Производственная и пожарная автоматика / Shishov - Tekhnologii promishlennoy avtomatizatsii 2007

ков и в дальнейшем при создании собственно программы Вы сможете использовать лишь допустимые диапазоны адресов. Кроме этого указание процессорного модуля позволит при компиляции программы создавать загружаемый код с учетом конкретного распределения памяти, допустимых диапазонов переменных и других ресурсов.

Описание переменных и способов доступа к ним осуществляется в редакторе переменных. Программа может содержать следующие базовые типы объектов:

•переменные;

•константы;

•комментарии;

•функциональные блоки.

Как правило, поддерживаются такие типы переменных как двоичные, целые, вещественные и с плавающей запятой. Типы констант соответствуют основным типам переменных.

Любой переменной могут быть присвоены следующие атрибуты:

•Public – глобальная переменная, может использоваться всеми программами проекта;

•Network – переменная доступна другим участникам сетевого обмена.

По отношению к входам и выходам контроллера переменные могут иметь признак:

• Input – входная переменная, логически соединенная с входом контролле-

ра;

•Output – выходная переменная, логически соединенная с выходом (выходами) контроллера.

•типы переменных, связанные с работой конкретных функциональных узлов, например, таймерные.

По умолчанию менеджер проекта предлагает переменным системные имена, которые указывают на конкретный тип переменной и ее адрес подключения в контроллере, но пользователь может называть переменные собственными символьными именами. Редактор переменных позволяет создавать символьную таблицу, с помощью которой устанавливается соответствие между физическими адресами переменных и присваиваемыми им символьными именами.

Менеджер программ содержит листы программ, выполняет обычные операции над файлами этих программ. Программа (основной блок) может состоять из множества функциональных блоков, находящихся друг с другом в определенных отношениях, образующих иерархическое дерево. Функциональные блоки могут активизироваться при запуске системы, выполняться в каждом цикле работы контроллера или активизироваться лишь при выполнении тех или иных условий.

Собственно программирование осуществляется с помощью специального графического редактора. При этом пользователь с помощью мыши устанавливает элементы программы в поле программы, соединяет их связями, присваивает связям имена переменных. Имена могут непосредственно назначаться в

50

поле программы или вызываться из списков символьной таблицы. Все шаги по составлению программы записываются в файл-сценарий, благодаря чему можно производить откат к предыдущему состоянию (Undo) и возврат к правкам (Redo). Редактор может включать разметку поля, масштабировать изображение, автоматически изменяет изображение указателя мыши в зависимости от типа операции.

Обычно редакторы построены так, чтобы «подталкивать» программиста использовать принцип иерархического проектирования – создавать программы в виде отдельных функциональных блоков. Этот механизм является инструментом для облегчения разработки и улучшения «читабельности» программы, когда конкретный функциональный блок (для других языков – подпрограмма) полностью описывают управление выделенной частью технологического процесса.

Вредакторах может быть предусмотрен механизм вызова внешних процедур, написанных на других языках, таких как ассемблер, С, Pascal.

Менеджер программ содержит листы программ, выполняет обычные операции над файлами этих программ. Программа (основной блок) может состоять из множества функциональных блоков, находящихся друг с другом в определенных отношениях, образующих иерархическое дерево. Функциональные блоки могут активизироваться при запуске системы, выполняться в каждом цикле работы контроллера или активизироваться лишь при выполнении тех или иных условий.

После создания программы ее необходимо отладить. Для этого блок отладки системы подготовки программного обеспечения содержит:

•загрузчик программ;

•сетевой драйвер;

•средства осциллографирования;

•средства удаленной отладки.

Впроцессе отладки можно осуществлять оперативный мониторинг процесса, осциллографирование (наблюдение на экране монитора) любых переменных в реальном времени, подбор параметров регулирования, исправление и мгновенную перекомпиляцию проекта, доступ к любой справочной информации об объекте.

Готовый проект компилируется, после чего полученный код системы исполнения загружается в контроллер. Многие системы программирования являются независимыми по отношению к аппаратной платформе целевого контроллера, поэтому в своем составе они содержат специальный инвариантный компилятор, который использует информацию об аппаратной платформе контроллера и его конфигурации.

Водних случаях программа в контроллер может загружаться, по каналу последовательной связи, в других с помощью внешне программируемой микросхемы (специального блока) памяти. В загружаемый код автоматически встраивается драйвер сетевого обмена, который обеспечивает мониторинг и отладку.

51

Приведем несколько примеров пакетов для создания программного обеспечения контроллеров.

Система ULTRALOGIC предназначена для разработки программ промышленных контроллеров с помощью простых инструментальных средств, используя в качестве языка программирования язык функциональных блоковых диаграмм. ULTRALOGIC представляет собой интегрированный комплекс программ в операционной среде DOS или Windows и включает в себя графические средства, компиляторы, средства интерактивного диалога, настройки и отладки проектов. ULTRALOGIC функционирует на IBM PC совместимом компьютере, с помощью которого может производиться и отладка программы на объекте. Пакет позволяет осуществлять оперативный мониторинг процесса, осциллографирование любых переменных в реальном времени, простой подбор параметров регулирования, быстрое исправление и мгновенную перекомпиляцию проекта, удаленную отладку, доступ к любой справочной информации об объекте

Программирование контроллеров серии S-200 SIMATIC фирмы Siemens осуществляется с помощью программного пакета STEP7-Micro/WIN. Построенный на базе «оконной» технологии он существенно облегчает процесс программирования в формах представления STL («список команд») или LAD («контактный план»). SТЕР7 Мiсго/Win позволяет выполнять все операции по конфигурированию и параметрированию контроллеров, а также решать вопросы конфигурирования и программирования сетей, устройств человекомашинного интерфейса. Применяется стандартизированная система команд.

Фирма Omron представляет пакет автоматизации CX, который содержит программные средства настройки, программирования, запуска, наблюдения и обслуживания для всех своих контроллеров.

Для работы с контроллерами Quantum фирмой Шнайдер Электрик создан программный пакет Concept. Это современный инструмент для ОС Windows, предоставляющий единую многоязыковую среду для программирования систем управления. Используя знакомые стандартные редакторы в одном приложении, пользователи могут создавать и интегрировать подпрограммы управления, коммуникаций и диагностики.

Concept дает программисту возможность создавать библиотеки производных функциональных блоков, или DFB, которые можно многократно использовать в прикладной программе. Эти блоки могут создаваться при помощи языков функциональных блок-схем (FBD), релейной логики (LАD), структурированного текста (STL) или списка инструкций (IL). В случае, если какой-то алгоритм или участок логики, например, логики запуска двигателя, нужно изменить, то программисту нужно будет сделать изменение только один раз.

К основным характеристикам пакета Concept можно отнести следующее:

•легко доступные интерфейсы, возможность повторного использования программ, мощные функции поиска, продвинутые графические редакторы и контекстная помощь, упрощающие программирование, документирование и поддержку системы;

52

•наличие обширнейших библиотек функциональных блоков, сгруппированных по типам. Помимо групп блоков, соответствующих стандарту МЭК, таких, как элементы логики, таймеры, счетчики и т. д., существуют группы элементов для регулирования, нечеткого управления, системной конфигурации и диагностики, коммуникаций и т. д.;

•мощные функции поиска, позволяющие искать переменные, обнаруживать ошибки и определять неиспользованные переменные;

•возможность создания элементарных функциональных блоков или EFB, при помощи языка C для наиболее сложных алгоритмов и приложений;

•программный эмулятор работы контроллера, позволяющий производить отладку программ без подключения к реальному контроллеру;

•поддержка языка релейной логики 984 и наличие конвертера для импорта программ, написанных на языке Modsoft – основного средства разработки программ для контроллеров предыдущего поколения;

•возможность локального и удаленного программирования с использова-

нием интерфейсов Modbus, Modbus Plus и TCP/IP Ethernet.

Необходимо выделить возможности программного обеспечения Concept в режиме горячего резервирования:

•Программирование в режиме "он-лайн" без останова контроллера.

•Внесение изменений в программу основного контроллера без остановки.

•Возможность обновления операционной системы в основном и резервном контроллерах без прерывания процесса.

Для контроллеров серии WAGO-I/O-SYSTEM фирма WAGO предоставляет созданный ею инструмент для программирования WAGO-I/О-PRO. С помощью него осуществляется и отладка системы – он позволяет визуализировать состояния входов и выходов. Программное обеспечение просто в установке и не требует для своей работы подключения к промышленной сети. Пакет работает в ОРС-стандарте.

10. ВЫБОР КОНТРОЛЛЕРОВ

Выбор рационального для каждой конкретной задачи ПЛК является важным для любого заказчика. В то же время определение наилучшего ПЛК из всей их совокупности, имеющейся на рынке, является далеко не однозначной и не простой задачей, поскольку оно должно учитывать все свойства автоматизируемого объекта, удовлетворять поставленным требованиям к системе контроля

иуправления, находить некий рациональный компромисс между различными противоречивыми критериями (мощность, надежность, открытость, стоимость

ит.д.).

Большинству потребителей требуется не превосходство одной какой-то характеристики, а некая интегральная оценка, позволяющая сравнить ПЛК по совокупности характеристик и свойств. Рассмотрим методику формирования такой оценки.

Учитывая специфику устройств, критерии оценки можно разделить на три группы (рис. 1.27):

53

•технические характеристики;

•эксплуатационные характеристики;

•потребительские свойства.

Р и с. 1.27. Классификация критериев выбора ПЛК.

При этом критериями выбора считать потребительские свойства, т.е. соотношение показателей затраты/производительность/надежность, а техниче-

54

ские и эксплуатационные характеристики ограничениями для процедуры выбора.

Кроме того, необходимо разделить характеристики на прямые – для которых положительным результатом является её увеличение (на рисунке обозначены – "*" ) и обратные – для которых положительным результатом является её уменьшение (на рисунке обозначены – "**").

Так как характеристики между собой конфликтны, т.е. улучшение одной характеристики почти всегда приводит к ухудшению другой, необходимо для каждой характеристики Ki определить весовой коэффициент ai, учитывающий степень влияния данной характеристики на полезность устройства.

Терминология и состав критериев оценки ПЛК приведены в соответствии с основными положениями квалиметрии и стандартами качества (ГОСТ 15467-79). Выбор аппаратуры производится в четыре этапа:

•определение соответствия технических характеристик предъявленным требованиям;

•определение соответствия эксплуатационных характеристик предъявленным требованиям;

•оценка потребительских свойств выбираемой аппаратуры;

•ранжирование изделий.

На первом этапе каждая техническая характеристика анализируемого изделия сравнивается с предъявленными к проектируемой системе требованиями, и если данная характеристика не удовлетворяет этим требованиям, изделие снимается с рассмотрения.

Такой же анализ проводится на втором этапе с эксплуатационными характеристиками, и только если технические и эксплуатационные характеристики соответствуют поставленной задаче и предъявленным требованиям, проводится оценка потребительских свойств ПЛК.

Для этого используется аддитивный метод оценки, когда суммарная оценка каждого свойства вычисляется по формуле:

где Ki, Kj – прямая и обратная характеристики выбираемого изде-

лия;

Ki^, Kj^ – соответствующие характеристики аналога; ai, aj – весовые коэффициенты характеристик;

n, m – количество прямых и обратных характеристик.

Даже если не пользоваться рассмотренной методикой для формирования количественных оценок критериев выбора она полезна предложенной

55

структуризацией и классификацией параметров ПЛК участвующих в их выборе.

11. СОВРЕМЕННЫЙ РЫНОК КОНТРОЛЛЕРНЫХ СРЕДСТВ

Основные производители данной продукции: ABB (распространяющая также контроллерные средства фирм Baily Controls и Gartman & Braun), Beckhoff, Foxboro, Groupe Schneider, Emerson, General Electric Fanuc Automation,

Foxboro, Honeywell, Коуо Electronics, Tornado, Triconex, PEP, Trey, Control Microsystems, GF Power Controls Metso Automation, Moore Products, Omron, Rockwell Automation, Siemens, Yokogawa, Schneider Automation, VIPA, ICP DAS, Schneider Electric, Mitsubishi и др.

С зарубежными производителями в разных классах контроллерных средств конкурирует большое число российских предприятий: "Автоматика", ДЭП, "ВЕГА", "Волмаг", "ДЭП", "Завод электроники и механики", "ЗЭИМ Инжиниринг", "Интеравтоматика", "НВТ Автоматика", "ПИК ЗЕБРА", "РИУС", "Реалтайм", "Системотехника", "Трей", "Эмикон", "Импульс", "Инсист Автоматика", "Интеравтоматика", "Квантор", НИИтеплоприбор, "НВТ-Автоматика", ПИК "Прогресс", "Саргон", "Системотехника", ТЕКОН, "Электромеханика", ЭМИКОН и др.).

Контроллеры, выпускаемые различными фирмами, в подавляющем большинстве случаев весьма похожи друг на друга. Отчасти это, конечно, может быть связано и с тем, что каждый производитель старается перенять любое удачное решение фирмы-конкурента. Но главной и основной причиной такой схожести является понимание производителей, что работать они должны в рамках общепринятых стандартов и соглашений. Только при соблюдении этого условия их продукция будет максимально широко использоваться и будет конкурентоспособной. Стандарты и соглашения касаются самых разнообразных сторон этой области – речь идет и о языках программирования контроллеров, драйверов их сетевого обмена, электрической и конструктивной совместимости и т. д.

Для того чтобы сложилось достаточно полное представление обо всем классе этих устройств, достаточно детально познакомимся с отдельными его представителями.

11.1РЫНОК ЗАРУБЕЖНЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ

11.1.1Одноплатные встраиваемые IBM PC совместимые

контроллеры

56

Данный класс контроллеров представлен достаточно широко. Рассмотрим лишь один пример, достаточно полно иллюстрирующий подходы к их созданию.

Рассмотрим параметры и характеристики IBM PC совместимого бескорпусного одноплатного контроллера CPU 188-5, выпускаемого фирмой Fastwel. На рис. 1.28 показан его внешний вид, на рис. 1.29 условно демонстрируется состав его компонентов.

Рис. 1.28. Внешний вид контроллера CPU 188-5

57