PROGRAMMAZIONE PLC - webalice.it · OMRON Electronics SpA ... ANALOGICA INTERFACCIA I/O INTERFACCIA...

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OMRON Electronics SpA

PROGRAMMAZIONE PLC

OMRONProgetto Scuole

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Argomenti del Corso

• Struttura e logica di funzionamento del PLC

• Rappresentazione delle informazioni e logica binaria

• La programmazione in diagramma a relè

• Utilizzo del software di programmazione PLCCX-Programmer

• Le istruzioni base del PLC

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Argomenti del Corso

• Analisi delle CPU SYSMAC CJ1:

– Classificazione delle CPU.– Aree di memoria.– Configurazione del sistema e moduli di I/O.– Memory Card.– La tabella degli I/O: registrazione, verifica e lettura.– Le nuove istruzioni

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Argomenti del Corso

• Focus su CJ1M– Caratteristiche, Setup e nuove istruzioni

• Istruzioni di avanzate e tecniche di programmazione

– Indirizzamento indiretto– Task ad Interrupt– Gestione delle porte seriali

• Concetti di tempo di risposta, tempo di ciclo e I/Orefresh.

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IL PLC:Struttura e logica di

funzionamento

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IL PLC: Definizione

• Programmable Logic Controller: Controllore a LogicaProgrammabile

• APPARECCHIATURA ELETTRONICA PROGRAMMABILEPER IL CONTROLLO DI MACCHINE E PROCESSIINDUSTRIALI

• Nasce come elemento sostitutivo della logica cablata e deiquadri di controllo a relè

• Si qualifica in breve tempo come elemento insostituibilenell’automazione di fabbrica

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CPU

PROGRAMMARAM

EPROMEEPROM

DATIRAM

MEMORIA

ALIMENTAZIONEACDC

DIGITALE

ANALOGICA

INTERFACCIA I/O

INTERFACCIA DI COMUNICAZIONE

COMPUTERCONSOLE DI PROGRAMMAZIONE

PERIFERICA GENERALE

IL PLC: La struttura

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LA LOGICAPROGRAMMATA INSOSTITUZIONEDELLA LOGICACABLATA

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La logica CABLATA

• La logica con cui vengono controllate le uscite è realizzatatramite dispositivi DISCRETI (Relè, Temporizzatori,Contatori,….)

– E’ difficilmente modificabile e ampliabile– E’ di difficile diagnostica– E’ difficile da interfacciare con computer stampanti, terminali…– Non è idonea per sistemi di controllo complessi

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La logica PROGRAMMATA

• La logica di controllo è realizzata tramite una serie diISTRUZIONI caricate nella Memoria di Programma

– E’ facile da ampliare e modificare– E’ di facile diagnostica– E’ facilmente interfacciabile con dispositivi quali PC, stampanti,

terminali, ….– E’ pensata per il controllo di sistemi complessi

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MACCHINAPROCESSO

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1

ATTUAZIONE

ELABORAZIONEACQUISIZIONE

2

PLC: La logica di controllo

• Acquisizione delle informazioni relative al processo da controllare• Elaborazione delle informazioni acquisite (esecuzione del programma

utente)• Trasferimento dei risultati sulle uscite (Attuazione)

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PROCESSICOMUNI

ESECUZIONEPROGRAMMA

RINFRESCOI/O

T = Tempo diScansione

A > Ts

PLC: Il Tempo di Scansione

• Affinché un segnale sia sicuramenterilevabile dagli ingressi del PLC deveavere una durata minima maggiore deltempo di scansione.

• L’attivazione fisica di una uscita nonavviene immediatamente all’esecuzionedell’istruzione, bensì a fine scansionedurante il rinfresco degli I/O

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I/O Refresh

Segnale di ingresso non sempre rilevabile:

Minimo segnale rilevabile

Segnale di ingresso sicuramente rilevabile:

I/O Refresh

t

t

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SEGNALE FISICO(stato I/O )

MEMORIA DATI

IMMAGINE DI PROCESSO(stato logico I/O)

Ingressi Uscite

BUFFER DIUSCITA

BUFFER DIINGRESSO

ACQUISIZIONE ATTUAZIONE

L’Immagine di Processo• L’Immagine di Processo contiene:

– Lo stato degli ingressi relativoall’ultima acquisizione

– Lo stato logico delle uscite comeelaborate dal programma

• Le uscite saranno fisicamenteaggiornate al corrispondentestato logico solo allasuccessiva attuazione

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Sempre ON

Sempre OFF

OUT 0

OUT 0

t

Segnale fisico OUT 0

t

Segnale logico OUT 0

I/O refresh

Segnale logico e segnale fisico

• E’ significativo controllare un’uscita in più punti del programma soloper il segnale logico

• Il segnale fisico è determinato solo dall’ultima modifica del segnalelogico nell’Immagine di Processo

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16 bit

BIT

DIGIT

BYTE

WORD

Unità elementare di memoria

4 bit

8 bit

1 byte = 2 digit1 word = 4 digit

1/0

1/0 1/0 1/0 1/0

1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0

1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/01/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0 1/0

DIGITALI

ANALOGICHE

conversione AD/DA

BINARIE - BIT

INSIEMI DIINFORMAZIONI

BINARIE (CODIFICATE)WORD

INFORMAZIONI

Le informazioni: BIT… WORD

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Introduzione ai sistemi di codifica

• Il PLC lavora con dati di tipo binario (ON/OFF)• Per rappresentare le dieci cifre decimali da 0 a 9 sono necessari

4 bit• Con 4 bit le combinazioni possibili sono ben 16• L’utilizzo di 4 bit per implementare le cifre da 0 a 9 rappresenta

quindi un sotto utilizzo della macchina• Questo ha portato all’introduzione della codifica esadecimale,

aggiungendo le cifre A, B, C, D, E, ed F alle cifre da 0 a 9

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BASE 10: Cifre 0..9

4321 = 4x1000 + 3x100 + 2x10 + 1x1 = 4321 unità

BASE 2: Cifre 0, 1

1011 = 1x8 + 0x4 + 1x2 + 1x1 = 11 unità

BASE 16: Cifre 0..9 + A..F

4321 = 4x4096 + 3x256 + 2x16 + 1x1 = 17185 unità

SISTEMADECIMALE:

SISTEMABINARIO:

SISTEMAESADECIMALE:

4 3 2 1

4 3 2 1

1 0 1 1

Sistemi di codifica

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La codifica BCD

• Rappresenta numeri binari codificati con pesi decimali agruppi di 4 bit

• Ogni gruppo di 4 bit è un numero binario e rappresenta unacifra decimale

• Il peso di ogni cifra è dato dalla posizione dei 4 bit nelnumero binario

• Non sono ammesse cifre da A ad F• Il numero binario puro che si ricava da un codice BCD è

maggiore del valore BCD

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1234 0001 0010 0011 0100

5678 0101 0110 0111 1000

3790 0011 0111 1001 0000

2A39 ERRORE

"1" "2" "3" "4"

"5" "6" "7" "8"

"3" "7" "9" "0"

Esempi di codifica BCD

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La codifica Esadecimale

• La codifica esadecimale consente una rappresentazionecompatta dei numeri binari

• Sono ammissibili tutte le cifre da 0 a 9 e da A ad F• Il numero binario che si ricava ‘esplodendo’ in gruppi di 4 bit

un codice esadecimale è esattamente uguale al valoreesadecimale

F 0 8 A

1 0 0 0 1 0 1 01 1 1 1 0 0 0 0

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2A39 0010 1010 0011 1001

97CF 1001 0111 1100 1111

ADCB 1010 1101 1100 1011

1234 0001 0010 0011 0100

"2" "A" "3" "9"

"9" "7" "C" "F"

"A" "D" "C" "B"

"1" "2" "3" "4"

Esempi di codifica Esadecimale

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DECIMALE ESADECIMALE BINARIO BCD0 0 0000 0000 00001 1 0001 0000 00012 2 0010 0000 00103 3 0011 0000 00114 4 0100 0000 01005 5 0101 0000 01016 6 0110 0000 01107 7 0111 0000 01118 8 1000 0000 10009 9 1001 0000 100110 A 1010 0001 000011 B 1011 0001 000112 C 1100 0001 001013 D 1101 0001 001114 E 1110 0001 010015 F 1111 0001 0101

Tabella di codifica

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CPU SYSMAC serie CJ1

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Classificazione delle CPU

• Per memoria di programma:

0 50 100 150

CJ1M-CPU12/22CJ1G-CPU42H

CJ1M-CPU13/23CJ1G-CPU43H

CJ1G-CPU44H

CJ1H-CPU65HCJ1G-CPU45H

CJ1H-CPU66H

Memoria di programma(Kstep)

PLC MemoriaCJ1M-CPU12 10KStepCJ1M-CPU13 20KstepCJ1M-CPU22 10KstepCJ1M-CPU23 20KstepCJ1G-CPU42H 10KstepCJ1G-CPU43H 20KstepCJ1G-CPU44H 30KstepCJ1G-CPU45H 60KstepCJ1H-CPU65H 60KstepCJ1H-CPU66H 120Kstep

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Classificazione delle CPU

• Per memoria dati (DM+EM):

PLC MemoriaCJ1M-CPU12 32KwordCJ1M-CPU13 32KwordCJ1M-CPU22 32KwordCJ1M-CPU23 32KwordCJ1G-CPU42H 64KwordCJ1G-CPU43H 64KwordCJ1G-CPU44H 64KwordCJ1G-CPU45H 128KwordCJ1H-CPU65H 128KwordCJ1H-CPU66H 256Kword

NB: Tutte le CPU hanno 32K word di Data Memory

0 100 200 300

CJ1M-CPU12/13/22/23

CJ1G-CPU42H/43H/44H

CJ1H-CPU65HCJ1G-CPU45H

CJ1H-CPU66H

Memoria dati (DM+EM)

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Classificazione delle CPU• Per numero di I/O:

– 320 Bit: CJ1M-CPU12/22– 640 Bit: CJ1M-CPU13/23– 960 Bit: CJ1G-CPU42H/43H– 1.280 Bit: CJ1G-CPU44H/45H– 2.560 Bit: CJ1H-CPU65H/66H

• Per sistemi di espansione collegabili:– Nessuna espansione per le CPU CJ1M-CPU12 e CPU22– 1 espansione per i PLC CJ1M-CPU13 e CPU23– 2 espansione per i PLC CJ1G-CPU42H e CPU43H– 3 espansioni per tutti gli altri

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Classificazione delle CPU• Per velocità di elaborazione:

– Serie CJ1M• Istruzione LD: 0,10 µSec.• Istruzione MOV: 0,30 µSec.

– Serie CJ1G• Istruzione LD: 0,04 µSec.• Istruzione MOV: 0,20 µSec.

– Serie CJ1H• Istruzione LD: 0,02 µSec.• Istruzione MOV: 0,18 µSec.

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CJ1:Aree di memoria e

configurazione del sistema

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• Area CIO (Core I/O area): 6.144 word, nessun prefisso.Area di memoria di I/O, moduli speciali, schede dicomunicazione. Area non ritentiva, viene azzerata ad ogniavvio del PLC. L’accesso può avvenire a Bit o a Canale.

Aree di memoria

• Area HR (Holding Area): 512 word, prefisso H. Arearitentiva gestibile a Bit e a Canale. Memorizzazionepermanente di dati di programma.

• Area W (Work Area): 512 word, prefisso W; per l’utilizzocome registri temporanei o Bit di appoggio; viene usatatipicamente per l’allocazione automatica. Accesso a Bit e acanale. Non ritentiva.

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• Area A (Ausiliary Area): 960 word di cui 449 a sola lettura,prefisso A. Contiene informazioni per la diagnostica, lostato e la configurazione del PLC.

Aree di memoria

• Area TR (Temporary Relay): 16 bit, prefisso TR. I bittemporanei vengono utilizzati per memorizzare lecondizioni di esecuzione ON/OFF nelle diramazioni delprogramma.

• Area Temporizzatori (Timer Area): 4.096 word, prefisso T.Viene simulato il funzionamento di temporizzatori. L’area ècondivisa per tutte le istruzioni di temporizzazione trannequelle di TIML(542), TIMLX(553), MTIM e MTIMX(554)che non necessitano di un numero di timer

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• Area Contatori (Timer Area): 4.096 word, prefisso C.Viene simulato il funzionamento di contatori. L’area ècondivisa per tutte le istruzioni di conteggio: CNT,CNTR(012) e CNTW(814).

Aree di memoria

• Area DM (Data Memory): 32.768 word, prefisso D. Areadi memoria ritentiva per la memorizzazione dei dati. Vieneutilizzata anche per la memorizzazione dellaconfigurazione dei moduli speciali.

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• Area EM (Expanded Memory): 32.768 word per banco,prefisso da EM_0 a EM_C. Area ritentiva indirizzabile acanale.– Non disponibile sulle CPU CJ1M.– 1 banco per le CPU 42H, 43H e 44H– 3 banchi per CPU 45H e 65H– 7 banchi CPU 66H

I banchi EM possono essere trasformati in unica area dimemoria di massa detta File Memory. Quest’area puòessere usata allo stesso modo della Memory Card.

Aree di memoria

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• Il programma può essere suddiviso in 32 Task ciclici e 256 Taskad interrupt.

• I Task ciclici possono essere attivati o disattivati dall’interno delprogramma.

• All’interno dei task possono essereutilizzate subroutine (1.024 in totale).

• Gli Interrupt, siano essi hardware osoftware, sono gestiti da Task dedicati.

• L’esecuzione dei Task è sequenziale.• La memoria del PLC è comune a tutti i

Task.

Suddivisione dei programmi

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Elaborazione parallela• Riduzione del tempo di gestione dei processi comuni di circa il

50%.• Nessun effetto sul tempo di scansione in caso di appesantimento

delle comunicazioni.

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Le nuove istruzioni

• Operazioni sui singoli bit anche nell’area DM e EM• Operazioni in floating point a doppia precisione (11 bit

esponente 52 bit mantissa)• Comparazioni in Floating point• Funzioni di comparazione su range già presenti su

C200HAlpha• Gestioni dei dati in formato tabella• Funzione PID con Autotuning• Chiamate a subroutine globali• I/O Refresh per moduli BUS CPU

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Confronto con CS1 e C200H Alpha

Dimensione Area Data Memory (KWord)

Punti di I/O locali

Dimensione Memoria di Programma (KStep)CJ1-H

CS1

Alpha

CJ1-H

CS1

Alpha

2.150

5.120

1.184

120

250

64

448

256

102

CJ1-H

CS1

Alpha

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Confronto con CS1 e C200H Alpha

Numero di moduli disponibiliCJ1-H

CS1

Alpha

Numero di istruzioniCJ1-H

CS1

Alpha

400

400

286

40

130 (*)

90 (*)

Numero di moduli speciali

CJ1-H

CS1

Alpha

40

80

16(*): Considerando rack diespansione locali e remoti

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Configurazione

• Max. 10 moduli installabili afianco della CPU

• 0/1/2/3 unità di espansione (10moduli per unità) per un totale di10/20/30/40 moduli collegabili

• Ogni unità di espansione ècomposta da alimentatore,modulo di interfaccia e moduli diI/O

• Distanza massima totale: 12 m.

Massima flessibilità: non è richiesto alcun rack!

40


Configurazione

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Configurazione

? Moduli I/O Standard:massimo 40

? Moduli I/O Speciali:massimo 40 (indirizzabilida 0 a 96)

? Moduli Bus CPU:massimo 16

La configurazione massima prevede un totale di 40 moduli installabili.

E’ necessario rispettarele seguenti specifiche:

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Allocazione I/O (Moduli di Standard)

L’allocazione dei canali CIO per i moduli di I/O standard procedein modo consecutivo seguendo l’ordine di installazione, sia pergli ingressi che per le uscite, a partire dal canale CIO 0000.

NB: L’eventuale modulo di espansioneva posizionato subito a destra della CPU(o subito a destra dell’alimentatore, neisistemi di espansione)

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• Moduli I/O speciali:

10 canali CIO per modulo, allocatisecondo il numero di unità N.Calcolo indirizzo base area CIO:ch = 2000 + 10 x N

100 canali D per modulo, allocatisecondo il numero di unità N.Calcolo indirizzo base area D:ch = 20000 + 100 x N

Allocazione Moduli Speciali

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• Moduli Bus CPU:

25 canali CIO per modulo, allocatisecondo il numero di unità N.Calcolo indirizzo base area CIO:ch = 1500 + 25 x N

Allocazione Moduli Bus CPU

100 canali D per modulo, allocatisecondo il numero di unità N.Calcolo indirizzo base area D:ch = 30000 + 100 x N

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Allocazione I/O - Riepilogo

Moduli I/O standard Moduli I/O speciali Moduli Bus CPU

Da CIO 0000 a CIO 0079(8 , 16 , 32 or 64 punti)(Max. 40 moduli)

Da CIO 2000 a CIO 2959(Refresh Area: 10 word/unità)

Da D20000 a D29599(Setup Area : 100 word/unità)

Da CIO 1500 a CIO 1899(Refresh Area : 25 canali/unità)

Da D30000 a D31599(Setup Area : 100 canali/unità)

Numero di modulo I/O speciale(Max. 40 moduli) Numero di modulo Bus CPU

(Max. 16 moduli)

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La Tabella di I/O

• La configurazione hardware dei moduli del CJ1 può esserememorizzata in una tabella detta ‘Tabella di I/O’

• All’accensione, se la tabella è stata registrata, il sistema verificala configurazione attuale con quella registrata; in caso di mancatacorrispondenza viene generato un errore:

– Se è stato tolto, aggiunto o spostato un modulo, il sistema fornisce lasegnalazione di allarme non fatale ‘I/O VERIFY ERROR’

– Se la variazione di configurazione è costituita invece dallo scambio di posizionetra un modulo di ingresso ed uno di uscita, viene fornita la segnalazione di allarmefatale ‘I/O SET ERROR’ e l’esecuzione del programma si arresta

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• La tabella di I/O può essere:

– Creata, Letta, Verificata e Cancellata

• Se la tabella è stata cancellata il sistema all’accensione nonesegue alcun controllo

• In CX-Programmer è stato previsto un intero menù dedicato allagestione della tabella di I/O, cui si accede cliccando su TabellaI/O dal menù PLC - Modifica - oppure facendo doppio clicksull’icona relativa, nell’area di progetto ( )

• Il canale A261 del PLC contiene i dettagli di eventuali erroririscontrati durante la creazione della tabella di I/O

La Tabella di I/O

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La Tabella di I/O / CX-Programmer

Rappresentazione grafica della tabella di I/O

Legge la tabella di I/Odal PLC collegato

Confronta la tabella diI/O del PLC con quellamemorizzata nel progetto

Genera la tabella di I/O

Elimina dal PLC latabella di I/O registrata

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Dall’editor della Tabella I/O di CX-Programmer è possibile impostare unindirizzo di base per il sistema CPUe/o per ciascun sistema di espansione(tra CIO 0000 e CIO 0999).

• Su ciascun sistema il primo indirizzodisponibile non dipenderà più dalsistema precedente e dai moduli montatisu di esso.

• Non sono ammesse sovrapposizioni diindirizzi: l’indirizzo base di un sistemanon può essere utilizzato da un altrosistema.

Allocazione I/O (Indirizzi di base)

N.B.

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• CX-Programmer permette di riservare un certo numero di canalida associare a moduli fisicamente non presenti.

• Anche questa operazione viene svolta nell’editor della tabella diI/O di CX-Programmer.

Allocazione I/O (Moduli fittizi)

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Allocazione I/O - Esempio

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Moduli di I/O Standard

• Moduli digitali di ingresso

• Moduli digitali di uscita

(*): I moduli CJ1W-INT01 possono essere montati solo nelle prime 5 posizioni a destra delle CPU CJ1 enelle prime 3 posizioni a destra delle CPU CJ1M (Max. 2)

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Moduli I/O Speciali

• Moduli analogici e di conteggio veloce

• Moduli di posizionamento

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Moduli I/O Speciali

• Moduli di termoregolazione

• Modulo Master Compobus S

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Moduli Bus CPU

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Modulo CPU

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Dip 1 - Protezione della memoria programma

Dip 2 - Trasferimento automatico del programma da Memory Card

Dip 3 - Non utilizzato

Dip 4 - ON: Porta periferica funzionante come da Setup Software

OFF: Porta periferica funzionante in Auto-Detect da Cx-Programmer

Dip 5 - ON: Porta RS232 funzionante in Auto-Detect da Cx-Programmer

OFF: Porta RS232 funzionante come da Setup software

Dip 6 - Alza il bit A395.12

Dip 7 - ON: Permette di salvare programma e setup su Memory Card

Dip 8 - Non utilizzato

Dip SwitchesSu tutte le CPU sono presenti 8 dip-switch per il setup hardware:

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Memory card

• Tutti i PLC della serie CJ1 dispongono di uno slot per memorycard di tipo Compact Flash.

• La memory card ha la stessa funzione della cartuccia di Backupdei PLC C200HAlpha

• Attualmente, per i PLC della serie CJ1sono disponibili memorie da 15, 30 e 64MegaBytes.

• Lo standard Compact Flash è utilizzatoda un gran numero di dispositivielettronici (PC, fotocamere, registratoridigitali, computer palmari ecc…).

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• Sulla scheda possono essere memorizzati: dati, parametri,programmi, commenti e simboli del programma, impostazionidei moduli Bus CPU, tabelle Data Link, manuali dei PLC edocumenti relativi all’impianto in qualsiasi formato.

• L’adattatore PCMCIA (HMC-AP001) permette di inserire laMemory Card in un Personal Computer per gestirne leinformazioni.

Memory card

HMC-EF172: 15 MBHMC-EF372: 30 MBHMC-EF672: 64 MB

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Memory card

• E’ possibile modificare il contenuto della Memory Card(creare directory, cancellare o copiare file, …) direttamentedal programma del PLC (istruzione CMND(490))

• E’ possibile trasferire l’intero programma dalla Memory Cardal PLC senza fermare il PLC

• Funzione di Easy Backup: Premendo lo switch di power dellaMemory Card è possibile trasferire programma e setup delPLC sulla Memory Card. In questo modo, in caso dimalfunzionamento, è possibile salvare i dati della CPU senzal’ausilio di alcun dispositivo esterno

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Memory card / Tipi di file

Sono previsti tre differenti tipi di file:

• File per scopi generali:– Possono essere definiti liberamente dall’utente. La lunghezza del loro

nome non può superare gli 8 caratteri. Le estensioni possibili sono:.IOM, .TXT, .CSV

• File trasferiti automaticamente nel PLC:– File trasferiti automaticamente dalla Memory Card nel PLC

all’accensione. I nomi sono predefiniti: AUTOEXEC o ATEXECxx

• File di backup:– File trasferiti tra Memory Card e PLC durante le funzioni di backup. I

nomi sono predefiniti: BACKUPxx

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Memory card / Trasferimento automatico

• All’accensione del PLC, se il DIP Switch 2 è ad ON i seguentifile vengono trasferiti automaticamente dalla Memory Card alPLC:

AUTOEXEC.OBJ Contiene l’intero Programma Utente

AUTOEXEC.STD Contiene Setup del PLC, I/O Table, Routing Table

Facoltativi:AUTOEXEC.IOM Canali D > 20000 ( impostazione moduli speciali)

ATEXECDM.IOM Tutti i canali D ( ha la priorità su AUTOEXEC.IOM)

ATEXCEx.IOM Canali del banco Ex

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Memory card / Backup

• Quando il DIP Switch 7 è ad ON, premendo il pulsante dialimentazione della Memory Card per tre secondi, vengono creati ifile di backup. Riaccendendo il PLC si ha il trasferimento inverso(con priorità sul PIN 2).

BACKUP.OBJ Contiene l’intero proramma utente

BACKUP.IOM Canali da D20000 a D32767 (impostazioni moduli speciali)

BACKUP.STD Contiene Setup PLC, I/O Table, Routing Table

BACKUPIO.IOR Aree CIO, WR, HR, AR, CNT, TIM.

BACKUPDM.IOM Canali da D00000 a D19999

BACKUPxx.PRM Dati relativi a moduli specifici

BACKUPEx.IOM Canali del banco Ex

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Memory card / CX-Programmer

• CX-Programmer dispone di un menù completo per la gestionedei file per la Memory Card

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