martes, 4 de diciembre de 2012

Algunos detalles de implementación con Omron

Relacionado con las clases en Sistemas de Control Automático de el Máster en Automática y Robótica, la práctica consiste en realizar la programación de un grupo de presión de cuatro bombas. A raíz de esto se han comentado algunas estructuras de programación en clase para gestionar ciertas cosas. A continuación expongo unos ejemplos de como gestionar estas estructuras.

Registro de desplazamiento, con este registro se apunta a la bomba a encender, con otro igual a la siguiente bomba a apagar y por último habrá otro para gestionar la bomba que deberá arrancar por variador en el siguiente ciclo de trabajo.


Respecto a la gestión de tareas, muchos tienen aún dudas de como funcionan estas estructuras. Los bloques TKOF y TKON lo que hacen es activar y desactivar unos registros especiales (marcas) llamadas TK00, TK01 y así sucesivamente. Cada una de ellas está asociada al estado de un "programa" y cuando digo programa me refiero a lo que en CX-Programmer se considera programa (ver árbol de proyecto a la izquierda de CX-Programmer). De manera que estas mismas marcas pueden ser empleadas para activar una determinada sección de código como en el ejemplo que se muestra a continuación:


En este ejemplo, la marca TK01 (es decir cuando el programa con tarea de prioridad 1 está en ejecución), se activa una sección de código donde se detiene el programa con tarea de prioridad 0 y se ejecuta el programa con tarea de prioridad 3.

Sobre la gestión de arranques y paradas de bombas, mi consejo es emplear un biestable RS utilizando la función KEEP. Como se muestra en en la figura, la linea de la primera conexión del biestable contiene la condidicón de arranque de un contactor de la bomba 1, y la segunda linea contiene la condición de parada del mismo contactor. (No es necesario tener las mismas condiciones, sólo son a nivel ilustrativo, no deben tomarse al pie de la letra).




lunes, 3 de diciembre de 2012

Comunicaciones Modbus RTU con Automatas OMRON CP1L

En este articulo, se pretende dar una guía de como montar un sistema de gestión de comunicaciones con autómatas CP1L, que permita gestionar el envío y recepción de información a través de protocolo modbus RTU, de forma sencilla y estandarizada. Permite la gestión de las comunicaciones de una forma centralizada y extensible, por lo que sin mucha complicación es posible extender el uso para nuevos tipos de tramas. En este enlace se puede encontrar un documento sobre como realizar las comunicaciones modbus RTU de forma sencilla con un autómata CP1L. Este documento es un extracto de la guía completa de dicho autómata. Aquí veremos los conceptos más importantes y como aplicarlos a un caso particular.

En primer lugar comenzaremos viendo como configurar el puerto de comunicaciones del autómata. Si se realiza un doble click en el menú de la izquierda sobre el ítem del árbol de proyecto "Configuración" aparecerá el cuadro de dialogo de configuraciones generales del autómata. Una vez ahí, se elige la pestaña "Configuración de entrada Puerto Serie 1" ó "Configuración de entrada Puerto Serie 2" según corresponda y se selecciona la opción Configuración Personalizada. Una vez ahí, hay que configura la velocidad del puerto, y el formato de trama (el más común es 8,1,N - 8 bits, 1 de parada y sin control de flujo). En la casilla Modo, hay que seleccionar el sistema que interese, en el caso que nos atañe seleccionaremos Puerta de enlace serie.


Una vez configurado el puerto de configuraciones hay que cargarla al autómata, seleccionando que envíe la configuración (hay que activar la casilla correspondiente en el dialogo de carga de programa). Y a continuación es preciso reiniciar el autómata para que cargue la nueva configuración. 

Una vez configurado, se puede comenzar a comunicar, pero primero veamos los detalles básicos a tener en cuenta. La configuración de la trama modbus, se almacena en direcciones de memoria DM (que dependen del puerto y de la CPU utilizada). Los autómatas CP1L-M incorporan dos puertos de comunicaciones, y la trama se almacena entre la dirección D32200 y 32249 para el puerto 1 y entre la D32300 y 32349 para el puerto 2. Sin embargo para la CPU CP1L-L sólo hay un puerto de comunicaciones y se emplean los últimos (D32300 y 32349), cuidado con esto último.

De igual modo, la respuesta recibida se almacena en las direcciones entre D32250 y 32299 para el puerto 1 y entre la D32350 y 32399 para el puerto 2 en las CPUs CP1L-M. Y entre las D32350 y D32399 en las versiones CP1L-L de la CPU.

En las siguientes figuras se muestra el formato que debe tener la trama para poder ser enviada y para poder procesar adecuadamente la respuesta recibida. En primer lugar se puede ver que utilizando como dirección base 32300 ó 32200 según corresponda, se tiene que en la primera palabra base+0 se debe escribir la dirección de esclavo modbus al que se desea mandar el comando. Para ello se escribirá en la parte baja de la palabra y no en la parte alta  (que queda reservada para trabajos del sistema). De igual modo ocurre en la segunda palabra con dirección base+1, en la que se escribe la función de modbus a emplear. Esto no coincide con la definición estandar de modbus. Según el protocolo modbus, estos dos datos estarían incluidos en los primeros 16 bits enviados, a modo de cabecera, por lo que no hay que confundir una cosa con la otra. A continuación se escribe en base+2 el número de bytes a enviar a partir de esta palabra, es decir si el comando completo tiene una longitud de 6 bytes en total (1 dirección de esclavo, 1 byte del código de función y 4 del resto del comando), habrá que escribir un 4 en esta dirección. A continuación de aquí, se debe escribir normalmente el resto del comando, utilizando adecuadamente la parte alta y baja de los registros.

Veamos un ejemplo practico:

Si hay que enviar un comando Run a un variador de frecuencia MX2 que actúe como esclavo con dirección 1, el comando a enviar sería 01-05-00-00-FF-00  (para conocer mas detalles sobre este mensaje puedes consultar aquí la referencia de aplicación del protocolo modbus en modbus.org). Los dos primeros bytes correspondería como se ha dicho con la dirección de esclavo modbus y código de función, mientras que los cuatro siguientes son la dirección de memoria donde se desea escribir y el valor (FF00 en bobinas ó Coils representa que se desea escribir un 1). También como curiosidad, si se observa el Apendice B (página 279) manual del variador MX2 referenciado antes, se puede observar que la dirección de memoria para el comando Run indicada en el manual es 0001 y en el comando se escribe la 0000, esto se debe a que en Modbus para direccionar la posición N de memoria hay que escribir la N-1. Por tanto habría que escribir un 0000 en la dirección base+3 y un FF00 en la dirección base+4.
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El formato de las respuestas es el mismo desplazado a las direcciones comentadas antes. En la parte baja del registro con dirección base+50 se tiene la dirección del esclavo que ha respondido y en la parte baja de la dirección base+51 se tiene el código de función del comando al que se está respondiendo. En la dirección base+52 el código de error (si es el caso) y en la posición base+53 se tiene el número de bytes recibidos, los cuales se encontrarán en las direcciones siguientes.


Una vez que se tiene configurada la función a enviar, si se desea enviar el comando a través del puerto serie, se utiliza la palabra de función A640  para las CPUs CP1L-L en el puerto 1 ó bien para las CPUs CP1L-M en el puerto 2. Lo mismo que se explica a continuación, se realiza con la palabra A641 para el puerto 1 en las CPUs CP1L-M. En nusetro caso utilizamos una CPU CP1L tipo L, por lo que para enviar se activa la bobina A640.0 y cuando se reciba una respuesta correcta la bobina A640.1 se activará automáticamente. Si por el contrariop se recibe una respuesta errónea o si se produce un problema de comunicación se activará la bobina A640.2. Para gestionar esto se propone crear un programa (tarea con una prioridad 1,2 ó 3) en el que se creará una sección llamada comunicaciones_common y que contendrá la gestión común de las comunicaciones. Esta sección contendrá el siguiente código:


Comenzaremos explicando este código desde el centro, ya que todo el código se sustenta en la variable com_EnviandoTrama. Se trata de una variable con enclavamiento, que se activa con la señal set_EnviandoTrama y se desactiva con reset_EnviandoTrama. Esta señal es la que activa el bit A640.0 que indica el inicio de la comunicación. Además se emplean dos temporizadores para gestionar el envío automático de una trama en caso de error del envío.  La parte interesante de este sistema es que se centraliza la comunicación en variables independientes que habrá que ir añadiendo a las dos últimos diagramas, en la activación de set_EnviandoTrama, se añade el flanco de subida de las variables de comunicación según la trama que se desea enviar y en la de reset se añade el flanco de bajada de la misma variable. Es decir, cada vez que se desea añadir un nuevo comando a utilizar, se crea una variable asociada que gestione dicho comando (en el ejemplo com_LeerConsigna) que en su flanco de subida activa set_EnviandoTrama y en su flanco de bajada activa reset_EnviandoTrama.

Después se crea una sección común llamada, por ejemplo, comun_escribirDireccion. En ella se debe realizar la escritura en las direcciones base+(lo que toque) de aquellas cosas comunes en todos los comandos configurados. Esto no es obligatorio pero permite ahorrar algo de memoria. En este caso todos los comandos configurados se dirigen al esclavo 4 y tienen una longitud de 6 bytes (4 excluyendo la dirección de esclavo y la función de modbus) por lo que se añade el código correspondiente en esa sección:


A continuación se aconseja utilizar una sección nueva por cada comando donde se configurará la trama de envio. En nuestro caso _COM_LecturaConsigna. Esta escritura requerirá que se encuentren activas la señal com_EnviandoTrama y la variable de control de comunicaciones del comando correspondiente, tal como se puede ver a continuación:

Como se ve en el caso anterior, aquí se configura el resto del comando a enviar. En la parte final de esta sección, se tiene un control de set y reset de dicha variable, de forma que no se actúa nunca directamente sobre la variable sino a través de señales de ser y reset. De forma que si se requiere activar dicho comando desde diferentes sitios del código se puede añadir señales de set y reset según sea necesario, evitando así escribir varias veces sobre la misma variable.

Para el tratamiento de la respuesta hay que extraer los datos de las direcciones comentadas anteriormente (esto será común en muchos casos) y por último se moverá el resultado de la extracción a una dirección (configurada adecuadamente). Esto último como puede verse si que depende directamente de que sea un comando u otro el que se esté configurando, por este motivo se añade la nueva condición a dicha acción, en concreto en este caso se realiza una división del valor (adecuación del mismo a la escala deseada) y un movimiento final a la variable donde lo podremos consultar cuando lo deseemos a partir de este momento (a modo de variable temporal en un registro DM). Por último se puede observar que se utiliza una señal com_Realizada para indicar que la comunicación ha terminado (y se ha extraído la información de la respuesta recibida). Esta señal se activa con la señal set_EnviandoTrama de manera que se activa en el instante en que se va a iniciar una comunicación.

Por último, el uso de este sistema para la realización de una comunicación se puede resumir en tres estados. Un primer estado que activa la señal de envío a través de set_LeerConsigna. Un segundo estado que espera a que la comunicación se realice satisfactoriamente (tiene como condición un flanco de subida de la señal com_Realizada) y por último un estado que realiza el reset de la variable activando la señal reset_LeerConsigna. Este último habrá de esperar a que se desactive la variable com_EnviandoTrama para activar un flag que permite salir de dicho estado. Dichas condiciones y activaciones se deben realizar en las secciones correspondientes según la metodología que se esté empleando. La programación si se emplean las guías recomendadas es muy sencilla aplicando este sistema a cualquiera de ellas. Aquí un extracto de como quedaría el uso comentado:


Como ventajas de este mecanismo, es que permite ampliar fácilmente el uso de nuevos comandos modbus, permite el uso de estos desde diferentes puntos del código de forma sencilla y eficiente a nivel de espacio. Además su diseño modular permite su uso a través de infinidad de modos de programación aunque se recomienda su uso junto a las guías generales de programación de autómatas OMRON publicadas en este blog.