Beckhoff TwinCAT The Windows Control and Automation Technology

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1 Beckhoff TwinCAT The Windows Control and Automation Technology Beckhoff Industrial PC Beckhoff Lightbus Beckhoff TwinCAT Beckhoff Embedded PC Beckhoff Bus Terminal Beckhoff Fieldbus Box Beckhoff PC Fieldbus Cards, Switches Beckhoff EtherCAT Beckhoff Drive Technology 1

2 Control basado en PC Evolución en control IPC Prog. Tool Komm. HMI Hardware Software Mechanic Electronic Slots/CPUs Tasks par. Connect Fieldbus Comm. direct Access Prog. Tool IPC HMI Router CPU E/A NC PLC 1 PLC 2.. E/A NC Mapping RT-Kernel Fieldbuses 2

3 Qué es TwinCAT? TwinCAT es un paquete para la automatización que incluye el software de desarrollo y el runtime Control sequencial (Software PLC), motion (Software Motion Control), Comunicación entre todos los componenetes (ADS), Librerias de funciones (controllers, communication, OS functions, etc...) Todo esto en HARD REALTIME sobre Windows NT/2000/XP y en Windows NT/XP Embedded and CE.NET. 3

4 Posibles soluciones s a rm o f ta a l p s a l s I a C d N o t, a P r T a P P : C T N A, C C L in P w, T /O I : T A inc w T Potencia PC CX1000 BCxxxx BXxxxx 4 Coste

5 TwinCAT: Arquitectura TwinCAT en una plataforma PC TwinCAT No modifica Windows No necesita hardware especial Convierte Windows en un Real Time OS. Floating Point Unit (FPU) fully supported Completo acceso desde Windows por medio de ADS via OCX, Dll Acceso Remoto via TCP/IP PC platform Hardware Standar, Utiliza los recursos del PC use of mainstream operating system (Windows) Fácil Integración con la red ofimática open field bus communication 5

6 Plataforma PC Diagnose PLC User User SysMan i.e. Scope Control HMI HMI ADS ADS ADS ADS OPC Realtime Server TwinCAT System ADS Router OCX/Dll Windows NT, 2000, XP ADS ADS ADS ADS PLC NC other Server Server i.e. CAM I/O I/O I/O I/O Server I/O Mapping Fieldbus Card Drivers OPC Kernelmode Usermode TCP/IP 6

7 TwinCAT real-time desarrollado por Beckhoff No necesita hardware adicional excepto el PC Tiempo de ciclo mínimo 50 µs Tiempo de Latencia < 15 µs (PIII) Ratio entre RealTime y Windows ajustable (patentado) Mensaje si el tiempo de latencia es muy alto 7

8 TwinCAT on a CX1000 platform TwinCAT Almacenamiento cíclico de variables retentivas Programación del display Safe operation TwinCAT real-time sobrevive a BSOD (pantallas azules) Motherboard diagnosis for fan/temperature Performance Tiempo de ciclo minimo 50µs Retain data/restart behaviour Soporta UPS (serie y Beckhoff) HW embebido: 32-bit x86 comp. CPU 266 MHz OS: Windows CE o Windows XP embedded sin ventiladores acceso directo al K-Bus posibilidad de expansión con diferentes maestros y esclavos resolución desde 320 x 240 to 1024 x 768 8

9 TwinCAT en una plataforma BXxxxx TwinCAT Descargar y recuperar el código fuente Depuración online/ Cambio online Acceso remoto desde el field bus BXxxxx hardware embebido Smart System Bus (basado en CANopen) display cursor de navegación sistema operativo embebido acceso directo a los terminales. 2 tareas 9

10 TwinCAT en una plataforma BCxxxx TwinCAT Descargar programa Depuración online Acceso y programación desde el Field bus BCxxxx hardware embebido sistema operativo embebido acceso directo a entradas/salidas 1 tarea 10

11 TwinCAT I/O System abierto a todos los buses de campo PC hardware supported fàcil de configurar y de realizar diagnóstico mapeado lógico del mapeado del bus TwinCAT process image Input Output Mapping II O II O II O field bus 1 field bus 2 field bus 3 11

12 TwinCAT PLC Control Estructura modular Tareas máx. 4 PLCs en a PC 1 PLC en CX1000/BX/BC max. 4 task in one PLC Fàcil de configurar y de depurar cambio online del programa todas las posibilidades de depuración: puntos de paro, monitorización, scope Diferentes lenguajes de programación all IEC languages (IL, ST, FBD, LD, SFC) 12

13 Estadística tiempos de ejecución Tiempo de ejecución [us/1000 Líneas de Código] Test 1: BOOL, INT, WORD Test 2: BOOL, INT, WORD, DWORD, DINT Test 3: BOOL, INT, WORD, DWORD, DINT, REAL Test 1 Test 2 Test 3 Conv. PLC BC9000 CX1000 PIII 850 MHz P4 2,8 GHz 13

14 Conectividad Fácil de usar: ADS (Automation Device Specification) OPC (OLE for Process Control) ADS over TCP/IP ADS over TCP/IP ADS over TCP/IP ADS over TCP/IP ADS over Field bus 14

15 Conectividad PC LAN (TCP/IP) PC CX1000 PLC HMI PLC HMI HMI PLC RT PLC RT Fieldbus Fieldbus Profibus Bus Coupler BK3100 Profibus Controller BX3100 Descentralizar programa con las BX3100 o BC3100 programación/configuración desde PC remoto via fieldbus (Profibus) local fieldbus I/O without decentralised PLCs HMI en un CX1000 sin TwinCAT usando TcADSDll para CE 15

16 TwinCAT System Manager 16

17 Visión general Twincat System Manager 17

18 TwinCAT System Service TwinCAT System Service es un servicio de Windows NT que funciona bajo the local system account. Por este motivo Twincat System Service arranca antes que el usuario se logue. Como un icono de actividad, TwinCAT System Service incorpora un icono en la barra de herramientas. El color indica el estado de Twincat. TwinCAT parado TwinCAT arrancando. TwinCAT funcionando. TwinCAT Configuración TwinCAT System Service es el responsable de arrancar y parar el runtime de TwinCAT. Carga todos los servidores configurados y los inicializa durante el arranque TwinCAT.. 18

19 TwinCAT System Service The event display es un programa que monitoriza los eventos del sistema. El servicio de eventos arranque de forma automática. El subsistema TwinCAT I/O puede ser reseteado desde TwinCAT System Service. Para ello, se debe seleccionar la opción reset del menu. El reset es aplicado a todos los fieldbus configurados 19

20 Multitarea TwinCAT contiene más de 62 tareas diferentes. Se puede utilizar la configuración de tareas por defecto o se puede personalizar. 20

21 Gestión de tareas Operacion en Tiempo real de los clásicos PLC. Lectura Entradas Escritura Salidas Progama PLC Win NT & HMI Interface Ciclo PLC Ciclo PLC t Operación en tiempo real de un soft PLC (1 task) en un PC con windows NT. PLC cycle 21 PLC cycle t

22 Tiempo Real Muchas aplicaciones industriales requieren una garantía, predecible y reproducible, de que la carga del sistema reacciona suficientemente rápido a un evento en un tiempo definido El tiempo real es muy importante para en control digital. El muestreo de una señal analógica (posición actual) con un PC debe tener una distancia constante entre diferentes medidas. Cada parte del proceso requiere diferentes tiempos de reacción. Debido a esto, muchas parte del proceso con diferentes características y tiempos de reacción pueden ser creados en una tarea. Si diferentes tareas quieren acceder a la CPU, IEC define dos procedimientos: 1. Preemptive (ejecución interrumplible) multi tasking (TwinCAT) 2. Non preemptive (ejecución no interrumpible) multi tasking 22

23 Real time operation Las operaciones en tiempo real serán ejecutadas en intervalos determinísticos. El tiempo base de estos intervalos se puede escoger (1000µs... 50µs). Por defecto 1ms. La precisión de estos tiempos de ciclo es de T Ciclo± 15µs (Jitter). Tareas con la mínima prioridad se esperan a que el resto haya finalizado En cada comienzo del Tiempo Base se ejecutan las diferentes tareas en función de las prioridades. - 15µs +15µs 23

24 Tiempo Real Longitud del tiempo base El tiempo de procesador puede ser asignado al Kernel de Twincat por medio de la barra de desplazamiento. Si el tiempo base es de 1 ms, el tiempo máximo de procesador para el Twincat es de 800µs por cada 1 ms. Cuando el Real Time de TwinCAT ejecuta la tarea nula (idle task),se pasa el procesador a Windows.La barra azul muestra el porcentaje del procesador utilizado por el Twincat. La barra visualiza la media de 256 ciclos (ms). Podemos ver el tiempo de latencia máxima y el actual. 24

25 Operación en Tiempo Real Tarea PLC cíclica de 10ms (por ejemplo) 10ms 20ms 30ms 0ms Comportamiento de Twincat: Tiempo Base 1ms 40ms 80% 80% 80% TwinCAT W TC W W Time slice for Windows 0ms PLC 1ms PLC 2ms 3ms Time slice for TwinCAT PLC program cyclic task Si twincat no necesita todo el tiempo twincat pasa el control al sistema operativo hasta el siguiente ciclo 25

26 Funcionamiento en Tiempo Real Las tareas PLC y de control de ejes serán ejecutadas de forma deterministica Operación en tiempo real deun programa PLC y un control NC en un PC NC PLC program Win NT & HMI Interface e.g.: ms 2ms 3ms 4ms 5ms NC cycle (e.g. 1ms) NC cycle NC cycle NC cycle SPS cycle (e.g. 2ms) PLC cycle t t 26

27 Funcionamiento en tiempo real Cuanto menor sea el Tiempo Base, menor será el tiempo de respuesta de la tarea más prioritaria. 27

28 TwinCAT PLC 28

29 Creando un proyecto nuevo Antes de empezar un proyecto debemos responder a las siguientes preguntas: 1. Cuál es el sistema destino que vamos a programar y cuál es el tipo de conexión que tenemos con el dispositivo? PC,BC o BX Soft SPS (IPC) 29

30 Creando un proyecto nuevo IEC define una tarea com un elemento que controla la ejecución y que permite llamar diferentes programas. 30

31 POU Unidades Organizativas de Programación En IEC existen tres POUs (unidades de programación): Programs Function blocks Functions Desde la configuración de las tareas se establecen los POU iniciales 31

32 POU Cada POU consiste en una area de declaración y otra área de programación El area de declaración es la misma para todos los lenguajes IEC. Las variables local se definen aquí. El area de programación puede estar escrita en IL, ST, SFC, FBD, LD o CFC. 32

33 PROGRAM PRG Program PRG Llamado por una tarea (TwinCAT: 1 programa llama a otro) Ejecuta : FB s, Functions, (Programs) Variables locales : estáticas, las variables locales mantienen el valor del último ciclo. Inputs: Frecuentemente 0, pero VAR_INPUT es posible Outputs: frecuentemente 0, but VAR_OUTPUT es posible Paso por referencia: VAR_IN_OUT también posible Debug: Las variables locales son visibles en modo online Using: main, hand, automatic... 33

34 Function block FB Function block FB Llamada por programas o otras FB s Llama : FB s, functions, Variables locales : estáticas. Inputs: 0,1,2,3 VAR_INPUT Outputs: 0,1,2,3 VAR_OUTPUT Paso por referencia 0,1,2,3 VAR_IN_OUT Debug: Variables locales son visibles en cada instancia de la function block. Using: Multiples instancias de código con variables retentivas 34

35 Crear instancias FUNCTION_BLOCK A VAR _INPUT Var_IN :WORD; END_VAR VAR _OUTPUT Var_Out :BYTE; END_VAR VAR Var1 :WORD; Instancia_1: B; END_VAR LD Var1 CAL Instancia_1 FB PROGRAM MAIN VAR Instancia_1 :A; Instancia_2 :A; Instancia_3 :B; END_VAR CAL CAL Instancia_1 Instancia_3 FUNCTION_BLOCK B VAR_INPUT X :REAL; END_VAR VAR _OUTPUT Y :REAL; END_VAR PRG FB Instancia_1 Var_In :WORD; Var_Out :BYTE; Var_1:WORD; Instancia_1 X :REAL; Y :REAL; Instancia_2 Var_In :WORD; Var_Out :BYTE; Var_1:WORD; Instancia_1 X :REAL; Y :REAL; Instancia_3 X :REAL; Y :REAL; 35

36 Function FC Function FC Llamadas por: programs, function blocks y otras functions Llama: functions Variables locales : temporales. Una vez utilizadas las variables en el siguiente ciclo vuelven a las condiciones iniciales Inputs: 1,2,3... VAR_INPUT Outputs: Sólo 1!, pero es posible un estructura. El nombre de la variable de salida es el mismo que el de la función. Excepto Twincat: VAR_IN_OUT posible, Debug: Las variables no son visibles en modo online pero sí se puede realizar una depuración paso a paso. Using: algoritmos, escalados, 36

37 FC Specials Desde Desde TwinCAT TwinCAT 2.8: 2.8: Valor Valor devuelto devuelto por por la la función función Nombre Nombre de de la la Function Function Inputs Inputs Variables Variables locales locales son son sólo sólo validas validas durante durante la la ejecución ejecución de de la la función función Valor Valor devuelto. devuelto. El El nombre nombre de de la la salida salida es es scale. scale. Scale Scale puede puede ser ser usado usado como como una una variable variable local local variable variable dentro dentro de de la la función(write/read) función(write/read) 37

38 Identificadores Identificadores= Nombres asociados a variables, tipos de datos, funciones... El identificador debe empezar con una letra o un _ Seguido de un número, una letra o un _ No diferencia entre mayúsculas y minúsculas No Permitido Special characters (!,,,$..) Espacios dos o más _ seguidos mutated vowel 38

39 Prefijos Prefijos no estan especificados, pero facilitan la identificación del dato y evitan errores de programación. Sugerencias: Hungarian notation:escribir las palabras juntas. La primera letra de cada palabra debe ser mayúscula b Boolean r Real s - String ST_ - Declaración de estructuras st - Instancias de estructuras FB_ - Declaración de Function Blocks fb Instancias a Function Blocks M_ - Declaration de métodos bendschalterlinks rsollposition srxdatos ST_MotorDatos stm1parametro FB_Alarma fbm1alarma (declaration) (instance) (declaration) (instance) 39

40 Palabras reservadas (key words) y comentarios Palabras reservadas de Twincat son las definidas por el IEC Son palabras utilizadas en la sintaxis y no deben ser utlizadas para otros propósitos. TRUE, FALSE, AND, FUNCTION,... La opción Auto format, cambia el formato de las palabras reservadas a capital. Los comentarios son texto limitado por los caracteres (* *). Excepción: dentro de una variable string (*Entradas Digitales*) bstart AT%IX0.0:BOOL;(*Maquina arrancada*) (*Entradas analogicas*) TemK1 AT%IW10(*Byte 10-11*):WORD; 40

41 Tipos de datos elementales Tipo ANY-Type Key word Data width (Bit) Initial Value range Boolean ANY_Bit BOOL 1 FALSE TRUE/FALSE Bit string(8) BYTE #FF Bit string(16) WORD #FFFF Bit string(32) DWORD #FFFF_F FFF Short integer ANY_Num SINT Integer INT Double integer DINT Unsigned short integer USINT Unsigned integer UINT Unsigned double integer UDINT

42 Tipos de datos elementales Type ANY-Type Key word Data width (Bit) Initial Value range Slide point ANY_Real REAL * *10 38 Long slide point LREAL * * Date ANY_Date DATE (D) 32 D# Time of day TIME_OF_DAY (TOD) 32 TOD#00:00 TOD#00:00.. TOD#23:59 Date time of day DATE_AND_TIME (DT) 32 DT# :00 time ANY_Time TIME 32 T#0ms Sequential characters ANY_String STRING (80+1)*8 42

43 String En la declaración del string se especifica el número de bytes o caracteres que será reservado para esa variable. (1 byte= 1 caracter). Si no se especifica el tamaño, el tamaño por defecto será de 80 caracteres. VAR VAR strvar strvar :STRING(3); :STRING(3); lenvar: lenvar: INT; INT; sizevar: sizevar: INT; INT; END_VAR END_VAR Los string siempre acaban con un valor nulo, por lo que el tamaño ocupado por una variable tipo string será: Num Bytes= Num.Caracteres +1 (nulo) 43

44 Caracteres especiales Los caracteres especiales deben ser precedidos del caracter $ Special Characters A CR (*Str. Abschluss*) character $$ $ $L or $l $N or $n $P or $p $R or $r $T or $t description Caracter dollar Comilla simple Line feed New line Page feed Line break Tab 44

45 ASCII <-> CHR Si un caracter en un programa debe ser convertido a ASCII, dos procedimientos son permitidos : 1. Indirectamente Interpretando los datos de forma diferente 2. Directamente con una Function Block. ASC y CHR estan incluidas en la librería ChrAsc.lib. (Component of the Comlib) 45

46 Declaración de variables de tipos elementales IMPORTANTE: El nombre de la variable debe indicar el tipo de datos que contiene Identifier Data type Initial value bstelleruntenlinks:bool:=true; La dirección física de la variable no es conocida por el programador (variables no direccionadas) 46

47 Declaración de variables de tipos elementales En la decalaración es posible enlazar el nombre de una variable con una posición de memoria. Identificador AT Dirección : Data type ; Identifier AT %I X Byte Bit Data type %Q B Byte %M W D bstelleruntenlinks AT%IX0.0:BOOL:=TRUE; Estas variables apuntan a una dirección física de memoria A partir de TwinCAT 2.8 el direccionamiento se puede hacer automáticamente. bstelleruntenlinks AT%I*:BOOL:=TRUE; 47

48 Visibilidad de las variables Variables locales son visibles en el bloque que fueron declaradas. Variables globales son visibles en todos los bloques del projecto. Key words VAR.. END_VAR VAR_INPUT.. END_VAR VAR_IN_OUT.. END_VAR VAR_OUTPUT.. END_VAR Key words VAR_GLOBAL.. END_VAR VAR_CONFIG.. END_VAR 48

49 Acceso por medio de variables direccionadas Se puede acceder desde un programa A a otro programa B por medio de variables direccionadas Project Machine PROGRAM A VAR END_VAR LD %MB2 PROGRAM B VAR locvar AT%MB2:WORD; END_VAR 49

50 Nombres iguales de variables globales y locales Project Machine VAR_GLOBAL Var1:WORD; END_VAR El compilador no genera ningún warning. PROGRAM A VAR Var1 :WORD; END_VAR LD Var1 50

51 Atributos Los atributos son utilizados para definir características específicas de variables. Ejemplos: Las variables son guardadas cuando se para el PLC y deben ser restauradas cuando arranca. VAR RETAIN END_VAR Contador:UINT; VAR PERSISTENT END_VAR Contador:UINT; Valores iniciales, the variables should be allocated with a special value at the PLC start or reset. VAR END_VAR AccelerationTime : TIME := T#3s200ms; 51

52 Attributos (constantes) Projekt Maschine VAR_GLOBAL CONSTANT END_VAR PROGRAM A VAR CONSTANT END_VAR Si necesitas utilizar constantes matemáticas, parámetros constantes de una máquina,etc. se debe extender VAR_GLOBAL.. END_VAR con la palabra reservada CONSTANT. Esto también es así con variables locales VAR_GLOBAL CONSTANT pi:real:= ; END_VAR 52

53 Tipos de datos derivados El usuario puede crear sus propios tipos de datos basándose en tipos de datos elementales o otros tipos de datos creados. Los nuevos datos creados son visibles en todo ell proyecto. Cominenzan con la palabra reservada TYPE y finalizan con END_TYPE. Tipo padre Name Data type Initial value Range New value h e i r Derivación Name Data type Initial value Range 53

54 References (Alias Types) (Variable II) Es posible utilizar tipos de datos definidos por el usuario para crear un nombre alternativo para una variable, constante o function block. Se comienzan con la palabra reservada TYPE y finalizan con END_TYPE. Syntaxis: TYPE <Identificador>:<tipo de datos>; END_TYPE Ejemplo: Ads_Net_ID TYPE Net_ID:STRING(23); END_TYPE 54

55 Enumeraciones Las enumeraciones son tipos de datos que asignan un identificador a un conjunto de números (mormalmente una serie de números) Syntaxis: TYPE <identificador>:(<enum_0>,<enum_1>,...,<enum_n>); END_TYPE Ejemplo: TYPE DiaSemana:(Lu, Ma, Mi, Ju, Vie, Sa, Do:=10);(*Lu = 0 Ma = Sa = 6 Do = 10*) END_TYPE TYPE bit:(up, Dn);(*Up = 0 Dn = 1*) END_TYPE 55 Recordad:No es posible utilizar dos o más veces el mismo nombre en la enumeración.

56 Enumeraciones Una variable de tipo enumeración se inicializa por defecto con el primer valor de la enumeración. Se pueden hacer operaciones númericas con las enumeraciones de tipo entero. También es posible asignar un número directamente a una variable del tipo enumeración VAR WochenTag:DiaSemana; END_VAR WochenTag:=3; 56

57 Declaración de estructuras form Pers_Data Name: Firstname: Age: Address: Las estructuras son tipos de datos importantes para representar la información de un objeto de nuestra planta. Las estructuras pueden ser pasadas directamente a FunctionBlocks TYPE Pers_Data : STRUCT Name: STRING(25); Firstname: STRING(25); Age:USINT; Address: STRING(55); END_STRUCT END_TYPE Identifier for the new data type Identifier : parents data type 57

58 Instancias de estructuras P1 P3 K2 P1 Name:= Müller Firstname:= Peter Age:=32 Address:= Postweg 34 P3 Name:= Koschnik Firstname:= Heinz Age:=37 Address:= Domplatz 10 VAR P1, P3 : Pers_Data; END_VAR VAR_OUTPUT K2 : Pers_Data; END_VAR VAR_INPUT Employees: Pers_Data; END_VAR Name_total:=CONCAT(P3.Firstname, P3.Name) 58

59 Arrays Todos los elementos de un array deben de ser del mismo tipo, incluido estructuras. Son posibles 1,2 y 3 dimensiones VAR Feld_1 :ARRAY[1..10] OF BYTE; Feld_2 :ARRAY[1..10, 2..5] OF UINT; Feld_3 :ARRAY[1..10,2..5,3..10] OF DINT; END_VAR Es posible direccionar todo el array a una posición de memoria. VAR Feld_1 AT%MB100:ARRAY[1..10] OF BYTE; END_VAR Acceso a los elementos Feld_1[2] := 120; (* acceso directo*) Feld_2[i,j] := EXPT(i,j); (*acceso indirecto*) 1-dimension 2-dimension 3-dimension 59

60 Ejemplo inicialización array 1 dimensión 1 dimensión Identificador Field Data type Valor Inicial DBTiempo :ARRAY [0..6] OF TIME:= T#1s, T#2s, T#1s, 4(T#0s); Faktor Wert 0 T#1s 1 T#2s 2 T#1s 3 T#0s 4 T#0s 5 T#0s 6 T#0s NO ES POSIBLE ARRAYS DINÁMICOS Acceso: VAR tiempo : TIME; END_VAR Tiempo := DBTiempo[1]; 60

61 Ejemplo inicialización array 2 dimensiones Identificador Field Data type Valor Inicial Supportpoint:ARRAY [0..1, 0..6] OF REAL:= 0, 1.7, 2, 4(3.33), 6, 6(1.2); Factor Valor Acceso: VAR ejemplo : REAL; END_VAR ejemplo := Supportpoint[1,0]; 61

62 Inicialización de un array con comentarios Ejemplo: Diferentes posiciones de trabajo para un eje Drivejob:ARRAY [0..3, 0..1] OF LREAL:= (* target position, velocity *) (*Job 0*) 20.0, 30.0, (*Job 1*) 33.75, 30.0, (*Job 2*) 45.0, 30.0, (*Job 3*) 70.75, 30.0; 62

63 Ejemplo inicialización array 3 dimensiones Identificador Array Datatype Valor Inicial Supportpoint :ARRAY [0..2, 0..1, 0..2] OF UINT:= 0,1,2,3,4,5, 10,11,12,13,14,15, 2 20,21,22,23,24, Access: VAR ejemplo : UINT; END_VAR ejemplo := Supportpoint[ 2,0,1 ]; 63

64 Fuera de rango Es importante no escribir fuera de una posición del array VAR Feld_1 :ARRAY[1..10] OF BYTE; Feld_2 :ARRAY[1..10, 2..5] OF UINT; Feld_3 :ARRAY[1..10] OF DINT; END_VAR i:= 9 9 Feld_1[i+2] := 120; Feld_1[9]; 0 Feld_2[1,2];

65 Check Bounds (FUN) Si escribimos una función con el nombre CheckBounds, podemos verificar si estamos escribiendo fuera de rango. FUNCTION CheckBounds :INT VAR_INPUT I,L,U : INT; END_VAR i Min Max Limited value IF I< L THEN Error CheckBounds := L; ELSIF I > U THEN Error CheckBounds := U; ELSE OK case CheckBounds := I; END_IF 65

66 Check Bounds (FUN) modo de operación Program (* User*) VAR arrvar:array[0..3] OF INT index :INT END_VAR index:=2; arrvar[checkbounds[2,0,3]:=100; index:=index+2 arrvar[checkbounds[4,0,3]:=100; Checkbounds devuelve 3, el acceso es limitado al máximo Llamada automática FUNCTION CheckBounds :INT VAR_INPUT I,L,U : INT; END_VAR IF I< L THEN CheckBounds := L; ELSIF I > U THEN CheckBounds := U; ELSE CheckBounds := I; END_IF FUNCTION CheckBounds :INT VAR_INPUT I,L,U : INT; END_VAR IF I< L THEN CheckBounds := L; ELSIF I > U THEN CheckBounds := U; ELSE CheckBounds := I; END_IF 66

67 Combinación de structuras y arrays Un array puede contener estructuras de datos Estructura: TYPE DrillPos : STRUCT XPos: LREAL; FeedrateX: LREAL; AccelerationX: LREAL; DeccelerationX: LREAL; JerkX: LREAL; YPos: LREAL; FeedrateY: LREAL; AcceleartionY: LREAL; DeccelerationY: LREAL; JerkY: LREAL; FeedDrill: LREAL; Kuehlen: BOOL; (*Pump?*) END_STRUCT END_TYPE Declaración de los arrays : Positions :ARRAY[0..100] OF DrillPos; 67

68 Combinación de estructuras y arrays Accediendo a Drillpos 55: Acceso: MoveXAx (*FB Instance*) ( Execute:= TRUE, Position:= Positions[55].XPos, Velocity:= Positions[55].FeedrateX Acceleration:= Positions[55].AccelerationX, Deceleration:= Positions[55].DeccelerationX, Jerk:= Positions[55].JerkX, Direction:=..., Axis:=..., ); 68

69 ST 69

70 ST Texto estructurado: Order de ejecución de los operadores: Operación Paréntesis Llamada a Función Exponenciación Negación Complementar Multiplicar Dividir Módulo Sumar Restar Comparar Son iguales? No es igual a AND XOR OR Símbolo (expresión) Function name (parameter list) EXPT - NOT * / MOD + - <,>,<=,>= = <> AND XOR OR Orden Primero Último 70

71 ST Texto Estructurado: Ejemplos Instrucción Asignación := Llamada a function block RETURN IF CASE FOR WHILE REPEAT EXIT Empty instruction Ejemplo PosWert := 10; Ton1(IN:=Start, PT:=T2s); Output:= Ton1.Q RETURN; ; 71

72 Instrucción IF Se utiliza para generar varios bloques de código que se ejecutan en función de las condiciones. No es posible efectuar un salto hacia atrás en en código. La instrucción GOTO no está disponible Keywords: IF THEN ELSIF ELSE END_IF ej.: 72

73 Instrucción IF Condición No IF Condición THEN END_IF Bloque de instrucciones; Si Bloque de instrucciones 73

74 Instrucción IF Condición No IF a>b THEN Bloque de Instrucciones A; ELSE Bloque de Instrucciones B; END_IF Sí Instrucciones A Instrucciones B 74

75 Instrucción IF IF Condición1 THEN Bloque de instrucción A; ELSE IF Condición2 THEN Bloque de instrucción B; Condición 1 Sí No Condición 2 Sí No Condición 3 Sí No ELSE END_IF IF Condición3 THEN ELSE END_IF END_IF Bloque de instrucción C; Bloque de instrucción D; Bloque Instrucción A Bloque Instrucción B Bloque instrucción C Bloque Instrucción D 75

76 Instrucción IF IF Condición1 THEN Bloque instrucciones A; ELSIF Condición2 THEN Bloque instrucciones B; Condition 1 Yes No Condition 2 Yes No ELSIF Condición3 THEN Bloque instrucciones C; ELSE Bloque instrucciones D; END_IF Condition 3 Yes No Bloque instrucción A Bloque instrucción B Bloque instrucción C Bloque instrucción D 76

77 Instrucción IF Qué se puede utilizar como expresión booleana? Condiciones : Variable BOOLEAN Comparación Llamada a una FC Llamada a un dato FB No se puede llamar a una FB! IF bvar THEN. IF a>b THEN. IF LEFT(STR:= strvar, SIZE:=7) = 'TwinCAT'. IF Ton1.Q THEN. IF Ton1(IN:=bVar, PT:=T#1s ) THEN THEN 77

78 Instrucción Case CASE Criterio Selección OF 1: Instrucción 1 2,4,6: Instrucción 2 Criterio Selección= 1 Yes No Criterio Selección= 2 Or 4 or 6 Cireterio Selección = 7 Or 8 or 9 or 10? : Instrucción 3 No.. Yes ELSE Instrucciones por defecto Instrucción 1 Instrucción 2 Yes Instrucción 3 No Instrucción por defecto END_CASE; Dos valores iguales no pueden aparecer en el listado 78

79 CASE Seleccion con valores enteros usando tipos enumerados Tipo enumerado: TYPE Schritte : ( INIT:=0, START, AUTOMATIK, ENDE); END_TYPE CASE State OF INIT: START: AUTOMATIK: ENDE: END_CASE instrucciones;(*state=0*) instrucciones;(*state=1*) instrucciones;(*state=2*) instrucciones;(*state=3*) Si la variable es declarada com enum se verá el estado de la variable en formato string en el modo online VAR State:Schritte; (* State:INT also possible*) 79 END_VAR

80 CASE Selección con constantes VAR CONSTANT Step1 : INT:= 0; Step2 : INT:= 1; Step3 : INT:= 2; Step4 : INT:= 3; END_VAR CASE State OF Step1: instrucciones;(*state=0*) Step2: instrucciones;(*state=1*) Step3..Step4: instrucciones;(*state=2 oder 3*) END_CASE VAR State:INT; END_VAR 80

81 CASE ejemplo máquina de estados TYPE Steps : ( INIT:=0, START, AUTOMATIC, END); END_TYPE CASE State OF INIT: Q0:=TRUE; Instruction Instruction para para las las acciones acciones dentro dentro del del paso paso IF Transición THEN state := START; END_IF Paso Paso START: Q1:=TRUE; AUTOMATIC: Q2:=TRUE; IF Transición THEN state := AUTOMATIC; END_IF transiciones transiciones IF Transición THEN state := END; END_IF END: Q3:=TRUE; IF Transición THEN state := INIT; END_IF END_CASE 81

82 Bucles Se utilizan para evitar tener que repetir un listado de instrucciones común. El número de iteraciones es conocido en runtime Desvantajas de los bucles: Si se produce un error de programación la iteración puede ser infinita. Si un bucle infinito es ejecutado esto no implica un aumento de %CPU destinado a Twincat.Tareas de mayor prioridad interrumpiran a la tarea donde se encuentra el bucle infinito. Tareas de prioridad inferior a la tarea del bucle no serán ejecutadas. Forced switch to Win NT Begin of a new time slice e.g.: ms 2ms 3ms 4ms 5ms 82

83 Bucles (Visión general) Todos los bucles pueden ser finalizados con una instrucción EXIT, sin importar la condición de salida del bucle. Expresión Work flow Núm de ciclos fijos FOR SINT/ INT / Pre repel Yes DINT WHILE BOOL Pre repel No REPEAT BOOL Post repel No 83

84 Bucle FOR Al principio del bucle, la variable I es definida con un valor inicial (ver ejemplo). La variable es incrementada o decrementada en cada ciclo dependiendo del valor definido por la palabra reservada BY. Si i excede el valor final (valor después de TO) se finaliza el bucle. FOR i:=1 TO 12 BY 2 DO Field[i]:=i*2;(*instrucción*) END_FOR ciclo n Start i:=valor inicial i >Valor final Instrucciones ciclo n No I:= i+ - valor TO Sí 84

85 Bucle WHILE ciclo n El bloque de instrucciones dentro de un bucle WHILE se ejecutan siempre y cuando la condición se cumpla. La condición de salida contiene variables que pueden ser cambiadas dentro del bloque de instrucciones del bucle Si la expresión es false al principio el bloque de intrucciones dentro del bucle no es ejecutado. i:=0; WHILE i<100 DO Field[i]:=i*2;(*instrucciones*) i:=i+1; END_WHILE Sí Expressión booleana Bloque de intrucciones I:= i+ paso ciclo n No 85

86 Bucle REPEAT Ciclo n Las instrucciones dentro de un bucle REPEAT son procesadas hasta que la condición lógica dentro de la cláusula UNTIL no se cumple. Bloque de intrucciones El bloque de instrucciones es ejecutado como mínimo una vez. I:= i+ paso i:=0; REPEAT Field[i]:=i*2;(*Instrucciones*) i:=i+1; UNTIL i>100 Sí Expresión booleana No END_REPEAT ciclo n 86

87 Llamadas a FB s en ST VAR TON1:TON; END_VAR TON1 (IN:= NOT TON1.Q, PT:=T#1s ); Q0:= TON1.Q desde TwinCAT 2.8 : TON1(IN:= NOT TON1.Q, PT:=T#1s, Q=>Q0 ); 87

88 Explicación llamadas a FB en ST Crear una instancia de un FB VAR Llamar a una instancia por su nombre TON1:TON; END_VAR TON1 (IN:= NOT TON1.Q, PT:=T#1s ); Parámetros de entrada Leer salida Q0:= TON1.Q No es posible: las FB pueden tener varias salidas Q0:=TON1(IN:= NOT TON1.Q, PT:=T#1s); 88

89 Llamadas a FB en ST (alternativo) VAR TON1:TON; END_VAR TON1.IN:= NOT TON1.Q, TON1. PT:=T#1s; TON1(); Q0:= TON1.Q 89

90 Llamada a FB (alternativo) Declaración Transfiere sólo el parámetro de entrada. ESTO NO ES UNA LLAMADA A UNA FB!!!!! VAR TON1:TON; END_VAR Leer salida TON1.IN:= NOT TON1.Q ; TON1. PT:=T#1s; TON1(); Q0:= TON1.Q; FB CALL 90

91 Llamadas a FB s en ST Result:=Scale (* igual:*) (x:=input, xug:=0.0, xog:= , yug:=0.0,yog:=100.0); Result:=Scale (input, 0.0, , 0.0, 100.0); (* igual :*) Result:=Scale ( x:= input, xug:= 0.0, xog:= , yug:= 0.0, yog:= ); 91

92 Llamadas a FB s en ST Result := Scale (x:=input, xug:=0.0, xog:= , yug:=0.0,yog:=100.0); Resultado Llamada Parámetros de entrada (* equal:*) Result:=Scale ( x:= input, xug:= 0.0, xog:= , yug:= 0.0, yog:= ); 92

93 SFC 93

94 SFC Sequential Function Chart Step N Action Sólo un estado es activo al mismo tiempo Following step Transition N Qualifier Action La condición para canviar entre un estado y otro se denomina transición. En la acción se tiene que programar lo que se debe efectuar en cada estado. Transition Action, Qualifier Puede ser escrita en Structured Text, Instruction list, Ladder Diagram, Function Block Diagram y en Sequential Function Chart. 94

95 Estados Paso inicial activo al comienzo Se puede ver si un estado está activo con la variable NombreEstado.X. Inicio N Acción Durante la ejecución de los estados, la duración del mismo se puede saber por medio de la variable NombreEstado.T. Transición Normal Step Ambos datos T y X són campos de una estructura de datos que se crea automáticamente al insertar el estado. Estado1 N Acción NombreEstado.X y NombreEstado.T son variables que sólo son de lectura. Transición 95

96 Acciones Transición Transición Estado1 N Acción Estado1 N boutput Transición Transición Las acciones pueden ser programadas en -> Structured Text, -> Instruction List, -> Ladder Diagram, -> Function block diagram, CFC/FBD -> Sequential Function Chart Acción, puede ser una variable de tipo BOOL. La variable es true si se activa el paso y FALSE cuando se abandona el estado 96

97 Acciones, se permiten varias por estado Transición Estado1 N P N R boutput STAction LDAction FBDAction 97

98 Estados/ramas alternativas Inicial N Acción Sólo una rama puede activarse. Debido a que ambas ramas son importantes se debe introducir una transición antes de los estados. Transition Transición EstadoA N Acción EstadoB N Acción Transición Transición 98

99 Estados / ramas alternativas Inicio N Acción Las ramas pueden ser asimétricas Transición Transición Estado A N Acción Estado B N Acción Transición Transición Estado C N Acción Transición 99

100 Estados / ramas alternativas Inicial N Acción Las ramas pueden saltarse Transición Estado A N Accción Transición Transición 100

101 Estados / Ramas alternativas Inicial N Acción Dos ramas son procesadas simultáneamente. Transition Transición en el comienzo de las ramas simultáneas Línea doble, para indicar la rama paralela Estado A N Acción Estado B N acción Transición Transición en el final 101

102 Estados / Ramas alternativas Transición Las ramas simultáneas pueden ser asimétricas Estado B N Acción Estado A N Acción Transición Estado C N Acción Transición 102

103 Transición Inicio N Acción Una transición debe retornar un BOOL. Posibilidades: Variable BOOLEANA Instrucción ST bvariable BOOLEAN VARIABLE Transición programada Estado 1 N Acción A > B Instrucción ST. El resultado debe ser BOOLEANO. Nota: Si la instrucción es demasiado larga se visualizará sólo una parte. 103

104 Transiciones Transiciones programadas Inicio N Acción A > B Con esta marca se indicar que A>B es un comentario Estado 1 N Acción NADA CONECTADO El resultado debe ser de tipo BOOLEANO Comentario 001 A GT AND B Posible: FBD, LD, IL, ST. INPUT0 Pulsar para editar el código 104 Limitaciones: una red, una secuencia de instrucciones, no llamadas a FB.

105 Último scan del estado Cuando se activa la transición el estado se ejecuta una vez más. Este mecanismo es muy útil para limpiar la acción. Ejemplo: Resetear salidas. Step.X 1 Estado1 N Acción 0 Action processing t 1 Go on 0 t 1 Cycle Estado siguiente N Acción 001 release Step1.X AND Output Transition En el último ciclo la variable Estado.X = FALSE. 105

106 Último scan del estado Cuidado: Algunas veces este scan final puede provocar resultados no deseados Estado 1 N Acción Step.X 1 TRUE 0 Action processing t 1 Comportamiento: Counter := Counter +1; (*El valor de Counter es 2*) Solución: Utilizar la variable de estado para saltarse el último scan: IF Schritt.X THEN END_IF Counter := Counter +1; 0 Counter := Counter +1; 1 cycle 1 cycle Counter := Counter +1; t (*Counter vale 2*) 106

107 Parámetros Estado N Se ejecuta la acción cuando mientras está activo el estado. N: Non Stored Acción Step.X 1 TRUE 0 Action processing 1 t N: Non Stored 0 t Correspondencia en FBD cycle Step.X Action processing 107

108 Parámetros Estado S La acción se ejecuta siempre hasta que se resetea. S: SET Accíón Step.X 1 TRUE 0 Action processing 1 t 0 t Correspondencia FBD 001 Step.X SR S R Action processing 1 cycle 108

109 Parámetros Estado Se para de ejecutar la acción que se había iniciado con el S. R: RESET R Acción Step.X 1 TRUE 0 Action processing 1 t Correspondencia en FBD t Step.X S R SR Action processing 109

110 Parámetros Step Se ejecuta la acción después de un cierto tiempo hasta que se termina el estado D: DELAY D T#1s Action Step.X 1 TRUE 0 Action processing 1 t Correspondencia en FBD Delay t Step.X T#1s TON IN PT Q ET Action processing 110

111 Qualifier Step Controls the action processing after activating a step L: LIMITED L T#1s Action Step.X 1 TRUE 0 Action processing 1 t 0 LIMITED t Combination in FBD Step.X 001 Step.X TON IN Q AND Action processing 1 0 Action processing t T#1s PT ET 1 0 Limit t 111

112 Qualifier Step P Controls the action processing after activating a step P: PULSE Action Step.X 1 TRUE 0 Action processing 1 t 0 1 cycle 1 cycle t Combination in FBD 001 Step.X R_TRIG Clk Q Action processing ATTENTION: A SECOND FLOW PROCESSES! 112

113 Qualifier, Combinations SD: Stored and delayed DS: Delayed and stored SL: Stored and time limeted 113

114 Sequential Function Chart step diagnosis VAR SFCEnableLimit: BOOL; (*When it has the value TRUE, the timeouts of the steps will be registered in SFCError. Other timeouts will be ignored.*) SFCInit: BOOL; (*When this boolean variable has the value TRUE the sequential function chart is set back to the Init step. The other SFC flags are reset too (initialization). The Init step remains active, but is not executed, for as long as the variable has the value TRUE. It is only when SFCInit is again set to FALSE that the block can be processed normally. *) 114

115 Sequential Function Chart step diagnosis SFCReset: BOOL; (*This variable, of type BOOL, behaves similarly to SFCInit. Unlike the latter, however, further processing takes place after the initialization of the Init step. Thus for example the SFCReset flag could be re-set to FALSE in the Init step.*) 115

116 Sequential Function Chart step diagnosis SFCQuitError: BOOL; (*Execution of the SFC diagram is stopped for as long as this boolean variable has the value TRUE whereby a possible timeout in the variable SFCError is reset. All previous times in the active steps are reset when the variable again assumes the value FALSE.*) SFCPause: BOOL; (*Execution of the SFC diagram is stopped for as long as this boolean variable has the value TRUE.*) SFCTrans: BOOL; (*This boolean variable takes on the value TRUE when a transition is actuated..*) 116

117 Sequential Function Chart step diagnosis SFCError: BOOL; (*This Boolean variable is TRUE when a timeout has occurred in a SFC diagram. If another timeout occurs in a program after the first one, it will not be registered unless the variable SFCError is reset first. *) SFCErrorStep: STRING; (*This variable is of the type STRING. If SFCError registers a timeout, in this variable is stored the name of the step which has caused the timeout. *) SFCErrorPOU: STRING; (*This variable of the type STRING contains the name of the block in which a timeout has occurred. *) 117

118 Sequential Function Chart step diagnosis SFCCurrentStep: : STRING; (*This variable is of the type STRING. The name of the step is stored in this variable which is active, independently of the time monitoring. In the case of simultaneous sequences the step is stored in the branch on the outer right. No further timeout will be registered if a timeout occurs and the variable SFCError is not reset again.*) 118

119 Sequential Function Chart step diagnosis (from 2.8) SFCErrorAnalyzation: STRING; (*This variable, of type STRING, provides the transition expression as well as every variable in an assembled expression which gives a FALSE result for the transition and thus produces a timeout in the preceding step. A requirement for this is declaration of the SFCError flag, which registers the timeout. SFCErrorAnalyzation refers back to a function called AppedErrorString in the TcSystem.Lib library. The output string separates multiple components with the symbol. *) END_VAR SFCTip: SFCTipMode: BOOL; BOOL; (*This variables of type BOOL allow inching mode of the SFC. When this is switched on by SFCTipMode=TRUE, it is only possible to skip to the next step if SFCTip is set to TRUE. As long as SFCTipMode is set to FALSE, it is possible to skip even over transitions.*) 119

120 Sequential Function Chart process diagnosis Implicit variable 120

121 Sequential Function Chart process diagnosis set step attributes for the step to be observed 121

122 Online (and per ADS) can be requested 122

123 Sequential Function Chart Tipmode insert implicit variable: effect: SFCTipMode SFCTip Transition effect TRUE TRUE TRUE FALSE FALSE FALSE TRUE TRUE TRUE FALSE TRUE TRUE FALSE FALSE TRUE Process stays in the current step Change to next step Change to next step Process stays in the current step Change to next step 123

124 Actions also in other IEC languages possible! (POU type : PRG, FB) Mainprogram Call action Action step1 Action step2 124

125 Overview Part 1 IEC Overview Software model Identifier Elementary data types Variables classes Block types TwinCAT System Service Timing Contents Part 2 Variables II Structs, Enums Variables II Arrays Checkbounds Structured text Part 3 Sequential Function Chart Step diagnosis Appendix Bootprojects, Data remanence Checker functions Example Step by Step 125

126 Remanent Flags Variables Attributes These variables maintain their value, even after a power failure. When the program is run again, the stored values will be processed further. A practical example would be an operations timer that recommences timing after a power failure. A practical example would be an operations timer that recommences timing after a power failure. All other variables are newly initialized, either with their initialized values or with the standard initializations. TwinCAT supports two kind of remanent flags: RETAIN PERSISTENT 126

127 Retain Persistent Retain Persistent To store To delete Rebuild all, Reset Reset all Possible for unlocated, located (%M) Unlocated, located (%I, %Q, %M) 127

128 Boot project Power ON Requirement : It should be possible to automate the loading and the starting of the PLC project after switching on the computer. 1 2 Start NT Start TwinCAT Log on The PLC can start independent from the user log on! 3 Loading the boot project into the Run-Time 4 Start PLC 128

129 1&2 1 2 TwinCAT Auto boot Auto logon with Win NT 129

130 Create a boot project Requirement: 1. The machine should work properly. 2. The hardware, software and the mappings are correct. 3. The PLC Control in the status online. 130

131 3&4 Number of run time systems Enabling for loading the boot project for the run time system 1. Enabling for loading and saving the RETAIN data for the run time

132 Sourcecode download 1.Goto Project/Options and press the left mouse button. 2.A Window will open 3.Choose the Point Sourcedownload 132

133 Timing for Sourcecode download 1.Implicit at load Every time when you open the PLC Project the Sourcecode will be written down to the controller. 2.Notice at load If the PLC Project changed, you get a message box, when you open the project. 3.Implicit at create boot project. Everytime you create a bootproject, the sourcecode will be transfered to the controller 133

134 Timing/Extent for Sourcecode download 1.On demand The Sourcecode will be written down to the controller on demand. Online/Sourcecode download Extent Sourcecode only The plc project will be written in the controller All files The plc project with all libaries will be written tin the controller 134

135 Plc project open from the controller 1. You can open the actuell plc projekt direct from the controller 2. Under File/Open you can open the project direct from the plc. 135

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