- Виды программного обеспечения
Лекция 4
Виды программного обеспечения (контактный план, язык Graph)
Парадигмы управления современной техникой.
Парадигма управления «программирование в контактном плане» (программы на языке лестничных диаграмм)
Программа представляет из себя электрическую схему, принятую в европейской и американской традиции, которая состоит из таких элементов, как:
o - нормально разомкнутый ключ (нормально открытый контакт) (две вертикальные линии, например, I 124.5 (Input) - РИСУНОК 16) означает, что в неактивном состоянии (записанный в памяти логический 0, или сигнал логического нуля) контакты данного ключа разомкнуты, иначе (когда логическая 1) – контакты замкнуты.
o - нормально замкнутый ключ (I 124.1 – РИСУНОК 16). Внешний вид аналогичен нормально разомкнутому ключу, однако изображение перечёркнуто (в случае логического 0 контакты замкнуты, в случае логической 1 – разомкнуты).
o - выходная катушка (например, q124.0 – РИСУНОК 16). В случае записи 1, она выдаётся в бит памяти, или на внешние контакты контроллера. Если через катушку протекает ток в бит памяти или выходную линию, записывается логическая 1, иначе – логический 0.
o - выходная катушка с триггером, например, М01 в первой сети программы (РИСУНОК 16). Символ S означает, что катушка оснащена S-триггером (Set – установка в единицу). Также установка может быть в 0; в этом случае тип катушки – R (Reset).
Рекомендуемые материалы
o - элемент инверсии (not во второй сети – РИСУНОК 16).
o - элемент выделения импульса (восходящего фронта)
o - элемент P в первой сети – РИСУНОК 16. Требует для организации своей работы бит памяти (М00). Данный бит памяти нигде в программе более использоваться не должен. В случае нисходящего фронта, элемент обозначается буквой N.
Данные элементы в случае возникновения изменения входного сигнала формируют кратковременный импульс на выходе.
Рисунок 16 - Программа логических функций в контрактном плане
Ряд более функциональных элементов, таких как: таймеры, счётчики, элементы арифметических операций и т.д.
Шина-источник виртуальной электроэнергии- вертикальная линия, расположенная на самом левом краю схемы.
Линия-приёмник электроэнергии – линия, расположенная на крайнем правом краю схемы (на рисунке 16 не показана, т.к. ряд систем программирования её не отображают).
Программа организована в виде совокупности независимых и исполняемых параллельно друг другу сетей. Название это (сеть) следует из математической терминологии, т.е. ориентированный граф выделенным набором входов и выходов, таким образом, используемые сети имеют 1 или несколько входов и несколько выходов (рисунок 16). На рисунке 16 также показана работа симулятора данной программы: зелёным цветом выделены линии, по которым протекает сигнал логической 1, а синим пунктиром – логического 0. В том случае, если существует замкнутый путь для виртуальной электрической энергии между шиной-источником и шиной-приёмником протекает «электрический ток» (логическая 1), который приводит к записи 1 в выходной катушке, которая в сети может быть только одна. В программе применяются следующие аббревиатуры данных:
I – Input – сигнал, приходящий с клеммной колодки ПЛК
M- memory – сигнал с бита данных
Q – quit – сигнал выходной катушки (выходной клеммной колодки ПЛК), а также
PIW – peripheral input word - сигнал, получаемый АЦП ПЛК
PQW – peripheral quit word - сигнал, передаваемый на ЦАП ПЛК
Следует отметить, что схема, приведённая на рисунке 16 является ПРОГРАММОЙ, которую в дальнейшей пошагово исполняет ПЛК. Однако, небольшая скорость исполнения процессов управления даёт возможность рассматривать исполнение сетей программы как параллельное.
Примеры программ на сайте http//kardashdi.narod.ru – СРС!!!!
Используются в ПЛК, в умном доме, в автоматизации помещений (европейский стандарт, широкое применение)
Парадигма автоматного программирования. При этой парадигме программа создаётся в виде Сети Петри, состоящей из множества состояний (места), содержащих в себе указания исполняемых действий в том случае, если в данном элементе находится фишка исполнения и переходов, которые показывают направление переходов между местами.
Рисунок 18 - Пример сети Петри.
Рисунок 19 - Программная реализация Сети Петри на языке Graph.
Множество мест или состояний программы задано в виде набора S1-S2-S3. Каждому состоянию соответствует момент действий (таблица, связанная с вершиной), в которой описывают действия (S – установка в 1, R – установка в 0, N – формирование среза, P – фронта и т.д.) над битами памяти или выходными линиями, например: на первом шагу будет установлен бит M0.1 –первый бит нулевого байта. Нумерация идёт с нуля. На втором шаге бит М0.1 сбрасывается, а бит М0.2 – устанавливается.
Условия переключения активности с одного состояния на другое задаётся переходами Т1-Т2-Т3, которые, в отличие от классической Сети Петри, имеют дополнительные входы разрешения перехода, на которые подаётся сигнал, разрешающий проход фишки через переход (например, в том случае, если фишка находится в состоянии С1 и на вход Input 124.0 приходит сигнал логической 1, переход Т2 открывается, и фишка переходит с С1 на С2) (см. рисунок 19).
Способы построения систем обработки данных (СОД)
2 способа:
- с использованием аналогового мультиплексирования (см. рисунок 20)
- с использованием цифрового мультиплексирования (см. рисунок 21)
Рисунок 20 – аналоговое мультиплексирование. Рисунок 21 – цифровое мультиплексирование
1 СОД – аналоговый мультиплексор
При аналоговом мультиплексировании поступающие аналоговые сигналы подаются на единственное АЦП через аналоговый мультиплексор.
Преимуществом данной системы является то, что требуется только 1 АЦП.
Недостатками являются зависимость схемы от характеристик аналогового мультиплексора и низкая производительность данной СОД за счёт того, что в каждый момент времени измерение идёт лишь по одному каналу.
Несмотря на недостатки, данная СОД является более наиболее популярной.
2 СОД – СОД с использованием цифрового мультиплексора
Предполагает наличие нескольких АЦП, по одному на каждый измеряемый канал. Сигналы от АЦП через цифровой мультиплексор передаются на управляющий микроконтроллер.
Преимущества:
1. Высокая скорость работы за счёт того, что в каждый момент времени идёт обработка информации одновременно по всем каналам
2. Отсутствует зависимость от характеристик мультиплексора, потому что происходит переключение цифровых сигналов.
Недостаток: Высокие аппаратные затраты на реализацию набора АЦП
Временные характеристики канала аналогового входа/выхода
1. Время преобразования информации по одному каналу
2. Количество каналов
3. Время установления адреса канала
4. Время переключения ключа (мультиплексора) зависит от типа ключа, типа СОД и типа подключенной нагрузки в виде источника информации, её ёмкости
5. Время осуществления контроля и диагностики канала. По тем или иным характеристикам снятой информации мы можем судить о тех или иных событиях нарушения в источниках информации. Например, равенство 0, или равенство максимальному значению = короткое замыкание на землю, или на напряжение питания, высокий уровень помех обычно соответствует обрыву земляной шины, и т.д.
Обратите внимание на лекцию "3. Математический аппарат принятия решений".
Временные характеристики выходной линии
Рисунок 22 - Переходной процесс установления выходного значения.
На рисунке Ti – время между T1 и T2- время, затрачиваемое на установку параметров ЦАП.
Ts – время между T2 и T3 – время установления параметра, т.е. время, за которое затухают возникающие после переключения ЦАП колебания выходного сигнала.
