Как работает механический таймер розетка sys tec
Таймеры и триггеры CODESYS. Еще один шаг Arduino к классическому ПЛК
Случается программировать контроллеры (ПЛК) в среде CODESYS. Все, кто имел дело с этой системой, знают, что в любом проекте присутствует библиотека Standard.lib, в которой реализованы базовые таймеры, триггеры, счетчики и некоторое кол-во других функций и функциональных блоков. Многие из этих блоков постоянно используются в программах для ПЛК. А сама библиотека, как и языки программирования CODESYS, является воплощением стандарта IEC 61131-3, т.е. призвана помочь при программировании классических ПЛК задач.
Одна из особенностей программ для ПЛК в том, что основной цикл программы должен выполняться без существенных задержек, в нем не должно быть внутренних циклов с неопределенным временем выхода или синхронных вызовов «задумчивых» функций, особенно это касается коммуникаций по медленным каналам. Обновление входных и выходным образов процесса происходит только на границе основного цикла, и чем дольше мы будем «сидеть» внутри одной итерации цикла, тем меньше мы будет знать о реальном состоянии объекта управления, в конечном итоге сработает watchdog переполнения времени выполнения цикла. Многие могут мне возразить, сказав, что современные ПЛК многозначны, есть с поддержкой аппаратных прерываний. Согласен, но разговор о таких системах не входит в мои планы, я же хочу поговорить о (квази, псевдо — выбирайте) ПЛК однозадачной реализации (без прерываний) на базе микропроцессорной платформы Arduino, в котором есть только один основной цикл. Кстати, не лишним будет сказать, что на написание данной заметки меня сподвигла статья Ардуино-совместимый ПЛК CONTROLLINO, часть 1 о попытке аппаратного воплощения Arduino в пром. ПЛК.
Несколько слов об Arduino. С точки зрения программиста ПЛК, Arduino — это типичный контроллер с одним очень быстрым или, наоборот, очень медленным циклом loop(). На время выполнения цикла не накладывается никаких ограничений, и он может отработать и один, и бесконечное кол-во раз — по замыслу программиста. Когда программа проста и сводится к выполнению последовательных операций, регуляторов, без параллельных событий, то достаточно чередовать операции бесконечными вложенными циклами проверки условий и синхронными задержками типа delay(). Последовательные шаги такой программы будут выполняться буквально построчно, просто и логично. Но, как только возникает необходимость в программировании параллельных операций, необходимо менять парадигму программы.
В однозадачной системе добиться видимой параллельности можно только очень быстрым последовательным сканированием параллельных состояний, не задерживаясь подолгу на каждом вызове функции или проверке условия. С физическими входами-выходами проблем нет, функции отрабатывают достаточно быстро, а вот delay() становится неоправданным тормозом. И вот тут на смену приходят неблокирующие таймеры, те самые, которые в программировании ПЛК являются классикой. Суть в том, что для их работы используется миллисекундный счетчик времени, и все действия привязаны к значениям этого глобального счетчика.
А теперь давайте вспомним ту самую Standard.lib из CODESYS. В ней как раз реализованы МЭК-овские неблокирующие таймеры. Я взял ее за основу и портировал функции таймеров и триггеров в библиотечный код Arduino (С++). Т.е. попытался приблизить Arduino к классическому ПЛК.
Ниже я приведу краткое описание портированных функциональных блоков (FB) CODESYS и их аналоги в моей библиотеке plcStandardLib, все временные диаграммы верны для новой библиотеки Arduino. Подробнее описание исходных блоков можно посмотреть, например, в русскоязычной справке по CODESYS.
TON — функциональный блок «таймер с задержкой включения»
Входы IN и PT типов BOOL и TIME соответственно. Выходы Q и ET аналогично типов BOOL и TIME. Пока IN равен FALSE, выход Q = FALSE, выход ET = 0. Как только IN становится TRUE, начинается отсчет времени (в миллисекундах) на выходе ET до значения, равного PT. Далее счетчик не увеличивается. Q равен TRUE, когда IN равен TRUE, а ET равен PT, иначе FALSE. Таким
образом, выход Q устанавливается с задержкой PT от фронта входа IN.
В Arduino IDE:
Временная диаграмма работы TON:
TOF — функциональный блок «таймер с задержкой выключения»
Входы IN и PT типов BOOL и TIME соответственно. Выходы Q и ET аналогично типов BOOL и TIME. Если IN равен TRUE, то выход Q = TRUE и выход ET = 0. Как только IN переходит в FALSE, начинается отсчет времени (в миллисекундах) на выходе ET. При достижении заданной длительности отсчет останавливается. Выход Q равен FALSE, если IN равен FALSE и ET равен PT, иначе — TRUE. Таким образом, выход Q сбрасывается с задержкой PT от спада входа IN.
В Arduino IDE:
Очень похоже на TON, для краткости:
Временная диаграмма работы TOF:
TP — функциональный блок «импульс-таймер»
Входы IN и PT типов BOOL и TIME соответственно. Выходы Q и ET аналогично типов BOOL и TIME. Пока IN равен FALSE, выход Q = FALSE, выход ET = 0. При переходе IN в TRUE выход Q устанавливается в TRUE и таймер начинает отсчет времени (в миллисекундах) на выходе ET до достижения длительности, заданной PT. Далее счетчик не увеличивается. Таким образом, выход Q генерирует импульс длительностью PT по фронту входа IN.
В Arduino IDE:
Очень похоже на TON, для краткости:
Временная диаграмма работы TP:
R_TRIG — функциональный блок «дeтектор фронта»
Функциональный блок R_TRIG генерирует импульс по переднему фронту входного сигнала. Выход Q равен FALSE до тех пор, пока вход CLK равен FALSE. Как только CLK получает значение TRUE, Q устанавливается в TRUE. При следующем вызове функционального блока выход сбрасывается в FALSE. Таким образом, блок выдает единичный импульс при каждом переходе CLK из FALSE в TRUE.
Пример CODEDESYS на языке ST:
В Arduino IDE:
F_TRIG — функциональный блок «дeтектор спада»
Функциональный блок F_TRIG генерирует импульс по заднему фронту входного сигнала.
Выход Q равен FALSE до тех пор, пока вход CLK равен TRUE. Как только CLK получает значение FALSE, Q устанавливается в TRUE. При следующем вызове функционального блока выход сбрасывается в FALSE. Таким образом, блок выдает единичный импульс при каждом переходе CLK из TRUE в FALSE.
В Arduino IDE:
RS_TRIG — функциональный блок RS-триггер / SR_TRIG — функциональный блок SR-триггер
Переключатель с доминантой выключения, RS-триггер:
Переключатель с доминантой включения:
Входные переменные SET и RESET1 — как и выходная переменная Q1 типа BOOL.
Преимущества использования таймера
Многие дачники мечтают облегчить свой труд и высвободить свободное время благодаря автоматизации. Система капельного полива или дождевания – отличный помощник фермера, ведь ему уже не нужно поливать грядки из шланга или из ведра. Система делает это за него и гораздо лучше него.
Только вот незадача! От огорода или теплицы все равно не уйдешь далеко, систему полива нужно включать и выключать через каждые 2-3 часа! Этот насущный вопрос призван решить таймер (контроллер) автоматического полива. Достаточно однажды запрограммировать прибор, и он будет руководить поливом весь сезон, совершенно без вашего участия.
Внимание! Современными электронными таймерами можно управлять даже с мобильного телефона или с интернет-аккаунта!
Преимущества использования таймера:
- Полив ведется по точно выверенному плану. Сбоев практически не бывает.
- Установка контроллера не занимает много времени, а пользу приносит значительную.
- Есть возможность запрограммировать отдельный полив для каждого вида растений.
- У овощей, ягод или цветов формируется четкий водный режим. Они получают влагу каждый день в одно и то же время, и ровно столько, сколько им нужно. Режим способствует наилучшему росту и развитию растений.
- Экономичность. Благодаря таймеру можно уменьшить расход воды.
