Adresování procesního obrazu
vstupů / výstupů (SW)

Charakteristika

Adresování procesního obrazu vstupů / výstupů místo přímého přístupu k periferiím je používán pro digitální periferie, kdy tento způsob zaručuje neměnnost vstupních signálů po celou dobu cyklu a jednotné nastavení výstupů po dokončení cyklu.

Na začátku cyklu PLC provede systém načtení všech dostupných vstupních digitálních periferních signálů a uložení tohoto stavu do paměti, která je označována jako obraz procesních vstupů (PII - Process Input Image). Pokud je pak v programu odkaz na nějaký vstupní signál, je jeho hodnota dosazena (převzata) právě z tohoto obrazu vstupů, který je v jednom cyklu PLC neměnný ¹).

Během zpracování programu jsou v programu generovány výstupní signály a jsou ukládány do paměti zvané obraz procesních výstupů (POI - Process Output Image). Důvod je stejný jako u vstupních signálů, a to zajištění jednoznačnosti stavu. Po dokončení programu, je požadovaný stav výstupů zapsán na fyzické výstupy periferií. 

Přístupu k periferiím přes procesní obraz vstupů / výstupů

Mikrosystémy a malé systémy s malým počtem periferií mohou využívat přístup k periferiím, který řídí přímo mikroprocesor v CPU. U větších systémů s rozsáhlejší výstavbou rozšiřujících rámů a nebo decentrálními periferiemi již nemůže jeden mikroprocesor zpracovávat veškeré funkce potřebné pro chod PLC z důvodu výkonového zatížení a prodloužení doby cyklu.

Větší a moderní systémy dělí potřebnou výkonovou zátěž na několik mikroprocesorů. Konkrétně o komunikaci s periferiemi se stará minimálně jeden mikroprocesor, tzv. Bus Controller, na úrovni komunikace v centrálním rámu. Další mikroprocesory obstarávají s rozšiřujícími rámy, decentrálními periferiemi, viz obrázek 1.

Obrázek 1 Struktura komunikace s periferiemi přes procesní obraz.

Scanner I/O Image

Scanner I/O Image je interní jednotka (integrovaná v CPU, komunikačních modulech rozšiřujících rámů, decentrálních periferií ...) a její funkcí je načítání stavů z jednotlivých I/O modulů periferií a výdej výstupních signálů na fyzické výstupy. Scanner pracuje autonomně s vlastním cyklem zpracování, tedy jeho chod není zpravidla synchronizován s cyklem CPU. Důvodem je to, doba zpracování programu závisí na jeho složitosti a doba obsluhy periferií závisí na jejich počtu a použitém propojení mezi rámy, u síťových prostředků s decentrálními periferiemi na rychlosti přenosu a topologii sítě.

CPU zpravidla obsahuje základní Scanner I/O Image pro lokání periferie. V autonomním cyklu scanner načítá stavy vstupů a tyto ukládány do pomocné paměti, odkud jsou na začátku cyklu PLC přeneseny do Input Image v CPU. Stejný princip pak používají ostatní scannery, které přijímají tok dat po síťových linkách. Komunikační procesor ve funkci master (řídí tok dat po síti) si postupně postupně vyžádá datové telegramy se stavem vstupních signálů od jednotlivých modulů na sběrnici, například slave decentrálních periferií. Obsah přijatých telegramů pak na začátku cyklu PLC předá do oblasti Input Image v CPU.

Obdobně pracuje scanner směrem k výstupům. Požadovaný stav výstupů, jako výsledek zpracování programu, je na konci cyklu PLC přenesen s obrazu procení výstupů (Output Image) v CPU do odpovídajících řadičů kde scanner ve vlastním cyklu přenese hodnoty na fyzické výstupy periferií.

PLC může obsahovat více různých komunikačních procesorů pro obsluhu různých periferií na různých sítích. Vzhledem k tomu, že různé komunikace probíhají na různých rychlostech, s různými telegramy a s různým objemem dat, je evidentní, že nelze zaručit synchronní stavy na všech periferiích současně a to ani v jedné síti. Jinými slovy, sytém přenese informaci k nebo od některých periferiím dříve nebo později, může se jednat o časový rozdíl řádově milisekund ale i stovek milisekund, extrémně sekund.

Programový přístup k obrazu procesních vstupů / výstupů

K přístupu k obrazu procesních vstupů / výstupů je možno použít Bit, Byte, slovo (Word) nebo vyšší podle systému, tedy podle toho jaký přístup k periferiím výrobce používá. Instrukce a způsob přístupu se liší podle výrobce i provedení PLC.

Příklady bitového přístupu k obrazu procesních vstupů / výstupů

Allen Bradley PLC-5

Allen Bradley (AB) u prvního PLC použil metodu adresování, která u středně velkého systému PLC určuje rám, slot a bit ve slotu. Centrálnímu rámu je vždy přiřazena adresa rámu "0", ostatní rámy mají přiřazeny hodnoty 1-7, podle toho, kolik jich je použito. Počet slotů v rámu je vždy pevný, tj. 8, přičemž dvě pozice v rámu jsou párovány a tvoří právě jeden slot. Slot obsahuje pozici pro kartu 16 bitů výstupů (jedna pozice) a pozici pro kartu 16 bitů výstupů (druhá pozice) nebo karty mohou obsahovat pouze 8 bitů, nejsou-li další bity I/O potřeba a tyto nevyužité Byte jsou pro další použití již nedostupné (ztracenyú. Pro adresaci byla použita osmičková soustava což u určení rámu a slotu není patrné ale je patrné u adresace bitu, kdy je nutno dodržet formát zápisu dvou pozic. Pro označení vstupů zavedl AB "I" tedy Input a pro výstupy "O" tedy Output.

Formální zápis přístupu na vstupní / výstupní signál je potom ve tvaru:

SIEMENS

Siemens, podobně jako Allen Bradley používá u větších systémů organizaci periferií ve slotech s 16 nebo 32 bity, tj. 2 nebo 4 Byte ale používá adresování po Byte, tj. po 8 bitech. Adresa konkrétního signálu se potom skládá z určení Byte (skupiny bitů) a konkrétního bitu v Byte. Není zde tedy rozlišováno, jestli se konkrétní signál nachází v centrálním nebo rozšiřujícím rámu, to má na starosti způsob fyzického adresování (pevné, variabilní). Podle způsobu adresování může být jedna adresa použita jak pro vstupy, tak pro výstupy. Siemens jako výrobce systému v Německu zavedl dvojí značení pro vstupu a výstupy. Pro označení vstupů používá univerzální "I" jako Input nebo národní "E" jako Eingang. U výstupů je na rozdíl od AB, který zavedl "O" použit znak "Q" jako Quit (opustit, odejít, ukončit). Možným důvodem byla snadná záměna znaku "O" a "0" ve výpisech programu. Dalším znakem pro výstup je národní "A" jako Ausgang.

Formální zápis přístupu na vstupní / výstupní signál je potom ve tvaru:

GEM-80 (GEC)

GEM-80 taktéž nabízí umístění periferií do centrálního rámu nebo do rámů rozšiřujících se slovně (Word) orientovaným přístupem, tedy po 16 bitech. U GEM-80 začali používat mírně atypické značení vstupních / výstupních signálů, kdy pro vstupy byl zvolen znak "A" a pro výstupy byl zvolen znak "B". U tohoto sytému mohla být jedna adresa (Word) použita pouze pro vstupy nebo vstupy.

Formální zápis přístupu na vstupní / výstupní signál je potom ve tvaru:

ASEA

Asea pojala adresování více odlišně než ostatní výrobci a způsob více přiblížila vyšším programovým jazykům. Idea použití vzoru převzatého od jazyka BASIC byla sice jednoduchá, kdy nevyžadovala před-deklaraci proměnných, což bylo pro výhodné na nižší programátorské úrovni než u jazyků PASCAL nebo C. Fyzické adresování I/O modulů bylo od počátku koncipováno jako variabilní realizované hardwarem. Vzhledem k "vyšší" koncepci adresování musí ale systém obsahovat databázi vstupů a výstupů, která poskytovala konverzi mezi popisem signálu (symbolickým názvem) a fyzickou adresou.

Mitsubishi

Mitsubishi, stejně jako AB používá pro adresaci osmičkovou adresovací soustavu a vzhledem k jazykové odlišnosti zavedli i jiné značení vstupů / výstupů. Pro vstupy používá Mitsubishi označení "X" a pro výstupy označení "Y". Adresově je oblast vstupů / výstupů mapována do paměti CPU, proto číslování adres nezačíná nulou.

Formální zápis přístupu na vstupní / výstupní signál je potom ve tvaru (pro určení Byte jsou vyhrazeny dvě pozice):

Uvedený příklad rozsahu adres (24 vstupů / 16 výstupů) odpovídá malému PLC, větší PLC mají rozsah adresace větší.

Vývoj

Ačkoliv je adresování ve tvaru Byte/Word.Bit v praxi velmi zaběhnuté (s doplněním symbolické adresace), dostává se do popředí opět databázový způsob adresování, který již dříve použila společnost ASEA. Ačkoliv je tento způsob relativné náročný na kapacitu paměti (povinný znakový popis proměnné, typ proměnné, určení adresy, ...) a náročnější na zpracování při kompilaci, současné systémy svou paměťovou kapacitou i výkonem dovolují použití toho způsobu adresace. Ačkoliv se může tento databázový způsob zdát podobný symbolické adresaci, která je pouze doplňkem, je databázový způsob funkčně integrován do systému.

Obrázek 2 Začlenění databáze do systému řízení

Srovnání přístupu k obrazu vstupů / výstupů jednotlivých výrobců