Средства диагностики и
настройки ПЛК
Р.Л.
Пушков,
ст.
преп., pushkov@ncsystems.ru,
Р.А.
Абдуллаев,
преп., abdullaev@ncsystems.ru,
А.Ю.
Николушкин,
аспир.,
nikolushkin.andrey@gmail.com,
Н.Ю.
Червоннова,
аспир., 4ervonnova@list.ru,
МГТУ «СТАНКИН», г. Москва
Настройка
и диагностика подсистемы управления электроавтоматикой станка играет важную
роль при отладке и запуске системы ЧПУ на новых станках. С учетом современных
тенденций на уменьшение размеров устройств управления и на увеличение их
производительности, особое значение приобрел SoftPLC контроллер.
Контроллер такого типа работает параллельно с ядром системы ЧПУ, что позволяет
реализовать расширенные возможности средств диагностики и настройки SoftPLC контроллера.
Система ЧПУ позволяет оператору отслеживать необходимые значения из памяти SoftPLC контроллера
непосредственно через терминал системы.
Machine setting and
diagnostics of control sub-system of relay ladder logic system play an
important part in adjustment and starting of CNC system in new machines. With a
glance of the high end tendencies to decreasing of dimensions of control
devices and to increasing their efficiency, SoftPLC controller has obtained
special value. Such controller works in parallel with kernel of CNC system that
allows implementing extended capabilities of the diagnostic means and setting
of SoftPLC controller. CNC system allows operator to watch needed values from
the memory of SoftPLC controller directly via system terminal.
Контроллеры
электроавтоматики представляют собой комплексное решение в области управления
и, подобно многим технологиям в автоматизации, поддерживают тенденцию
уменьшения размеров, увеличения производительности, функциональности и
расширения набора интерфейсов для лучшей совместимости с другими видами промышленных
компьютеров и устройств.
Так
появилось решение, в котором логическую часть контроллера реализуют на основе
промышленного компьютера, а сигнальные модули заменяются интерфейсом удалённых
входов/выходов. Преимущество заключается в использовании гораздо большей
производительности современного персонального компьютера, позволяющего объединить
терминал, программатор и собственно контроллер в рамках единой компьютерной
архитектуры, с отдельными модулями ввода/вывода сигналов электроавтоматики, что
в свою очередь существенно снижает стоимость всей системы управления [1]. Подобные программные системы управления
электроавтоматикой станков получили наименование виртуальных контроллеров
SoftPLC.
Современные
технологии предлагают большое количество высоконадежных промышленных
компьютеров и разнообразие операционных систем реального времени, что позволяет
практически полностью исключить недостатки, связанные с безопасностью и
производительностью системы управления, позволяя тем самым использовать SoftPLC
в любой отрасли промышленности.
Особенности
управления электроавтоматикой SoftPLC контроллером заключаются в том, что
задачи SoftPLC квазипараллельны задачам ЧПУ и работают в одной и той же
исполнительной среде. Другая особенность состоит в том, что циклы управления
электроавтоматикой вызываются из управляющей программы.
Разработка
управляющих программ электроавтоматики происходит в среде программирования
FBredactor (рис.
1), поддерживается язык стандарта МЭК – диаграммы
функциональных блоков (FBD).
рис. 1 Общий вид среды программирования SoftPLC
Среда
предназначена для поддержки процессов написания и отладки программ, загрузки их
в память программно-реализованного контроллера [2].
Внешне
FBredactor состоит из следующих элементов:
1. Рабочая область. В рамках рабочей области происходит
составление программ управления. Функциональные блоки помещаются на поле, после
чего устанавливаются логические связи между ними.
2. Панель функциональных блоков. Содержит набор
элементов, реализующих математические, логические операции, счетчики, таймеры,
триггеры и др.
3. Список используемых элементов. В данном окне
показываются функциональные элементы (блоки, связи) загруженные в проект.
4. Список атрибутов элемента. В атрибутах определяются
имена элемента, подробная информация об элементе, для элементов входа/выхода
определяются тип обрабатываемых переменных, адрес входа/выхода на шине баскаплера.
5. Панель инструментов. Стандартная панель инструментов
операционной системы Windows, дополненная панелью управления загрузкой/выгрузкой
программ из контроллера, верификацией программ, запус-ка/останова управляющей
программы.
Перед
внедрением SoftPLC контроллера проводилось длительное тестирование для
выявления безотказной и безошибочной работы логики контроллера, в том числе
повторение в заданных временных промежутках циклов программы при множественном
их повторении.
Так
на рис.
2 показан фрагмент программного кода использующегося
для тестирования. В данной программе проверяется выполнение команд, поступающих
от системы ЧПУ контроллеру, например, команды смены инструмента или включения
охлаждения (подача команд от системы ЧПУ и сигналы с датчиков программно
имитированы). После поступления соответствующей команды происходит выполнение
алгоритма операции, в завершении которого посылается ответ системе ЧПУ об
успешном завершении операции. Производится подсчет заданных управляющих воздействий,
и количество выполненных операций.
Данная
программа выполнялась в течение 1000 часов, за которые было совершено более
миллиона операций без возникновения ошибок, все управляющие воздействия были
успешно выполнены.
рис. 2 Фрагмент кода программы для тестирования
Помимо
выполнения логических задач необходимо учитывать работу SoftPLС контроллера как
приложения, использующего ресурсы промышленного компьютера. Так во время
выполнения программы велась запись значений используемой оперативной памяти. На
рис.
3 представлен усредненный график используемой
приложением оперативной памяти за 1000 часов тестирования. Из графика видно,
что использование оперативной памяти на всем протяжении теста не превышало
170000 Кбайт, при этом прослеживается равномерность ее использования.
рис. 3 Количество используемой приложением оперативной
памяти (Кбайт) за 1000 часов тестирования
Помимо
описанного выше теста проводится тестирование с использованием 1000 и более
элементов (рис.
4), происходит измерение времени выполнения полного
цикла программы и потребляемых при этом ресурсов компьютера в течение
длительного времени.
Тестирование
в течение 500 часов показывает аналогичные результаты, что говорит об
устойчивости и безотказности программной реализации SoftPLC контроллера,
следовательно, SoftPLC контроллер может полностью заменить привычные
промышленные ПЛК.
В
системе ЧПУ «АксиОМА Контрол» средством диагностики памяти SoftPLC контроллера
является отдельный экран в терминале оператора (рис. 5). В этом экране оператор может с помощью имени
переменной задавать те области памяти, значения которых необходимо выводить.
Колонка формат определяет систему исчисления, в которой будет отображаться
текущее значение переменной. Значения могут быть выведены на экран диагностики
памяти ПЛК в двоичном, десятичном или шестнадцатеричном виде. Для каждой
переменной оператор может задать описание.
рис. 4 Фрагмент программного кода для тестирования (927
элементов)
рис.
5 Модуль
диагностики памяти ПЛК в системе ЧПУ «АксиОМА Контрол»
Переменные
могут содержать значения из различных областей памяти контроллера: входы,
выходы или регистры памяти ПЛК. Каждой области памяти соответствует свой
идентификатор: O (выходы), I (входы) и M
(регистры памяти). Экран диагностики
памяти ПЛК позволяет обращаться как к отдельным битам, так и к целым байтам,
словам или двойным словам. Оператор имеет возможность загружать и сохранять
введенную им конфигурацию отображаемой памяти ПЛК.
Для
настройки панели состояния и М-клавиш терминала используются регистры памяти
ПЛК. По этой причине с помощью экрана диагностики памяти ПЛК можно менять
картинки и надписи на панели состояния и для М-клавиш. Для того, что бы это
осуществить, необходимо записывать определенные значения в регистры памяти ПЛК.
Для этой цели на экране диагностики памяти ПЛК существует колонка с
подготовленными значениями. В последствие эти значения будут записаны в память
ПЛК. Например, если в 20 регистр памяти SoftPLC контроллера
записать значение 1, то на панели состояния терминала оператора отобразится
картинка включенной станции высокого давления.
Таким
образом, SoftPLC контроллер позволяет оператору системы ЧПУ производить
диагностику своей внутренней памяти, а также гибкую настройку интерфейса
оператора системы управления. Такие возможности могут быть достигнуты во многом
благодаря тому, что SoftPLC контроллер работает в
тесной взаимосвязи с ядром системы ЧПУ и выполняется на одной машине. В этом
случае используется внутренний протокол обмена данными между контроллером и
ядром, а сами данные контроллера могут хранится в ядре системы ЧПУ и
передаваться в терминал оператора.