszer hasznlatnak elnye, hogy a szabvnyostott jel svezetkkioszts miatt az egyes rszegysgek knnyen cserlhetk. A rendszer bemenetei hard-verjelleggel terhelik a snrendszert, ezrt kell bizonyos szm modul esetn snmeghajtsthasz-nlni. A mikroprocesszoros rendszerekben hasznlatos snprhuzamos snnektekinthet.

2.2.2. A mikroprocesszor tipikus mveletei

A CPU mkdse ciklikus: utastslehvs, vgrehajts, lehvs, vgrehajts stb. Ezt a pontossorrendisget a rendszerravezrli. A CPU mkdsben a legelemibb idegysg agpi llapot,amely rendszerint egy rajel peridusa alatt jtszdik le. Egy gpi llapothoz egy jl definiltmvelet tartozik: pl. a cminformci kijuttatsa a cmsnre. ltalban tbb gpi llapot alkotegy gpi ciklust, ami egy sszetettebb mveletet jelent.

Tipikus gpi ciklusok: egy memriarekesz olvassa (MR), ill. rsa (MW) vagy I/O esz-kz rsa, ill. olvassa (I/OW, I/OR), utastslehvs (fetching) stb. Egy utasts lehvsnak svgrehajtsnak egyttes mvelete az utastsciklus, amely 1...8 gpi ciklusbl llhat az utasts

bonyolultsgtl fggen. ltalban egy utastsciklus annyi gpi ciklusbl ll, ahnyszor aCPU-nak a memrihoz vagy I/O-hoz kell fordulnia.Minden utastsciklus utastslehvsi gpiciklussal kezddik (fetch), a tovbbi gpi ciklusok olvassi vagy rsi jellegek.

2.2.2.1. Tipikus gpi ciklusmveletek

Minden utastsciklus els gpi ciklusa egy utasts lehvsa a programmemribl.

Utastslehvsfolyamn a CPU:kijuttatja az utastsszmll tartalmt a cmsnre;az adatsnt bemeneti llapotba lltja;

kiad egy memriaolvass- (MR-) jelet a vezrlsnre;az adatsnen megjelen informcit az utastsregiszterbe tlti;az utastsszmll tartalmt 1-gyel nveli.

Ha tbb-bjtos utastsrl van sz, akkor a tbbi bjt beolvassa hasonl mvelettel (MR)trtnik, de az adatok nem az utastsregiszterbe kerlnek. A mai gpek utastslehvsa ettlnmileg eltr.

Memriaolvass folyamn a CPU:

kiadja a kiolvasand memria cmt a cmsnre;az adatsnt bemeneti llapotba lltja;

kiad egy memriaolvass- (MR-) jelet a vezrlsnre;az adatsnen lv informcit valamelyik regiszterbe tlti.

25


27/367

Memriars folyamn a CPU:

kiadja a memriacmet a cmsnre;az adatsnt kimeneti llapotba lltja;kiadja a berand adatokat az adatsnre;kiad egy memriars- (MW-) jelet a vezrlsnre.

A memriars mvelete hasonl a memriaolvasshoz a viszonyok rtelemszer cserj-vel. A regiszterrsi s -olvassi mveletek tipikus gpi ciklusok, rendszerint az utastslehvsiciklusba vannak gyazva.

Beviteli/kiviteli eszkz olvassnak (I/OR) s rsnak (I/OW) folyamata:

A beviteli/kiviteli eszkz olvassa s rsa igen hasonlt a memriaolvass s -rs mve-lethez, a folyamat a memriaszavak I/O-ra cserlsvel lerhat. Az azonos cm memria-vagy I/O egysg rst, ill. olvasst a vezrlsnen lv eltr vezrljel klnbzteti meg sgy elkerlhet asnkonfliktus.

2.2.2.2. Tbb gpi ciklusbl ll mveletek

A veremmemria olvassa (Stack Read), a veremmemria rsa (Stack Write) s a programmeg-szakts (Interrupt) mveletek rendszerint tbb sajtos gpi ciklusbl llnak.

Veremmemria olvassa s rsa: ez a kt mvelet megegyezik az MR-, MW-mveletekkel, azzal a klnbsggel, hogy a memria cmt a veremmutatadja s a vezrlegy-sg biztostja annak automatikus nvelst, ill. cskkentst. A FETCH-, MR-, Stack Read-ciklusok csak a mikroprocesszor belsejben lv informciforrsokban s clhelyekben trnekel egymstl, kvlrl a snrendszeren csak a pontos memriacm ismeretben lehet megllapta-ni, hogy melyik mvelet zajlik a snen.

Programmegszakts: a szmtgpes feldolgozs kzben igen gyakran kvetkeznek be

olyan esemnyek, amelyek a feldolgozs szempontjbl vratlannaktekintendk, pl. egy irny-trendszer esetn valamely rzkel hibt jelez (tzrzkel, fstrzkel, feszltsgkimarads),amelyek kzel azonnali feldolgozst ignyelnek. Az ilyen esemnyek feldolgozsra szolgl amikroszmtgp megszaktsrendszere (interrupt system), ami lehetsget ad, hogy egy hard-vereszkz (pl. rzkel)programmegszaktstkrjen.

A megszaktskrelemegy jelzs a processzor szmra valamely fontos esemny bekvet-keztrl, amely valamilyen kiszolglprogrammal reagl ezen aszinkron jelleg esemnyre. Amegszaktskrst a processzor egy specilis gpi ciklus szerint fogadja el, amit a megfelel ki-meneten (INTA) jelez vissza. A megszaktsi funkci elltsra egy hardver-szoftveregyttesszolgl, amely egyttesen vgzi el a krelem kirtkelst s annak vgeredmnyeknt a szks-ges tevkenysget. A megszaktsokat mikroprocesszoron belli esemnyekis kivlthatjk (pl. 0-val val oszts esetn).

A megszaktskrseket, amit indthatunk szoftverbl is, a processzor szubrutin jelleggelhajtja vgre. Tbb megszaktskrs esetn a megszaktsokat prioritsi sorrendjkalapjn dol-gozza fel a processzor. A hardvermegszaktsok rendszerint maszkolhatk,ami azt jelenti, hogy

pl. nyolc megszaktsi szint kzl csak az ts szintt engedlyezzk vagy tiltjuk. Ugyanakkorvan nem maszkolhat megszaktskrs(Non Maskable Interrupt, NMI) is, amiszoftverton nemtilthat le. Az NMI funkcit rendszerint valamilyen slyos hardverhibhoz (pl. feszltsg-kimarads) rendelik.

A mikroszmtgp hatkony megszaktsrendszere felttele a mrs-, ill.irnytstechnik-ban, tvkzlstechnikban elengedhetetlenl fontos vals idej (real-time) adatfeldolgozsnak.

26


28/367

2.2.2.3. A processzor llapotai

Egy processzor mkdse rendszerint a kvetkez llapotokbl ll:

fut(run) llapot,amikor a processzor a programmemria ltal meghatrozott utast-sokat egyms utn hajtja vgre;

vrakoz(wait) llapot,amely a gpi cikluson bell valsul meg;

tarts- (hold-)llapot,amely gpi ciklusok kztt aktualizlhat;lells- (halt-)llapot,amikor egy HALT utasts hatsra a processzor lell, nem v-

gez mveletet s ezen llapotbl csak engedlyezett megszakts hatsra lp ki.

Vrakozs

A CPU tevkenysgt egy kvarcoszcilltor vezrli. Egy mikroszmtgp- rendszert gyterveznek, hogy a CPU s a memrik azonos sebessggel(frekvencin) mkdjenek. Elfordulazonban, hogy ez nem ll fenn, pl. ha egy rendszerben a CPU-t gyorsabbra, vagy knyszersg-

bl a memria egy rszt lassbbra vlasztjk. Itt arrl az esetrl van sz, ha a memrinak csakegy kisebb rsznek nagyobb a hozzfrsi ideje, mint a CPU gpi llapotnak az ideje. Ugyanis,ha a teljes memriatartomny lassabban mkdik, akkor cskkenteni kell a CPU oszcilltornak

frekvencijt. Elnytelen a rendszer sebessgt cskkenteni, mert az az optimlis, ha csak akkormkdik lassabban a rendszer, ha lassbb memrival (vagy I/O-val) kommunikl. Erre dolgoz-tk ki a READY-WAIT funkcit.

AREADY-WAIT funkci lnyege, hogy egy a cmsnre csatlakoz logika (dekdol) fel-ismeri a cmkombincibl annak a memriablokknak a cmt, amelyik egy gpi llapotnl tbbidt ignyel, s kimenete vrakozst kra processzor megfelel (pl. Ready) bemenetn. Ezt akrst elfogadva a CPU n. wait llapotba kerl, amit a megfelel kimeneten jelez. A waitllapot azt jelenti, hogy a CPU a cmsnen, az adatsnen s a vezrlsnen hagyja az elz infor-mcit egy (jabb krs esetn tbb) gpi llapot idejre.Ha a CPU gpi llapot ideje 500 ns sa memria-hozzfrs 650 ns, akkor egy Ready-krs ktszer 500 ns hozzfrsi idt biztost amemrinak, ami mr bsgesen elegend.

A cmdekdol logikra pedig azrt van szksg, hogy ez avrakozs csak a lass me-mria esetn lpjen fel. A wait llapotot az n.egylps zemmdkialaktsra is felhasznl-hatjuk, ami a hibakeressnl elnys. A mikroprocesszor-technikban a vrakozs miatt kiesettgpi llapotokat elengedett temeknekis nevezik.

Tarts

A mikroszmtgpben a memria- s be/ki eszkz kztti adatforgalom csak kt lps-ben trtnhet: memria s CPU, ill. CPU s be/ki eszkz, s viszont. Ez nagy mennyisg adatesetn megduplzza az adattranszfer idejt, amit a processzorHOLD llapota cskkent.

A CPU rendelkezik egy tartskrs-bemenettel (HOLD vagy BUSRQ). Amennyibenezen a bemeneten tartskrs jelenik meg, azt a processzor egy bels folyamat utn a megfelel kimeneten nyugtzza (HLDA vagy BUSACK), ami egyben azt jelenti, hogy a snrendszertnagyimpedancis(Z)llapotba helyezi. Ezutn egy kls eszkz rkapcsoldhat a snrendszerre,s kzvetlen adatforgalmat bonyolthat a memria s a be/ki egysgek kztt. Az ilyen memria-hozzfrst direkt memriakezelsnek(Direct Memory Access, DMA) nevezik.

Azt az eszkzt, amely az adatforgalom vezrlst vgzi, DMA vezrlneknevezik (DMAcontroller). DMA adattvitelt alkalmaznak hajlkonylemez- (floppydiszk-) kezelshez, vagytbbprocesszoros rendszerekben a kzs memriakezelshez. A HOLD llapot szinte kizrlag

hardverfolyamat, gy kezelse nem jr a CPU bels llapotnak megvltozsval, ellenttben amegszaktskrs kiszolglsval. HOLD llapotban a processzor lehetsget biztost a prog-rammegszaktsra. A mikroprocesszor mkdst rendszerint folyamatbrn adjk meg, amely

27


29/367

gpi llapotokra bontva biztostja a szinkron jelleg mkdst s az aszinkron krsek (megsza-kts, vrakozs stb.) vgrehajtst.

2.2.3. Beviteli/kiviteli elemek

A mikroszmtgp beviteli, ill. kiviteli elemei [13] a kzponti feldolgozegysg s a klvilg

(ember, gp, technolgia, szmtgp) kztti kapcsolat kialaktsnak lehetsgt biztostjk. Abe/ki elemek tpustl fggen prhuzamos, ill. soros kommunikcira alkalmasak.

Kzs jellemzik: biztostjk a be/ki elem csatlakoztatst a mikroszmtgp buszrend-szerhez a szksges adat-, cm- s vezrlvezetkekkel; rendszerint programozhat felptskmiatt igen rugalmasan alkalmazkodnak a csatlakoztatand eszkzhz.

A beviteli/kiviteli eszkzk belltst (inicializlst) a rendszer bekapcsolsa utn aprogrambl kell letlteni. Nhny beviteli/kiviteli ramkr: programozhat prhuzamos perif-riailleszt egysg (Progammable Peripheral Interface, PPI); programozhat soros illesztegysg(Universal Synchronous-Asynchronous Receiver Transmitter, USART); programozhat idzt-s szmllegysg (COUNTER/TIMER).

2.2.4. Mikroprocesszor alap PLC-k hardverfelptse

A mikroprocesszor bzis PLC kzponti egysge 8, 16, ill. 32 bites ltalnos cl processzorvagy mikrovezrl (microcontroller) egyarnt lehet. Ehhez szksg van a mikroszmtgp szo-ksos elemeire (CPU, RAM, ROM), valamint a klvilggal val kapcsolattarts eszkzeire. A

bemeneti, ill. kimeneti vonalak kezelsre ngyfle mdszer terjedt el:

a bemeneti/kimeneti eszkzk a processzor prhuzamos perifriaillesztin keresztlkapcsoldnak a cm-, adat- s vezrlsnre;

a bemeneti/kimeneti vonalak kezelsre egy kln I/O sntlltanak el kifejezetten azI/O kezelsre, tekintettel a modulris felpts be/ki vonalainak nagy szmra, a terhelsi viszo-

nyaira stb.;tvoli I/Okezels (lsd a 2.2.5. szakaszban);terepi,soros jelleg buszrendszerszervezs I/O kezels (lsd a 4.6. alfejezetben).

Az els megoldst fknt kompakt PLC-khez hasznljk, ahol a kevs be/ki vonal miatt akln I/O sn kialaktsa nem indokolt. Egy tipikus, mikroprocesszor alap PLC hardvert mu-tatja a 2.9. bra.

Lthat, hogy a be/ki vonalak kezelsre egy kln I/O sn hasznlatos. Az bra egyesblokkjai korbban egy-egy fizikai egysget alkottak (egy-egy krtya), ma viszont az integrlsitechnolgia fejldsvel elrhet, hogy a CPU, RAM, ROM, I/O meghajtt egyetlen krtynhelyezik el, miltal a CPU buszrendszere elnysebben s biztonsgosabban alakthat ki.

28


30/367

2.9. bra. Egy mikroprocesszor alap PLC ltalnos smja

Az ltalnos cl mikroprocesszor alap PLC-k hardvert szemllteti a 2.10., ill. 2.11.bra hrom pldja gyrtott kszlkek alapjn. A 2.10abrn Z180 tpus mikroprocesszorralmkd, kompakt kategrijPLC egyszerstett vzlata lthat [11]. A PLC 32 darab bitenknt

programozhat digitlis be/ki vonalat s ngy analg bemenetet tartalmaz. A krtya kln be/kisnt nem tartalmaz, a konfigurci nem bvthet.

A 2.10bbrn egy 68340 tpus mikroprocesszor felpts kompakt PLC hardvere ltha-t [12].

29


31/367

2.10. bra. Egy Z180 (a) s egy 68340 (b) tpus mikroprocesszoros kompakt PLC

hardverfelptse

PProgram, TXText (szveg),FFlags (flegek), TTimers (idztk), CLOCKReal-time Clock (vals idej ra),VolVolatile (felejt),DBData Bloks (adatblokkok), CCounters (szmllk),NVolNon-volatile (nem felejt),

RRegisters (regiszterek)

A 2.10. brbl jl kivehetk a mikroszmtgp-rendszer f elemei: CPU, memrik,

flegek, idztk, szmllk, megszaktskezel egysg, vals idej ra, be/ki elemek stb. A be/kivonalak kezelst itt is kln I/O BUS-szal oldottk meg.

30


32/367

Az emltett PLC fbb hardverjellemzi:

processzor tpusa: C 68340;I/O-k szma: max. 128 digitlis;felhasznli memria: min. 32 kB RAM a program-, szveg- s adatblokk trolsra;flegek: 8192 1 bit (programozhat felejt-, ill. nemfelejt-vltozatra);

adatregiszterek: 4096 32 bit (nemfelejt);gyors vltozs bemenetek: 2 megszaktskrs a gyorsszmllshoz (max. 1 kHz);kimenetek: 0,5 A / 24 Vdc.

A modulrisfelpts programozhat vezrlre pldaknt egy 80C167 tpus mikropro-cesszorral gyrtott tpus hardvert mutatja a 2.11. bra [10], amelyen a ngy 16 bites ltalnoscl regiszter s a ngy jelzbit (N eljel, O tlcsorduls, C vgs tvitel, Z zrus) is tallhat,amelyek a programoz ltal elrhetk.

2.11. bra. A 80C167 tpus mikroprocesszorral gyrtott PLC hardvere

A rendszer alapkonfigurcija 128 kbjt RAM-ot s 128 kbjt Flash EPROM-ot tartal-maz. A RAM az albbi funkcik elltsra szolgl: merker (M), idzts (T), szmllk (C),adatmez (DB), rendszer-RAM funkci, stack-RAM funkci. A be/ki egysgek itt is kln I/O

buszra csatlakoznak. A modulris PLC rack-jnek htlapjn kialaktott rendszersn (SYSTEMBUS) tovbbi hardveregysgek csatlakoztatsra szolgl. A kzponti egysg hrom megszak-tskrs kezelst biztostja. A pldabeli PLC a be-, ill. kimeneteket I/O RAM egysgen keresz-tl kezeli.

A nagymret s bonyolult rendszerek irnytshoz rendszerint tbb processzortalkal-maznak, amelyek egy-egy specilis funkcit ltnak el. Egy ilyen tbbprocesszoros PLC felpt-st szemllteti a 2.12. bra, ahol a fprocesszor (Main Processor) 16 bites szprocesszor.

31


33/367

2.12. bra. A tbbprocesszoros PLC felptse

A matematikai mveleteket a matematikai processzor, a kommunikcis funkcikat akommunikcis processzorvezrli. Emellett a nagyszm tvoli I/O kezelst s a PID szablyo-zsi algoritmust is kln processzor vgzi. Ezek a processzorok rendszerint mester-szolga(master-slave) kapcsolatban llnak a fprocesszorral. A mester-szolga rendszer kommunikciesetn a szolgaprocesszorok csak a mesterrel llnak kapcsolatban, egymssal nem. Napjainkbana decentralizlt irnytsi mdszerek kerlnek eltrbe.

2.2.5. Tvoli be/ki modulok

A programozhat vezrlk specilis kiegszt egysgei a tvoli be/ki (I/O) modulok. A tvoliI/O kezels(Remote I/O, RIO) a nagyszm be/ki vonal esetn indokolt, klnsen akkor, ha azI/O eszkzk tvol vannak a PLC-tl. Ilyenkor a kzponti PLC rack rendszerint tartalmaz egy

tvolsgi I/O rack-et (remote I/O rack), amelysoros kommunikcivalkezeli a tvoli be/ki vona-lakat. A tvoli I/O modulokkal elltott PLC felptst szemllteti a 2.13. bra.

2.13. bra. Tvoli be/ki vonalak kezelse (RIO)

32


34/367

A soros kezels tvolsgi I/O modulokltal kezelt be/kimenetek feldolgozsi ideje svlaszideje nagyobb, mint a norml be/ki jelek. A tvoli I/O-k kezelshez rendszerint szksgvan egy jrulkos egysgre, amint azt a 2.14. bra mutatja [6].

2.14. bra. Jrulkos egysg a RIO-hoz

A PLC adatfeldolgozsa s a tvoli I/O rack-ek soros lekezelse rendszerint nincs szink-

ronizlva.

2.3. Ktllapot bemeneti s kimeneti egysgek

A PLC-k kzponti mveletvgz egysge ktfokozat beviteli/kiviteliegysgen keresztl tartja akapcsolatot a klvilggal, azaz a technolgiai folyamat jelad ill. beavatkozszerveivel. A CPU-val rendszerint egy bels be/ki egysg(multiplexer vagy I/O port) rvn, a snrendszeren keresz-tl trtnik az adatforgalom. A bels I/O egysgek tpfeszltsge megegyezik a CPU tpfeszlt-

sgvel.

A bels I/O egysgek bemeneteire kapcsoldhatnak:

a PLC-hez kapcsold ktllapot eszkzk, amelyek tpllsa kzvetlenl a CPU tp-feszltsgrl trtnik, ezrt galvanikus levlasztst nem ignyelnek (pl. kezelszervek, billen-tyzet);

a technolgirl rkez terepi jelleg eszkzk, amelyekre jellemz, hogy tpllsuknem egyezik meg a CPU tpllsval.Amg a CPU kzponti processzora rendszerint 5-15 V,addig a mkdtetszervek ettl rendszerint eltr tpllst ignyelnek (pl. 24 Vdc, 48 Vdc, ill.24 Vac, 230 Vac). A klnbz feszltsgek keveredsnek megakadlyozsa cljbl galvani-kus levlaszts bemeneti, ill. kimeneti illesztket hasznlnak. A galvanikus levlasztstoptocsatolval oldjk meg. Ennek fknt zavarvdelmi,villamos s biztonsgtechnikai (rints-vdelmi) elnye van. A bitprocesszor, ill. szprocesszor alap PLC-k bemeneti, ill. kimenetiegysgei csak a szervezs mdjban trnek el. A bitprocesszor a be-, ill. kimeneteket bitenknt, aszprocesszor bjtonknt/szavanknt kezeli.

Bitszervezs ktfokozat bemenetiegysget szemlltet a 2.15. bra.

33


35/367

2.15. bra. Ktfokozat bitszervezs beviteli egysg felptseA ktllapot kapcsolk jele a zavarjeleket szrfokozaton t az optolevlaszts be-

meneti fokozaton keresztl tovbbtja a PLC ltal cmezhet beviteli elemre, amely lehet portvagy multiplexer. Lthat, hogy a bemeneti fokozat nem tartalmaz trolelemet. Trolelemakkor szksges, ha fontos az azonos idej mintavtelezs. Ilyenkor egy parancs (utasts) hat-sra a PLC sszes bemenetnek llapott egy RAM-memria trolja. Ilyen bemeneti fokozatothasznlnak a gyorsan vltoz jelek feldolgozsakor.

2.16. bra. Bitszervezs ktfokozat kimeneti egysg felptse

Bitszervezs ktfokozat kimenetiegysget mutat a 2.16. bra, ahol az adat a CPU-tl amikroprocesszor kiviteli portjn t egytrolelemrekerl (D flipflop, D latch). A kimeneti fo-

kozathoz a trolelem elengedhetetlen,ez trolja ugyanis a program ltal elrt s a CPU ltalltrehozott eredmnyt (1 bit) kt mintavtelezskztt.

34


36/367

A bjtszervezsprocesszorral felptett PLC bemeneti fokozatnak illusztrlsra a 2.11.brn bemutatott PLC bemeneti fokozatt a 2.17. brn [10], kimeneti fokozatt a 2.18. brn[10]mutatjuk be.

2.17. bra. Bjtszervezs bemeneti fokozat

2.18. bra. Bjtszervezs kimeneti fokozat

A 2.18. brn lthat, hogy mind a bemeneteket, mind a kimeneteket az n. I/O RAM-onkeresztl kezelik. Az I/O RAM-ok rsa a program vgn PE (page-end character, lap vge) jel-lel ciklikusan trtnik.

Agalvanikus elvlasztsazaz a mkdtetfeszltsgek kzs vonatkoztatsi pontjnaksztvlasztsa zavarvdelmi tulajdonsgt a kvetkezk alapjn rthetjk meg. A bemeneti, ill.kimeneti eszkzk rendszerint a technolgiai berendezsek (motorok, mgneskapcsolk, szele-

pek stb.) kzelben (a terepen) vannak elhelyezve, gy induktv s kapacitv ton klnbz za-varjelek szuperponldnak ezen vezetkekre. Galvanikus elvlaszts nlkl ezek a zavarjeleka CPU tpfeszltsgre jutnnak.

35


37/367

A CPU-t egy kristlyoszcilltor mkdteti. Galvanikus elvlaszts nlkl a zavarimpul-zusok katasztroflis hibt okozhatnak a CPU mkdsben (pl. akaratlan memriars, -olvass).A 2.19. bra szerinti sztvlaszts a bemeneti s kimeneti oldalon vdett teszi a CPU mkdsta kls zavaroktl s vd az esetleges ramtstl.

2.19. bra. A galvanikus elvlaszts elve

Az optocsatol (optoizoltor) egy kzs tokba ptett fnyemittl didbl s egy fot-tranzisztorbl ll. Optolevlasztsbemeneti fokozatotszemlltet a 2.20. bra.

2.20. bra. Egyenram s vltakoz ram bemeneti fokozat

A 2.20a bra az egyenram galvanikus elvlasztst mutatja. Az R ellenlls a tpfe-szltsg rtktl fgg s a LED dida ramnak belltsra szolgl. Rendszerint 5 V, 12 V, 24V, ill. 48 V tpfeszltsget hasznlnak.

A 2.20bbra vltakoz ram jel galvanikus elvlasztstmutatja. Az R1 a megfelelram belltsra szolgl, mg azR2, C1 a vltakoz komponens szrst vgzi (50 ms). A PLC

bemeneti krtyjnak ellapjn a bemeneti llapot informcijt rendszerint LED-didval visz-szajelzik.

36


38/367

Galvanikus elvlaszts tranzisztoros kimeneti fokozatotszemlltet a 2.21. bra.

2.21. bra. Galvanikus elvlaszts tranzisztoros kimeneti fokozat

A 2.21. brn a kell erstshez Darlington-fokozatot alkalmaznak. AD1 dida az ellen-ttes ramimpulzus vgst vgzi. A PLC I/O krtyn rendszerint 16 vagy 32 ilyen kimeneti

egysget helyeznek el. A klnbz kimeneti szervek villamossajtossgait a felhasznlnakfigyelembe kell vennie, pl. izzlmpa esetn a hmrsklettel vltoz ellenlls, induktv terhe-ls (rel, mgneskapcsol) esetn a kikapcsolskor fellp feszltsg-visszalks.

Vltakoz ram galvanikus levlaszts kimeneti fokozatotszemlltet a 2.22. bra, ame-lyen kimeneti kapcsolknt triakotalkalmaznak. A triak a vltakoz feszltsg 0 tmenetnlkapcsol ki, gy cskkenti az induktv terhels kikapcsolsnl fellp nemkvnatos zavar-

jeleket.

2.22. bra. Triakos felpts kimeneti fokozat felptse

A vltakoz ram hlzatokban egyre elterjedtebben hasznljk a flvezet relket(Solid State Relay, SSR). A flvezet relk (FR) egyfzis kivitelben kszlnek. Blokksmasze-r felptsket a 2.23. bra szemllteti.

2.23. bra. Flvezet relvel megvalstott kimeneti fokozat

37


39/367

A vezrlkr zajszrkbl s optikai csatolbl ll. A szrkr feladata annak megakad-lyozsa, hogy a rvid idej zavarimpulzusok bekapcsoljk az FR-t. A vezrljel (3... 24 V k-ztti egyenfeszltsg jel) az optocsatoln t a zrusdetektorra jut, amely annak megjelenstkveten a hlzati feszltsg els nulltmenetnl kapcsolja be a triak vagy a szembekapcsolttirisztor vezrlsvel a terhelst. Az FR a hlzati feszltsgre szuperponlt tlfeszltsg-impulzusok korltozsa cljbl tlfeszltsg-vdelemmelis el van ltva. A flvezet rel gyu-

fsdoboznyi mret eszkz, j hvezet tulajdonsg, de villamosan szigetel mgyantval vankintve s csatlakozkapcsai kiv telvel feszltsgmentes. Flvezet relkke kapcsolt romf-zis fogyasztt szemlltet a 2.24. bra.

l h

a p

2.24. bra. Hromfzis fogyaszt mkdtetse flvezet relkkel

A kzepes teljestmny flvezet kapcsolelemek kzl rgebbenabipolris tranzisz-tortalkalmaztk a leggyakrabban. Klnsen elnysek az egy tokba integrlt kapcsolerstk,amelyek kzl pldaknt a TOSHIBAtpusnak jellemz adatai:

kapcsolt ram 100 A;kapcsolt feszltsg 300 V;ramersts 100.

A tranzisztoros kimeneti fokozatot rendszerint rvidzrvdelemmelltjk el.

A bipolris tranzisztorokat egyre inkbb kiszortjk az utbbi vekben megjelent trve-zrls teljestmnytranzisztorok(POWER FET-ek), amelyek VMOS technikval kszlnek sigen jelents mszaki elnyei vannak. Bekapcsolt llapotban az ellenllsuk hmrsklet-tnyezje pozitv, ezrt melegeds hatsra ellenllsuk n s korltozza az ramot, gy nemlphet fel a bipolris tranzisztorokra jellemz termikus megfuts. Ezek a tranzisztorok kzvet-lenl prhuzamosan kapcsolhatk. Tovbbi elny a tbb nagysgrenddel nagyobb ramerstss nagy bemeneti im edancia miatt igen kicsi (mikrowatt nagysgrend) vezrlsi teljest-mnyigny, ezrt logikai jelekkel kzvetlenl vezrelhetk.

2.4. Szmllsi/idztsi funkcik

A szmllsi funkci megvalstsra a PLC-k fejldse sorn szoftver-, ill. hardverton megva-lsul szmllk szlettek. Ez a kt megolds a strukturlis klnbzsgen tl a szmllhatfrekvencia maximlis rtkben is eltr a hardveres megolds javra.

A szoftverton trtn szmll hardverfelttele egy, a mikroprocesszor ltal kezeltRAM-memria (esetleg regiszter). Ezt szemllteti a 2.25abra, amelyen egy-egy szmllt (C0,C1, C2...) a RAM-memria bjtja vagy szava reprezentlja. Az brn a szmll mkdtetshezszksges funkcik is lthatk: szmllbemenet (C), trlsbemenet (R), prhuzamos feltlts

(L).

38


40/367

Klnbz megoldsokat dolgoztak ki az idztsi funkcikra is. Korbban a PLC kime-nete ltal mkdtetett analg/digitlis idztket, hosszabb idej ksleltetshez kapcsolrkatalkalmaztak.

Napjainkban az idztsi funkcikat a PLC ragenertor frekvencijnak szoftvertontrtn osztsra vezetik vissza. Ennek hardverfelttele megegyezik a szmllval, azaz a CPUltal kezelt s erre a clra fenntartott RAM memriaterlet a hozz tartoz indtsi (S), ill. akezdetirtk-betltsi (L) funkci biztostsval (2.25bbra) [10].

2.25. bra. Szmll- (a) s idzt- (b) funkcik a RAM-ban

A szmllsi, ill. idztsi funkcik hardverfelttelhez nagymrtkben hasonlt aMERKER-memria kezelse is. Ezt szemllteti a 2.26. bra.

2.26. bra. MERKER-memria illesztse a buszvonalhoz

A fenti funkcikat rendszerint a 2.27. bra szerint, a RAM-memria rszeknt adjk meg.Termszetesen a RAM-trkpek tovbbi funkcikat is tartalmaznak.

2.27. bra. PLC RAM trkp

39


41/367

40

Irodalomjegyzk

[1] Ajtonyi I.: Vezrlstechnika II.Budapest, Tanknyvkiad, 1985.

[2] Juhsz G., Nagy I. (ford): Informatika s ipari elektronika.Budapest, Mszaki Knyvkiad, 1997.

[3] Demmel L., Molnr T., Trk B., Vgvlgyi G.: Programozhat logikj vezrlsek.Budapest, Mrnktovbbkpz Intzet, 1989.

[4] Tverdota M., Harkay T.: Villamos vezrlstechnika.Budapest, KKMF, 1998.

[5] E. A. Parr: Programmable Controllers - An Engineer's Guide.Newness, 1996.

[6] Ian G. Warnock: Programmable Controllers Operation and Application.Prentice Hall International, 1988.

[7] IEC-1131/I-IV. szabvny, 1992.[8] OMRON: CPM PLC Felhasznli kziknyv, 1999.[9] SIEMENS: SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual, 1999.[10] BOSCH: PLC gpknyv, 1997.[11] Z'WORLD: BL1500 User's Manual, 1990.[12] SAIA: Process Control Devices PCD2 Series, 1993.[13] Ajtonyi I.: Digitlis rendszerek.

Miskolc, Egyetemi Kiad, 1998.


42/367

41

3. PROGRAMOZHAT VEZRLK PROGRAMOZSA

A PLC-k hardvere univerzlis, amely nmagban nem, csak a felhasznli programmal egyttvlik a konkrt irnytsi feladatra alkalmass. Ebbl kvetkezik, hogy a programozhat vezr-lk alkalmazsnak egyik legfontosabb krdse a felhasznli programok ksztse. Mr a

General Motors ltal 1968-ban kirt plyzatban szerepelt a felhasznlbart, vezrlstechnika-orientlt programozsi nyelv.

Programozsi nyelvenazt a szintaktikt, azaz formai szablygyjtemnyt rtjk, amelysegtsgvel a felhasznli program elkszthet. A bitprocesszoros PLC-k esetn a programoz-si nyelv szablyai s a hardverstruktra jellegzetessge kztt igen szoros kapcsolat volt. Azilyen programozhat vezrlk programmemrija kizrlag csak a felhasznli programot tar-talmazta, mivel a PLC egyetlen funkcija a vezrlsi algoritmus biztostsa volt. A bjt-, ill. sz-

processzor felpts PLC-knl a szolgltats minsgi javulst rszben a hardver, de igen nagymrtkben a szoftver biztostja. Ez a szoftver a felhasznli programon tl szmos tovbbi funk-cit lt el.

3.1. A PLC-ben fut programok s feladataikA korszer PLC-k szoftvere a funkci alapjn alapszoftverre s felhasznli programcsoportraoszthat. Az alapszoftver az lland (rezidens), a felhasznli program pedig a vltoz rsztkpviseli.

3.1.1. Alapszoftver

A PLC alapszoftvert hasonlan valamennyi mikroszmtgpes berendezshez azopercisrendszerbiztostja. A PLC alapszoftvere igen ersen gyrt-, ill. tpusfgg, gy egyedi. Ennekellenre megfogalmazhatk a kvetkez kzs funkcik, amelyek szinte valamennyi korszer

tpusnl felfedezhetk.Az interpreterfunkci a felhasznli program rtelmezsre s vgrehajtsra alkalmas

szoftver. Az interpreter a kdolt felhasznli programot utastsonknt veszi el, rtelmezi svgrehajtja, ill. nhny tpus esetn a felhasznli program a processzor utastskszletre lefor-dtva hajtdik vgre. A PLC nyelven megrt egyetlen utasts az adott mikroprocesszor esetnrendszerint tbb gpi utastssal hajtdik vgre.

Sttussz-generls funkci, amelyszinte valamennyi mikroszmtgpes berendezsbenmegtallhat. A sttussz-generls clja a processzor mveleteirl trtn informciszolglta-ts. A sttussz mint llapotinformci igen jl hasznlhat a program belvsekor, hibakeressvagy bezemels esetn.

Az nteszt funkcia PLC egyes funkciinak ellenrzst vgzi, klnsen a biztonsgiPLC-k alkalmazsakor nagy jelentsg. Az nellenrztt funkcik lehetnek hardver- (pl. tpfe-szltsg, watch-dog), ill. szoftverjellegek.

A kommunikcis vonalakkezelse a soros pont-pont, ill. hlzati kommunikcis funk-cik elltsa. Napjainkban e funkci jelentsge a PLC-hlzatok, terepi buszok szerepnek n-vekedsvel rohamosan n.

Ember-gp kapcsolat tern a PLC egyik alapvet funkcija a kezel s a PLC kzttikommunikci biztostsa. Az ember-gp kapcsolat kialaktsnak hardver- s szoftverfeltteleivannak.

A programfejlesztsi funkci tpustl fggen lehet a PLC opercis rendszernek saj-tossga, de lehet kln a fejlesztrendszer is. Ma mr a programfejlesztsi funkcit egyre in-kbb a szemlyi szmtgpek veszik t.


43/367

42

Az elbbiek illusztrlsra plda a 2. fejezetben vzolt 80C167 processzor alap PLCalapszoftvernek felptse, amely a STEP-5, ill. STEP-7 nyelv sajtossga.

A PLC opercis rendszere hrom f szoftvermodultpust tartalmaz: szervezblokkok(OB), programblokkok (PB) s adatblokkok (DB).

Az alapszoftver tz szervez szoftverblokkbl pl fel, amelyek biztostjk:

OB1 a ciklikus mkdst;OB2 a rendszer belltst (set up);OB5 s OB7 az jraindtsi funkcikat;OB9 a hibakezelst;OB10, OB11, OB12 a hrom programmegszaktst;OB18, OB19 az idztsek kezelst.Az OB1 szervezblokk tartalmazza az interpretert s a felhasznli program vgrehajt-

st biztost executive rszt. A felhasznli programok a PB blokkokban vannak s korltozottszm alprogramot (szubrutin), valamint kt adatblokkot kezelnek. Ezt szemllteti a 3.1. bra[18].

3.1. bra. Egy PLC alapszoftvernek felptse


44/367

43

A PLC n. hardverteszttelindul (memriateszt, telepteszt stb.), majd az OB2 rendszerbe-llt (system setup) funkci rvn az OB5 vagy OB7 blokkon keresztl jut el az OB1 ciklikuszemmdot biztost szoftverblokkba. A be/ki memrit az OB1 blokk vgn a PE jel mindenciklus befejezsekor frissti. A PLC-vel kapcsolatos hibakezelsi funkcit az OB9 blokk ltja el.A hrom megszaktsi szintet az OB10...OB12 szoftverblokkok kezelik. A programmegszakt-sok egyike a soros kommunikcihoz van hozzrendelve.

3.1.2. Felhasznli programok

A 3.1.1. pontban lert alapszoftver a PLC-ben fut programok lland rszes minden azonostpus programozhat vezrlben egyforma. Ezzel szemben a felhasznli programok a PLC

programok vltoz rszt jelentik s segtsgkkel vlik alkalmass a PLC az adott vezrlsifeladatra. A felhasznli programok specilis, vezrlstechnikai, ill. irnytstechnikai orientlt-sg programnyelven rdnak.

A felhasznli programokkal kapcsolatos, hogy a bitprocesszor alap PLC-k esetn ahardverstruktra s a program felptse kztt igen szoros a kapcsolat, ezrt interpreterre nemvolt szksg. Az ilyen PLC utastsok programmemriabeli elhelyezkedst szemllteti a 3.2.

bra. Gyakran a mai nem bitszervezs PLC-k felptst is sematikusan s a programozsinyelvhez illeszkeden gy brzoljk, mintha bitprocesszor alap lenne.

3.2. bra. Utastsok elhelyezkedse a programmemriban bitszervezs PLC esetn

A mai bjt-, ill. szprocesszor alap PLC-kben a felhasznli program felptst azinterpreterhatrozza meg, gy az utastsok memriabeli elhelyezse a 3.2. brn vzolttl jelen-tsen eltr. A bjt-, ill. szprocesszor felpts programozhat vezrlkben a Boole jelleg m-veletek vgzse krlmnyesebb, ugyanis ezen processzorok 8, ill. 16 bites szavak kztt vgez-nek aritmetikai, logikai vagy adatmozgatsi mveleteket. Plda: kt bjt (A, B) kztti S kap-csolata.

7 6 5 4 3 2 1 0 Bitpozci a bjton bellA: 7Ch = 0 1 1 1 1 1 0 0

& & & & & & & &B: F7h = 1 1 1 1 0 1 1 1A & B = 74h 0 1 1 1 0 1 0 0


45/367

44

A mvelet eredmnye az azonos bitpozcibanlev bitek S kapcsolatbl addik. Br-mely kivlasztott azonos bitpozciban lv kt bit kztti S kapcsolat eredmnyt tovbbi Smvelettel, n. bitmaszkolssalkaphatjuk:

A & B: 74h 0 1 1 1 0 1 0 0& & & & & & & &

maszk: 08h: 0 0 0 0 1 0 0 0 A vlasztott bitpozcihoz(3) tartoz maszk

eredmny: 0 0 0 0 0 0 0 0

A kapott eredmny 00h, ezrt a zrusbit Z = 1, ellenkez esetben Z = 0, gy a msodik Smvelet utn a zrusbit negltan mutatja a 3. bitek (A3 & B3) S kapcsolatnak eredmnyt. Anem azonos bitpozciban lv bitek kztti Boole-mvelet eltt kell szm lptetsi mveletetkell vgezni. Vannak olyan processzorok, amelyek specilis bitmveletekre kpesek, de ezek istbb lpsben vgzik el a bitek kztti Boole-mveleteket. Az ilyen PLC-kben a bjt-, ill. sz-mveletekknnyek. Egy korszer PLC-ben a 3.3. bra szerint definilhatk az operandusok.

3.3. bra. Bit-, bjt-, ill. sz definilsa szprocesszor alap PLC-ben

Hasonl a programozhat vezrlkben hasznlatos be/ki vonalak cmzseis. Amg a bit-szervezs PLC-kben a be/ki vonalak bitenknti cmzseelnys s termszetes, addig az ltal-nos cl mikroszmtgpek esetn a be/ki portok cmzse bjtonknt,ill.szavankntlehetsges.

Bjtcmzs esetn pldul a 38-es bemenet (bit) beolvasshoz elszr meg kell hatrozni, hogya 38-es bemenet melyik portcmen van (n 38/8), teht az 5-s cm portot kell beolvasni, majd

pedig a 6. bitet maszkolni:

39 38 37 36 35 34 33 32

Az elbbiek jl szemlltetik, hogy a msodik genercis PLC-kben a felhasznli prog-ramok memriabeli elhelyezkedse s vgrehajtsa az adott mikroszmtgp felptstl, tpu-stl s az alapszoftvertl (interpreter) fgg.

Az interpreter teht egy kzbens szoftvereszkz a vezrlstechnikai nyelv s a PLC pro-

cesszora kztt.Valamennyi felhasznli programnyelv a vezrlstechnikai (irnytstechnikai) feladat-

nak az interpreter szmra rthet formba szervezshez szksges szablyok sszefoglalsa. Abitcmzs a PLC nyelvek tbbsgben megengedett, s a programoznak az utasts vgrehajt-snak mdjrl nem vagy csak specilis esetben kell tudnia.

3.2. PLC programnyelvek

A PLC-k fejldse sorn szmos programozsi nyelvet fejlesztettek ki. Ezek kzs jellemzje azahny gyrt, annyifle programnyelv volt. Kezdetben a nvkdon alapul programozs voltdominl, ami a mikroprocesszoros CPU-k elterjedsvel visszaszorult. Ugyancsak egyids a

PLC-vel a reljelleg programnyelv is. Napjainkra a klnbz felhasznli programnyelvekszles krt alkalmazzk, ami az egyes gyrtk eszkzei kztti kompatibilitst lehetetlennteszi. Ezrt egyre nagyobb igny jelentkezik gy a gyrtk, mint a felhasznlk rszrl egys-


46/367

45

ges nemzetkzi szabvnyokban rgztett felhasznli programnyelvek kifejlesztsre. Az IEC1131-3 szm nemzetkzi szabvny az egsz vilgra egysgesteni kvnja a felhasznli prog-ramnyelveket s ezek jellseit. Ez a szabvny nem j programnyelveket hoz ltre, hanem a ko-rbbi, kzs jellemvons nyelveket igyekszik egysgesteni. A PLC programozsi nyelvek f

jellemzje, hogy vezrlstechnikai (jabban irnytstechnikai) orientltsgak. A trtnelmilegkialakult feladatler nyelvek szveges vagy grafikus rendszerek, gy az IEC 1131 szabvny a

PLC felhasznli programnyelveket kt osztlyba sorolja: szveges rendszersgrafikus szim-blumokat alkalmazprogramnyelvek.

A szveges szimblumokkal lert vezrlsi feladat rendszerint egy compiler(fordt) r-vn kerl a programmemriba letltsre.

Aszveges rendszerprogramnyelveknek kt megvalstsi formjt engedlyezik.

Az egyik a magas szint programnyelvekkel(Pascal vagy C) tmogatott strukturlt fel-hasznli programnyelv,amelynek angol s nmet jellse egyarnt ST (angol: Structured Text,nmet: Strukturerter Text). Ez esetben a vezrlsi feladatot megvalst felhasznli programlersa hasonlt a Pascal vagy C nyelven megrt program szintaktikjhoz. E mdszer clja, hogya magas szint nyelvet ismerk kpesek legyenek PLC program ksztsre. Ennek ellenre ez a

programozsi nyelv a PLC technikban eddig nem terjedt el, de egyre npszerbb.

A msik szveges programnyelv az utastslistsfelhasznli programnyelv, amelyjel-lse angolul Instruction List, IL, nmetl Anweisungsliste, AWL. Ez a programnyelv az as-

sembly nyelvprogramozsbl alakult ki, s a bitszervezs PLC-knl ersen ktdtt a hardver-struktrhoz. A grafikus szimblumokkal lert s megszerkesztett vezrlsi feladat a fejleszt-rendszerben egy letltprogram (kln menpont) rvn tlthet le a PLC-be. A 1131-3 szab-vny hromfle grafikus szimblumot alkalmaz: ltradiagramos,funkciblokkos s sorrendi

folyamatbrn alapul programnyelvet. A szabvny a kvetkez PLC nyelveket definilja sajnlja.

PLC programnyelvek

Szveges rendszer nyelvek Grafikus rendszer n elvek

Strukturlt programnyelv(ST)

Utastslists programnyelv(IL)

Ltradiagram(LD)

Sorrendibra

SFC

Funkciblokk(FB)

folyamat

3.2.1. Strukturlt programozsi nyelv

A strukturlt programozsi nyelv (ST) egy magas szint nyelv a vezrlsi s szablyozsi funk-

cik lersra az IF...THEN, CASE, FOR, WHILE, REPEAT, stb. parancsok segtsgvel. Aszabvny a 3.1. tblzat szerinti adattpusokat definilja az ST nyelvhez.


47/367

46

3.1. tblzat. IEC adattpusok az ST nyelvhezIEC adattpusok Jelents

INT Egsz szm (-32768-tl + 32767)SINT Rvid egsz (-128-tl + 127)DINT Dupla egsz (-231-tl + 231-1)LINT Hossz egsz (-263-tl + 263-1

USINT Eljel nlkli rvid egsz (0-255)UINT Eljel nlkli egsz (0-216-1)UDINT Eljel nlkli dupla egsz (0-232-1)ULINT Eljel nlkli hossz egsz (0-264-1)REAL Vals vagy lebegpontos szmLREAL Hossz vals szm (-10-308-tl + ...TIME (d, h, m , s, ms) Idrtk megadsa (nap, ra, perc, m-

sodperc)DATE Naptri dtumTIME-OF-DAY (vagy TOD) Idmegads

DATE-AND-TIME (vagy DT) A nap dtuma s idpontjaSTRING Karakterekbl ll szveges informciBOOL Ktrtk (0,1) vltozBYTE 8 bites binris stringWORD 16 bites binris stringDWORD 32 bites binris stringLWORD 64 bites binris stringF-EDGE Felfut lR-EDGE Lefut lANY Tetszleges vltoz

Az IEC ajnls megengedi a memriahelyek (RAM) kzvetlen cmzst. Erre a clra a %karakter hasznlatos. A memria rendszerint hrom f rszre van osztva: a bemenetekhez rendeltRAM (I), a kimenetekhez rendelt RAM (Q) s a bels funkcikhoz (MERKER) rendelt RAM(M). A memriba rand adat lehet bit (X), bjt (B), sz (W) s dupla sz (D) hosszsg.

Pldul a % I X 22 a bemeneti RAM 22-es bitjt jelenti. Globlis vltozk, amelyek egyprogramhoz vannak deklarlva, mg a loklis vltozkegy funkciblokkon bell vannak dekla-rlva. Az IEC szabvnyos kulcsszavait a 3.2. tblzatban adtuk meg.

3.2. tblzat. IEC szabvnyos kulcsszavakKulcssz Lers

ACTION/END - ACTION Akci kezdetnek (start) s vgnek (end)deklarlsa.Hasznlt rvidtsek:

S set (bers)R reset (trls)L korltozott idej akciD ksleltetett akciP impulzus jelleg akci

DS ksleltetett s trolt akciSL korltozott ideig trolt akci

N nem vltozik

SD trolt s ksleltetett akci


48/367

47

ARRAY OF Adattpus deklarlsaAT Memriahely hozzrendelse vltozhoz.

Pldul: CRI AT % QX400CASE OF/ELSE/END_CASE CASE tpus struktra deklarlsaCONFIGURATION/END_CONFIGURATION Konfigurcis fjl kezdetnek s vgnek

definilsa

CONSTANT Konstans rtkek deklarlsa. PldulVAR CONSTANTPI: REAL: = 3,14END_VAR

EN/END Vgrehajts engedlyezse ltradiagramonEXIT Kilps a hurokblFOR/TO/BY/DO/END_FOR Ciklusszervezs definilsaFUNCTION/END_FUNCTION A fggvnyfunkci kezdetnek s vgnek

deklarlsa. Pldul Y: = SIN(X)*SIN(X)FUNCTION_BLOCK/END_FUNCTION_BLOCK Funkciblokk kezdetnek s vgnek dekla-

rlsaIF/THEN/ELSIF/ELSE/END_IF IF/THEN/ELSE struktra definilsaINITIAL_STEP/END_STEP Egy kezdeti lps definilsaPROGRAM/END/_PROGRAM Egy program kezdetnek s vgnek dekla-

REPEAT/UNTIL_END_REPEAT Ismtlsi funkci definilsaRETAIN Egy vltoz rtknek definilsa a PLC

tpfeszltsgnek hibja utn (powerinterrupt):

VAR_OT RETAINStatus: INTEND_VAR

RETURN Funkciblokk (szubrutin) vge deklarlsaSTEP/END STEP Lps kezdetnek s vgnek deklarlsaTASK Taszk deklarlsaTRANSITION/FROM/TO/END_TRANSITION tmenet kezdetnek s vgnek deklarlsaTYPE/END_TYPE Adattpus megvltozsnak definilsaVAR/END_VAR Bels vltoz belltsnak deklarlsaVAR_INPUT/END_VAR Bemeneti vltoz belltsnak deklarlsaVAR_IN_OUT/END_VAR Bemeneti s kimeneti vltoz belltsnak

deklarlsa

VAR_OUTPUT/END_VAR Kimeneti vltoz belltsnak deklarlsaVAR_EXTERNAL/END_VAR Kls vltoz belltsnak deklarlsaVAR_GLOBAL/END_VAR Globlis vltoz belltsnak deklarlsa,

amelyet az sszes elemmel lehet cmezni aprogramon bell

WHILE/DO/END_WHILE WHILE (AMG) struktra definilsaWITH Program- vagy funkciblokk kztti kap-

rlsa

csoldshoz hasznlt kulcssz

Tovbbi fenntartott kulcsszavak: BOOL, INT, REAL, TRUE, FALSE, NOT, OR, AND,XOR, RS, TON, LD, ST, ADD, MUL, DIV, SIN, COS, stb.

Pldula bemeneti, kimeneti s bels vltozk definilsra vonatkoz programrszlet sa program szerkezeti felptse ST nyelven.


49/367

48

PROGRAM_ProgramnvVAR_INPUT

(*valamennyi bemeneti vltoz listja s adattpus deklarlsa*)

END_VARVAR_OUTPUT

(*valamennyi kimeneti vltoz listja s adattpus deklarlsa*)

END_VARVAR

(*valamennyi, a programban hasznlt bels vltoz s funkciblokk listja*)END_VAR

(*a fprogram*)

END_PROGRAM_BLOCK

Az ST nyelven definilt funkciblokk (szubrutin) ms PLC nyelvekben is felhasznlhat(hvhat), ha a hordozhatsg felttelei megvannak a kt fejlesztrendszer kztt.

Funkciblokk definilsa:

FUNCTION_BLOCK_FunkcinvVAR_INPUT

(*a funkciblokk bemeneti vltozinak listja s azok adattpusa*)

END_VARVAR_OUTPUT

(*a funkciblokk kimeneti vltozinak listja s azok adattpusa*)

END_VARVAR

(*bels vltozk deklarlsa*)END_VAR

(*a funkciblokk algoritmust realizl alprogram*)

END_FUNCTION_BLOCK

Egy funkciblokk (szubrutin) definilsa teht a bemeneti, kimeneti s bels vltozkdeklarlsbl s az ismtld programrszbl ll.

Az opertorok kzsek a modern magas szint nyelvekben definiltakkal:

aritmetikai mveletek (ADD, MUL, SUB, DIV);sszehasonlt mveletek (GT azaz >, GE azaz >=, EQ azaz =, LE azaz >=, LT vagy llapotELSE< llapot >END_IF


50/367

49

PldulCASE struktra

CASE < (egsz kifejezs) > OF< lista > : < llapotok >< lista > : < llapotok >ELSE< llapotok >END_CASE

Az ST nyelv hrom megoldst biztost aciklusszervezsre:

FOR...DO ciklusszervezsFOR < index > : = < start > TO < vg > BY < nvels > DO < llapotok >END_FOR

WHILE...DO ciklus (AMIG struktra)WHILE < (a Boole kifejezs igaz) > DO < llapotok >

END_WHILE

REPEAT...UNTIL ciklus (ISMTELDAMIG)REPEAT< llapotok >UNTIL < (a Boole kifejezs hamis) >END_REPEAT

Az ST programozsi nyelv elnye a nagyfok rugalmassga, de alkalmazsa magas szin-t nyelvi programozsi ismereteket s gyakorlatot ignyel.

3.2.2. Utastslists programozsi nyelvAz utastslists programozsi nyelv (IL) a PLC kialakulsval egyids s a bitszervezs prog-ramozhat vezrlk esetn az utastskszlet nagymrtkben fggtt az adott feldolgozegysg-tl (processzortl). Az ilyen felpts PLC-kben egy-egy utasts a memria egy cmn helyez-kedett el. Az utastsok szma szles hatrok kztt vltozott. Gyrtottak 8, 16, ill. 32 utaststrtelmez vezrlket. A Motorola MC14500B tpus bitprocesszora 16 utastst rtelmezett.

Napjainkban az ltalnos cl processzorok esetn a PLC utastsok tpusa kevsb fgg a CPU-tl, azt a CPU s az alapszoftverben elhelyezett interpreter egytt hatrozzk meg.

Az utastslists programnyelv felhasznli programvezrlsi parancsok (utastsok) so-rozatbl ll. Egy-egy utasts a mveleti (opercis) rszbl s az operandusrszbl ll.

A mveleti rsz(utasts) azt hatrozza meg, hogy a CPU-nak milyen mveletet kell v-geznie. Az egyes mveleteket rendszerint az utasts nevnek rvidtsvel jellik (pl. OR, LD,stb.).

Az operandusrszarra a krdsre ad vlaszt, hogy a mveleti rszben definilt mveletetmivel kell elvgezni.

Mveleti kd Operandus

Mvelet Kiegszts Operandus Kiegszts ParamterPldul AND N I B 34


51/367

50

A plda szerint az utasts a 34-es bemeneti (I) bit (B) negltjnak (N) S kapcsolattvgzi az akkumultorral. Mivel az IEC szabvny a nmet kulcsszavakat is engedlyezi, a fentiekrtelmezshez a 2. fejezet PLC utastsformtumt mutatjuk be.

Mvelet Operanduskiegszts

Operandus Operandus(abszolt) (szimbolikus)

U Und B Bit A Ausgang 0.0... 15.7UN Und Nicht BY Byte E Eingang 0.0... 23.7O Oder W Wort M MERKER 0.0... 191.7= Zuweisung T Zeit 0... 127S Setzen Z Zhler 0... 63R Rcksetzen

Egy utasts formtuma: U B E 1.4Az elz programsz az operandust abszolt mdon definilja, de az adott PLC megen-

gedi az operandusok szimbolikus megadst szveges oper

Programozható irányítóberendezések hálózatok és rendszerek

Documents