Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Разработка автоматизированных систем управления и систем имитационного моделирования с помощью инструментария САПР ТЕПРОЛ. Учебное пособие
.pdf
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
————————————
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Омский государственный технический университет»
П. Н. Надточий, М. И. Федосеев, Л. А. Денисова
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И СИСТЕМ ИМИТАЦИОННОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ
ИНСТРУМЕНТАРИЯ САПР ТЕПРОЛ
Учебное пособие
Омск
Издательство ОмГТУ
2021
УДК 004.896+004.94(075)
ББК 30.2-5-05я73
Н17
Рецензенты:
В. А. Мещеряков, доктор техн. наук, доцент,
проректор по информационным технологиям Сибирского государственного
автомобильно-дорожного университета (СибАДИ);
А. Г. Малютин, кандидат техн. наук, доцент,
зав. кафедрой «Автоматика и системы управления» Омского государственного
университета путей сообщения (ОмГУПС)
Надточий, П. Н.
Н17 Разработка автоматизированных систем управления и систем имитационного
моделирования с помощью инструментария САПР ТЕПРОЛ : учеб. пособие /
П. Н. Надточий, М. И. Федосеев, Л. А. Денисова ; Минобрнауки России, Ом. гос.
техн. ун-т. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2021. – 108 с. : ил.
ISBN 978-5-8149-3190-0
Рассмотрены вопросы проектирования программно-технических комплексов
автоматизированных систем с помощью системы автоматизированного проектирования ТЕПРОЛ, которая представляет собой интегрированную среду для разработки прикладного программного обеспечения контроллеров и содержит средства
для создания, редактирования, компиляции, компоновки и отладки программ.
Учебное пособие может быть использовано при освоении дисциплин «Теоретические основы автоматизированного управления», «Разработка программного
кода», «Автоматизированные системы специального назначения», «Эксплуатация
автоматизированных систем специального назначения» обучающимися по направлению 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» и специальности
09.05.01 «Применение и эксплуатация автоматизированных систем специального
назначения». Также может быть полезно для специалистов в области проектирования программно-технических комплексов автоматизированных систем.
УДК 004.896+004.94(075)
ББК 30.2-5-05я73
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
ISBN 978-5-8149-3190-0 © ОмГТУ, 2021
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................................................................................ 5
1. Основы работы с САПР ТЕПРОЛ .............................................................. 9
1.1. Общие сведения............................................................................................9
1.2. Установка, запуск и завершение работы САПР ТЕПРОЛ ..................9
1.3. Объекты функциональной схемы .......................................................... 11
1.4. Создание и редактирование функциональной схемы ....................... 16
1.5. Лабораторная работа № 1 ........................................................................ 20
Контрольные вопросы ..................................................................................... 22
2. Библиотека модулей САПР ТЕПРОЛ ...................................................... 23
2.1. Общие сведения о библиотеке алгоритмических модулей
САПР ТЕПРОЛ ......................................................................................... 23
2.2. Использование модулей САПР ТЕПРОЛ ............................................ 25
2.3. Инициализация межмодульных связей ................................................ 30
2.4. Лабораторная работа № 2 ........................................................................ 32
Контрольные вопросы ..................................................................................... 33
3. Создание пользовательских алгоблоков в САПР ТЕПРОЛ .................. 34
3.1. Понятие алгоблока в ТЕПРОЛ ............................................................... 34
3.2. Создание алгоблока в ТЕПРОЛ ............................................................. 37
3.3. Использование алгоблоков в ТЕПРОЛ ................................................ 40
3.4. Лабораторная работа № 3 ........................................................................ 42
Контрольные вопросы ..................................................................................... 44
4. Трансляция схем ТЕПРОЛ ........................................................................ 45
4.1. Режимы трансляции схем ........................................................................ 45
4.2. Особенности генерации исходного кода алгоритма
на языке Си ................................................................................................ 51
4.3. Лабораторная работа № 4 ........................................................................ 52
Контрольные вопросы ..................................................................................... 54
3
5. Использование нестандартных алгоритмических модулей
в ТЕПРОЛ .................................................................................................. 55
5.1. Особенности реализации алгоритмических модулей
на языке Си ................................................................................................. 55
5.2. Создание пользовательских алгоритмических модулей ................... 58
5.3. Лабораторная работа № 5 ........................................................................ 60
Контрольные вопросы ...................................................................................... 62
6. Создание системы автоматического регулирования
с использованием САПР ТЕПРОЛ .......................................................... 63
6.1. Система автоматического регулирования быстродействующей
редукционной установки сброса пара .................................................. 63
6.2. Лабораторная работа № 6 ........................................................................ 77
Контрольные вопросы ...................................................................................... 79
Заключение ..................................................................................................... 80
Библиографический список .......................................................................... 82
Приложение. Алгоритмические модули библиотеки САПР ТЕПРОЛ .... 84
4
ВВЕДЕНИЕ
Сложность производства на современных технологических объектах,
внедрение микропроцессорных автоматизированных систем управления
технологическими процессами (АСУ ТП) сделали актуальным разработку
и внедрение новых средств создания систем управления. Такие средства
должны обеспечить на этапе проектирования и наладки АСУ ТП возмож-
ность тестировать, корректировать и оптимизировать алгоритмы управле-
ния, что значительно упрощает настройку контроллеров соответствующих
систем на реальном оборудовании [1–3].
В состав комплекса средств автоматизации современной АСУ ТП
входят программно-технические комплексы (ПТК) низовой автоматики,
состоящие из программно-технических средств, соединенных между со-
бой, которые после загрузки рабочих программ обеспечивают выполнение
заданных алгоритмов [3–6]. При этом используется принцип модульного
построения, что позволяет спроектировать ПТК практически любого объ-
ема и сложности из заранее подготовленных фрагментов схем соединений
и рабочих программ. Исследования и экспериментальная проверка фраг-
ментов до начала изготовления ПТК позволяют ввести их в состав типо-
вых решений для проектов АСУ ТП и тем самым уменьшить объем и по-
высить качество проектных работ.
Наряду с созданием типовых схем подключения периферийных
устройств (датчиков, исполнительных механизмов) большое внимание
уделяется разработке типовых решений по программно-алгоритмической
реализации задач контроля и управления. Типовые решения формируются
на основе базового набора стандартных функций, ориентированных на
выполнение определенных задач обработки сигналов, контроля и управ-
ления.
Одним из российских производителей АСУ ТП для АЭС является
ООО «Автоматика-Э» (г. Омск) – современное инженерно-производствен-
ное предприятие, специализирующееся на решениях по созданию систем
управления, обеспечивающих повышение безопасности и эффективности
в тепловой и атомной энергетике [4–8]. На предприятии сосредоточен
5
полный цикл выпуска программно-технических комплексов на средствах
СПА-ПС (средства программируемой автоматики перестраиваемой струк-
туры) и ВЛР (выносной микропроцессорный локальный регулятор) от
разработки до изготовления и внедрения.
Техническое и программное обеспечение ПТК разработки ООО «Ав-
томатика-Э» отвечает современным российским и европейским требованиям и концепциям по безопасности и эффективности эксплуатации
[9–14] и рассматривается как российская альтернатива зарубежным программно-техническим комплексам аналогичного назначения [3].
Проектирование технологических алгоритмов и прикладного про-
граммного обеспечения (ПО) является важной составной частью разработки. В настоящее время АСУ ТП создаются на базе свободно програм-
мируемых контроллеров, предназначенных для управления технологиче-
скими процессами объектов автоматизации [15–20].
Разработка программного обеспечения контроллеров на базе средств
СПА-ПС осуществляется с помощью созданной в ООО «Автоматика-Э»
системы автоматизированного проектирования (САПР) ТЕПРОЛ, которая
представляет собой интегрированную среду для разработки прикладного
ПО контроллеров и содержит все средства для создания, редактирования,
компиляции, компоновки и отладки программ [7, 8, 20]. Средства ТЕПРОЛ позволяют вводить новые программно-алгоритмические модули
в существующий библиотечный набор, в том числе базирующиеся на ма-
тематическом аппарате современных интеллектуальных технологий, реа-
лизуя инновационные решения при проектировании автоматизированных
систем.
Компонентами АСУ ТП, реализуемыми на средствах СПА-ПС, явля-
ются следующие:
− программно-технический комплекс, представляющий собой сово-
купность специализированных средств вычислительной техники, объеди-
ненных линиями связи, а также программного обеспечения, предназна-
ченных для реализации функций приема и обработки информации и фор-
мирования управляющих воздействий;
6
− программируемый контроллер, являющийся специализированным
средством вычислительной техники, представляющим собой функцио-
нально и конструктивно законченное изделие, реализующее функции
управления технологическим объектом управления или его частью авто-
номно либо в составе ПТК.
Проектирование функциональной части и прикладного программного
обеспечения систем управления на базе средств СПА-ПС осуществляется
с помощью инструментального комплекса автоматизации проектирова-
ния. Основным элементом инструментального комплекса является техно-
логический язык программирования микропроцессорного контроллера
ТЕПРОЛ (от англ. TEchnological PROgramming Language). Технологиче-
ский язык проблемно ориентирован, служит для задания исходной ин-
формации о компонентах системы управления: задачах обработки инфор-
мации, регулирования, логического управления и т. д.
Функциональные схемы компонентов АСУ ТП описываются как
структуры взаимосвязанных вычислительных блоков. Для построения по-
добных структур предусматривается набор стандартных процедур и функ-
ций, представленных библиотекой алгоритмических модулей, охватыва-
ющей практически все элементарные задачи, решаемые в пределах АСУ
ТП, что освобождает пользователя от работы по составлению вычисли-
тельных алгоритмов.
Модулям библиотеки алгоритмов соответствуют функции на языке
программирования Си, реализующие алгоритмы и входящие в библиотеку
программных модулей технологического языка ТЕПРОЛ. По графическо-
му описанию структурной схемы производится сборка управляющей про-
граммы, причем каждому функциональному блоку по имени, указанному
в его верхнем поле, ставится в соответствие программный модуль.
Параметры настройки каждого модуля либо располагаются в элек-
трически стираемых запоминающих устройствах и могут корректировать-
ся оператором, либо автоматически подстраиваются в реальном масштабе
времени, поступая как внешние сигналы от соответствующих блоков.
Авторы настоящего пособия, являющиеся на протяжении многих лет
сотрудниками ООО «Автоматика-Э», принимали активное участие в раз-
7
работке математического и программного обеспечений контроллеров
СПА-ПС и средств их создания (включая САПР ТЕПРОЛ), а также ПТК,
поставляемых, в основном, для технологических систем проектов модер-
низации существующих АСУ ТП на АЭС [4–8, 19, 20].
В данном учебном пособии дается детальное описание САПР ТЕ-
ПРОЛ, которая предназначена для формирования прикладного программного обеспечения контроллеров СПА-ПС.
Цель учебного пособия – научить студентов использовать САПР ТЕ-
ПРОЛ для построения алгоритмов и проектирования прикладного про-
граммного обеспечения автоматизированных систем управления техноло-
гическими процессами.
8
1. ОСНОВЫ РАБОТЫ С САПР ТЕПРОЛ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.1.
САПР ТЕПРОЛ представляет собой интегрированную среду для разработки программного обеспечения контроллеров и содержит средства
для написания, редактирования, трансляции и компоновки программ.
Комплекс предоставляет следующие возможности:
− разработка, редактирование и хранение технологических алгорит-
мов в графическом представлении в виде функциональных схем с исполь-
зованием библиотеки алгоритмических модулей СПА-ПС;
− разбиение функциональных схем на страницы с получением доку-
мента в виде постраничной печати;
− редактирование библиотеки алгоритмических модулей с возможно-
стью пополнения библиотеки новыми модулями, изменения параметров
и их типов, графических изображений;
− трансляция функциональных схем с получением результирующей
программы на языке Си и развернутой диагностикой ошибок.
Компоновка функциональной схемы из блоков библиотеки алгоритмических модулей СПА-ПС обеспечивается графическим редактором,
встроенным в САПР ТЕПРОЛ. По графическому описанию функциональной схемы производится сборка управляющей программы, которая может
быть загружена в микропроцессорный контроллер.
1.2. УСТАНОВКА, ЗАПУСК И ЗАВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ САПР ТЕПРОЛ
Программное обеспечение САПР ТЕПРОЛ представляет собой исполняемый файл, набор библиотек и файлов с настроечными параметрами, расположенными в папке Teprol. Установка программного обеспече-
ния САПР ТЕПРОЛ производится простым копированием папки Teprol
в любую директорию на ПЭВМ. САПР ТЕПРОЛ предназначена для работы в 32-разрядных версиях WINDOWS. Для работы программы необходимо наличие следующих поддиректорий:
− Data\ – содержит настроечные данные для создания файлов на языке Си в различных режимах трансляции алгоритмических схем, для разных типов алгоритмических модулей;
9
− Images\ – содержит условные изображения алгоритмических модулей;
− Lib\C\ – содержит исходные тексты алгоритмических модулей;
− Lib\Incl\ – содержит описание параметров алгоритмических модулей.
Для запуска САПР ТЕПРОЛ необходимо запустить исполняемый
файл teprol.exe. После загрузки на экране появится главное окно приложе-
ния, как представлено на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Главное меню САПР ТЕПРОЛ
Работа с окнами и меню в ТЕПРОЛ ничем не отличается от работы
с другими приложениями, поддерживающими стандарты пользователь-
ского графического интерфейса WINDOWS. Все «кнопки» и «полосы
прокрутки» имеют обычный смысл.
В верхней части окна инструментального комплекса располагается
главное меню, содержащее пункты:
− «Файл» – работа с файловой системой, печать документа и выход
из программы; данный пункт является стандартным для Windows-приложений;
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]