AUTOMATISERINGSFAGET. Programmerbare systemer 1

Transkript

1 AUTOMATISERINGSFAGET Programmerbare systemer 1 Sist revidert:

2 KURSMODUL "PROGRAMMERBARE SYSTEMER 1" Kursmodulen inngår i følgende av Industriskolens kurs: Automatiseringsfaget Kursmodulen har følgende innhold: Kompendium (dette dokumentet) Nettleksjon Nettoppgaver Innleveringsoppgaver LÆRINGSMÅL Etter å ha gjennomført denne kursmodulen skal du kunne: forklare hva vi mener med programmerbare systemer kjenne oppbygging og funksjon til en PLS kjenne programblokker for programmering av digitale operasjoner vite hvordan et PLS-system dokumenteres og idriftsettes FORKUNNSKAPER Denne kursmodulen forutsetter at du kan grunnleggende elektroteknikk tilsvarende VG1-nivå for elektrofag i yrkesskolen. e 2

3 INNHOLD 1 Innledning Programmerbare styresystemer PLS Modulere og kompakte systemer CPU Digitale I/O-moduler Analoge I/O-moduler Kommunikasjonsmoduler Funksjonsmoduler Strømforsyning Programmering Programminnet Adressering Programvare og språk Symboler Diagnose God programmeringsskikk PLS-funksjoner Binære porter SR-vipper Flankedeteksjon Tidsfunksjoner Tellere Dokumentasjon Krav og tekniske spesifikasjoner IO-liste Funksjonsbeskrivelse Forriglingsmatrise Testprotokoller

4 1 Innledning De første programmerbare systemene til industrielt bruk ofte forkortet til "PLS" så dagens lys på slutten av 1960-tallet. Industrien ble mer og mer automatisert, og det ble fort komplisert å utføre avanserte styringsfunksjoner ved hjelp av reléer. Dette dannet grunnlaget for utviklingen av de første PLS-systemene, som da ble omtalt som "reléerstattere". Etter hvert har utviklingen av PLS-systemene gått videre og gitt nye muligheter for styring og regulering av industrielle prosesser. En PLS er ikke lengre bare en reléerstatter, men ofte selve "hjernen" i industrielle produksjonsanlegg. I dag er det helt utenkelig å se for seg fabrikk uten PLSsystemer. Også i næringsbygg har det lenge vært vanlig å benytte programmerbare systemer til styring av ventilasjon, varme og belysning. De siste årene har vi også sett at det har blitt mer vanlig med programmerbare systemer i private boliger såkalte "smarthus". Kursmodulene Programmerbare systemer 1 og 2 tar først og fremst for seg industrielle styresystemer. Systemer spesielt beregnet for byggautomatisering er omtalt i kursmodulene Belysning og Varme og ventilasjon. I denne første modulen fokuserer vi først og fremst på systemenes oppbygging og grunnleggende funksjoner. Vi skal også se på noen eksempler på PLS-programmer og ta for oss de vanligste digitale programfunksjonene. Til slutt tar vi for oss vanlige metoder for idriftsettelse og dokumentasjon av PLS-baserte anlegg. Kursmodulen Programmerbare systemer 2 bygger videre på innholdet i denne modulen, og tar blant annet for seg analog signalbehandling og noen mer avanserte programfunksjoner, samt skjermsystemer og industriell datakommunikasjon. Det finnes svært mange produsenter av PLS-systemer. I våre kursmoduler har vi av praktiske årsaker holdt oss til noen få systemer. De fleste eksemplene vil derfor være på systemer fra Siemens og Omron, men lar seg lett overføre til PLS'er fra andre produsenter. Alle typer PLS-systemer kan stort sett utføre de samme grunnleggende funksjonene, men det kan være litt variasjon i fremgangsmåten i de forskjellige produsentenes programvarer. 4

5 2 Programmerbare styresystemer 2.1 PLS Forkortelsen PLS står for "Programmerbar Logisk Styring" og er en fellesbetegnelse på datamaskiner som er spesielt utviklet for automatisering og prosesstyring. På engelsk benyttes forkortelsen PLC som står for "Programmable logic controller", og på tysk forkortelsen SPS som står for "Speicherprogram-mierbare steuerung". De tre forkortelsene PLS, PLC og SPS går ofte igjen i litteratur og dokumentasjon for automatiserte anlegg. En PLS skiller seg fra vanlige datamaskiner på flere områder: - den er kun beregnet for et bestemt formål (prosesstyring). - den er beregnet for kontinuerlig drift og har høye krav til driftsstabilitet ("oppetid") - den har mulighet for tilkobling av eksternt utstyr ved hjelp av inn- og utgangsmoduler - den kan bare programmeres med bestemte tilpassede programvarer Det finnes svært mange produsenter av PLS-utstyr, og hver enkelt produsent har gjerne en rekke forskjellige typer og serier innen sitt produktspekter. Hvilken produsent og hvilken PLS-type man skal velge, er avhengig av mange forhold. Noen av disse kan være: - størrelse på systemet i form av antall signaler (inn- og utganger) systemet skal kunne håndtere. - hvilke funksjoner systemet skal kunne håndtere. - krav til kommunikasjon med andre systemer. - hvilke systemer man har kompetanse på. - smak og behag - pris Figur 2.1 Bildet viser et utvalg av PLS-systemer fra Siemens, en av verdens største leverandører av PLS-systemer. 5

6 Noe forenklet kan vi si at et PLS-system består av tre hovedenheter; 1. Inngangsmoduler (input) 2. Utgangsmoduler (output) 3. Prosessor (CPU) Inngangsmoduler henter inn signaler fra prosessen. Signalene kan for eksempel være målinger utført av instrumenter og sensorer, eller tilbakemelding fra givere, reléer og brytere. Signalene er strømeller spenningssignaler som overføres ved hjelp av elektriske ledninger. Inngangsmodulen omformer de elektriske signalene til digitale verdier før de sendes videre til prosessoren. Prosessoren er PLS'ens "hjerne". I utgangspunktet er hjernen tom og må fylles med en programkode for at PLS'en skal begynne å arbeide. Et PLS-program utvikles normalt på en vanlig PC ved hjelp av en programvare som er spesielt tilpasset den aktuelle PLS'en. Når PLS-programmet er ferdig utviklet, overføres dette til prosessoren. Basert på mottatte signaler fra inngangsmodulene, vil prosessoren utføre de operasjonene som ligger i programkoden. Utgangsmodulene benyttes til å overføre styresignaler til utstyr PLS'en skal kontrollere. Utgangsmodulene mottar digitale verdier fra prosessoren ut fra de betingelsene som ligger i programkoden. Dette kan for eksempel være en motor som skal starte eller stoppe, eller en ventil som skal åpne til 75 % åpningsgrad. Utgangsmodulen omformer disse verdiene til strøm- eller spenningssignaler som overføres via elektriske ledninger ut til utstyret. Figur 2.2 En PLS kan gjøre målinger i prosessen ved hjelp av sensorer eller motta kommandoer fra betjeningsorganer. Prosessoren behandler de mottatte signalene og gir styresignaler til utstyr som pumper, motorer og varsellys ved hjelp av utgangsmoduler. 6

7 Eksempel 2.1 En motor skal styres ved hjelp av en PLS. Start- og stoppkommandoer gis ved hjelp av to trykkknapper, og motoren skal startes ved hjelp av en kontaktor. For at PLS'en skal kunne motta start-kommandoen, må trykknappen tilkobles en inngangsmodul, og for at PLS'en skal kunne starte motoren, må kontaktoren tilkobles en utgangsmodul. 7

8 2.2 Modulære og kompakte systemer PLS-systemer deles ofte inn i to hovedkategorier; Modulære og kompakte systemer. Modulære systemer bygges opp av forskjellige typer moduler hvor hver modul bare har én funksjon. Antall moduler settes sammen alt etter behov i hvert enkelt anlegg. De vanligste modultypene er: - Prosessor (CPU) - Digitale inngangsmoduler (DI) - Digitale utgangsmoduler (DO) - Analoge inngangsmoduler (AI) - Analoge utgangsmoduler (AO) - Kommunikasjonsmoduler (COM) - Funksjonsmoduler - Strømforsyning (PS) Figur 2.3 Modulært PLS-system (Siemens S7-300). I kompakte systemer er mange funksjoner lagt inn i samme PLS-modul. Det gjør at én enkel modul ofte kan dekke alle behov. De fleste kompakte PLS-systemer har imidlertid også mulighet for å sette på tilleggsmoduler og er i realiteten en blanding av kompakt og modulær. Integrerte funksjoner S7-1217C: - CPU - 14DI / 10 DO / 2 AI / 2AO - 2 stk Ethernet m/switch - Strømforsyning - 6 Høyhastighetstellere - Motion controll - Strømforsyning Figur 2.4 Kompakt PLS-system (Siemens S7-1217C). Kompakte systemer benyttes typisk for små og middels store anlegg, mens modulære systemer benyttes for middels og store anlegg. I de neste kapitlene skal vi se på de forskjellige modultypene. 8

9 2.3 CPU CPU står for "Central prosessor unit" og er PLS'ens "hjerne". I utgangspunktet er denne hjernen ganske tom og PLS'en gjør ingen ting uten at vi har gitt den et program. Alle operasjoner PLS'en skal utføre, programmeres i en programvare installert på en PC, og lastes deretter ned i PLS'ens CPU. Vi skal se nærmere på utformingen av PLS-programmer i kapittel 3. Figur 2.5 Programvare for utvikling av PLS-program er som regel installert på en PC. Når programmet er ferdig, lastes det ned i PLS'ens CPU ved hjelp av en programmeringskabel. På nyere PLS'er er produsentspesifikke programmeringskabler gjerne erstattet med standard Ethernet- eller USB-kabler. CPU'en arbeider i en repeterende syklus. Én syklus kaller vi gjerne for ett "scan". I løpet av ett scan skal CPU'en utføre tre hovedoppgaver: 1. Lese innganger. 2. Utføre programkode. 3. Oppdatere utganger. I tillegg til disse oppgavene, vil CPU'en også utføre noen systemfunksjoner. Eksempler på slike funksjoner kan være systemdiagnose som varsler om eventuelle tekniske feil på noen av modulene, og kommunikasjonsfunksjoner for datautveksling med andre systemer. Den tiden CPU'en bruker på ett scan, kaller vi for PLS'ens scan-tid. Denne tiden er normalt veldig stabil, og dette er en av fordelene en PLS har i forhold til vanlige datamaskiner. En PLS kjører sine egne operativsystemer og vi risikerer ingen "Windows update" eller et antivirus-program som plutselig starter opp og beslaglegger store deler av CPU'ens kapasitet. Det ville ført til økt scan-tid og dermed skapt store problemer for regulatorer og andre tidskritiske prosesser som ofte kjøres i PLS'er. 9

10 LESE INNGANGER UTFØRE PROGRAM SCAN OPPDATERE UTGANGER SYSTEMFUNKSJONER Figur 2.6 CPU'en i en PLS jobber i en kontinuerlig syklus der den først leser innganger, deretter utfører programkode og til slutt oppdaterer utganger. I tillegg utfører den noen systemfunksjoner som å kontrollere at alle moduler fungerer som de skal, og å kommunisere med andre systemer. Én runde gjennom denne syklusen, kalles for ett "scan". Figur 2.7 Tiden CPU'en bruker på ett scan, kaller vi PLS'ens "scan-tid". Mange PLS'er er utstyrt med muligheter for å overvåke scan-tiden. Bildet ovenfor viser diagnosevinduet i programvaren for en PLS av type Siemens S Vi ser at den aktuelle scan-tiden for siste scan ligger på 12 ms (millisekund). I tillegg logges den minste og den største registrerte scan-tiden, som her er 10ms og 21ms. Tidsvariasjonene kan komme som følge av systemfunksjoner som ikke kjøres i hvert scan. 10

11 PLS-produsenter tilbyr mange forskjellige typer PLS'er, og det kan ofte være vanskelig å se forskjellen mellom modellene. Figuren nedenfor viser forskjell i egenskaper for forskjellige PLS'er (eller CPU'er) i Siemens S7-300-serien. Fargekodene oppe til høyre viser de forskjellige modellene hvor CPU312 er den minste, mens CPU319 er den største og dyreste. Fargekodene viser fire forskjellige egenskaper ved modellene langs fire forskjellige akser: - Aksen "Address range" angir hvor mange inn- og utganger (I/O) PLS'en maksimalt kan håndtere. Vi ser at den minste PLS'en håndterer inntil 1000 I/O (1kb), mens den største håndterer inntil 8000 I/O (8kb). - Aksen "Memory in MB" angir PLS'ens minnekapasitet. Minnet har betydning for hvor mye programkode vi kan lagre i PLS'ens. Dersom vi skal programmere mange store og komplekse funksjoner, vil vi trenge en PLS med stor minnekapasitet. Vi ser at minnekapasiteten ligger fra 32 til 2048 MB. - Aksen "Processing time" viser hvor raskt PLS'en jobber, angitt i antall μs (mikrosekunder) hver programinstruksjon tar. Jo større PLS, jo raskere jobber CPU'en. Vi ser at det er betydelig forskjell fra 0,1 μs per programinstruksjon på den tregeste PLS'en til 0,004 μs på den raskeste. - Aksen "Number of connections" angir antall koblinger PLS'en kan ha mot andre systemer, for eksempel PLS'er, HMI og kontrollromsystemer. Jo større PLS jo flere koblinger håndterer den. Figur 2.8 Figuren viser egenskapene til forskjellige CPU-modeller i Siemens S7-300 serien. 11

12 2.4 Digitale I/O-moduler Inn- og utgangsmoduler omtaler vi vanligvis bare som I/O-moduler. Vi skiller mellom digitale og analoge I/O-moduler, hvor digitale moduler bare håndterer digitale signaler altså signaler med kun to tilstander mens analoge moduler håndterer signaler som varierer. Figur 2.9 Digitale signaler har bare to tilstander. Vi kaller disse som regel for "0" og "1" eller "lav" og "høy". Figur 2.10 Analoge signaler varierer kontinuerlig. Vi skal først se på digitale inngangsmoduler. Slike moduler brukes til å lese signaler med bare to tilstander. Det finnes mange måter å betegne tilstander på, og noen eksempler på tilstander er vist i tabellen nedenfor. Når slike digitale signaler skal overføres til inngangsmodulen, skjer det som regel i form av et 24V DC-signal. De to elektriske tilstandene vil da være 0 Volt og 24 Volt, hvor 0 Volt betyr "0" og 24 Volt betyr "1". Tilstander Signal Tilstand 1: 0 Lav Av Ikke aktiv 0 V Tilstand 2: 1 Høy På Aktiv 24 V Tabell 2.1 Eksempler på digitale tilstander. Det finnes noen systemer som bruker andre spenninger enn 24 VDC. Spesielt i eldre anlegg kan man finne 230 VAC. I systemer fra land med andre spenninger i strømnettet, kan vi finne andre spenninger. Eksempelvis kan vi finne PLS-moduler beregnet for 110 VAC i systemer fra USA. Innen byggautomajson finner vi ofte systemer som bruker 24 VAC i stedet for 24 VDC. Men innenfor industriell automasjon og PLS-systemer til industrielle formål, benytter de fleste produsenter 24 VDC 12

13 spenning. Av tabell 2.1 så vi at 0 Volt betyr "0" og 24 Volt betyr "1". Men hva skjer dersom vi får en spenning som ligger et sted mellom for eksempel 5 Volt? PLS-produsentene legger inn marginer for signalnivå slik at et område rundt 0 Volt vil gi sikker "0" og et område rundt 24 Volt vil gi sikker "1". Området mellom de to sikre nivåene, er det usikkert hvilket signal vi får. Dette området bør vi derfor holde oss utenfor. Figur 2.11 PLS-produsenter definerer et område rundt 0V som sikker "0" og et område rundt 24V som sikker "1". I området mellom de to sikre nivåene, er det usikkert om vi får "0" eller "1". Eksempel 2.2 Tabellen nedenfor viser et utsnitt av databladet for et Siemens S7-321 PLS-kort med 16 digitale innganger. Vi ser at Siemens garanterer at spenninger i området fra -30 til + 5 Volt vil gi et sikkert "0"-signal, mens spenninger i området fra 13 til 30 Volt vil gi et sikkert "1"-signal. Dersom du tilfører en digital inngang på dette kortet en spenning mellom 5 og 13 Volt, gir Siemens ingen garanti for hvilket signal du vil få. Dette området er definert som "usikkert". I figur 2.12 på neste side ønsker vi å koble to trykknapper til en PLS. Vi bruker et 24VDC digitalt inngangskort, men hvordan skal tilkoblingene utføres? Trykknappene er rene mekaniske brytere uten noen form for elektriske komponenter. Slike brytere kalles gjerne potensialfrie kontakter fordi de 13

14 ikke har noe elektrisk potensial (spenning). For at bryteren skal kunne gi et signal til PLS-modulen, må vi tilføre den en spenning fra en strømforsyning. Skissen til høyre i figur 2.12 viser hvordan en 24VDC spenning tilføres bryterpanelet og tilkobles bryterne. Når bryteren er åpen er spenningen på kortet 0 Volt. Dersom trykknappene betjenes, føres spenningen tilbake til det digitale inngangskortet på PLS'en. På denne måten overføres signalene "0" og "1" til PLS'ens digitale inngangskort. Figur 2.12 Trykknappene er mekaniske potensialfrie kontakter. Vi fører en 24VDC spenning fram til knappene, og dersom disse betjenes, føres spenningen tilbake til det digitale inngangskortet. Eksempel 2.3 Figuren nedenfor viser et nytt utsnitt av samme datablad som for modulen i eksempel 2.2. Figuren viser hvordan tilkobling av en signalkabel til kortet skal utføres. Nederst til høyre er det tegnet inn en ekstern strømforsyning. 24V-siden av forsyningen kobles ut til kontaktene som gir signal tilbake til modulen. Kortet har 16 digitale innganger på klemmene 2 til 9 og 12 til 19. Legg spesielt merke til at 0V-siden av strømforsyningen er tilkoblet klemme 20. Dette er referansespenningen til signal-inngangene som må tilkobles inngangsmodulen for å unngå problemer med potensialforskjeller. Vi skal se nærmere på potensialproblemer i kapittel 2.8 om strømforsyninger. 14

15 Digitale inngangsmoduler kommer med forskjellig antall innganger per modul. Antall innganger varierer noe fra produsent til produsent og fra serie til serie, men de fleste produsentene leverer moduler med 4, 8, 16 og 32 innganger. Noen leverer også moduler med enda flere innganger, men disse krever ofte egne ferdigkoblede kabelsystemer fordi det blir for liten plass for skruklemmer. Figur 2.13 Tradisjonelt kobles én og én klemme fra PLS-kort til rekkeklemmer, slik som vist på figuren til venstre. Det finnes imidlertid en rekke smarte løsninger på markedet hvor ferdigkoblede mangeleder-kabler med plugg i hver ende enkelt kan plugges på PLS-kort i den ene enden og rekkeklemmer i den andre. Skissen til høyre viser et system fra Phoenix Contact som passer PLSsystemer fra en rekke forskjellige produsenter. Når en inngangsmodul har mottatt et signal på en inngang, må dette overføres til CPU'en slik at det kan behandles i PLS-programmet. Dette skjer via interne databusser som er innebygget i PLSsystemet. Figur 2.8 viser et utsnitt av databladet i eksempel 2.3, og her ser vi databussen omtalt som "backplane bus". Databussen formidler signaler til og fra samtlige inn- og utganger i PLS-systemet. For å unngå feil på en av inngangene for eksempel kortslutning i en signalkabel settes hele databussen ut av drift og inngangene isoleres elektrisk fra bussen. Dette gjøres vanligvis ved hjelp av en optokobler. Dersom vi får en feil på en eller flere av inngangen, vil databussen fortsatt fungere som normalt slik at andre inn- og utganger ikke blir berørte. Feil kan føre til at optokobleren blir ødelagt. Den aktuelle inngangen vil da være defekt, men de øvrige inngangene vil fungere som normalt. Figur 2.14 Inngangen i modulen ovenfor er elektrisk adskilt fra databussen ved hjelp av en optokobler. 15

16 Digitale utgangsmoduler kommer også typisk med 4, 8, 16, og 32 utganger. Utgangene kommer i to hovedtyper; transistorutganger og reléutganger. Transistorutganger er elektrisk adskilt fra databussen ved hjelp av optokobler tilsvarende som digitale innganger i figur 2.8, mens reléutganger er galvanisk adskilt ved hjelp av relékontakter. Figur 2.15 Figuren viser et utsnitt av manualen for en digital utgangsmodul med relékontakter. Vi ser at et relé gir kontakt på utgangen mellom klemme 1 og 2. Reléet er i tillegg adskilt elektrisk fra databussen ved hjelp av en optokobler. Lysdioden i parallell med reléet er plassert i front på kortet for å indikere om utgangen er "0" eller 1" ("lav" eller "høy"). Transistorutganger gir ut en spenning på 0 VDC når utgangen er "0" og 24 VDC når utgangen er "1". Vær oppmerksom på at det er begrenset hvor mye strøm en transistorutgang kan levere. Normalt ligger grensen i området rundt 0,5 Ampere, men her er det viktig å kontrollere produsentens datablader. Dersom man ønsker å styre større strømmer eller andre spenninger, benyttes utgangsmoduler med relékontakter. Slike moduler kan typisk håndtere opp til 5A, samt både AC og DC-spenninger opp til 230V. Man skal imidlertid være oppmerksom på at relékontakter har et begrenset antall inn- og utkoblinger. Dersom man bruker relékontakt til en varsellampe som blinker en gang hvert sekund, tar det ikke lang tid før utgangen er defekt og hele kortet må byttes. Eksempel 2.4 En varsellampe i fabrikken skal styres fra en PLS. Lampen er merket med 100W/230VAC og den skal blinke i sekundtakt. På grunn av spenningen på 230VAC, vurderer du å bruke en utgangsmodul med relékontakter. Et utsnitt av manualen er vist på neste side. a) Finn ut forventet levetid på relé-utgangen dersom lampen blinker kontinuerlig. b) Hvilke alternativer til løsning kan du vurdere? 16

17 (eksempel 2.4 fortsetter) Utsnitt fra utgangskortets manual: Løsning a) Vi ser at antall inn- og utkoblinger varierer ut fra spenning og strøm. Lampen er merket med 100w/230VAC, og det gir følgende strøm: I P U 100W 230V 0,43A Ut av databladet ser vi at en spenning på 230VAC og strøm under 0,5A gir 1,5 millioner inn- og utkoblinger. Lampen skal blinke hvert sekund. I løpet av ett døgn vil den da blinke ganger. Det gir følgende levetid: Levetid ,4 dager Dersom vi bruker en reléutgang til denne lampen, kan vi forvente at utgangen slutter å fungere etter 17,4 dager. b) Som vi forstår av oppgave a), er det en dårlig idé å bruke et slikt kort til denne lampen. Vi kan vurdere flere alternative løsninger: - Benytte vanlig transistorutgang og et eksternt relé som tåler flere inn/utkoblinger, for eksempel et elektrisk relé (solid state). - Benytte et blinkrelé slik at utgangen står permanent høy når lampen skal blinke og permanent lav når den ikke skal blinke. - Bytte ut varsellampen med en LED-lampe som bruker mindre strøm slik at vi kan benytte vanlig transistorutgang. 17

18 Som vi ser av eksempel 2.4 må vi være bevisst på hvilken type modul vi bruker til de oppgavene vi skal løse. Små effekter kan kobles direkte til utgangskortet, mens større effekter må kobles via reléer. Figur 2.16 Små effekter som indikatorlamper og mindre reléer kan kobles direkte på utgangsmodulen. Figur 2.17 Større effekter må kobles via eksterne reléer eller utgangsmoduler med innebygde reléer. Reléer og kontaktorer inneholder magnetspoler som kan forårsake spenningstransienter når de kobles ut. Transientene kan nå svært høye spenningsnivåer og forårsake ødeleggelser på PLSmodulene. Problemet blir større jo større spolen er, og derfor unngår vi å koble kontaktorer direkte på PLS'ens utgangsmoduler. Ved å gjøre en mellomkobling med mindre reléer, kan vi redusere risikoen for at modulene ødelegges. Figur 2.18 Kontaktorer og utstyr som inneholder induktive komponenter som magnetspoler, kobles via mindre reléer for å unngå at uønskede transienter ødelegger PLS'ens utgangsmoduler. 18

19 2.5 Analoge I/O-moduler Analoge inn- og utgangsmoduler benyttes når vi skal behandle signaler som ikke bare har to tilstander slik som digitale signaler, men som endrer seg kontinuerlig. Analoge inngangsmoduler benyttes typisk der vi skal gjøre analoge målinger av størrelser som trykk, temperatur og nivå. Mens digitale inngangsmoduler stort sett bare takler to signalnivåer, 0 og 24 Volt, håndterer analoge moduler en rekke forskjellige signaltyper. De vanligste signalene for analoge moduler er: - Strømsignaler 4 20 ma, ma eller ± 20 ma - Spenningssignaler 0..10V, ±10V eller 1..5V - RTD Pt100, Pt1000, Ni100 eller Ni1000 (kun inngangsmoduler) - Termoelement type E, N, J, K eller L (kun inngangsmoduler) Analoge I/O-moduler leveres som regel med 2, 4 eller 8 inn- eller utganger ofte kalt "kanaler" for analoge moduler. De fleste produsentene har en rekke forskjellige varianter med store forskjeller i hvor god signalkvalitet de leverer. Det er derfor viktig å vite hva man er ute etter, og å kontrollere modulenes datablader. Figur 2.19 Eksempel på en analog inngangsmodul med åtte kanaler. Databladet viser eksempler på hvordan forskjellige typer signaler skal tilkobles modulen; spenning, strøm, mv og RTD. En analog/digital-omformer (ADC="Analog/digital-converter") gjør om signalet til en tallverdi som PLS-programmet kan bruke (f.eks % eller C). Videre ser vi at analoge moduler i likhet med de digitale er elektrisk isolert fra PLS'ens databuss (backplane bus). 19

20 Eksempel 2.5 Vi har en prosess hvor nivået i en tank skal reguleres ved hjelp av en pumpe og et nivåinstrument. Nivåinstrumentet leverer ut et strømsignal 4 20 ma. Pumpen skal styres slik at nivået i tanken holdes konstant. Pumpen er turtallsregulert og trenger en settverdi 0 10V i tillegg til et start/stopp-signal. Signalet fra nivåinstrumentet kobles til PLS'ens inngangsmodul. Modulen omformer 4..20mAsignal til en tallverdi for eksempel %. Programkoden i prosessoren behandler denne verdien og starter og stopper pumpene ut fra de betingelsene som er lagt i programmet. Pumpene skal gå med variabel hastighet og er derfor utstyrt med en frekvensomformer. En analog utgangsmodul sender ut et signal på 0..10V til omformeren, alt etter hvor raskt pumpa skal gå. I denne kursmodulen skal vi først og fremst konsentrere oss om digital signalbehandling. Analog signalbehandling blir grundigere behandlet i kursmodulene "Programmerbare systemer 2" og "Måleteknikk". Dersom du ønsker å lære mer om analog signalbehandling, henviser vi til disse to modulene. 20

21 2.6 Kommunikasjonsmoduler Vi ønsker ofte at PLS-systemene skal kunne kommunisere med omverdenen. Den mest vanlige kommunikasjonen er med operatørpaneler og kontrollromsystemer hvor man skal overvåke og betjene prosessene som er programmert PLS-systemene. I tillegg ønsker vi ofte at flere PLS-systemer skal kunne snakke med hverandre, eller at PLS-systemene skal kunne snakke med andre typer systemer. For at en PLS skal kunne kommunisere, må den utstyres med en eller flere kommunikasjonsmoduler. Det finnes mange forskjellige typer moduler alt etter hvilken type kommunikasjon vi skal utføre. Noen eksempler på kommunikasjon vi ofte utfører med PLS kan være: - kommunikasjon over Ethernet med et kontrollrom. - kommunikasjon over Feltbuss med frekvensomformere, instrumenter og distribuert IO. - seriell punkt-til-punkt-kommunikasjon (RS232) med en veieforsterker. - utsending av alarmer via mobilt telenett (3G/GPRS). Stadig voksende behov og ønsker om kommunikasjon i automatiserte anlegg gjør at kommunikasjonsnettverkene kan bli store og komplekse. Dette stiller store krav til kompetanse både hos de som utvikler og leverer slike systemer, og hos de som skal drifte og vedlikeholde dem. Figur 2.20 Kommunikasjonsnettverk i moderne automatiserte anlegg kan ofte bli store og komplekse. Skissen viser eksempel på utsyr som ofte inngår i slike nettverk. 21

22 De vanligste kommunikasjonsmodulene for industrielle PLS-systemer er: - Ethernetmoduler for all type Ethernetbasert kommunikasjon, for eksempel TCP/IP, ProfiNet, EtherCat og Modbus TCP. - Moduler for kommunikasjon over Feltbusser, for eksempel Profibus, ASi-bus, Modbus, CANopen, Fieldbus og CC-link. - PtP-moduler for punkt-til-punktkommunikasjon over RS232, RS422 eller RS GPRS-moduler for kommunikasjon over mobilt telenett. Innen byggautomasjon finnes det en del kommunikasjonsstandarder som vi sjelden finner på PLSsystemer som er beregnet for industrielt bruk. De Ethernetbaserte standardene BACNet og KNXnet/IP, samt Feltbusstandardene KNX, LON og M-Bus er eksempler på slike standarder. I tillegg til modultyper og standarder som er nevnt ovenfor, har mange PLS-produsenter utviklet egne standarder for kommunikasjon mellom sine egne produkter såkalte proprietære standarder. Tendensen går allikevel i retning av at produsentene stort sett baserer seg på de åpne standardene. Videre ser vi også at alle nyere PLS-systemer stort sett leveres med integrerte Ethernetmoduler. Figur 2.21 PLS med integrert Ethernet, samt tilleggskort for GPRS, ASi-bus og Profibus (Siemens S7-1200). Legg merke til at PLS-modulen har integrert "mini-switch" med to Ethernetporter (de to pluggene til høyre). Dette har blitt mer og mer vanlig på de fleste PLS-systemene. Fordelen med dette er at man da enkelt kan trekke Ethernetforbindelsen videre fra modul til modul dersom det finnes PLS'er eller annet utstyr som skal inn på samme nett. Vi skal ikke gå noe dypere inn i industriell datakommunikasjon i denne kursmodulen, men dersom du ønsker å lære mer om dette temaet, blir det grundigere dekket i kursmodulene "Datanettverk" og "Programmerbare systemer 2". 22

23 2.7 Funksjonsmoduler De modulene vi har sett på fram til nå, er standardmoduler som finnes hos alle produsenter av PLSsystemer. En del produsenter har i tillegg utviklet funksjonsmoduler som håndterer funksjoner utover det standardmodulene håndterer. Noen eksempler på slike funksjonsmoduler, kan være: - Tellerkort for registrering av pulsgivere. - Veieforsterkere for direkte innlesing av veieceller. - Pneumatiske moduler for luftstyrt utstyr. - Safetymoduler for håndtering av sikkerhetsfunksjoner. - Motorstartere og frekvensomformere integrert i PLS-rack. Figur 2.22 Siemens ET200S PLS-system med motorstarter og frekvensomformer integrert som PLS-moduler. De gule modulene er Safety-moduler som tillater håndtering av nødstopp- og sikkerhetsfunksjoner direkte i PLS. Slike funksjoner må ellers håndteres av eksterne sikkerhetsreléer. Figur 2.23 Festo PLS-system spesielt beregnet på pneumatiske anlegg. I stedet for separate luftstyrte ventiler med ledningsforbindelse mellom PLS og ventil, er ventilene direkte integrert i PLSmodulene. Luftslangene kobles direkte på PLS-modulen, og man sparer ledningsforbindelsene. 23

24 Et av funksjonskortene som brukes mest i industrielle anlegg, er høyhastighetstellerne. Årsaken til dette er at registrering av turtall og posisjon ofte gjøres med pulsgivere gjerne kalt encoder. En encoder er en roterende pulsgiver som gir et visst antall pulser pr rotasjon typisk et sted mellom 500 og 5000 pulser, alt etter behov. Selv om pulsene bare er vanlige digitale signaler, kommer disse så tett at et vanlig digitalt inngangskort har problemer med å registrere dem. Derfor bruker vi spesielle funksjonskort som klarer å håndtere den høye pulshastigheten. Vi skal se nærmere på dette i eksempel 2.6. Dersom du ønsker å lære mer om encodere og andre pulsgivere, behandles dette grundigere i krusmodulen "Måling av turtall og posisjon". Figur 2.24 Eksempel på en optisk pulsgiver (encoder) der en kodeskive med åpne og tette felter roterer rundt med akslingen. En lysdiode står på den ene siden av skiven, mens en fotocelle står på den andre. Når skiven roterer, vil de åpne og tette feltene gjøre at dioden blinker på fotocellen. Elektronikk i encoderen gjør "blinkene" om til firkantpulser som overføres til PLS'en. Eksempel 2.6 Du jobber i en kabelfabrikk og har fått i oppgave å lage en meterteller som registrerer hvor mange meter kabel som produseres. Du setter et hjul på kabelen og monterer en pulsgiver (encoder) på hjulet. Du regner ut at pulsgiveren gir 100 pulser pr meter kabel. Maksimal produksjonshastighet for kabelmaskinen er 30 meter kabel pr minutt. Pulsene fra pulsgiveren skal leses inn til en PLS. Dette kan gjøres på to måter: 1) Koble pulsgiveren til en vanlig digital inngang 2) Benytte en høyhastighets tellermodul Du har hørt at det er viktig å kontrollere scan-tiden til PLS'en. Du sjekker denne og finner ut at den maksimalt kan komme opp i 50 ms. Videre sjekker du databladet til tellermodulen og finner ut at den har en maksimal frekvens på 60 khz. Hvilken av de to metodene velger du? 24

25 Løsning (eksempel 2.6): En PLS kontrollerer status på innganger én gang per scan (se kapittel 2.3). En puls er et signal som har skiftet nivå fra "0" til "1". For at PLS'en skal kunne detektere denne endringen, trenger den minimum to scan. Første scan detekterer "0" og andre scan detekterer "1". Når scan-tiden er 50ms, betyr det at PLS'en trenger 100 ms (to scan) for å registrere én puls. En pulsgiver sender ut pulser kontinuerlig (pulstog). Dersom scan-tiden blir for lang, klarer ikke PLS'en å få med seg alle pulsene, og metertellingen vil bli feil. Vi fikk oppgitt at pulsgiveren gir ut 100 pulser pr meter kabel, og maskinen produserer maksimalt 30 meter kabel i minuttet. Det betyr at vi får 3000 pulser i minuttet. Dette gir 50 pulser i sekundet. Hvor lang tid tar så én puls? Vi deler 1 sekund på 50 pulser: Pulstid 1sek 0,02sek/puls 20ms/puls 50pulser Pulstiden er betydelig raskere enn scan-tiden og vi får da følgende situasjon: Vi ser at PLS'en ikke klarer å få med seg alle pulsene. Dette gjør at metertellingen vil bli feil dersom vi bruker en vanlig digital inngang. Vi må derfor se på alternativ 2 hvor vi har en høyhastighets tellermodul med en maksimal frekvens på 60kHz. Frekvenstallet 60 khz ( Hz) betyr at tellerkortet kan telle inntil pulser pr sekund. Vi beregnet at metertelleren vil gi maksimalt 50 pulser per sekund, og det skulle da være godt innenfor grensene til tellerkortet. Svaret blir altså at vi er nødt til å bruke et høyhastighets tellerkort for å kunne registrere alle pulsene fra metertelleren. Vi velger med andre ord metode 2. 25

26 2.8 Strømforsyning De aller fleste PLS-systemer skal forsynes med 24V likespenning fra en ekstern strømforsyning. Det finnes noen PLS'er som har innebygget transformator og kan forsynes med 230V vekselspenning. Dette er mest vanlig på små kompakt-pls'er hvor man ønsker å spare ekstra strømforsyning av plasseller kostnadsgrunner. PLS-produsentene lager gjerne strømforsyninger i samme design som PLS-modulene, men det er sjelden krav til at disse modulene må anvendes. I de aller fleste tilfellene kan man benytte en hvilken som helst strømforsyning, så lenge den gir ut riktig spenning og tilstrekkelig med strøm. For å være sikker bør du uansett sjekke manualen til det PLS-systemet du bruker. Figur 2.25 Siemens S strømforsyning til venstre og S PLS til høyre. Selv om disse modulene ser ut til å høre sammen designmessig, kan man her bruke en hvilken som helst strømforsyning så lenge spenningen stemmer. I mange tilfeller ønsker vi at PLS'en skal være i drift selv om vi får strømutfall på anlegget. Det gir oss mulighet til å håndtere alarm- og sikkerhetsfunksjoner, og vi får en mer kontrollert oppstart når spenningen kommer tilbake igjen. I slike tilfeller kan man sette inn batteripakker, gjerne kalt UPS. Forkortelsen står for "uninterruptible Power Supply" og betyr "avbruddsfri strømforsyning". Figur 2.26 Industriell skinnemonterbar strømforsyning med batteripakke fra Phoenix Contact. Batteriene er plassert i kassen til høyre og kan enkelt kontrolleres eller eventuelt byttes ut. 26

27 Dersom vi har flere strømforsyninger i samme anlegg, skal vi være oppmerksom på at problemer med potensialforskjeller kan oppstå. Problematikk rundt potensialer og potensialforskjeller kan være litt vanskelig å forstå, og vi skal derfor se på et hverdagslig eksempel først. Eksempel 2.7 De to naboene A og B skal male husene sine. Huset til B ligger noe høyere i terrenget enn huset til A. Begge har klatret like langt opp i hver sin stige. Står de da like høyt, eller står B høyere enn A siden huset ligger høyere i terrenget? Svaret er at det kommer an på hvilken referanse vi bruker. Vi må spørre; "høyde i forhold til hva?". Når vi står i en stige, mener vi som regel høyde i forhold til bakken. Vi sier da at bakken er referansen for høydemålingen, og høyden på bakkenivå (referansehøyden) er da 0 meter. På tegningen over ser vi at de to naboene opererer med to forskjellige referanser. For at de skal bli enige om hvem som står høyest, må de først bli enige om en felles referanse. La oss si at de blir enige om at de skal bruke bakken der hver av stigene står som referanse. Vi tar altså ikke hensyn til at det ene huset står høyere i terrenget enn det andre. Vi kan si at vi har utjevnet høydeforskjellen i terrenget. Da blir situasjonen som vist på tegningen nedenfor, hvor bakkenivå er etablert som felles referanse for begge høydemålingene. 27

28 I et elektrisk anlegg snakker vi om spenningspotensialer på samme måte som vi snakker om høydeforskjeller i eksempel 2.7. Dersom du med et voltmeter måler spenningen på klemmene til en 24 Volts strømforsyning, vil du måle et spenningspotensial på 24 Volt. Potensialet er målt i forhold til strømforsyningens 0 Volts, på samme måte som høyden i stigen ble målt i forhold til 0 meter (bakkenivå). Vi kan si at 0 Volt er strømforsyningens "bakkenivå". Hva skjer dersom vi kobler sammen to systemer med to forskjellige strømforsyninger? Problemet er at vi ikke vet hvor "i terrenget" de to forsyningene ligger i forhold til hverandre. Selv om vi måler 24V ut av hver av forsyningene, kan disse ha forskjellig "bakkenivå". Vi aner ikke hva vi får dersom vi måler spenningen mellom forsyningene, som vist på den midterste skissen i figur Derfor må vi etablere et felles referansepunkt. I eksempel 2.7 ble naboene enige om å bruke bakkenivå som felles referanse. Vi kan gjøre akkurat det samme med strømforsyningene. For å være sikker på at begge strømforsyningene jobber ut fra samme "bakkenivå", kobler vi enkelt og greit 0 Volt-klemmene sammen. Dette kaller vi en utjevningsforbindelse. Vi har etablert en felles referanse, og på denne måten unngår vi problemet med potensialforskjeller ("høyde-forskjeller") mellom to eller flere strømforsyninger i samme anlegg. 24 Volt betyr nå 24 Volt for alle forsyningene. Figur 2.27 Vi har to forskjellige spenningskilder som begge gir 24VDC. Figuren til venstre viser at vi med et voltmeter måler 24V på hver av disse. Men hva om vi setter målepinnene på 0V-klemmen på den ene spenningskilden og 24V-klemmen på den andre, som vist på figuren i midten? Vil vi da måle 24V? Svaret er at vi da kan måle omtrent hva som helst. Så lenge spenningskildene ikke har en felles referanse, er det umulig å si sikkert hva en slik måling vil vise. Men dersom vi kobler sammen 0V-klemmene som vist på figuren til høyre, får vi en felles referanse. Da kan vi med sikkerhet si at vi vil måle 24V. 28

29 3 Programmering 3.1 Programminnet I kapittel 2 lærte vi at CPU'en er PLS'ens "hjerne" og at denne hjernen i utgangspunktet er ganske tom. PLS-produsenten vet ikke hva vi har tenkt å bruke PLS'en til, og det er derfor opp til oss å programmere de ønskede funksjonene i CPU'ens programminnet. En PLS kan ha flere typer minner, og forskjellen mellom dem ligger i mulighetene til å lagre og overskrive data. De tre vanligste formene for minne er RAM, ROM og EPROM. - RAM står for "Random access memory", og mange kjenner uttrykket fra PC-verden. Bruksområdet og egenskapene til RAM i en PLS er omtrent de samme som for en PC. RAM er et enkelt arbeidsminne som PLS'en bruker til midlertidig lagring i forbindelse med arbeidsoperasjoner. Minnet er lett tilgjengelig for skriving og lesing, men ved strømutfall forsvinner alle data. Noen PLS'er har mulighet for å sette inn batteri slik at data i RAM ikke går tapt om PLS'en blir strømløs. - ROM står for "Read only memory" og er et beskyttet minne som bare kan leses fra. ROM inneholder gjerne systemfunksjoner og systeminformasjon som ikke må overskrives, og data beholdes selv ved strømbrudd. - EPROM står for "Erasable and programmable ROM" og er en mellomting mellom RAM og ROM. Dataene kan leses og blir tatt vare på ved strømutfall som for et ROM, men et EPROM kan også skrives til. Dataene er noe mer beskyttet enn i et RAM slik at vi vil trenger de rette verktøyene for å kunne skrive til et ERPOM. Vanligvis lagres PLS-programmet vi har utviklet i dette minnet. PLS EPROM ROM CPU RAM Figur 3.1 Eksempel på minnehåndtering i PLS hvor program lastes ned fra PC til et EPROM. CPU'en henter inn programmet fra EPROM og bruker RAM som arbeidsminne. Permanente systemdata ligger i ROM. En PLS som styrer en prosess vil hele tiden jobbe med forskjellige typer data. Noen data oppdateres kontinuerlig slik som instrumentmålinger som er koblet mot PLS'ens innganger mens andre data 29

30 er innstillinger vi en sjelden gang endrer. La oss for eksempel si at PLS'en skal utføre en temperaturregulering. Da må vi gi CPU'en informasjon om hvilken settverdi vi ønsker for temperaturen, samt hvilke parameter regulatoren skal styres etter. Dette er innstillinger vi helst ikke vil miste ved et strømutfall. Hvordan kan vi unngå det? De fleste PLS'er har noe vi kaller for et retentivt minneområde som beholder de lagrede dataene også ved et strømutfall. Et slikt minneområde kan for eksempel brukes til å lagre regulatorparameter, sett-verdier og andre viktige innstillinger slik at prosessen kan starte opp som før når strømmen kommer tilbake. Retentive minneområder har begrenset størrelse og må som regel defineres i PLSoppsettet. 3.2 Adressering For at vi skal kunne bruke inn- og utganger i et PLS-program, må vi gi dem adresser. Hver inngang og hver utgang må ha en unik adresse slik at vi kan skille dem fra hverandre. Dette løses forskjellig på de forskjellige PLS-typene, og tabell 3.1 viser noen eksempler. Type signal eller funksjon Siemens Omron Mitsubishi Bokstav Eksempel Bokstav Eksempel Bokstav Eksempel Digitale innganger I I 10.0 (kun tall) X X10 Digitale utganger Q Q 20.0 (kun tall) Y Y20 Analoge innganger PIW PIW 10 (kun tall) 100 D D10 Analoge utganger PQW PQW 20 (kun tall) 200 D D20 Interne minneflagg M M 10.0 W W M M10 Interne minneord (analog) MW MW 20 W W 20 D D20 Tidsfunksjoner (timer) T T1 TIM TIM 1 TC TC 1 Tellere (counter) C C1 CNT CNT 1 CC CC 1 Tabell 3.1 Eksempler på adressering av IO og minneområder. Adressering i PLS'er har en tendens til å gå i grupper på enten 8 eller 16. Dette har sammenheng med at adressering ofte er basert på variabeltypene byte og word som inneholder henholdsvis 8 og 16 bit. Vi skal ikke gå nærmere inn på disse variabeltypene her, men dersom du er interessert i å lære mer om variabeltyper, kan du lese om dette i kursmodulen "Programmerbare systemer 2". Siemens PLS-systemer har en byte-orientert adressestruktur. Det betyr at adresseringen er strukturert i grupper på 8 bit. Et digitalt inngangskort med 16 innganger vil da adresseres i to slike 8- grupper, hvor inngangene i den første gruppen får adresser fra I 0.0 til I 0.7, mens den andre får adresser fra I 1.0 til I 1.7 (se tabell 3.2 på neste side). Omron og Mitsubishi har valgt en annen adressestruktur som er word-orientert. Et word består av 16 bit, og derfor adresserer inngangene i grupper på 16. Omron nummererer adressene etter desimaltallsystemet (10-tallsystemet) som vi bruker til daglig, slik at inngangene får adresse 0.00 til Mitubishi nummerer adressene heksadesimalt (16-tallsystemet), slik at inngangene nummereres fra X0 til XF. Tallet "F" i det heksadesimale tallsystemet er det samme som tallet "15" i desimaltallsystemet (F HEX = 15 DEC). 30

31 Tabell 3.2 Eksempel på adressering av PLS-modul med 16 digitale innganger hos tre forskjellige PLS-produsenter. I tillegg til fysiske inn- og utganger, har PLS'er også interne minneområder. Disse benyttes for eksempel til mellomregninger ved matematiske beregninger, eller til adressering av data som ikke går over fysiske IO-moduler, slik som til et operatørpanel eller en PC som kommuniserer med PLS'en over Ethernet. Interne adresser følger samme struktur som for fysisk IO, men med andre forbokstaver. Tabell 3.3 viser eksempler på hvordan de første 16 adressene i minneområdet adresseres. Tabell 3.3 Adressering av de 16 første adressene i det interne minneområdet. 31

32 3.3 Programvare og språk Programmering av PLS skjer i en programvare som vanligvis er utarbeidet at PLS-produsenten. En Omron PLS må programmeres med en Omron Programvare og en Siemens PLS med en Siemens programvare. Det er ikke mulig å programmere en Omron PLS med en Siemens programvare. Slik er det for de aller fleste PLS-systemer, men det finnes også noen som benytter såkalte åpne programvarer. Eksempler på to slike åpne programvarer er Codesys og Isagraf som er laget for å programmere forskjellige typer PLS'er uavhengig av produsent. I stedet for å bruke masse penger på å utvikle en programvare, sier da PLS-produsenten heller at deres systemer kan programmeres med en åpen programvare. Men for at PLS og programvare skal passe sammen, må PLS-produsenten og programvareprodusenten være enige om å følge en felles standard. En slik standard er utarbeidet av den internasjonale elektrotekniske komité (IEC). Standarden IEC omhandler "Programmerbare kontrollere" og definerer blant annet følgende: - Konfigurasjon av PLS-systemer - Språk for programmering av PLS - Datatyper og variabler - Funksjonsblokker - Kommunikasjon IEC definerer fem forskjellige språk for programmering av PLS (tabell 3.2). Språkene deles gjerne inn i de to hovedgruppene tekst og grafisk. Språk Forkortelse Type Instruksjonsliste IL Tekst Strukturert tekst ST Tekst Ladderdiagram LAD Grafisk Funksjonsblokkdiagram FBD Grafisk Sekvensflytskjema SFC Grafisk/skjema Tabell 3.4 PLS-språk definert i IEC Ladder- og funksjonsblokkdiagram er de mest brukte språkene til standard PLS-programmering. I Siemens PLS-systemer benyttes også en del instruksjonslister, spesielt til avanserte PLS-funksjoner. I denne kursmodulen skal vi hovedsakelig holde oss til ladder- og funksjonsdiagrammer. Dersom du ønsker å lære mer om andre programmeringsspråk, finnes det et godt utvalg av kurs og manualer hos de forskjellige PLS-leverandørene. Figur 3.2 Her ser vi samme PLS-program i tre forskjellige programmeringsspråk. Figuren til venstre viser et ladderdiagram (LAD), figuren i midten et funksjonsblokkdiagram (FBD) og figuren til høyre en instruksjonsliste (IL). 32

33 Hvilket språk som benyttes, er først og fremst avhengig av tre forhold: - Hvilke språk som er tilgjengelig på det aktuelle systemet. Ikke alle systemer støtter alle de fem språkene, og noen systemer har også andre egne språk. - Hvilke funksjoner som er tilgjengelig i de forskjellige språkene. Noen avanserte PLSfunksjoner kan være tilgjengelig i bare ett av språkene. - Smak og behag. Hver programmerer har gjerne sitt "favorittspråk". I mange programvarer kan man enkelt bytte mellom de forskjellige programmeringsspråkene. Om én programmerer velger å benytte ett språk, kan en annen velge å vise det samme programmet i et annet. Figur 3.3 I programvaren Siemens Step7 kan man enkelt bytte mellom de tre språkene LAD, STL og FBD. Siemens bruker forkortelsen STL for instruksjonsliste. Tidligere kunne man bare programmere PLS med tekstbasert programkode. Programmeringen ble gjerne utført med en enkelt håndterminal som bare viste et par programlinjer om gangen. Etter hvert som utviklingen av datamaskiner gikk videre, kom det PC-baserte programvarer og mer grafiske programmeringsspråk som ladder- og funksjonsblokkdiagrammer. Selv om de fleste i dag velger å bruke grafiske språk, er det fortsatt noen programmerere som foretrekker instruksjonsliste kanskje spesielt blant de "godt voksne" som har vært vant med dette fra tidligere. Samtidig skal det sies at enkelte avanserte funksjoner kun lar seg programmere i instruksjonsliste eller strukturert tekst. Figur 3.4 Utviklingen av programmeringsverktøy for PLS-systemer har gått framover i takt med utviklingen av datamaskiner heldigvis. 33

34 3.4 Symboler I kapittel 3.2 så vi eksempler på adressering av PLS-systemer. Alle inn- og utganger får hver sin unike adresse som vi bruker i programkodene i PLS-programmet. Men det kan fort bli vanskelig å holde styr på alle adressene spesielt på større PLS-systemer. Derfor finnes det såkalte symboltabeller som gir mulighet til å legge navn og kommentarer på adressene. La oss si at du har koblet startknapp S11 for en pumpestyring til inngang I 0.0. Da kan du gi denne adressen "symbol" S11 i symboltabellen, samt legge til en kommentar som forklarer hva knappen gjør. Figur 3.5 viser eksempel på hvordan en slik symboltabell kan se ut. Figur 3.5 I en symboltabell kan du legge navn (symboler) og kommentarer til adressene. Figur 3.6 viser samme PLS-program med og uten symboler. Symboler gjør det lettere både for den som skal programmere PLS'en, og for den som skal lese programmene i ettertid. Dersom man gir samme navn på komponenter i symboltabeller som de har i el-skjema og annen dokumentasjon (S11, K11 etc.), gir dette en god sporbarhet gjennom hele anlegget. Det gjør at du får en god oversikt, samtidig som du reduserer sjansen for misforståelser. Figur 3.6 Ved bruk at symboltabeller kan vi gi adressene forståelige navn og kommentarer slik at det er lettere å lese PLS-programmene. I programmet til venstre er det kun brukt adresser, mens programmet til høyre også har symboler og kommentarer. 34

35 3.5 Diagnose Forskjellige PLS-typer har forskjellige diagnoseverktøy som kan være nyttige både ved utvikling av programkode og feilsøking på PLS-systemene. Vi skal se på de mest vanlige verktøyene som finnes hos de fleste PLS-produsentene: - Monitor - Variabeltabeller - Forcetabeller - Systemdiagnose - Simulator Monitor Et monitorverktøy gir deg mulighet til å se PLS-programmet "live". Vi sier gjerne at vi går "online" og får da mulighet til å se den faktiske statusen til PLS-programmet. Det betyr at vi kan se om inn- og utganger er aktiverte eller ikke, samt verdiene til analoge inn- og utganger. Figur 3.7 viser et monitorbilde for pumpestyringen hvor vi ser at kontakter som "leder" er grønne, mens kontakter som blokkerer er stiplete blå. På denne måten kan vi enkelt følge signalene gjennom programmet og se hvor det eventuelt stopper opp. Figur 3.7 Monitorbildet for PLS-programmet som styrer pumpe 1 viser at pumpen er i drift (utgang Q1.0 er grønn). Dersom vi følger signalgangen ser vi at startknappen ikke er aktivert, men at pumpen holdes i gang av holdekoblingen over K11A. Monitorverktøy er svært nyttige både under test og idriftsettelse av nye programmer, og ved feilsøking i eksisterende anlegg. Selv om det ikke er feil i programkoden i seg selv, kan monitorverktøyet ofte være til god nytte for å finne feil i komponenter som er tilkoblet PLS'en. 35

36 Eksempel 3.1 Pumpemotoren i figur 3.7 vil ikke starte. Du går "online" i PLS-verktøyet og ser om du klarer å finne årsaken ved å monitorere programmet. Når du holder inne startknappen, ser monitorverktøyet ut som på bildet nedenfor. Hva er årsaken til at pumpen ikke starter? Vi ser at starknappen er aktivert og at vi har kontakt videre gjennom stoppknappen. Men når vi kommer til motorvern F11 stopper det opp. Det ser ut til at motorvernet har løst ut, og det er nok årsaken til at pumpen ikke vil starte Variabeltabeller I en variabeltabell kan vi monitorere innganger, utganger og andre variabler på samme måte som i monitorverktøyet, men nå presenteres disse i tabellform. Når vi bruker monitorverktøyet som vist ovenfor, kan vi bare se ett bilde og ett sted i programmet om gangen. Dersom vi ønsker å overvåke variabler som ligger forskjellige steder, kan det derfor være mer hensiktsmessig å hente disse opp i en variabeltabell slik som vist i figur 3.8. Av kolonnen til høyre ser vi at det også er mulig å modifisere variabler ("modify value"). Ved å legge inn verdier i denne kolonnen, kan vi sette variabler til ønsket status. Merk at dette kun gjelder interne variabler i PLS'en. Fysiske inn- og utganger kan bare manipuleres ved hjelp av såkalte force-tabeller. Disse skal vi se nærmere på i neste avsnitt. Figur 3.8 I en variabeltabell kan vi overvåke status til innganger, utganger og andre variabler. I tabellen ovenfor ser vi at startknappen på inngang I 0.0 er aktivert, men de andre inngangene er deaktiverte. 36

37 3.5.3 Force-tabeller En force-tabell er lik en variabeltabell, men gir i tillegg mulighet til å tvinge - eller "force" fysiske inn- og utganger til ønsket verdi. Det er ofte nyttig til uttesting av PLS-program ved idriftsettelse eller feilsøking. Funksjonen kan også være nyttig dersom en sensor eller liknende er defekt og du ønsker å tvinge utgangen til en bestemt verdi mens du venter på reparasjon eller nytt utstyr. Figur 3.9 Vi ser at en force-tabell er lik en variabeltabell. Forskjellen ligger i at en force-tabell gir mulighet for å endre status på fysiske inn og utganger. Det er ikke mulig i en variabeltabell Systemdiagnose De fleste PLS-systemer har en systemdiagnose som gir beskjed om eventuelle feil i PLS-systemet. Det kan både være programmeringsfeil og fysiske defekter på PLS-utstyr. Diagnosemulighetene er avhengig av hvilket PLS-system du har og kan variere både ut fra produsent, type og alder på systemet. En del avanserte inn- og utgangsmoduler har innebygget systemdiagnose som både varsler om defekter på modulen i seg selv, og eventuelle kabelbrudd i ledninger på tilkoblet utstyr. Når en slik modul detekterer en feil, sender den informasjon om dette til PLS'ens CPU. Denne informasjonen kan brukes til å gi alarmer og eventuelt til å iverksette bestemte funksjoner i PLS-programmet. Dersom feilen er alvorlig kan du for eksempel velge å kjøre anlegget i en sikker tilstand når feilen inntreffer. En del systemer har innebygget funksjonalitet hvor systemdiagnose automatisk kommer opp i alarmlister på skjermsystemene tilknyttet PLS'en. Dersom anlegget går uten overvåking, kan det være smart å sende ut slike alarmer på epost eller SMS til vedlikeholdspersonell. Figur 3.10 Mange PLS'er har lysdioder i front på CPU som gir en enkel statusindikering. Eksemplet ovenfor viser fronten til en Siemens S7-300 CPU hvor lysdioder indikerer driftsstatus og feilsituasjoner. 37

38 3.5.5 Simulator Mange programvarer for PLS har en innebygget simulator som gjør det mulig å teste ut PLSprogrammet på en PC før det lastes ned i PLS'en. I kombinasjon med monitorverktøyene er dette et svært nyttig verktøy for å teste ut funksjoner og luke ut eventuelle feil før programmet settes i drift på anlegget. Dette gjør at idriftsettelsen kan gjennomføres både raskere og tryggere. Figur 3.11 Simulatorverktøyet Simatic PLS SIM benyttes til å simulere Siemens PLS-systemer. Vi ser at vi her kan sette verdier på inngangene og overvåke responsen på utgangene. Samtidig kan vi bruke monitor-verktøyet til å kontrollere at PLS-programmet virker som det skal. 3.6 God programmeringsskikk Det finnes ingen faste regler for hvordan et PLS-program skal se ut. Noen bedrifter har kanskje laget sine egne standarder og prosedyrer for PLS-programmering, men utover det finnes det få retningslinjer. Derfor blir det opp til hver enkelt programmerer å bestemme hvordan hans skal bygge opp sine PLS-programmer. Dersom du setter ti programmerere til å utføre eksakt samme oppgave, vil du se at programmene kan se svært forskjellige ut. Det vil være store personlige variasjoner ut fra hver enkelt programmeres kompetanse og erfaringsnivå. En erfaren PLS-programmerer har gjerne sine egne måter å løse bestemte problemstillinger på. I tillegg har han ofte en bedre oversikt over det store antall funksjonsblokker som finnes i PLS-systemet. I tillegg til den rent faglige kompetansen og erfaringen, påvirkes PLS-programmene også i stor grad av programmererens holdninger og ordenssans. En programmerer som er rotete av natur, har en tendens til å lage rotete PLS-programmer. Og en programmerer som er ryddig av natur, lager gjerne ryddige PLS-programmer. I større prosjekter kan flere programmerere jobbe på samme PLS-system, og vi kan oppleve personlige variasjoner i programkodene i én og samme PLS. 38

39 I de fleste tilfeller vil et PLS-program bli lest av flere personer. Enten fordi flere programmerere jobber samme om å utvikle programmene, eller fordi programmene håndteres av forskjellige personer gjennom PLS-ens levetid. Selv om det er en programmerer som har utviklet programmet, kan det være andre som har ansvar for idriftsettelse, service og eventuelle endringer av systemet i ettertid. Derfor skal vi alltid programmere PLS på en slik måte at det er mulig for andre å forstå hva vi har gjort. Vi kaller dette for god programmeringsskikk. GOD PROGRAMMERINGSSKIKK 1. Bruk symboltabeller og hold disse oppdatert. 2. Legg inn kommentarer som forklarer programkoden. 3. Ha en god programstruktur som gjør det enkelt å holde oversikt. Dersom programnettverkene dine blir store og komplekse, bør du se på muligheten til å dele dem opp i flere mindre nettverk. 4. Hold dokumentasjon oppdatert. Dersom du gjør endringer i programkoden, må du påse at funksjonsbeskrivelser, brukerveiledninger og annen relevant dokumentasjon oppdateres. 5. Ha gode rutiner for lagring og versjonshåndtering av programfiler. Det skal aldri være tvil om hvilken programfil som er gjeldende versjon og samsvarer med programmet som ligger i PLS'en. Figur 3.12 Legg vekt på god programmeringsskikk ved utvikling av PLS-programmer! Det skal være enkelt for andre å forstå hva du har gjort. Bruk symboltabeller og kommentarer i programmene og sørg for å ha gode rutiner for backup og versjonshåndtering. 39