Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации, страница 9

Тогдарабочий цикл ПЛК можно представить следующим образом (рис. 2.8).43Входные дискретные и аналоговые сигналы обрабатываются модулями дискретного ввода (Discrete Input, DI) и аналогового ввода (Analog Input, AI) и в видедвоичного кода записываются в области памяти входов (первая фаза).Во время исполнения программы (вторая фаза) используются данные изовсех областей памяти. В результате исполнения программы рассчитываются новые значения внутренних переменных, а также значения, которые должны бытьустановлены на выходах контроллера.

Рассчитанные значения размещаются в соответствующих областях памяти (см. рис. 2.8).Во время третьей фазы цифровые значения из областей выходов пересылаются в модули дискретного вывода (Discrete Output, DO) и аналогового вывода(Analog Output, AO) соответственно, модули преобразуют их в соответствующиезначения тока или напряжения на своих выходах.Четвёртая фаза используется, например, для обмена данными по сети.ПЛКПамять данных1 фазаDIDIDIОбластьдискретныхвходовAIAIAIОбластьаналоговыхвходов3 фазаDODODOОбластьдискретныхвыходовAOAOAOОбластьаналоговыхвыходов2 фазаПрограммаобработкиданныхВнутренниепеременныепрограммы4 фазаАдаптерсетевогоинтерфейсаDI – модули дискретного ввода; AI – модули аналогового ввода;DO – модули дискретного вывода; AO – модули аналогового вывода8.Рис.

2.8. Информационные потоки в структуре ПЛК и фазы рабочего цикла44Способы исполнения рабочего цикла ПЛКНекоторые ПЛК позволяют настраивать способ исполнения рабочего цикла:• циклический – новый цикл начинается сразу по окончании последнегоцикла (рис. 2.9, а);• периодический – программист задаёт минимальную длительность циклаПЛК. Если последний цикл завершился раньше заданного времени, то начало нового цикла задерживается до тех пор, пока не пройдёт установленная длительность цикла (рис. 2.9, б).вспом.опер.исполнениепрограммыуст-каопросвспом.опер.исполнениепрограммы3 циклуст-каопросисполнениепрограммывспом.опер.2 циклуст-каопрос1 циклtа) циклическое исполнениеTMINTMINвспом.опер.исполнениепрограммыуст-каопросвспом.опер.исполнениепрограммы3 циклуст-каопросуст-каисполнениепрограммы2 циклвспом.опер.опрос1 циклtTMINб) периодическое исполнение9.Рис.

2.9. Способы исполнения рабочего цикла ПЛКНекоторые программируемые контроллеры поддерживают «параллельное»выполнение нескольких программ (многозадачный режим). При этом, посколькуодновременное выполнение нескольких программ (задач) на одном процессореневозможно, имеется однозначно определённая структура приоритетов этих программ. Чаще всего такой многозадачный режим реализуется следующим образом.Основная программа с низшим приоритетом исполняется циклически илипериодически. Периодическая программа с более высоким приоритетом исполняется периодически, прерывая основную. При этом длительность исполнения периодической программы должна быть в несколько раз меньше чем длительностьпериода.

Кроме того, имеется ряд программ с более высокими приоритетами, которые вызываются при возникновении какого-то события (прерывания)(рис. 2.10). Событиями могут быть как аппаратные сигналы (например, неисправ45ность модуля ввода-вывода), так и программные (срабатывание сторожевого таймера при превышении максимальной длительности рабочего цикла контроллера).tпериодtпериодtпериодtпериодОбработкапрерыванийПериодическаяпрограммаОсновнаяпрограммаtсобытие 11 цикл10.2 циклсобытие 23 цикл4 циклРис.

2.10. Многозадачный режим исполнения рабочего цикла ПЛКРаспределённый ввод/выводКоличество модулей расширения, подключаемых на одну шину с модулемцентрального процессора, ограничено электрическими характеристиками системной шины. Для того чтобы подключить большее количество модулей используются технологии удалённого и распределённого ввода/вывода (такую терминологию использует компания Schneider Electric).

Дополнительные модули вводавывода подключаются к специальному модулю – станции расширения, котораяопрашивает подключенные к ней модули ввода-вывода и обменивается информацией с модулем центрального процессора по последовательному интерфейсу(рис. 2.11). При этом модули, подключаемые на одну шину с модулем центрального процессора, называются локальным вводом-выводом.Главная особенность удалённого ввода-вывода − использование закрытогостандарта для организации интерфейса между ПЛК и станцией расширения.

Поэтому его характеристики могут весьма сильно отличаться для разных фирмпроизводителей. Например, контроллеры Siemens серии S7-300 используют паруинтерфейсных модулей (ИМ, рис. 2.11) со встроенным кабелем связи длиной дочетырёх метров. Платформа Quantum компании Schneider Electric предлагает использование специальных модулей для организации удалённого ввода-вывода нарасстоянии до 800 метров (Remote I/O). Платформа Premium компании SchneiderElectric вообще не использует интерфейсные модули. Для того чтобы организовать удалённый ввод-вывод предлагается использовать специальные расширяемые рейки с разъёмами расширения шины, кабель (до 12 метров) и терминаторыдля нормализации волновых сопротивлений на концах шины.46Для организации удалённого ввода-вывода некоторые производители предлагают использовать интерфейс программирования ПЛК, встроенный в модульцентрального процессора.В/ВВ/ВВ/ВИМСАИМВ/ВВ/ВВ/ВВ/ВЦПВ/ВУдалённыйввод-выводЛокальныйввод-выводИнтерфейс удалённого ввода-вывода(закрытый стандарт)В/ВВ/ВВ/ВВ/ВККПромышленная сеть(открытый стандарт)В/ВВ/ВВ/ВВ/ВККРаспределённыйввод-выводИМ – интерфейсный модуль, СА – сетевой адаптер,КК – коммуникационный контроллер11.Рис.

2.11. Варианты организации распределённого ввода-выводаПри распределённом вводе-выводе для организации связи используетсястандартная промышленная сеть. В этом случае в качестве станции расширениявыступает коммуникационный контроллер (КК, рис. 2.11), который обеспечиваетподдержку протокола промышленной сети.Обмен данными между модулем центрального процессора имодулями ввода-выводаПри организации обмена данными между узлами ПЛК используются те жепринципы, что и в ЭВМ с шинной организацией [21]. Центральный процессор подуправлением операционной системы опрашивает входы ПЛК, размещает полученные данные в специальных областях, исполняет программу и передаёт новыезначения на выходы ПЛК.Каждый модуль ввода-вывода, входящий в состав ПЛК, есть не что иное, какпериферийное устройство, конкретные характеристики и способы работы с которым задаются на этапе конфигурирования контроллера.

Обмен данными с периферийными устройствами осуществляется с помощью портов ввода-вывода.47Каждому модулю ввода-вывода назначается свой уникальный диапазон портов ввода-вывода. Таким образом, центральный процессор ПЛК может обратитьсяк любому модулю ввода-вывода с запросом на чтение (модули ввода) или записиданных (модули вывода).В состав каждого модуля входит один или несколько регистров данных – локальная память модуля. При обращении к модулю ввода-вывода центральныйпроцессор передаёт по шине адреса адрес соответствующего порта ввода-вывода,а по шине управления – тип операции (чтение из порта или запись в порт). Данные передаются по шине данных.Таким образом, центральный процессор и модули ввода-вывода работаютасинхронно: модули ввода непрерывно опрашивают свои входы, постоянноподдерживая в актуальном состоянии локальную память модуля, а центральныйпроцессор периодически считывает значения из локальной памяти каждого модуля ввода во время фазы опроса входов (первая фаза рабочего цикла ПЛК).

Модуливывода постоянно удерживают на выходах значения из своей локальной памяти.Поэтому, как только значение локальной памяти модуля вывода изменяется центральным процессором во время фазы установки выходов (третья фаза рабочегоцикла ПЛК), на выходах модуля вывода устанавливаются новые значения.Режимы работы ПЛКВ каждый момент времени ПЛК находится в одном из состояний [22]:• выключен (OFF);• останов (STOP);• запуск или рестарт (STARTUP);• выполнение (RUN);• неисправность (ERROR).В состоянии «выключен» ПЛК находится при отсутствии напряжения питания. После включения питания контроллер переходит в состояние «останов».В состоянии «останов» ПЛК проверяет, существуют ли фактически всесконфигурированные модули, и устанавливает выходы в предварительно определённое начальное состояние.