Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации, страница 8

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ ПЛКРазработка программного обеспечения ПЛКПрограммирование ПЛК осуществляется на этапе разработки и внедрениясистемы АСУ ТП. Тем не менее, необходимость изменения программы в ПЛКвозникает регулярно иногда и непредвиденно. Поэтому, написана она должнабыть так, чтобы любой человек, а не только её автор мог в ней быстро разобратьсяи оперативно внести необходимые доработки.39Говорить о том, что программы написаны для ПЛК, не вполне корректно[18]. Все программы написаны человеком и предназначены для чтения человеком.Любые инструменты программирования дают в конечном итоге микропроцессоруинструкции в его машинных кодах. Для него нет разницы, на каком языке написана программа.

То есть, говоря о различных характеристиках языков программирования, имеют в виду их способность эффективно выражать мысли программиста.В семидесятых годах прошлого века появилось множество языков для программирования ПЛК, ориентированных в первую очередь не на программистов, ана специалистов-технологов.

В конце семидесятых годов сложилась крайне сложная ситуация. Каждый изготовитель ПЛК разрабатывал собственный язык программирования, поэтому ПЛК разных производителей были программно несовместимы, кроме того, существовала проблема аппаратной несовместимости. Замена ПЛК на продукт другого изготовителя превратилась в огромную проблему.Покупатель ПЛК был вынужден использовать изделия только одной фирмы либотратить силы на изучение разных языков и средства на приобретение соответствующих инструментов.В итоге в 1979 году в рамках Международной Электротехнической Комиссии(МЭК) была создана специальная группа технических экспертов по проблемамПЛК. Ей была поставлена задача – выработать стандартные требования к аппаратным средствам, программному обеспечению, правилам монтажа, тестирования, документирования и средствам связи ПЛК.

В 1982 году был опубликованпервый черновой вариант стандарта, который получил наименование МЭК 1131.Ввиду сложности получившегося документа, было решено разбить его на несколько частей. После перехода в 1997 году на пяти цифровые обозначения, в настоящее время выделяют следующие части стандарта МЭК 61131 [19]:• МЭК 61131-1. Программируемые контроллеры. Часть первая. Общая информация. В Российской Федерации на базе этого стандарта разработанГОСТ Р 51840–2001.• МЭК 61131-2. Программируемые контроллеры.

Часть вторая. Требованияк оборудованию и испытаниям (ГОСТ Р 51841–2001).• МЭК 61131-3. Программируемые контроллеры. Часть третья. Языки программирования.• МЭК 61131-4. Программируемые контроллеры. Часть четвёртая. Руководства для пользователя.• МЭК 61131-5. Программируемые контроллеры. Часть пятая.

Техническиехарактеристики средств обмена сообщениями.40• МЭК 61131-7. Программируемые контроллеры. Часть седьмая. Программирование нечёткого управления.• МЭК 61131-8. Программируемые контроллеры. Часть восьмая. Руководства по применению и реализации языков программирования.Шестая часть, МЭК 61131-6, зарезервирована для возможного использованияв будущем.Вопросам программирования посвящена третья часть стандарта «Языки программирования ПЛК». Рабочей группой МЭК было принято достаточно оригинальное решение.

Из всего многообразия существовавших на момент разработкистандарта языков программирования ПЛК были выделены пять языков, получивших наибольшее распространение. Спецификации языков были доработаны, такчто стало возможным использовать в программах написанных на любом из этихязыков стандартизованный набор элементов и типов данных. Такой подход МЭКне раз подвергался критике, но время доказало правильность этого решения. Реализация подобного подхода позволила привлечь к программированию одного итого же ПЛК специалистов различных областей знаний (и что особенно важно –различной квалификации): специалистов по релейной автоматике (и даже электриков), программирующих в LD, специалистов в области полупроводниковойсхемотехники и автоматического регулирования для которых привычен языкFBD, программистов, имеющих опыт написания программ для компьютеров наязыке ассемблера (ему соответствует язык IL для ПЛК), на языках высокого уровня (язык ST), даже далекие от программирования специалисты-технологи получили свой инструмент программирования – язык SFC.

Хотя внедрение МЭК системпрограммирования и не позволило полностью отказаться от услуг профессиональных программистов (впрочем такая цель и не ставилась), но зато позволилоснизить требования к квалификации и соответственно затраты на оплату трудапрограммистов ПЛК.Стандартизация языков позволила (по крайней мере, частично) решить проблему зависимости пользователя ПЛК от конкретного изготовителя. Все современные ПЛК оснащаются средствами МЭК 61131-3 программирования, что упрощает работу пользователям контроллеров (можно использовать ПЛК различныхфирм без затрат на переучивание) и одновременно снимает ряд проблем для изготовителей ПЛК (можно использовать компоненты ПЛК других изготовителей).Следует отметить, что некоторые старейшие изготовители ПЛК до сих пор вынуждены поддерживать свои собственные языки (системы программирования), однако все они, в той ли иной форме, стремятся обеспечить поддержку МЭК 611313.

Стандарт существенно расширил возможности на рынке труда специалиста, занимающегося программированием ПЛК. Подобно тому, как автомеханик, имею41щий стандартный набор инструментов, может браться за ремонт любого узла(кроме нестандартных) машины любой фирмы, так и специалист, изучивший языки МЭК 61131-3 сможет разобраться с программой любого современного ПЛК.Это позволило уменьшить как зависимость фирмы от специалиста попрограммированию ПЛК, так и специалиста от фирмы.Еще одним важным положительным результатом стандартизации языковявилась возможность специализации изготовителей ПЛК как на производстве аппаратных средств ПЛК, так и на производстве средств программирования ПЛК.Результаты такой специализации хорошо видны на примере индустрии персональных компьютеров: существуют компании выпускающие высококлассные аппаратные средства, они умеют делать это лучше других и не испытывают необходимости выпускать программное обеспечение, в то же время на рынке программных средств есть свои лидеры, вооруженные опытом и имеющимися у них технологиями.

Благодаря стандартизации обеспечивается совместимость и в результатепользователь может свободно выбрать лучшие продукты как из аппаратных, так ииз программных средств.Принципы функционирования ПЛКЕстественно, при программировании контроллеров программист долженопираться на определённую функциональную структуру ПЛК (с учётом конкретной конфигурации) и принципы организации его работы. Требования к функциональности ПЛК определены в первой части стандарта МЭК 61131 [20].Далее рассматриваются основные свойства ПЛК, которые должны учитываться пользователем при разработке программного обеспечения ПЛК.Области памяти ПЛКВ большинстве ПЛК выделяют три типа памяти:• загрузочная память используется для хранения программы и начальныхзначений данных.

Загрузочная память чаще всего выполняется энергонезависимой (РПЗУ, EEPROM, FLASH). Часто загрузочная память выполняется в виде отдельной карты памяти, объём которой зависит от конкретных потребностей пользователя;• рабочая память используется для размещения рабочей программы и данных во время исполнения программы;• системная память содержит такие элементы памяти как области отображения входов и выходов технологического процесса (образа технологическогопроцесса), внутренняя память, доступная программисту, в т.ч.

память с побитовым доступом (флаги), таймеры и счётчики.42Если проводить аналогию с обычной ЭВМ, то загрузочная память соответствует жёсткому диску, рабочая память – оперативной памяти ЭВМ. А вот системная память – это особенность программируемых контроллеров. Её появление неразрывно связано с рабочим циклом ПЛК.Рабочий цикл ПЛКОбмен данными между ПЛК и управляемым технологическим процессом(датчиками и исполнительными механизмами) является неотъемлемой частьюАСУ ТП.

Поэтому в большинстве ПЛК операция опроса состояния входов и установки нужных значений на выходах реализуется системным программным обеспечением ПЛК и не требует никаких усилий со стороны программиста. Такиепрограммируемые контроллеры работают по методу периодического опроса входных данных. Именно на такую модель опирается стандарт МЭК 61131-3.Рабочий цикл ПЛК включает четыре фазы [18]:• опрос входов;• выполнение пользовательской программы;• установку значений выходов;• некоторые вспомогательные операции (диагностика, подготовка данныхдля отладчика, сетевой обмен и т.д).Прикладная программа имеет дело с одномоментной копией значений входов.

Внутри одного цикла выполнения программы, значения входов можно считать константами. Такая модель упрощает анализ и программирование сложныхалгоритмов. Очевидно, что время реакции ПЛК на изменение значения на входебудет зависеть от времени выполнения одной итерации прикладной программы –одного цикла ПЛК.Такая организация работы ПЛК обеспечивает:• неизменность входных переменных в течение рабочего цикла;• гарантированное время постоянства значений на выходных каналах контроллера (изменение не чаще чем один раз в рабочий цикл);• возможность оценивать и управлять длительностью рабочего цикла всегоприложения.Для доступа программиста к значениям на входах и выходах ПЛК выделяются специальные области памяти. Чаще всего, это либо две области: область памяти входов и область памяти выходов, либо четыре: области памяти дискретных ианалоговых входов и области памяти дискретных и аналоговых выходов.