UNITY PRO -OHJELMISTON SELVITTÄMINEN OPETUSKÄYTTÖÖN

Transkriptio

1 Niko Niininen UNITY PRO -OHJELMISTON SELVITTÄMINEN OPETUSKÄYTTÖÖN Opinnäytetyö Sähkövoimatekniikka Huhtikuu 2009

2 KUVAILULEHTI Opinnäytetyön päivämäärä Tekijä(t) Niko Niininen Nimeke Koulutusohjelma ja suuntautuminen Sähkövoimatekniikka Unity Pro ohjelmiston selvittäminen opetuskäyttöön Tiivistelmä Työni tarkoituksena oli selvittää Unity Pro -ohjelmiston toimintaa ja laatia käyttöohje opetuskäyttöön ohjelmistosta. Ohjelmalla konfiguroidaan ja rakennetaan ohjelmia Telemecaniquen Modicon perhesarjan ohjelmoitaviin logiikoihin. Ohjelmalla pystyy pelkän ohjelmoinnin lisäksi tekemään myös yksinkertaisia valvomoita. Käyttöohje tulee opetuskäyttöön, joten itse ohjelmointia ei käyttöohjeessa tulla käymään läpi ollenkaan. Ohjeen tarkoitus on antaa selkokielinen kuvaus ohjelman käytöstä. Ohjeessa ei mennä kovinkaan syvällisiin tarkasteluihin ohjelman suhteen, vaan siinä pyritään antaman eväät ohjelmoinnin aloitukselle. Toimeksiannon tähän työhön sain Mikkelin ammattikorkeakoululta. Ammattikorkeakoululle oli hankittu kesällä 2008 Telemecaniquen Modicon M340- mallisia ohjelmoitavia logiikoita opetuskäyttöön. Näillä logiikoilla korvattiin vanhat Feston logiikat, joita oli konetekniikan laboratoriossa olevissa mekatroniikkaasemissa. Asiasanat (avainsanat) Ohjelmoitavat logiikat, Käyttöohjeet, Unity Pro Sivumäärä Kieli URN 25 + liite 30 s Suomi URN:NBN:fi:mamkopinn Huomautus (huomautukset liitteistä) Ohjaavan opettajan nimi Hannu Honkanen Opinnäytetyön toimeksiantaja Mikkelin ammattikorkeakoulu

3 DESCRIPTION Date of the bachelor's thesis Author(s) Niko Niininen Name of the bachelor's thesis Degree programme and option Electrical engineer Define and making an instructions for using Unity Pro program Abstract In this work I had to define and make instructions for using program called Unity Pro. The program is used to configure and program the Programmable Locig Controller in Telemecanuque Modicon product family. The program can be used to make simple control rooms as well. Instructions are made for education purpose so I didin t tell anything about programming because it is very likely that users know the standard programming languages. Purpose of the instructions is to give the users an easy start with the program. My employer in this project was Mikkeli University of Appliend Science. They have bought eleven Modicon M340 locig in machine laboratio in summer This locig replaced old Festo locig which were in machine laboratio before. Subject headings, (keywords) Programmanle logic controller, Manual, Unity Pro, Pages Language URN 25 p + app 30 p Finnish URN:NBN:fi:mamkopinn Remarks, notes on appendices Tutor Hannu Honkanen Bachelor s thesis assigned by Mikkeli University of Applied Sciences

4 SISÄLTÖ 1 JOHDANTO MIKKELIN AMMATTIKORKEAKOULU OHJELMOITAVAT LOGIIKAT Historia Valmistajat Käyttökohteet Logiikan valinta Häiriöt Kenttälaitteet Anturit Toimilaitteet Kenttäväylät TELEMECANIQUE MODICON M Teholähde Prosessorit USB Ethernet CAN Analogiset I/O-kortit Digitaaliset I/O-kortit Erikoisyksiköt Lisälaitteet PLC-OHJELMOINTI Ladder Diagram Functional Block Diagram Structured Text Instruction List Sequential Function Chart PC-valvomot Ohjelmointilaite... 21

5 6 UNITY PRO Ohjelmointi Valvomo Simulointi KÄYTTÖOHJE Käyttäjät Sisältö ja rakenne YHTEENVETO LÄHTEET LIITE... 28

6 1 JOHDANTO 1 Ohjelmoitavia logiikoita esiintyy nykyään kaikkialla, pienistä kiinteistön ohjauksista massiivisiin teollisuuden prosessiohjauksiin. Ohjelmoitavien logiikoiden historia ulottuu aina 1960-luvun lopulle, jolloin relelogiikoita alettiin uudistaa helpommin muunnettavaan muotoon. Tämän työn tarkoituksena on selvittää Unity Pro-ohjelmiston toimintaa ja laatia siitä käyttöohje opetuskäyttöön. Tällä kyseisellä ohjelmalla ohjelmoidaan Modicon tuoteperheen logiikoita. Käyttöohjeen tekemisessä paneudutaan siihen, että ohje etenisi mahdollisimman loogisesti, ohjelmointia ajatellen. Tämän lisäksi tulee huomioida, että ohjelmaa tulevat käyttämään ihmiset, jotka ovat olleet ohjelmoinnin kanssa tekemisissä myös aikaisemmin. Tästä syystä itse ohjelmointiin ei ole käyttöohjeessa mitään syytä takertua. Käyttöohje löytyy liitteenä tästä työstä. Toimeksiannon käyttöohjeen tekemiseen sain Mikkelin ammattikorkeakoululta. Mikkelin ammattikorkeakoululle on hankittu Telemecaniquen Modicon M340 mallisia ohjelmoitavia logiikoita ja niitä ohjelmoidaan Unity Pro ohjelmalla. Logiikat on hankittu kesällä 2008 ja niitä on 11 kappaletta. Aluksi käsittelen opinnäytetyössäni ohjelmoitavien logiikoiden historiaa ja logiikoiden tarvitsemia apulaitteita. Tämän jälkeen paneudun Telemecaniquen modicon M340- mallisten logiikoiden koostumuksiin eli minkälaisia kokonaisuuksia niihin on saatavana. Seuraavaksi kerron ohjelmoinnista yleisesti ja Unity Pro -ohjelmalla. Aivan lopuksi kerron vähän käyttöohjeiden tekemisestä ja pohdin työni tuloksia. 2 MIKKELIN AMMATTIKORKEAKOULU Mikkelin ammattikorkeakoulussa opiskelee noin 4500 opiskelijaa. Mikkelin ammattikorkeakoulu työllistää suoraan 430 henkilöä. Ammattikorkeakoulu toimii kolmessa kaupungissa Mikkelissä, Pieksämäelle ja Savonlinnassa. MAMK:sta valmistuu noin 800 opiskelijaa joka vuosi, uusia opiskelijoita otetaan sisään noin 1120, joista 400 on

7 aikuisopiskelijoita. Mikkelin ammattikorkeakoulu kuuluu laajaan ammattikorkeakouluverkostoon, johon kuuluu sen lisäksi noin 200 koulua ulkomailta. /1./ 2 Käyttöohje, joka työni tuloksena valmistui, tulee sähkövoimatekniikan opiskelijoiden avuksi. Tämän lisäksi logiikoita tulee todennäköisesti käyttämään myös konetekniikan opiskelijat ja uskon että käyttöohjeesta on hyötyä myös heille. 3 OHJELMOITAVAT LOGIIKAT Ohjelmoitava logiikka eli PLC (Programmable Locig Controller) on yleisimpiä ohjauslaitteita. Ne koostuvat teholähteestä, prosessorista ja I/O-korteista sekä mahdollisesti myös erikoisyksiköistä. Ohjelmoitavien logiikoiden toimintojen määrä ja nopeus on lisääntynyt prosessoreiden kehityksen myötä. Logiikka ohjauslaitteena lukee anturilta saamaansa tietoa ja reagoi siihen ohjelmassa määritetyllä tavalla. Reagointi voi olla joko pelkästään tiedon luentaa ja tallentamista tai lähdön ohjausta. Reagointitapa riippuu täysin siitä mitä ohjelmaan on kirjattu. /2, s. 102./ KUVA1: Ohjelmoitavan logiikan perusrakenne /2, s. 102/.

8 3 3.1 Historia Logiikat otettiin käyttöön alun perin autoteollisuudessa, missä ohjelmistopäivitykset korvasivat ohjausjärjestelmien uudelleenjohdotukset. General Motors esitti seuraavat vaatimukset ohjelmoitaville logiikoille vuonna 1968: /3, s. 241./ Laite on oltava ohjelmoitavissa ja se on voitava ohjelmoida uudelleen. Laiteen on kestettävä moitteettomasti teollisuuden konepajoissa Laitteen on kestettävä yhdysvaltalaisen vaatimuksen mukaan 120 V:n vaihtosähkösignaaleja, joita annetaan painonapeilta ja rajakytkimiltä. Laitteen lähtöjen tulee kestää sähkömoottoreiden vaatima kuorma, sekä käynnistyksissä, että jatkuvassa ajossa Laitteen hinnan tulee olla kilpailukykyinen jo olemassa olevien kiinteästi langoitettuihin logiikkalaitteisiin verrattuna. 3.2 Valmistajat Suurimpia ohjelmoitavien logiikoiden valmistajia ovat Siemens, Omron, Allen Bradley, Mitsubishi ja GE Fanuc. Tämän lisäksi muita logiikkavalmistajia ovat mm. Festo, Beckhoff, ABB ja Schneider. /2, s. 102./ 3.3 Käyttökohteet Ohjelmoitavia logiikoita käytetään, niin kiinteistö- kuin teollisuuspuolellakin ja nykyään niitä esiintyy jo omakotitaloissa. Kiinteistöpuolella logiikat ohjaavat yleensä valaistusta, lämmitystä ja ilmanvaihtoa. Teollisuudessa taas logiikoita käytetään etupäässä prosessien osana tai joidenkin monimutkaisempien laitteiden, kuten robottien ohjauksessa.

9 4 3.4 Logiikan valinta Logiikan valintaa vaikuttavat tekijät ovat laitteen tai prosessin I/O -määrä ja laatu, toteutettavien toimintojen monimutkaisuus, liitettävien laitteiden määrä ja tyyppi, logiikan nopeus ja hinta /2, s. 115/. Logiikan hinta ei tosin nykypäivänä ole kaikkein ratkaisevin tekijä, sillä suunnittelulle, ohjelmoinnille, koulutukselle ja asennustyölle tulee moninkertaiset kustannukset logiikoiden hankintahintoihin nähden. Logiikkaa valittaessa tulisi ottaa huomioon myös seuraavat seikat /2, s. 117/: Minkä kokoinen logiikka tarvitaan Onko tarvetta laajennusmahdollisuuteen Mikä on tulojen käyttöjännite Mikä on lähtöjen käyttöjännite Miten logiikan huolto toimii Millaisia I/O yksiköitä logiikkaan on saatavilla. 3.5 Häiriöt Logiikat eivät itse vikaannu kovinkaan helposti, vaan suurimpina vian- ja häiriönaiheuttajina ovat kenttälaitteet, kuten anturit ja toimilaitteet. Näiden laitteiden virhetoimintojen seurauksena logiikka saattaa tehdä virhetoimintoja. Antureiden virhetoiminnot johtuvat yleensä siitä, että ne ovat liikkuneet pois paikoiltaan tai niiden tuntopinnat ovat likaantuneet. Toimilaitteet voivat taas jumiutua esimerkiksi prosessissa esiintyvien epäpuhtauksien vuoksi, jolloin laite ei ohjaudukaan, vaikka se saakin ohjauskäskyn logiikalta. /2, s. 130./

10 5 KUVA 2: PLC:n vikojen jakautuminen /2, s. 130/. Kuvassa 2 on esitetty logiikan ja siihen liittyvien laitteiden vikaantuminen. Tästä kuvasta voidaan päätellä, että I/O-kortit vikaannuttavat logiikoita eniten, vaikka logiikoiden aiheuttamat vikaantumiset ovatkin vähäisiä, vain noin 5 % kaikista vioista. Tästä syystä I/O-korttien tulisi olla vaihdettavissa jännitteisinä. /2, s. 130./ 3.6 Kenttälaitteet Ohjelmoitavat logiikat tarvitsevat toimiakseen myös paljon apulaitteita, kuten antureita, antamaan logiikalle tietoa ja toimilaitteita toteuttamaan logiikan antamaa tehtävää. Tämän lisäksi kenttälaitteet täytyy yhdistää logiikkaan jollain tavalla. Nykyään se tapahtuu useimmiten jonkin kenttäväylän avulla Anturit Antureita on monia erilaisia, kuten optisia, induktiivisia ja kapasitiivisia. Digitaalista tietoa välittävät anturit ovat pääasiassa lähestymiskytkimiä, jotka sulkevat tai avaavat virtapiirin kappaleen tullessa riittävän lähelle. Lisäksi on myös erilaisiin muuttuviin suureisiin reagoivia antureita, kuten paine- ja lämpötila-anturit. Näissä edellä maini-

11 tuissa antureissa paineen tai lämpötilan muutos aiheuttaa kytkintoiminnon. Näitä antureita kutsutaan digitaalisiksi antureiksi. /2, s. 33./ 6 Anturit, jotka mittaavat jotain suuretta, lähettävät standardiviestin mittaamastaan suureesta. Esimerkiksi lämpötila-anturit voivat lähettävät mittaamastaan lämpötilasta vastaavan standardivirtaviestin. Näitä antureita kutsutaan analogisiksi antureiksi. /2, s. 46./ Antureita käytetään valvomiseen ja tiedon välittämiseen prosessista logiikalle. Tiedonvälityksen lisäksi antureissa on yleensä sovitusosa eli mittamuunnin, jonka tarkoituksena on muuttaa anturin saama tieto sellaiseksi, että logiikka ymmärtäisi sen. Anturi koostuu tuntoelimestä eli muuttujasta ja anturiosasta. Tämän lisäksi anturiin voi kuulua myös sovitusosa, joka muuttaa anturilta tulevan sähköisen viestin standardi viestiksi./2, s. 22./ Kuva 3: Anturin lohkokaavio /2, s. 22/. Kuvassa 3 on esitetty perinteisen anturin lohkokaavio, johon kuuluu myös mittalähetin Toimilaitteet Toimilaite on yleisnimi laitteelle, joka muuntaa tai muuttaa energiaan. Toimilaite voi mahdollisesti olla säätöventtiili, pumppu, säätöpelti tai kompressori. Yleensä toimilaite muuttaa paine- tai sähköviestin mekaaniseksi liikkeeksi.

12 7 Kuva4: Säätöventtiilin toiminta kuva /4/. Esimerkiksi säätöventtiilille annetaan sähköinen viesti, jonka mukaan asennoitin alkaa päästää painetta toimimoottorille, joka taas ohjaa karan välityksellä toimielintä eli venttiiliä, kuten kuvassa 4 on näytetty. /4./ Kenttäväylät Kenttäväylien tarkoituksena on kytkeä kenttälaitteet logiikkaan. Väyläratkaisut mahdollistavat suuremman tiedonsiirtokapasiteetin kuin perinteinen johdotus. Tästä syystä kenttälaitteet voivat olla nykyään myös niin sanotusti älykkäitä eli niillä on omat prosessorit. /5./ Tämän lisäksi kenttäväylät mahdollistavat myös automaatiojärjestelmien hajautuksen. /3, s. 10/. Väyläratkaisuita on useita esimerkiksi, PROFIBUS, LON, CAN, HART, Modbus, ControlNet, Interbus, P-Net, WorldFIP, SwiffNet ja Foundation Fieldbus. Näistä PROFIBUS näyttäisi olevan tällä hetkellä Euroopassa yleisimmin käytössä oleva väylä. /5./ Langattomat ratkaisut alkavat tosin työntyä yhä voimakkaammin markkinoille. Langattomuuden etu kenttäväyliin nähden on johdottamistarpeen pieneneminen.

13 8 4 TELEMECANIQUE MODICON M340 Modicon M340 on Schneider Electricin maahantuoma ja valmistama ohjelmoitava logiikka, joka kuuluu Modicon perhesarjaan. M340:n lisäksi on saatavilla Premium- ja Quamtum-versiot Modiconista. Logiikalla on Telemecaniquen tuotemerkki ja sitä on saatavana monena erilaisena kokoonpanona. Näitä logiikoita on käytössä Mikkelin ammattikorkeakoulun konelaboratoriossa. Modicon M340-malli koostuu teholähteestä, prosessorista ja erilaisista tulo- ja lähtökorteista, niin digitaalisista kuin analogisistakin. 4.1 Teholähde Teholähteen tarkoitus on syöttää logiikan prosessoria ja I/O-korttien tarvitsema teho. Tämän lisäksi teholähde erottaa logiikan verkosta eli tekee niin sanotun galvaanisen erotuksen. Teholähteen ei ole tarkoitus syöttää kenttälaitteita vaan näiden laitteiden tarvitsema teho otetaan useimmiten erillisestä teholähteestä. /2, s. 106./ Teholähde voi olla, joko erillinen yksikkö, joka kytketään logiikkaan tai sitten se voi olla osana logiikkalaitteen kokoonpanoa. /3, s. 247/. Modicon M340-mallin teholähteeksi on mahdollista valita neljä erilaista teholähdettä. Yhtä näistä teholähteistä syötetään voltin DC-jännitteellä, toista 24 voltin DCjännitteellä ja kahta voltin AC-jännitteellä. Tehoa nämä teholähteet voivat tuottaa wattia, käyttöjännitteestä riippuen. /6./ Mikkelin ammattikorkeakoululla käytössä oleva tehonlähde toimii 240 voltin vaihtosähköllä ja tuottaa 36 wattia tehoa.

14 9 Kuva 5: Teholähde. Kuvassa 5 on tehonlähde, joka on koulun hankkimissa logiikoissa ja siinä näkyy sisään tulevan voltin vaihtosähköliitännät ja 24 voltin tasasähkölähtö sekä resetointinäppäin, jolla teholähde voidaan uudelleen käynnistää 4.2 Prosessorit Prosessori eli keskusyksikkö eli CPU (Central Processing Unit) koostuu prosessorista, muistista ja mahdollisista kommunikointiporteista /2, s. 107/. CPU toteuttaa PLC:lle ohjelmoituja käskyjä, ja CPU on lähes poikkeuksetta toteutettu mikroprosessoreilla. Mikroprosessorit mahdollistavat myös aritmeettiset laskusuoritukset. CPU:lla on myös niin sanottu ohjelmamuisti, johon kirjoitettu ohjelma tallentuu. Muisteja voi olla montaa erityyppistä, mutta yleisimmät ovat: CMOS-RAM, josta voidaan tallentaa ja lukea

15 10 milloin vaan, EPROM-lukumuisti on käyttäjien ohjelmoitavissa ja EEPROM on lukuja kirjoitusmuisti, johon voidaan kirjoittaa päälle kymmeniätuhansia kertoja. Kaksi viimeisintä muistityyppiä eivät tyhjene sähkökatkon aikana, eli ovat niin sanottua haihtumatonta muistia. /7./ CPU:ta on olemassa Modicon M340-malliin neljää erilaista mallia. Erona näissä malleissa on kommunikaatiovälineet. Kommunikaatioportit, joita on saatavana Modicon M340-malliin, ovat USB, Ethernet ja CAN-väylä. /8./ Koululla oleva prosessori on varustettu USB, Ethernet ja CAN-väylä kommunikaatiovaihtoehdoilla. Prosessorin malli on CPU Ethernet+CANopen. Kuva 6: Prosessori.

16 11 Kuvassa 6 näkyy prosessorissa olevat kommunikointiyhteyksien liitäntä- ja muistikorttipaikat USB USB on luotettava ja helppo tiedonsiirtomahdollisuus. Se ei tarvitse muuta, kuin kytkee kaapelin kiinni, niin laite on valmis kommunikoimaan. USB 2.0:n tiedonsiirtokapasiteetti on 480 Mbit/s. Tämä riittää hyvin ohjelmien siirtämiseen tietokoneelta logiikalle. USB väylässä on 5 voltin jännite ja virtaa se pystyy syöttämään 0,5 ampeerin verran. Tämä riittää hyvin pienten muistilaitteiden tehon tarpeeseen, mutta isommissa laitteissa, kuten esimerkiksi logiikassa, virran syöttö on erillinen ja USB hoitaa pelkästään tiedonsiirron. /9./ 1 VBUS +5 VDC 2 D+ data+ 3 D- data- 4 GND maa Kuva 7: USB liitin ja pinnijärjestys Ethernet Ethernet-mahdollisuus logiikassa on kätevä tapa hoitaa tiedonsiirto silloin, kun ei ole mahdollisuutta olla logiikan lähellä. Ethernet-käyttö tosin vaati hieman enemmän valmisteluja kuin USB:n käyttö. Ennen kuin on mahdollista aloittaa Ethernet-käyttö, täytyy CPU:lle konfiguroida verkkoyhteys. Konfigurointi tapahtuu USB-kaapelin avulla ja tällöin CPU:lle määritellään oma IP-osoite, jotta muut laitteet löytävät CPU:n verkosta. Tämän jälkeen ei tarvitse, kuin kytkeä CPU verkkoon niin tietokoneen tai jonkin muun laitteen pitäisi havaita se. Liittäminen verkkoon tapahtuu suojatulla pari-

17 kaapelilla, jossa on RJ-45 kytkentäpää. CPU:n verkkoon liittämisestä on kerrottu tarkemmin Liitteenä olevassa käyttöohjeessa. 12 Kuva 8: RJ-45 suorakytkentä CAN CAN on lyhenne sanoista Controller Area Network. CAN-väylä on alun perin autoteollisuuteen valmistettu väylä. CAN-väylässä tiedonsiirto voi tapahtua usealla eri protokollalla, mutta yleisimmin logiikoiden kanssa käytettävä protokolla on CANopen, jolla kommunikointi tapahtuu tässäkin logiikassa. /10./ CAN-väylä hoitaa kommunikoinnin kenttälaitteiden ja logiikan välillä. CAN-väylä mahdollistaa älykkäiden kenttälaitteiden käytön. Koska sen alkuperäinen käyttötarkoitus on ollut ajoneuvojen ja työkoneiden tiedonsiirto, sen häiriönsietokyky ja tiedonsiirtovarmuus ovat sen keskeisiä ominaisuuksia. CAN-väylästä en ole kertonut käyttöohjeessa paljoakaan. Tämä siitä syystä että logiikat, jotka koululle tulivat, eivät ole kytketty kenttälaitteisiin CAN-väylän avulla. Taulukossa 1 on esitetty väylän pituuden vaikutus siirtonopeuksiin. Tästä voidaan päätellä, että jos halutaan käyttää suuria datan siirtonopeuksia, tulee laitteiden etäisyydet toisistaan olla melko lyhyitä. /10./

18 Taulukko 1. /10./ Datanopeus Enimmäispituus 1 Mbit/s 30m 800 kbit/s 50m 500 kbit/s 100m 250 kbit/s 250m 125 kbit/s 500m 62,5 kbit/s 1000m 20 kbit/s 2000m 10 kbit 5000m 13 CAN-standardissa on määritelty useita erilaisia liittimiä sekä se, mihin pinneihin kyseisissä liittimissä CAN-signaalit tulevat. Modicon M340:n CAN-väylään laitteiden liittäminen tapahtuu 9-pinnistä D-liitintä käyttämällä, jossa voidaan viedä CAN laitteen käyttämä jännitekin jos laitteen tehon kulutus ei ole kovin suuri. Tällaisia laitteita ovat esimerkiksi anturit. Kuvassa 9 on esitetty tämä 9-pinninen D-liitin ja sen pinnijärjestys./10./ Kuva 9: 9-pinninen D-liitin /10/.

19 4.3 Analogiset I/O-kortit 14 Analogisen signaalin vastaanottamiseen ja lähetykseen tarvitaan analogista yksikköä. Analoginen yksikkö suorittaa viestille A/D- tai vastaavasti, jos on kyseessä lähtö niin D/A-muunnoksen. Muunnoksessa analoginen viesti muutetaan digitaalisanaksi tai päinvastoin. Muunnoksen tarkkuus riippuu suoraan siitä, kuinka paljon käytetään bittejä muunnoksen tekemiseen. Viestit, joita analogiakortit pystyvät lukemaan ja lähettämään, ovat standardi virta- ja jänniteviestejä, joita ovat 0 20 ma, 4 20 ma, 0 5 V, 0 10 V, -5 5 V ja V. Näiden lisäksi jotkin analogiakortit pystyvät lukemaan suoraan vastustietoja, kuten esimerkiksi Pt-100 anturia, joka muuttaa resistanssiaan lämpötilan mukaan. /2, s. 110./ Modicon M340-malliin löytyy useita erilaisia analogiakortteja, joissa on pelkkiä tuloja ja lähtöjä, mutta on myös sellaisia kortteja, joissa on molemmat toiminnot jo valmiina. Mikkelin ammattikorkeakoululla on käytössä AMM 0600-analogiakortit, joissa on neljä tulokanavaa ja kaksi lähtökanavaa samassa kortissa. KUVA10: Analoginen kortti

20 Digitaaliset I/O-kortit Digitaalisten korttien tarkoitus on välittää tietoa antureilta CPU:lle, tehdä galvaaninen erotus, sovittaa anturijännitteet logiikan jännitteeseen, suojata logiikka häiriöiltä, välittää viestejä toimilaitteille ja sovittaa logiikan jännite sopivaksi toimilaitteille. /2, s. 107./ Mikkelin ammattikorkeakoululla käytössä oleviin logiikoihin on useita erilaisia digitaalisia I/O -kortteja. Suurin ero korteissa on niiden virrankesto. Jotkin kortit kestävät useita ampeereita virtaa, mutta toiset taas eivät kestä kuin joitain kymmeniä milliampeereita. Tämän takia on syytä tietää etukäteen, mitä logiikalla aiotaan ohjata ja lukea, jotta kortit kestävät kuorman. Tämä koskee etupäässä tulokortteja, sillä lähdöissä käytetään yleensä lähtöreleitä, jotka ohjaavat logiikan käskystä kuormaa. Koululla tulokortit ovat BMXDDI3202K- ja lähtökortit ovat MXDDO3202K-mallisia kortteja. Kuva 11: Digitaalinentulo kortti.

21 Erikoisyksiköt Erikoisyksiköt ovat niin sanottuja älykkäitä yksiköitä silloin, kun niissä on oma prosessori. Erikoisyksiköiden määrä saattaa olla rajattu logiikoissa, koska niiden sijoittelu ei välttämättä ole vapaasti valittavissa. Erikoisyksiköitä voivat olla mm. nopeat laskuritulo-, väylä-, paikoitus- ja säätäjäyksiköt. /2, s. 111./ Jos logiikkaan on tarvetta kytkeä digitaalinen signaali, jonka taajuus on suuri, tarvitaan silloin nopeita laskureita. Laskurikortit pystyvät laskemaan jopa 2MHz oman prosessorinsa avulla. Nopeita laskuritulokortteja tarvitaan, jotta saataisiin pulssianturit liitettyä logiikkaan, koska tavallinen binäärikortti pystyy havaitsemaan vain pulssia sekunnissa. /2, s. 111./ 4.6 Lisälaitteet Modicon M340-malliin on saatavilla myös lukematon määrä erilaisia lisälaitteita, kuten muistikortteja, liitinkaapeleita ja taustalevyjä. 5 PLC-OHJELMOINTI Ohjelmoinnin lähtökohtana on useasti ohjauskohteesta laadittu toimintakaavio tai sanallinen selvitys siitä, miten laiteen halutaan toimivan. Yleensä suunnittelija muokkaa näistä tiedoista logiikkakaaviot, joiden perusteella varsinainen ohjelma kirjoitetaan logiikalle. Ohjelmointia helpottaa sen standardoiminen. Se on vakiinnuttanut logiikoissa käytetyt kielet. Standardi on IEC ( ). /2, s. 117./ IEC standardin määrittelemät viisi ohjelmointi kieltä ovat: IL (Instruction List), LD (Ladder Diagram), FBD (Functional Block Diagram), ST (Structured Text) ja SFC, joka on kuvauskieli eikä varsinainen ohjelmointikieli (Sequential Function Chart) /7/.

22 5.1 Ladder Diagram 17 Ladder Diagram eli LD-ohjelmakieli on yksinkertaisimpia ohjelmointikieliä. Tästä kielestä käytetään myös nimityksiä relekaavio-, tikapuukaavio- ja kosketinkaavioohjaus. Tämä ohjelmointitapa on perinteisin kaikista ohjelmointitavoista. Tämä johtuu siitä, että releohjaukset olivat helppoja muuttaa suoraan tällaiseksi samantapaiseksi ohjaukseksi. /2, s. 119./ LD-ohjelmoinnissa käytetään koskettimia kuvaamaan digitaalisia tuloja ja keloja kuvaamaan digitaalisia lähtöjä. Analogisia muuttujia taas käsitellään erilaisilla toimilohkoilla, joilla ne asetellaan ja mitataan. Toimilohkoja ovat mm. RS-piirit, ajastimet, laskurit, matemaattiset toimilohkot, datamuunnokset ja trigonometriset funktiot. /2, s. 119./ KUVA 12: Ladder Diagram /7/. Kuvasta 12 voidaan nähdä miten nostomoottoria ohjataan, joko paikallis- tai kaukoohjauksella. Tämän valinnan lisäksi pitää tapahtua ohjaus ylös joko napilla tai kaukoohjauksella. Yläraja pysäyttää moottorin aina, samoin ohjauksen lopettaminen. /7./ 5.2 Functional Block Diagram Functional Block Diagram eli FBD-kieli on perusporttipiirien kanssa tapahtuvaa ohjelmointia. Tämä on myös melko yksinkertainen ohjelmoinnin muoto, joka onnistuu helposti, jos perusporttipiirit, kuten or- ja and-piirit ovat tuttuja. Tämän ohjelmamuodon etuna on se, että tässä voidaan esittää toiminnot tiivistetymmin, kuin esimerkiksi LD:ssä.

23 18 KUVA 13: Functional Block Diagram /7/. Kuvassa 13 on esitetty sama ohjaus kuin kuvassa 12, mutta tällä kertaa Functional Block Diagram kielellä. 5.3 Structured Text ST on rakenteellinen teksti, joka on korkean tason ohjelmointiin kehitetty kieli. Käytössä on mm. ehtolauseita ja silmukoita. Lisäksi käytössä ovat myös funktiot ja toimilohkot, kuten muissakin IEC-kielissä. /7./ KUVA 14: Structures Text /7/.

24 Kuvassa 14 on esitetty sama nostomoottoriohjaus kuin kuvassa12, mutta ST-kielellä Instruction List Instruction List eli IL on käskylistamuotoinen ohjelmointikieli. Käskyrivit muodostuvat käskystä ja sen jälkeisestä operandista sekä mahdollisesta lisäkommentista. Käskylistassa käytettävät käskyt noudattelevat pitkälti relekaavion ja logiikkakaavion ohjelmointirakenteita. Ohjelmalohko alkaa latauskäskyllä, jota seuraa joukko JA- ja TAIlukituksia. Ohjelmalohko päättyy lähdön tai muistipaikan ohjaukseen. /2, s. 122./ 5.5 Sequential Function Chart Sequential Function Chart -ohjelmointi eli SFC ei ole itse asiassa edes ohjelmointikieli, vaan siinä jaksotetaan ohjelma toimimaan tietyllä syklillä. Tätä ohjelmointimuotoa on hyvä käyttää silloin, kun ohjelma halutaan toimivan jossain tietyssä järjestyksessä. Toimiakseen tämä ohjelmakieli tarvitsee rinnalleen myös LD-ohjelmiston tai FBDohjelmiston, jossa pääasiallinen ohjelma rakentuu. SFC-ohjelmassa käytetään askellohkoja, joiden etenemistä rajoitetaan tai ohjaillaan siirtoehdoilla. Näitä siirtymälohkoja ohjataan, jonkin muun ohjelman avulla, kuten esimerkiksi LD:n tai sitten vastaavasti suoraan PLC:ltä tulevilla tiedoilla. Askellohkot voivat taas ohjata joitain lähtöjä rinnalla toimivassa ohjelmassa, kuten esimerkiksi LD:ssä. /2, s. 123./ Ohjelma toimii hierarkkisesti eli etenee ylhäältä alaspäin. Ohjelmassa voidaan käyttää myös hyppylohkoja, joilla voidaan hyppyyttää ohjelma johonkin haluttuun lohkoon. Esimerkiksi, kun ohjelma loppuu, niin hyppyytetään se takaisin alkuun. Tällöin ohjelma alkaa alusta uudestaan automaattisesti.

25 20 KUVA 15: Sequential Function Chart. Kuvassa 15 on kuvattu SFC ohjelman rakennetta 5.6 PC-valvomot Pelkän ohjelmoinnin lisäksi nykypäivän ohjelmointiohjelmilla voidaan tehdä yleensä myös valvomoita. Aikaisemmin käyttöliittymät logiikoihin on rakennettu ohjauspulpeteilla, joihin on kuulunut kytkimiä, peukalopyöriä, merkkilamppuja ja osoitinnäyttöjä, mutta nykyään tämä sama hoidetaan PC-valvomoilla. PC-valvomoissa logiikoiden hallinta tapahtuu erillisten painikkeiden avulla, jotka korvaavat ohjauspulpettien kytkimet ja peukalopyörät. Merkkilamput ja osoitinnäytöt on mahdollista korvata numeronäytöillä, mutta valvomoihin saa tehtyä myös hyvin havainnollistavia osoitin- ja pinnankorkeusnäyttöjä. PC-valvomoiden etu ohjauspulpetteihin verrattuna on niiden helppo muuttaminen, pieni koko ja niitä on huomattavasti havainnollisempi käyttää. /2, s. 190./ PC-valvomoihin voidaan kerätä ja tallentaa erilaista tietoa ja esittää sitten esimerkiksi trenditiedot diagrammeina. Tämän lisäksi valvomot mahdollistavat raporttien tulostamisen.

26 Ohjelmointilaite Ohjelmointiin tarvitaan myös työkalu, jolla se tehdään. Nykypäivänä tavallinen PC toimii ohjelmointilaitteena hyvin. Logiikkavalmistajat tekevät yleensä sovellukset, jotka he sitten myyvät logiikoiden mukana ja niiden käyttöä on rajoitettu erilaisilla lisensseillä. 6 UNITY PRO Unity Pro on Schneider Electricin myymä ohjelmisto, jolla ohjataan Telemecaniquen Modicon M340, -Premiur ja -Quamtum logiikoita. Unity Pro tukee kaikkia viittä IEC standardin mukaista ohjelmointikieltä. Unity Pro -ohjelmistoon kuuluu ohjelmointityökalujen lisäksi perus valvomo-ohjelmisto, jolla voi tehdä yksinkertaisia PC-valvomoita. /11./ 6.1 Ohjelmointi Ohjelmointi Unity Prolla tapahtuu siten, että ensimmäiseksi konfiguroidaan kaikki tarvittavat kortit, kuten CPU, digitaaliset tulo- ja lähtökortit, sekä analogiset tulo- ja lähtökortit. Tämän jälkeen voidaan aloittaa ohjelmointi, joka tapahtuu jollain IEC standardin mukaisella kielellä. Osoitteet ohjelmoinnissa määräytyy siten, että ensimmäiseksi määritellään onko kyseessä tulo, lähtö vai muistipaikka, jonka jälkeen määritellään onko kyseessä analoginen vai digitaalinen muuttaja. Tämän jälkeen määritellään vielä muuttujan osoite tyyliin kräkki eli korttirivistö, korttipaikka ja kortinbitti. Esimerkiksi %I0.1.0 tarkoittaa seuraavaa: I tarkoittaa että on kyseessä digitaalinen input. Ensimmäinen nolla tarkoittaa, että on kyseessä ensimmäinen korttirivistö. Ykkönen tarkoittaa, että ollaan kyseisen korttirivistön ensimmäisellä kortilla. Viimeinen nolla tarkoittaa sitä, että tarkastellaan kyseisen kortin ensimmäistä bittiä.

27 22 Ohjelmoinnin jälkeen ohjelma voidaan tarkistaa ja rakentaa PLC:lle sopivaan muotoon, jonka jälkeen se voidaan lähettää PLC:lle. Liitteessä on esitetty tarkemmin miten ohjelmointi ja konfigurointi tapahtuu Unity Pro:lla. 6.2 Valvomo Unity Prolla voi ohjelmoinnin lisäksi tehdä myös yksinkertaisia valvomoja. Valvomosta voidaan ohjata ohjelman kulkua tai vastaavasti lukea jonkin muuttujan arvoa, joka ohjelmassa esiintyy. Valvomosta lähtevät käskyt tallennetaan muistipaikkoihin, kuten %Mx tai %MWx. Valvomo voi lukea digitaalista tietoa suoraan logiikalta, mutta analogiset sisään tulot täytyy ensiksi muuttaa muistipaikoiksi ja vasta sen jälkeen ne voidaan tuoda valvomoon luettavaksi. Liitteessä sivulla 15 on esitetty kuinka valvomoja tehdään Unity Prolla 6.3 Simulointi Unity Prossa on myös mahdollista simuloida ohjelmaa, jos esimerkiksi ohjelma tehdään jossain muualla kuin logiikan vieressä, jolloin ohjelmalla ei pääse käsiksi suoraan logiikkaan. Simulointi havainnollistaa hyvin mahdolliset virheet, joita ohjelmoinnissa on saattanut tulla. Simulointitilassa on mahdollista kokeilla, että ohjaako jokin tulo halutulla tavalla esimerkiksi jotain lähtöä tai muistipaikkaa. Simulointimallia käytettäessä ohjelman testauksessa pitää kuitenkin muistaa, että se soveltuu vain ohjelmapuolen tarkistukseen. Se ei esimerkiksi pysty ottamaan huomioon erilaisia mekaanisia viiveitä tai poikkeamia, joita saattaa tulla itse mekaanisessa ohjauksessa. 7 KÄYTTÖOHJE Käyttöohjeiden tekemistä varten on ensimmäiseksi selvitettävä kenelle ja mitä varten käyttöohje tehdään, sekä minkälaiset ovat käyttäjien lähtötiedot tästä asiasta/laitteesta. Tämän jälkeen pitäisi olla selvillä, minkä tyylinen käyttöohjeesta tulisi rakentaa. /12./

28 23 Käyttöohjeiden tulisi olla tyyliltään asiatekstiä. Joitain sen ominaisuuksilta vaadittavia asioita ovat: /12./ Yksiselitteisyys ja johdonmukaisuus Ajantasainen tieto Selkeä rakenne, looginen eteneminen Sanojen ja termien ymmärrettävyys Myönteinen sävy, koska ihminen muistaa myönteisesti esitetyt asiat paremmin. Käyttöohjeista, jotka Unity Prohon tehtiin, oli tarkoituksena tulla sellaiset, että ne soveltuvat opetuskäyttöön ja ovat mahdollisimman yksinkertaiset ja selkeät. Tästä syystä ohjeissa ei paneuduta ohjelmaan kovinkaan syvällisesti, vaan tuodaan esiin sellaiset seikat, joiden valossa ohjelmoinnin toteutus ja kommunikaatio PC:n ja logiikan välillä on mahdollista. Ohjelmointiin itsessään ei ohjeissa paneuduta yhtään, sillä lähtökohtana on, että ohjeiden käyttäjät hallitsevat jo itse ohjelmoinnin. 7.1 Käyttäjät Käyttäjäryhmä, jolle käyttöohjeet tehtiin, oli tiedossa jo etukäteen, joten minun ei tarvinnut käyttää aikaa sen selvittämiseen. Käyttäjät, joille nämä ohjeet on valmistettu, ovat Mikkelin ammattikorkeakoulun opiskelijoita ja opettajia, eikä tätä ohjetta ole tarkoitus käyttää muualla kuin opetustarkoituksessa. 7.2 Sisältö ja rakenne Käyttöohjeen sisältö koostuu kuvista ja tekstistä. Kuvat ovat havainnollistamassa tekstin rinnalla, miten mikäkin toiminto saadaan aikaiseksi ja mistä. Tekstin tarkoitus on antaa käyttäjälle selkokielinen kuvaus siitä, mitä seuraavaksi on tehtävä, jotta saadaan halutut toiminnot suoritettua. Teksti ja kuvat ovat sijoiteltu siten, että ensimmäiseksi tulee teksti osuus, jota seuraa tekstiin liittyvä kuva. Käyttöohjeen toteutus tapahtui samalla tavalla, kuin olisin itse alkanut rakentamaan ohjelmaa. Käyttöohje alkaa ohjelman käynnistyksestä, jonka jälkeen tulee korttien

29 24 konfigurointi. Tämän jälkeen on mahdollista tarkastella kortteja ja nimetä niissä olevat tulot ja lähdöt. Mielestäni seuraava looginen vaihe oli ohjelmoinnin aloitus. Tässä osiossa kerron kuinka mikäkin ohjelmointikieli saadaan avatuksi ja kuinka siinä löydetään ohjelmointiin tarvittavat komponentit. Tämän jälkeen kerron ohjeissani, kuinka ohjelmalla tehdään PC-valvomoita ja kuinka on mahdollista lähettää ohjelmat PLC:lle. Ohjelmien lähetyksen lisäksi kerron jonkin verran myös tähän liittyen logiikan kommunikointi tavoista, joita ovat USB, Ethernet, jotka liittyvät PC:n ja logiikan väliseen tietoliikenteeseen, sekä CAN-väylästä, joka toimii mahdollisesti kenttälaitteiden ja logiikan välissä. Viimeiseksi kerron käyttöohjeissa vielä, kuinka mahdollinen simulointi ja muuttujien pakottaminen tapahtuu tällä Unity Pro -ohjelmalla.

30 8 YHTEENVETO 25 Ohjelman toimintaa selvitettäessä jouduin tekemään useita yhteydenottoja Schneider Electriciin, josta sain henkilökohtaisia ohjeita ohjelman käytöstä. Vaikka ohjelmointi kielet ovatkin standardisoituja, on eri valmistajien ohjelmointiohjelmissa kuitenkin monesti suuria eroja. Suurimmat ongelmat painottuvatkin ohjelmassa tiedonsiirtopuolelle, eikä niinkään itse ohjelmointiin. Tästä syystä luulenkin, että en olisi päässyt ongelmatilanteista eteenpäin niin helposti ilman Schneider Electriciltä saatuja neuvoja. Ethernet-käyttö logiikan kommunikointivaihtoehtona aiheutti minulle eniten pään vaivaa. Tämä siitä syystä että, en ole ollut tekemisissä lähiverkkojen kanssa kovinkaan paljoa. Verkkoratkaisut sain kuitenkin tutkimuksen aikana toimimaan hyvin Schnieder Electricin suosiollisella avustuksella. Tästä syystä voinkin sanoa, että opin ymmärtämään myös lähiverkkoja hieman paremmin tämän työn ansioista. Käyttöohjetta on testattu opetuskäytössä kerran ja se toimi silloin hyvin. Tosin ensimmäisen kerran käyttöohje pääse kunnolliseen testiin vasta ensi syksynä. Tällöin vuonna 2006 aloittaneilla sähkövoimatekniikan opiskelijoilla alkaa kurssi, jossa he perehtyvät Modiconin M340-mallisen logiikkaan ohjelmointiin. Kaikesta huolimatta käyttöohjeen tekeminen ja ohjelmiston selvittäminen oli minulle mielestäni erittäin haastavaa ja mielenkiintoista. Tämän lisäksi oma tuntemukseni ohjelmoitavista logiikoista ja niihin liittyvistä tiedonsiirto järjestelmistä kasvoi runsaasti.

31 26 LÄHTEET 1. Mikkelin ammattikorkeakoulu. www-dokumentti. MAMK lyhyesti. Päivitetty Luettu Fonselius, Jaakko., Pekkola, Kari., Selosmaa, Seppo., Ström, Markku., Välimaa, Taisto. Automaatiolaitteet. Jyväskylä. Edita Keinänen, Tommi., Kärkinen, Pentti., Metso, Tommi., Putkonen, Kari. Logiikat ja ohjausjärjestelmät. Helsinki. WSOY Keuda verkko-opisto. www-dokumentti. Säätöventtii- li. lf/laitteistot/toimilaitteet/index.htm. Ei päivitys tietoja. Luettu Tampereen teknillinen yliopisto Automaatio ja säätötekniikanlaitos. Power Point esitys. Luento2a. Ei päivitys tietoja. Luettu Schneider Electric. www-dokumentti. Luettelo. Päivitetty Luettu Tampereen teknillinen korkeakoulu. Konepajatekniikan laboratorio. o/v2004/h_1_ohjelmoitavat_logiikat.pdf. Ei päivitys tietoja. Luettu Schneider Electric. www-dokumentti. Luettelo. Päivitetty Luettu

32 9. Mikropc. Ei päivitys tietoja Luettu Tampere University of technology. PDF-dokumentti. CAN perusteet. Ei päivitys tietoja. Luettu Schneider Electric. www-dokumentti. Luettelo &ID=100752& BrandID=3542. Päivitetty Luettu Tampereen teknillinen yliopisto. DOC-dokumentti. Sovellusohje ohjelmistotuotannon projektityö-kurssille. doc. Päivitetty Luettu

33 LIITE KÄYTTÖOHJE UNITY PRO OHJELMOINTIOHJELMALLE

34 SISÄLTÖ 1 OHJELMAN AVAUS Konfigurointi Korttien tarkastelu OHJELMOINTI Ladder Diagram-ohjelmointi Functional Block Diagram-ohjelmointi Sequential Function Chart-ohjelmointi Muut ohjelmointikielet OHJELMAN TARKISTUS VALVOMO Valvomon rakentaminen Valvomon käyttö TIEDONSIIRTO USB Ethernet CAN- väylä SIMULOINTI Binäärimuuttujien pakottaminen Analogisten muuttujien pakottaminen... 29

35 1 1 OHJELMAN AVAUS Ohjelma avataan Unity Pro -kuvakkeesta. Uusi projekti avataan ruudun vasemmasta yläreunassa olevasta valkeasta sivusta, jossa lukee New Project. Tämän jälkeen valitaan haluttu CPU. Tiedot käytössä olevasta CPU:sta löytyy sen ylälaidasta. CPU on se kortti, josta löytyy erilaiset kommunikaatiovaihtoehdot, kuten esimerkiksi USB, Ethernet ja CAN-väylä.

36 1.1 Konfigurointi 2 Valinnan jälkeen ohjelma avautuu ja pääset konfiguroimaan tulo- ja lähtökortteja. Configuration-kansion alta löytyy PLC bus rivi ja tämän alta tulee näkyviin BMX XBP 0800, jonka alta löytyy tulo- ja lähtökorttien paikat. Ensimmäinen korttipaikka on numero1. Tätä paikkaa kaksoisklikkaamalla saat auki korttirivistön. Rivistöön voi lisätä tarvittavat kortit, korttien tunnukset löytyvät kortin ylälaidasta. Korttipaikan saa auki kaksoisklikkaamalla halutun kortin paikkaa, jolloin avautuu lista mahdollisista korteista. Tästä listasta valitaan kyseinen kortti kaksoisklikkaamalla, jolloin se siirtyy rivistöön. Sama toistetaan kaikkiin korttipaikkoihin, jotka halutaan käyttöön.

37 1.2 Korttien tarkastelu 3 Korttien valinnan jälkeen niissä olevia ominaisuuksia voidaan tarkastella kaksoisklikkaamalla kortin kohdalla, jolloin oikean puoleiseen ikkunaan aukeaa perustiedot kortista. Valitsemalla koko kortin kanavien yläpuolelta, saat näkyviin Overview valikosta, mitä kortissa vilkkuvat ledit tarkoittavat. I/O objectista löytyy korttien osoitteet. Nämä osoitteet saadaan näkyviin, kun mennään ensin I/O objects -ikkunaan, jonka jälkeen valitaan rukseilla, mitä suureita halutaan näkyviin ja sen jälkeen painetaan Update grid -painiketta. Tämän jälkeen avautuu ikkunan oikeaan laitaan valitut suureet osoitteineen. Name-kohtaan voidaan antaa muuttujalle myös selkokielisen nimi esimerkiksi sylinteri_ ulkona, mutta täytyy muistaa, että välilyönti tulee korvata alaviivalla.

38 4 Configuratin tilassa voidaan määrittää esimerkiksi analogisen sisääntulon alue. Tämän lisäksi analogisen sisääntulon voi myös skaalata halutuksi aukaisemalla Scale-valikko ja laittamalla %:n kohdalle, jotkin sopivat arvot, joiksi haluaa sisääntulon määrittää. Samat arvot on myös lisättävä alempana oleviin below ja above kohtiin. Tämän jälkeen, lähdettäessä ikkunasta pois, ohjelma vielä varmistaa haluatko vaihtaa arvot, johon vastataan OK.

39 2 OHJELMOINTI 5 Ohjelmointikansio, johon ohjelma luodaan, on Section-kansio, joka löytyy Project Browser-ikkunasta. Polku tähän kansioon on Program --> Task --> Mast. Tänne voidaan tehdä ohjelmia kaikilla kielillä. Section-kansion päällä painetaan hiiren oikeaa näppäintä ja valitaan new section. Tämän jälkeen annetaan ohjelmalle jokin nimi ja sen jälkeen valitaan ohjelmointikieli. Mahdollisia ohjelmointikieliä ovat LD, ST, IL, FBD ja SFC. Valinnan jälkeen painetaan OK ja valittu ohjelmasivusto ilmestyy Section-kansion alle, mutta ohjelma aukeaa myös automaattisesti oikealla olevaan tyhjään ikkunaan.

40 2.1 Ladder Diagram-ohjelmointi 6 Ladder Diagram- eli LD-ohjelmakieli on yksinkertaisimpia ohjelmointikieliä. Tämä on paras tapa aloittaa ohjelmointi, jos ei ole vankkaa ohjelmointikokemusta. Valittuasi LD-kielen ohjelmointikieleksi ja avattuasi sen, aukeaa ohjelman oikeaan laitaan valkea sivusto. Sivuston vasemmasta ylälaidasta löytyy tulot ja lähdöt, keskeltä Operatio-ja Compare-lohkot. Samalta rivistöltä löytyy myös ikoni, jossa lukee Opens the Types Libery Browser editor. Tätä ikonia klikkaamalla avautuu vasempaan laitaan kirjasto, josta löytyy monimutkaisemmat muuttujat, kuten ajastimet ja laskimet. Perustoimintalohkot löytyvät, kun avataan Base Lib -kansion.

41 7 Ohjelmointi tällä kielelle tapahtuu siten, että tulot sijoitetaan vasempaan laitaan ja lähdöt oikeaan laitaan, jonka jälkeen ne yhdistetään toisiinsa johdotustyökalulla. Tämä löytyy yläpalkin keskiosista lähtöjen ja Operation-lohkon välistä. Yläpalkissa olevat tulot ja lähdöt sekä Operate- ja Compare- lohkot voidaan ottaa käyttöön klikkaamalla niitä. Kirjastosta otettavat lohkot pitää raahata pöydälle pitämällä hiiren vasenta näppäintä pohjassa. Parhaiten tietoa lohkojen toiminnasta saa siten, että ottaa lohkon pöydälle, ja kun se on valittuna, painaa F1:stä, jolloin avautuvat ohjeet lohkon käytöstä uuteen ikkunaan.

42 2.2 Functional Block Diagram-ohjelmointi 8 Functional Block Diagram- eli FBD-kieli on perusporttipiirien kanssa tapahtuvaa ohjelmointia. Tämä on myös melko yksinkertainen ohjelmoinnin muoto, joka onnistuu helposti, jos perusporttipiirit, kuten or- ja and-piirit ovat tuttuja. Ohjelmointi-ikkuna avautuu samalla tavalla kuin LD-ohjelmoinnissa, mutta siihen ei tule yläreunaan lähtö-, tulo-, Operate- ja Compare-lohkoja. Tässä ohjelmointimuodossa kaikki halutut lohkot pitää hakea Opens the Types Libery Browser editor -ikonin kautta, josta ne löytyvät samasta paikasta kuin LD-kielelläkin. Ohjelmointi FBD-kielelle tapahtuu siten, että otetaan kirjastosta haluttu lohko ja raahataan se pöydälle pitämällä hiiren vasenta näppäintä alhaalla. Tämän jälkeen, kun halutaan antaa lohkoon arvoja, kuten sisään menoja ja lähtöjä, sitä ei tarvitsekaan johdottaa, kuten LD-kielellä vaan lohkon jalkoja kaksoisklikkaamalla niihin voidaan syöttää halutut suureet. Ohjeet lohkoista löytyvät samalla tavalla, kuin LD-kielelläkin.

43 2.3 Sequential Function Chart-ohjelmointi 9 Sequential Function Chart-ohjelmointi eli SFC ei ole itse asiassa edes ohjelmointikieli vaan siinä jaksotetaan ohjelma toimimaan tietyllä syklillä. Tätä ohjelmointimuotoa on hyvä käyttää silloin, kun ohjelma halutaan toimivan, jossain tietyssä järjestyksessä. Toimiakseen tämä ohjelmakieli tarvitsee rinnalleen myös LD-ohjelmiston tai FBDohjelmiston, jossa pääasiallinen ohjelma rakentuu. SFC-ohjelmassa käytetään askellohkoja (Step), joiden etenemistä rajoitetaan tai ohjaillaan siirtymälohkoilla (Transition). Näitä siirtymälohkoja ohjataan jokin muun ohjelman avulla, kuten esimerkiksi LD:n. Step-lohkot voivat taas ohjata joitain lähtöjä LD:ssä. Ohjelma toimii hierarkkisesti eli etenee ylhäältä alaspäin. Ohjelmassa voidaan käyttää, myös Jump-lohkoja, joilla voidaan hyppyyttää ohjelma johonkin haluttuun lohkoon. Esimerkiksi, kun ohjelma loppuu, niin hyppyytetään se takaisin alkuun. Tällöin ohjelma alkaa alusta uudestaan automaattisesti.

44 10 Step-lohkot löytyvät vasemmasta ylälaidasta heti nuolen vierestä. Ensimmäinen askelma, mikä tehdään tähän ohjelmaan, pitää merkata Intial Stepiksi, jotta ohjelma osaisi alkaa. Tämä valikko avautuu kaksoisklikkaamalla pöydälle asetettua lohkoa. Transition-lohkot löytyvät samalta rivistöltä, niissä on paksu musta vaakatasossa oleva viiva. Transition-lohkon vierestä löytyy myös Jump-lohko.

45 11 Siirtymäehdoiksi voi laittaa suoraan jonkin yhden muuttujan tiedon tai sitten mahdollisesti useammasta muuttujan tiedosta muodostuvan ketjun. Valinta tapahtuu, kun kaksoisklikataan Transition-lohko auki ja valitaan, joko variable eli siihen voidaan kirjata vain yksi muuttuja tai sitten TRANSITION section, johon voidaan laittaa useamman muuttujan ehdot.

46 12 Variable-kohtaan voidaan kirjata muuttujan osoite suoraan esim. (%I0.1.0), jonka jälkeen painetaan OK ja ohjelma etenee tästä eteenpäin, kun haluttu ehto täyttyy. TRANSITION section valinnassa täytyy lähdölle antaa jokin nimi, jonka jälkeen kysytään ohjelmointikieltä, millä lähtöä halutaan ohjelmoida. Tämän jälkeen lähtö ilmestyy Transitions-kansion alle. Klikkaamalla lähtöä se aukeaa ja sen kanssa samalle riville voi laittaa erilaisia etenemiseen vaikuttavia ehtoja niin paljon kuin riville mahtuu.

47 2.4 Muut ohjelmointikielet 13 Unity Prossa on myös mahdollista käyttää muita ohjelmakieliä kuin edellä mainitut kolme. Näitä kieliä ovat Structures Text eli ST ja Instruction List eli IL. Nämä kaksi ohjelmointikieltä ovat huomattavasti haasteellisempia ohjelmoida, jonka vuoksi niitä ei ole lisätty tähän ohjeeseen. Ohjelmointi näillä kielillä tapahtuu kirjoittamalla käskyt pöydälle. Näille kielille löytyy jonkin verran valmiita käskyjä, mutta kieltä täytyy osata hyvin, jotta pystyy tekemään monimutkaisempia ohjelmakokonaisuuksia.

48 14 3 OHJELMAN TARKISTUS Ohjelman tarkistus onnistuu helposti tässä ohjelmistossa. Ohjelman valmistuttua painat ikkunan ylimmässä rivistössä olevaa Build-alasvetovalikkoa ja sieltä tulee esiin Analyze ja Analyze Project. Analyze tarkistaa sen ohjelman, mikä on sillä hetkellä auki pöydällä ja ilmoittaa mahdolliset ristiriidat, väärin osoitetut toimintalohkot, sekä virheet tulojen ja lähtöjen osoitteissa. Virheilmoitukset tulevat ikkunan alalaitaan punaisella rivillä ja niitä kaksoisklikkaamalla pääset kyseisen virheen luo. Jos ohjelmassa ei ole virheitä tulee, alalaitaan vain ilmoitus 0 error(s), 0 warning(s). Varoituksia saa ohjelmassa hieman ollakin, mutta virheitä ei. Varoitukset saattavat olla pelkästään joitain ylimääräisiä muistipaikkoja tai pieniä ristiriitoja. Virheet taas estävät ohjelman toiminnan kokonaan. Analyze Project toimii samalla tavalla, kuin perus Analyze, mutta se analysoi koko auki olevan projektin. Esimerkiksi, jos LD ja SFB ovat auki, se tarkistaa molemmat samalla kerralla ja antaa niistä sitten raportin alareunaan.

49 4 VALVOMO 15 Valvomon teko-ohjelman saa auki, kun painaa hiiren oikeaa näppäintä Operation Screens -kansion päällä ja valitsee new screen. Tämän jälkeen tulee valikko, johon voi laittaa valvomon nimen ja sitten OK:ta klikkaamalla uusi valvomo ikkuna avautuu pöydälle. Valvomo-ohjelmisto on erittäin yksinkertainen käyttää. Työkalut, joita tarvitaan valvomon tekemisessä, löytyvät pöydän ylälaidasta, samasta kohdasta mistä muidenkin ohjelmistojen rakennustyökalut löytyvät. Työkalu-valikosta löytyy painonappeja, liukukytkimiä, numeronäyttöjä, näyttöjä ja niin edelleen. Kaikki tietoa lähettävät objektit, kuten kytkimet ja liukukytkimet, täytyy tallentaa muistipaikaksi, jotta niitä voitaisiin käyttää ohjelman teossa esimerkiksi LD:ssä. Analogista tietoa vastaanottavat kentät, kuten esimerkiksi numeronäyttö, voi lukea ainoastaan muistipaikkaa (% MW), joten suoran tulon liittäminen näyttöön ei onnistu, vaan se pitää ensiksi tallentaa muistipaikkaan. Boolen tiedon voi tuoda suoraan valvomoon, jos esimerkiksi haluaa jonkin valon palavan tietyn rajan toimesta.

50 4.1 Valvomon rakentaminen 16 Valvomon rakentaminen tapahtuu siten, että ensimmäiseksi otetaan vaikka painonappi valituksi ja tuodaan se pöydälle. Hiiren vasenta näppäintä pitämällä pohjassa, pöydän päällä ja liikuttamalla hiirtä, saat halutun kokoisen painonapin pöydälle. Tämän jälkeen kaksoisklikkaamalla kuvakkeen päällä saat sen ominaisuudet auki ja pystyt lisäämään sinne tarvittavan muistipaikan, mitä se tulee ohjaamaan, sekä paljon muita ominaisuuksia, joita voi hyödyntää valvomoa tehdessä. Esimerkiksi painonappien kannalta erittäin tärkeä kohta on With lacthing, jonka valitsemalla kytkin jää pohjaan, kun sitä on kerran painettu ja vapautuu, kun painetaan toisen kerran. Kaikkien objektien tuonti ja avaus tapahtuu samalla tavalla, myös itse piirrettyjen.

51 4.2 Valvomon käyttö 17 Valvomon käyttö sen valmistuttua on yksinkertaista. Kun ohjelma on lähetetty valvomon logiikalle (kts.18), voidaan valvomoa käyttää liikkeiden seurantaan tai ohjaamisen, miten se on itse määritetty. Valvomon ohjaaminen tapahtuu siten, että kun ohjelma on run-tilassa (kts.20) valvomo-työkalu täytyy ottaa käyttöön alemman työkalurivin oikeasta laidasta olevasta kuvakkeesta. Tämä työkalu mahdollistaa valvomon käytön.

52 5 TIEDONSIIRTO 18 Tiedonsiirto voi näissä logiikoissa tapahtua monella tavalla; USB kaapelilla, Ethernetissä tai CAN-väylän avulla. USB toimii hyvin, jos ollaan logiikan lähellä, mutta kaukokäyttömahdollisuuksia ajatellessa on otettava huomioon myös Ethernet ja CANväylä. Ohjelman lähettäminen logiikkaan tapahtuu seuraavasti. Ensimmäiseksi ohjelma pitää olla tarkastettu ja siinä ei saa olla virheitä. Tämän jälkeen avataan PLCalasvetovalikko, josta painetaan Connect ja ohjelma yhdistyy logiikkaan. Seuraavaksi pitää valita, halutaanko ladata ohjelma logiikalle vai ottaa logiikalta ohjelma koneelle. Tämä tapahtuu samasta PLC-valikosta, jossa on vaihtoehtoina Transfer project to PLC eli lähetä projekti logiikalle tai Transfer project from PLC eli lataa projekti logiikalta.

53 19 Valinnan jälkeen avautuu ikkuna, missä varmistetaan, että haluttu ohjelma siirretään ja tässä klikkataan Transfer. Transfer-valikon jälkeen ohjelma kysyy vielä halutaanko ohjelma rakentaa, johon klikataan Rebuild all and transfer tai Build project and transfer.

54 20 Tätä viimeisintä ikkunaa ei tule, jos ohjelma on aikaisemmin rakennettu eli klikattu build changes tai rebuild all project. Tämän valinta löytyy build valikon alta. Joskus saatta käydä myös sillä tavalla, että ohjelma ei anna lähettää projektia logiikalle. Tällöin on lopetettava yhteys Disconnect-painikkeesta ja rakennettava projekti itse.

55 21 Lähetyksen jälkeen voidaan ohjelma laittaa reaaliaikaiseen seurantaan run-näppäintä painamalla, jolloin ohjelman etenemistä voidaan seurata tietokoneen näytöltä. Runnäppäin löytyy ylemmältä työkaluriviltä. 5.1 USB USB kaapelin avulla tiedonsiirtoetäisyydet ovat aika rajoitetut, eli yleensä koneen tarvitsee olla logiikan vieressä. Mitään ihmeellisiä järjestelyjä ei tosin USB kaapelin kanssa tarvitse suorittaa. Ei muuta, kun kaapeli kiinni ja lähettää ohjelman logiikkaan tai vastaavasti imuroi ohjelman koneelle.