Popis základní jednotky CP1L-L14DT1-D

Tato kompaktní řídicí jednotka mimo samotného řídicího procesoru, podobně jako většina konkurenčních kompaktních automatů, poskytuje v sobě již několik základních binárních vstupů a spínaných výstupů. V mém případě základní jednotky CP1L-L14DT1-D konkrétně v počtu 8 vstupů / 6 výstupů. Některé vstupy lze pak použít jako rychlé čítací vstupy „napojené“ na vysokorychlostní 32bitové čítače pracující v lineárním i kruhovém režimu s porovnáním s cílovou hodnotou nebo rozsahem. Dobrá je funkce přerušení programu od některého z binárního vstupu. V tomto režimu totiž, když na daný vstup přijde signál, s prodlením max. 0,3 ms se přeruší hlavní smyčka aktuálně běžícího programu a přejde se k vykonávaní programu přerušení. To může být libovolná funkce, která se má neprodleně vykonat pokud nastane nějaký definovaný stav, například přerušení paprsku optozávory.

Pouzdro PLC základní jednotky CP1L-L14DT1-D je celkem běžné. Pod vyjímatelným krytem se nachází slot pro komunikační moduly či malinký displej a vedle pod uzavíratelnými dvířky pak programovací USB port, konektor základního analogového vstupu a DIP přepínače pro hardwarové nastavení / povolení některých režimů.

Výstupy jsou pak v podobě spínacích tranzistorů zapojené jako PNP. To již v základu umožňuje rychlost spínání 1 až 100 kHz a navíc s možností náběžných a sestupných hran s lichoběžníkovým průběhem nebo S-tvarem. Mimo to některé výstupy lze nastavit jako PWM s frekvencí 0,1 až 6,5 kHz nebo 1 až 32,8 kHz s krokem 0,1 nebo 1 %. Těmito prostředky lze již přímo realizovat i základní víceosé řízení servomotorů. Mimo to jsou v nabídce Omronu i provedení s reléovými výstupy, která však samozřejmě neumožňují ani tak vysokou rychlost spínání ani ovlivnění průběhu sepnutí.

Ve vývojovém softwaru CX-Programmer se dají snadno nastavit různé funkce vstupů a výstupů, jako například jejich reakce na změnu, možnost použití jako rychlé čítací vstupy či rychlé PWM výstupy pro řízení akčních členů (například motorků) apod. 

Dále ani na samotné základní CPU jednotce nechybí analogový vstup s rozsahem 0 – 10 V, který však má rozlišení jen 256 hodnot, takže je vhodný jen pro základní monitorování. Také není k dispozici klasicky přímo na šroubovacích svorkách jednotky, ale pod otvíracím krytem v podobě malého konektůrku vedle nastavovacích DIP přepínačů a také potenciometru pro nastavení nuly. Aby jej bylo možné hned použít, výrobce k této PLC jednotce rovnou přikládá krátký „kablík“. Osobně na mě toto řešení nepůsobí příliš důvěryhodně a je otázkou, zda v tomto provedení má vůbec smysl. Možná pro potřeby připojení potenciometru pro nějakou základní regulaci, podobně jako například v případě regulace frekvenčního měniče. Proto je vždy vhodnější jít rovnou cestou rozšíření této CPU jednotky o univerzální či speciální moduly analogových vstupů a výstupů poskytující rozlišením 1/6000, vstupy pro připojení termočlánků či odporových teploměrů. O tom však více v 2. díle.

Ve vývojovém softwaru CX-Programmer se dá snadno nastavit funkce případně do slotu v panelu usazeného komunikačního modulu (vlevo). Také se dají upravit parametry časování (vpravo).

Z pohledu možností datové komunikace je možné CPU jednotku doplnit o modul sériového rozhraní RS-232/RS-422, RS-485 nebo Ethernet s konektorem RJ-45, který se „vkládá“ do speciálního slotu v čelním panelu (normálně je schován pod snímatelnou krytkou). V případě sériové komunikace je dnes již podporován mimo ASCII přenos dat i Modbus RTU, takže lze snadno realizovat alespoň síťovou průmyslovou komunikaci na fyzické lince RS-485. V mém případě malé jednotky CP1L-L14DT1-D je k dispozici jen 1 slot, takže lze instalovat jen jedno rozhraní, zatímco v případě větších modelů jsou k dispozici již 2 sloty. Jinak lze ještě díky externím rozšiřujícím modulům s PLC CP1L realizovat sběrnicovou komunikaci DeviceNet a Profibus-DP.

Mimo těchto komunikačních rozhraní pak ještě lze slot použít pro doplnění PLC o malý LCD displej, který více než pro realizaci nějakého ovládacího menu pro uživatele slouží pro servisního technika či programátora pro ovládání PLC a případné monitorování či změnu parametrů bez potřeby připojovat k PLC počítač. Ten jsem měl také možnost použít, ale o tom více až v 2. díle, který se bude zabývat rozšiřujícími moduly.

Horní část PLC jednotky lze po uvolnění západek velmi snadno sejmout a z jeho spodní strany najdeme celé řídicí jádro PLC, včetně integrovaného SoC obvodu  Omron 70854A10FPV (ten největší integráč na destičce), paměti a další potřebné periferie. 

Z pohledu výpočetního výkonu jsou parametry CPU jádra, které je tvořeno speciálně pro tyto PLC vyvinutým integrovaným SoC obvodem, celkem slušný. Jednoduché příkazy typu LD (LOAD – načtení bitové proměnné) trvá 0,55 mikrosekund, složitější instrukce typu MOV (MOVE – přesun hodnot z jedné proměnné do jiné) pak okolo 1,8 mikrosekundy. Program vytvářený ve formě liniového diagramu (včetně funkčních bloků) může být až o velikosti 5 tisíc kroků (u větších typů PLC CP1L i 10 tisíc) a paměť pro data má velikost 10 tisíc slov (větší provedení pak nebo 32 tisíc slov), jak uvádí výrobce. Celkově bych subjektivně z osobní zkušenosti z naprogramovaných aplikací toto CPU jádro v těchto výkonnostních parametrech označil jako lehce nadprůměrné v porovnání s konkurencí oblasti podobných kompaktních PLC podobné cenové kategorie do cca 8 tisíc Kč. (např. Siemens Simatic S7-1200, ABB AC500-eCo, Fatek FBs-MC, Crouzet Millenium 3). Hlavně co se rychlosti zpracování programu týče, ale rozhodně nejde o žádnou hvězdu. Konstrukce PLC Omron řady CP1L také již nepatří k nejnovějším...

Základní vlastnosti PLC Omron CP1L-L14DT1-D:

• Kompaktní PLC s možností rozšíření I/O
• Procesor: speciální integrovaný SoC obvod (System-On-Chip) Omron 70854A10FPV
• Napájením 24 VDC a se 14 vestavěnými I/O (existují i varianty s 230VDC napájením a 20 až 40 I/O)
• 4 vysokorychlostní vstupy pro enkodéry (100kHz)
• 2 vysokorychlostní pulsní výstupy (100kHz)
• Možnost rozšíření pomocí I/O jednotek až na 160 I/O
• Možnost vestavby sériového portu RS-232C, RS-422A/485 nebo Ethernet RJ-45
• Úplný instrukční soubor
• Sada instrukcí kompatibilní s PLC automaty řady CP1H, CJ1 a CS1
• Velikost programu 5 tisíc kroků (větší jednotky 10 tisíc kroků)
• Velikost datové paměti: 10 tisíc slov (větší jednotky 32 tisící slov)
• Rychlost zpracování: 0,55 µs – 4,1 mikrosekund / instrukci
• Vestavěná podpora Modbus Master protokolu
• Programovací režimy: Liniový diagram (Funkční bloky), strukturovaný text
• Funkce řízení pohybu
• Programování a ladění PLC přes USB

Rozebraná základní PLC jednotka CP1L-L14DT1-D - skládá se celkem ze 3 úrovní (plošných spojů), kde první deska (úplně vlevo) obsahuje řídicí CPU, paměť a ostatní řídicí a výpočetní periferie, druhá deska (uprostřed) realizuje hardwarovou vrstvu vstupů / výstupů a třetí úroveň obsahuje prvky pro napájení PLC. Mimo jiné takto rozmontovat jednotku je velmi jednoduché...

Programování PLC

Všechny PLC Omron se programují prostřednictvím softwarového balíčku CX-One dodávaným přímo společností Omron. Jeho hlavní výhodou je fakt, že je stejný pro všechny PLC Omron, tedy i vyšší řady výkonnějších PLC, a tedy dá se s troškou nadsázky říct, že pokud umíte programovat některé PLC Omron, umíte již programovat všechny. Navíc obsahuje i další software pro programování HMI panelů, snímačů, frekvenčních měničů a vůbec veškerého programovatelného sortimentu komponent OMRON. Druhou stranou mince je fakt, že tento programovací software je placený, což tedy způsobuje vyšší prvotní pořizovací náklady v případě, že s PLC Omron začínáte.

Vývojový / programovací software CX-Programmer

Konkrétně v balíčku CX-One slouží pro vývoj a ladění programu pro PLC software CX-Programmer. Ten umožňuje vytváření programu prostřednictvím liniového (reléového) schématu, v kterém jsou přístupné všechny funkce PLC. Deklarované programování pomocí funkčních bloků pak zde prakticky odpovídá funkci MACRO v liniovém diagramu, takže nejde o funkční bloky v pravém slova smyslu, jako například v unifikovaném programovacím rozhraní CODESYS, kteří využívají jiní výrobci PLC. Samozřejmě je k dispozici psaní či editace programu pomocí tzv. strukturovaného textu.

To bylo na úvod a teď se stručně podívejme na reálné výhody a úskalí tohoto softwaru.

Hned trošku zarážející je složitější instalace. Nejen, že u průměrného počítače je dost dlouhá, ale také při "doporučené konfiguraci" instaluje dost různých komponent, včetně například USB ovladačů, které následně pro připojení PLC k PC potřebujete. To je daň za komplexnost softwarového balíčku CX-ONE, kde samotný programovací software pro PLC je prakticky jen docela malou součástí. Samozřejmě lze při troše trpělivosti přepnout instalaci do volitelného režimu a komponenty vybrat. Také je dobré poznamenat, že mě se nedařilo software nainstalovat a zprovoznit na OS Windows XP Home, ale jen ve verzi Professional. Jinak na vyšších verzích Windows, například Windows 7 to pak již pracuje na všech verzích, včetně té nezákladnější verzi „Starter“ na mém netbooku Asus Eee.

Z pohledu požadovaného výkonu počítače, zde není nutné se bát nějakých problémů, prakticky to běží na všech počítačích, včetně i již zmíněného netbooku Asus Eee s Intelem Atom a 1GB RAM. I když zde je nutné občas mít trošku trpělivosti, ale jde na něm pracovat.

Při zakládání nového projektu se software zeptá jen na uživatelský název, typ základní jednotky PLC a způsob jejího napojení na PC (obr. vpravo). Zda budou připojeny nějaké další rozšiřující moduly a jednotky jej však již nezajímá. Následně je možné si kdykoliv zobrazit parametry zvoleného hardwaru, kde i v průběhu programování lze kontrolovat množství zbývající paměti.

Samotné programovací prostředí CX-Programmer se alespoň z mého pohledu vyznačuje trošku na první pohled nepřehledným řešením v porovnání s jinými konkurenty. Ale časem se dá v něm zorientovat a jakmile se naučíte, kde co klikat za ikony a co dělají různé klávesové zkratky, jde programování již rychle od ruky. Další zajímavou věcí je fakt, že při zakládání nového projektu software zajímá jen verze a provedení CPU jednotky, ale již jej vůbec nezajímá jaké budete mít připojeny rozšiřující moduly. To je dáno tím, že prostě všechny rozšiřující moduly již mají předem definovány adresy jejich vstupů a výstupů či řídících proměnných, takže v programu je prostě jen voláte a samotnému programovacímu prostředí je jedno, zda je nakonec hardwarově budete či nebudete mít připojeny. Pokud rozšiřující jednotky fyzicky připojeny nebudou, prostě hodnoty v registrech budou stále nulové. Obecně o problematice připojování a použití rozšiřujících jednotek pak více v 2. díle článku...

Jednoduchý vestavěný analogový výstup je v podobě konektoru a s PLC dodávaného kablíku pod otevíracími dvířky, přímo nad záložní baterií paměti (vlevo). Vstupům a výstupům i dalším proměnným se v programu obvykle přiřazují symbolické názvy.

Nevýhoda tohoto řešení pro začátečníka je nutnost tyto adresy při programování znát, respektive si je najít v manuálu jednotky. To programátoru zvyklému na interaktivní programovací software konkurenčních výrobců PLC může být trochu matoucí. Na druhou stranu to má výhodu v tom, že každý software je prakticky univerzální a nezávislý hardwarové konfiguraci PLC a tedy přechod mezi různým hardwarem je velmi jednoduchý. Například v mém případě mají na základní CPU jednotce vstupy adresy 0.01 až 0.08 a výstupy 100.01 až 100.06. Hodnota analogového vstupu je pak přístupná ve speciálním registru A642.

Programovací PC software (vývojové prostředí) poskytuje dost přehledné řešení nabídky hotových funkcí rozřazených do kategorií (vlevo). Při vkládání proměnných či hodnot do zvolené funkce též nápověda říká, jaké formáty hodnot je možné na dané pozici využít.

Z pohledu samotného vytváření aplikačního programu pro PLC pak funkce liniového diagramu nabízí v celku běžné režimy vkládání vstupů a výstupů a různých bloků jejichž funkci je možné buď zadat napřímo (když její označení již máte „v hlavě“) či ji vybrat z menu funkcí. Menu je dobře přehledné a ke každé funkci lze vyvolat nápovědu hezky popisující funkci i možnosti a typ proměnných. Z tohoto pohledu je programování velmi příjemné.

Z pohledu programových proměnných je prostředí velmi orientováno na používání zástupných názvů jednotlivých registrů, které je nutné předem definovat v seznamu „Symbols“. Do funkcí je sice možné zadávat přímo označení registrů z namapovaného paměťového prostoru, ale není to příliš komfortní. Z pohledu správné filozofie programování je však takový přístup v pořádku.

Tabulka "Symbols" je určena pro deklaraci proměnných a přidělení jejího názvu a registru (místa v paměti) PLC. Následně se pak v programu (u zadávání funkcí, vstupů/výstupů apod.) uvádí jen tato přidělená jména (identifikátory). Následně je pak možné velmi snadno změnit adresu proměnné. Existuje však zde i možnost realizaci struktury typu seznam. Paměť PLC je namapována (rozdělena) na jednotlivé registry a oblasti a toto rozdělení si lze snadno prohlédnout a při simulaci či emulaci programu zde i uvidíte v nich aktuálně uložené hodnoty. 

Při vytváření programu je samozřejmě nutné jej nějak zkoušet. Pro tento účel zde samozřejmě nechybí funkce simulátoru, který vytváří dojem běhu programu na PLC i bez připojeného hardwaru. Zde v softwaru CX-Programmer je iluze simulace chodu na PLC velmi věrohodná, protože i samotné natahování programu do simulátoru, je prakticky vizuálně shodné s nahráváním programu přímo do PLC. Také je zde možnost provádět virtuální komunikaci simulátoru PLC se simulací programu pro HMI panel, pokud vytváříte aplikaci využívající tuto konfiguraci od Omronu.  

Nahrání přeloženého programu do připojeného PLC (CPU jednotky) a jeho ladění a sledování je pak prakticky shodné s tím, co vidíte v simulátoru. Po připojení PLC přes USB port k PC již stačí jen se přepnout do "Work Online" režimu a pak prostřednictvím nabídky "Transfer" provádět načtení programu do nebo z PLC či jeho porovnání. Při připojeném PLC lze podobně jako při simulaci provádět zde emulaci běhu programu, měnit a nastavovat z PC stavy a obsahy registrů a tím program ladit i v extrémních režimech.

Přehrání programu do či z připojeného PLC se po překladu (Compile) provádí přes položku "Transfer" (vlevo). Načítání programu jak do simulátoru, tak do fyzicky připojeného PLC probíhá úplně stejně (vpravo). Průběh simulace či emulace se řídí prostřednictvím malého ovládacího panelu, který se objeví (viz obrázek vpravo).  

Závěr 1. dílu

Kompaktní PLC Omron CP1L představuje takový solidní základ pro většinu výpočetně méně náročných aplikací. Hodí se pro aplikace typu průběžného snímaní stavů různých snímačů, na jejichž základě řídí průběžně různé akční členy a kde se požadavky na řízení pohybují v časovém rámci od jednotek milisekund. Samozřejmě je v něm možné provádět základní linearizaci a filtraci signálů i datovou komunikaci jak se snímači či nadřazeným systémem, ale pro programování náročnějších výpočetních záležitostí se však nehodí. V tomto případě je nutné sáhnout po vyšší řadě, stejně tak, jako v případě realizace rychlých (časově náročnějších) řídicích systémů, kde je například nutné v krátkém čase velké množství úkonů. Možnost rozšíření o další moduly, o kterých se budeme bavit v dalším díle, pak podobně jako u konkurenčních kompaktních PLC systémů umožňuje výrazné rozšíření možností komunikace a konektivity.

DOWNLOAD & Odkazy

• Stránky společnosti OMRON - www.omron.com
• Přímý odkaz na stránky s informacemi a datasheety o PLC Omron CP1L - www.ia.omron.com/product/family/1916/index_fea.html
• Společnost OMRON má přímé zastoupené v ČR - http://industrial.omron.cz
• Další články o PLC (Siemens, Fatek, Crouzet, IDEC a dalších) najdete na stránkách serveru automatizace.HW.cz v sekci plc-automaty