BRESIMAR(asaTek)-Beckhoff-Nota Aplicação TwinCAT 2-13 NOVRAM

Beckhoff TwinCAT
The Windows Control and Automation Technology
NOTA DE APLICAÇÃO 13
Princípios básicos de utilização da NOVRAM em
PCembedded - CX e IPC´s
BRESIMAR (asaTek)
e-mail j.andril@bresimar.pt
B-NA13(v1.3)
Outubro/2018

Bresimar Automação, S.A.
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
Índice
1. Introdução 2
2. NOVRAM – Memoria RAM não volátil 2
3. Visão geral dos dispositivos com NOVRAM 3
3.1. Vantagens e desvantagens da NOVRAM 4
4. Arquivo de dados na NOVRAM por FB 4
4.1. Descrição da FB (“FB_NovRamReadWriteEx”) 8
5. Arquivo de dados na NOVRAM com System Manager 10
6. Terminal NOVRAM - EL6080 14
6.1. Acesso cíclico 14
.
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
1 – Introdução
Todos os sistemas BECKHOFF tem a capacidade de guardar e manter dados quando
ocorre uma falha de energia. Em muitas aplicações de automação necessitamos que alguns
dados (ex. parâmetros de máquina, receitas com tabelas de teste, etc.) não sejam perdidos
quando ocorrem cortes de energia e consequentemente a alimentação elétrica da CPU.
Após o reativar do sistema esses dados serão recuperados. Esses armazenamentos podem
ser feitos de diversas maneiras, dependendo dos dados que pretendemos armazenar, da sua
quantidade e que tipo de sistema BECKHOFF estamos a utilizar. Um tipo de memória, não
volátil, é designado por NOVRAM e é utilizado em alguns dispositivos da BECKHOFF.
Esta nota de aplicação aborda e descreve esse tipo de armazenamento de dados em memória
não volátil.
O acrónimo NOVRAM significa “Non-Volatile Random Access Memory”. O que
significa que é um tipo de memória que pode guardar dados como uma memória ROM
(conserva os dados mesmo que haja um corte de energia) mas com a possibilidade,
ilimitada, de escrita de dados (ao contrario da ROM).
Os dados salvaguardados são escritos, numa primeira fase, em RAM pelo TwinCAT
e depois automaticamente copiados para a NOVRAM, em caso de corte da alimentação
elétrica. Um condensador, integrado no sistema da NOVRAM, permite a energia suficiente
para essa operação.
O sistema BECKHOFF, que este documento técnico utilizou, foi um PC embedded
CX9010 com NOVRAM integrada. Foi utilizada, também, a livraria TxIoFunctions.lib e
que deverá ser instalada no seu editor de programa TwinCAT.
2 – NOVRAM – Memória RAM não volátil
A memória NOVRAM, usada como backup de dados, é uma memória que pode
armazenar dados com um número ilimitado de gravações. Quando o código é executado o
PLC escreve ciclicamente na memória de trabalho RAM. Quando ocorre um corte de
energia ao sistema, estes dados são perdidos. Para podermos manter esses dados ou outros
teremos de escreve-los e copia-los para a NOVRAM. O sentido dos dados RAM versus
NOVRAM será tanto de escrita como de leitura (cópia dos dados da NOVRAM para a
RAM). Esses ciclos de leitura e escrita podem ser controlados pelo PLC usando Funções
Bloco ou usando variáveis ligadas no System Manager.
Quando utilizamos a Função Bloco, para arquivar os dados, podemos despoletar a
ordem de escrita através de um evento digital ou através de eventos temporais cíclicos. É
de alertar que as tarefas de escrita “roubam” processamento à CPU. Para evitar e aligeirar
esse processamento é recomendado não guardar grandes quantidades de dados de uma só
vez. Devemos dividi-los em blocos mais pequenos, espaçar os eventos temporais de escrita
e se possível usar diferentes instâncias da Função Bloco.
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
O Programa do PLC não é guardado na NOVRAM, mas sim em ficheiro residente
na placa de memória (Flash Memory …/TwinCAT/ Boot/) que possui o Sistema Operativo
do CX.
3 – Visão geral dos dispositivos com NOVRAM
A tabela em baixo mostra as diferentes memórias internas disponíveis para os vários
modelos CX, bem como a memória extra disponível para os PC´s Industriais da
BECKHOFF.
Sistemas BECKHOFF Descrição Tamanho da NOVRAM
PCe
CX80xx Não tem NOVRAM (UPS/1s) 1 M byte
CX90xx (CX9020 *) CPU com NOVRAM integrada 128 K byte
CX10xx NOVRAM separada (CX1100-000x **) 8 K byte
CX50xx Não tem NOVRAM (UPS/1s) 1 M byte
CX20xx CPU com NOVRAM integrada 128 K byte
PC
PCI Card Fieldbus FC3101-002 Profibus DP 32 K byte
FC3102-002 Profibus DP
FC5101-002 CANopen
FC5102-002 CANopen
FC5201-002 DeviceNet
FC5202-002 DeviceNet
Mini PCI Card Fieldbus
(encomendado com os
C692x,CP62xx,CP66xx)
FC3151-002 Profibus DP
FC5151-002 CANopen
FC5251-002 DeviceNet
FC7551-002 Sercos
128 K byte
Panel PC
CP67xx-0020 C9900-R229 256 K byte
CP77xx-0020 C9900-R229 256 K byte
CP62xx,CP64xx,CP65xx, C9900-R230
128 K byte
CP67xx,CP71xx,CP72xx, C9900-R231
256 K byte
CP77xx
C9900-R232
512 K byte
Mini PCI Card Fieldbus
(encomendado com a
CP72xx)
FC3151-002 Profibus DP
FC5151-002 CANopen
FC5251-002 DeviceNet
FC7551-002 Sercos
128 K byte
Terminal
EL6080 Terminal EtherCAT com NOVRAM 128 K byte
* Tem opção de UPS/1s [CX9020-U900] , ** [CX1100-000x] = Fonte de Alimentação
1 kbyte = 1024 byte
Exemplo: 32 K byte = 32768 byte => 16384 word (tamanho, 16 bits)
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
3.1 – Vantagens e desvantagens da NOVRAM
Vantagens:
É fácil de usar.
Existem Funções Bloco para o seu manuseamento.
Não necessita de alimentação por bateria.
Desvantagens:
Tamanho limitado de memória.
Os dados não podem ser editados fora do programa do PLC o que é uma
desvantagem na gestão de receitas.
A sobrecarga de processamento na CPU é muito alta, se gravarmos
grandes quantidades de dados de uma só vez na NOVRAM. Neste caso a
melhor solução é usar diversas instâncias da Função Bloco, com eventos
separados.
Seguem-se dois exemplos de como podemos gravar dados na NOVRAM. No
primeiro exemplo usaremos uma Função Bloco disponibilizada pela BECKHOFF e no
segundo caso iremos usar a ligação dos dados diretamente a variáveis alocadas à
NOVRAM, usando o System Manager.
4 – Arquivo de dados na NOVRAM por FB
A biblioteca com as Funções Bloco de manuseamento da NOVRAM
(TcIoFunctions.lib) pertence às livrarias, sem custo, quando da instalação do TwinCAT.
As Funções Bloco utilizadas dependem do sistema (CPU) BECKHOFF que está ou vai
utilizar na sua aplicação. Na tabela, em baixo, indicamos as Funções Bloco a utilizar em
cada CPU.
Seleção da CPU Função Bloco a utilizar Versão do TwinCAT
Cartas FCxxx
FB_NovRAMReadWrite TwinCAT v2.8.0 Build > 722
CX com Intel (x86)
CX com ARM
Cartas FCxxx
CX com Intel (x86)
CX com ARM
FB_NovRAMReadWriteEx TwinCAT v2.10.0 Build > 1231
O programa exemplo, em anexo, foi criado para um PCe CX9010 com processador
ARM e o TwinCAT V2.10. Por esse motivo a Função Bloco a ser usada deve ser a FB
NovRAMReadWriteEx .
Inicie um novo projeto, no editor TwinCAT Control. De seguida vá para a pasta
Resources e instale na subpasta Library Manager a livraria TcIoFunctions.Lib.
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
Clique na pasta Library Manager. Clique na parte branca da janela em que aparece
a livraria Standard.lib. De seguida, com a tecla direita do rato, escolha o comando
Additional Library. Agora escolha a biblioteca TcIoFunctions.
Uma vez esta biblioteca adicionada ao seu projeto poderá dar inicio a construção do
seu programa no TwinCAT PLC Control.
No programa exemplo o programa principal MAIN foi feito em ST – Structured Text
e o programa NovramProg em FBD – Function Block Diagram
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
No programa NovRamProg adicione uma Box e selecione a instrução AND, que se
encontra dentro da Box que colocou. De seguida clique na tecla função F2. Surgirá a janela
de Input Assistant que irá permitir escolher a Função Bloco.
Selecione a Função Bloco FB_NovRamReadWriteEx e clique de seguida em OK.
A instância da Função Bloco irá ser declarada com o nome NovRam_Re_Wr_EX.
Digite esse nome em cima da caixa da Função Bloco e de seguida faça Enter. Declare a
variável clicando em OK.
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
Agora, a Função Bloco é declarada como mostra a figura em baixo.
De seguida inicie o configurador System Manager.
Faça uma ligação ao hardware existente (ex. CX9010) usando o System Manager.
Clique na pasta NOV/DP-RAM e de seguida na subpasta General. Verifique qual o Id que
foi atribuído a este Device (no ex. 3). Este Nº vai ser utilizado na variável de entrada nDevId
da Função Bloco, utilizada no projeto do TwinCAT Control.
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
4.1 – Descrição da Função Bloco FB_NovRamReadWriteEx
Descrições das variáveis de entrada da Função Bloco FB_NovRamReadWriteEx:
VAR INPUT Tipo dado Descrição
nDevId UDINT Device ID da NOVRAM, lido do System Manager
bRead BOOL Ativa a leitura da NOVRAM (flanco ascendente)
bWrite BOOL Ativa a escrita na NOVRAN (flanco ascendente)
cbSrcLen UDINT Quantidade de dados (byte) a ser escrito na NOVRAM
cbDestLen UDINT Quantidade de dados (byte) a ser escrito da NOVRAM
pSrcAddr UDINT Endereço do POINTER que aponta o início do buffer de dados a serem gravados
na NOVRAM. O endereço do ponteiro é obtido com o comando ADR().
pDestAddr UDINT Endereço do POINTER que aponta o início do buffer de dados a serem lidos da
NOVRAM. O endereço do ponteiro é obtido com o comando ADR().
nReadOffs UDINT Offset da área de memória de leitura da NOVRAM
nWriteOffs UDINT Offset da área de memória da escrita na NOVRAM
tTimeOut TIME Tempo limite para execução do FB
Descrições das variáveis de saída da Função Bloco FB_NovRamReadWriteEx:
VAR INPUT Tipo dado Descrição
bBusy BOOL Bit que indica que a FB está em execução (leitura ou escrita)
bError BOOL Bit de indicação de erro
bErrId UDINT Código do erro em caso do bit bError está a TRUE (“ADS_Return_Codes”)
cbRead UDINT Nº de bytes lidos corretamente
cbWrite UDINT Nº de bytes escritos corretamente
Voltando para o Editor de programa TwinCAT Control podemos de uma maneira
prática colocar todos os dados, de e para a memoria NOVRAM, em uma estrutura de dados.
Sendo assim, apenas um bloco de função é usado. Essa estrutura de dados será constituída
por diversos tipos de dados e será tratado como uma variável. Poderá parametrizar
individualmente cada uma das variáveis dessa estrutura.
Para declarar essa estrutura de dados deverá recorrer à pasta Data Types e de seguida
clique com a tecla direita do rato e selecione Add Objects. De seguida dê o nome, a essa
estrutura de dados, de DataToFromNovRam. Essa estrutura é constituída por diversos tipos
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
de dados como a
figura mostra.
O próximo
passo é a criação de
uma instância da
estrutura, dando-lhe
um nome, para que
ela possa ser
utilizada na FB.
Também declaramos as variáveis de leitura/escrita, como mostra o exemplo seguinte.
A instrução SIZEOF calcula automaticamente o tamanho da estrutura de dados, em
nº de bytes. A alternativa é indicar um número fixo do comprimento de dados, a serem
enviados ou lidos.
A instrução ADR é usada para indicar o endereço absoluto, na memória do programa,
onde a estrutura é colocada (endereço do inicio da estrutura de dados). É este endereço que
a Função Bloco utiliza para ler ou escrever os dados da NOVRAM.
Podemos escrever os dados através eventos cíclicos (colocando um bloco
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
temporizador cíclico) ou por evento (através da transição ascendente da variável
bNovramWrite).
A leitura de dados da NOVRAM deverá ser feita por evento com uma condição ligada
(bNovramRead) á variável de entrada da FB bRead. Na transição positiva, desta variável
booleana, os dados serão lidos da NOVRAM para a estrutura de dados.
Caso queiramos, no arranque do sistema, inicializarmos o nosso automatismo com
parâmetros anteriormente guardados na NOVRAM podemos utilizar um bit do sistema
(FirstCycle pertencente a estrutura de sistema SystemTaskInfoArr[1] ).
NOTA: Cada variável booleana (1 bit), colocada na estrutura de dados, ocupa 1 byte de
memória.
5 – Arquivo de dados na NOVRAM com System Manager
Abra o System Manager e ligue-se, através de um varrimento ao hardware que tem
no seu equipamento (ex. CX9010).
Selecione o Device 3 que corresponde á memoria NOVRAM. Abra a subpasta
Generic DPRAM e ative a propriedade Auto Init linked PLC Outputs. Esta propriedade
vai permitir recuperar e atualizar, após o corte de energia a CPU, as variáveis do programa
do PLC e guardadas na NOVRAM.
Não deverá modificar os endereços e o tamanho indicado pelo System Manager.
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
“Export Data to Disk”: Arquiva o conteúdo atual dos dados, guardados na NOVRAM,
em um ficheiro do tipo XML no seu disco duro ou Flash.
“Import Data from Disk”: Lê os dados, anteriormente guardados em ficheiro XML e
coloca-os na memória NOVRAM. Podemos utiliza-los como “receitas” com parâmetros
de máquina e copia-los para diversos equipamentos iguais.
A exportação e importação destes ficheiros XML só é possível em Modo CONFIG
(cor azul do icon do TwinCAT) do System Manager.
No projeto editado no TwinCAT PLC Control e apresentado de seguida, iremos criar
uma nova estrutura seguindo os procedimentos anteriormente explicados neste documento
técnico. Esta estrutura irá ser anexada à memória NOVRAM:
A estrutura deverá, obrigatoriamente, ser declarada com um endereço absoluto (AT
%Q*) para posteriormente podermos linkar, no System Manager, à NOVRAM.
Abrindo o System Manager e na pasta PLC Configuration clique com a tecla direita
do rato. De seguida selecione o comando Append PLC project e escolha o ficheiro *.tpy
do seu projeto.
Este ficheiro (*.tpy) estará localizado na pasta onde arquivou o programa executado,
no editor TwinCAT PLC Control. Ele será criado depois da sua compilação (Rebuil All).
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
De seguida iremos linkar, no System Manager, a estrutura a memoria NOVRAM.
Abra a pasta Device 3 (NOV/DP-RAM) e selecione Outputs. Com a tecla direita do seu rato
selecione o comando Insert Variables.
Selecione a estrutura de dados DataToFromNovram
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
Caso queira linkar ou alterar a variável poderá usar o comando Change Link.
Escolha a estrutura de dados criada no editor de programa TwinCAT PLC Control e
clique em OK.
Com este procedimento garante retentividade dos dados guardados na NOVRAM.
Estes dados são guardados ciclicamente na NOVRAM e serão recuperados, os últimos
dados guardados na NOVRAM, após o download do projeto ou falha de energia. Em ambos
os casos será usada a mesma estrutura de dados ToFromNovRam.
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
6 – Terminal de NOVRAM - EL6080
O terminal EtherCAT EL6080 possui memoria não volátil NOVRAM com
capacidade máxima de 128k byte. Podemos guardar neste terminal parâmetros de máquina
ou receitas. Os dados são armazenados em memoria RAM quando o terminal se encontra
alimentado eletricamente. Estes dados podem ser lidos e escritos ilimitadamente. No
evento de uma falha de alimentação elétrica um buffer interno alimenta o bloco NOVRAM
até todo o conteúdo interno da RAM seja guardado na NOVRAM.
O acesso à memoria do EL6080 suporta dois métodos e que são os seguintes:
Acesso cíclico gerado por uma tarefa com o Control Word
Acesso acíclico via SDO “Service Data Object” / CoE “Can Over Ethernet”
O tempo de acesso depende, em ambos os casos, do tamanho dos dados que
manuseamos e teremos de verificar sempre a consistência de dados.
6.1 – Acesso cíclico
Este método permite ao utilizador definir uma tabela de dados máxima de 1280 bytes
que podem ser escritos ciclicamente para o terminal. É gerida uma tabela inteira não sendo
possível gerir um único item dessa tabela. A tabela tem de ser simétrica, o que corresponde
a ter o mesmo tamanho nas entradas e saídas do terminal e deverá ser constituído por um
nº inteiro de bytes (não é permitida a utilização de bits ou composição de estruturas).
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
A arquitetura de I/O da carta EL6080 possui 1 word de controlo [CW-Control] e uma
word de estado [SW-Status]. É através da word de controlo (CW.0 – bit 0) que damos
ordem de escrita dos dados, ciclicamente, a arquivar na NOVRAM EL6080. O estado da
execução dessa tarefa é reportado através da word de Status (SW.0 – bit 0).
Quando o terminal EL6080 arranca (inicializa) as variáveis guardadas estão
disponíveis nas entradas do terminal (%I*). O terminal EL6080 pode guardar dados
associados às suas saídas (%Q*). A solicitação de dados guardados faz-se através da word
de Control e Status. Vários ciclos podem ser necessários para escrever essas variáveis,
dependendo dos tamanhos dos dados e do tempo de ciclo.
A sequência do ciclo de operação com handshake deverá ser o seguinte:
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13 – Princípios básicos de utilização da NOVRAM
1º Passo: Coloque a TRUE a variável de Control (bit0 do Control Word)
2º Passo: A variável de Status confirmará a escrita de dados (bit0 do Status Word)
3º Passo: Coloque a FALSE a variável de Control (bit0 do ControlWord)
4º Passo: Aguarde até que a variável de Status (bit0 do Status Word) passe a FALSE
A partir desta sequência o terminal EL6080 está pronto para novo ciclo de escrita.
O tempo de ciclo de escrita de dados está dependente do nº de dados (Ex. 20 byte´s
200µS, 1250 byte´s 2,5mS).
NOTA: Se as variáveis de Input e Output do terminal EL6080 forem criadas com
tamanhos diferentes o terminal entra em modo falha (passa de modo “PREOP” para modo
falha “SAFEOP”) e é reportado um erro com o Working Counter => 1. Se são criadas mais
de 1280 bytes para salvar no terminal EL6080 o terminal entra também em falha (“Invalid
SM In/Out Cfg”).
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