Основные функции инструментальных пакетов проектирования промышленных систем автоматизации и управления (на примерах инструментального пакета step7 или любого иного).
Пакет прикладных программ – это комплекс программ, предназначенный для решения задач определенного класса (функциональная подсистема, бизнес-приложение).
Различают следующие типы ППП:
общего назначения (универсальные);
метод-ориентированные;
проблемно-ориентированные;
глобальных сетей;
организации (администрирования) вычислительного процесса.
STEP 7 – это базовый пакет программ, включающий в свой состав весь спектр инструментальных средств, необходимых для программирования и эксплуатации систем управления, построенных на основе систем автоматизации SIMATIC S7/C7/WinAC. Отличительной особенностью пакета STEP 7 является возможность разработки комплексных проектов автоматизации, базирующихся на использовании множества программируемых контроллеров, промышленных компьютеров, устройств и систем человеко-машинного интерфейса, устройств распределенного ввода-вывода, сетевых структур промышленной связи. Ограничения на разработку таких проектов накладываются только функциональными возможностями программаторов или компьютеров, на которых инсталлирован STEP 7.
Основные функции STEP 7:
Конфигурирование и определение параметров настройки аппаратуры;
Конфигурирование систем промышленной связи и настройку параметров передачи данных;
Программирование, тестирование, отладка и запуск программ отдельных систем автоматизации, а также их локальное или дистанционное обслуживание;
Документирование и архивирование данных проекта;
Функции оперативного управления и диагностирования аппаратуры.
Все перечисленные функции поддерживаются мощной системой интерактивной помощи. STEP 7 обеспечивает параллельное выполнение работ по одному проекту несколькими разработчиками. Единственным ограничением при этом является невозможность одновременной записи данных несколькими разработчиками.
Кроме того из этого редактора доступны функции системной диагностики, которые позволяет определить текущее состояние программируемого контроллера, а также выявить любые дефекты в модулях. Подробная информация о дефекте может быть вызвана двойным нажатием кнопки мыши на изображение модуля. Объем и вид этой информации определяются типом модуля.
22. Для микроконтроллеров К1816ВЕ51 или ST7, STM8, STM32 поясните и продемонстрируйте примерами ввода и вывода данных в параллельном и последовательном кодах, возможности программирования операций с отдельными разрядами портов.
Системное и прикладное программное обеспечение магистрально-модульных систем.
Основным способом организации МПС является магистрально-модульный (23.1): все устройства, включая и микропроцессор, представляются в виде модулей, которые соединяются между собой общей магистралью. Обмен информацией по магистрали удовлетворяет требованиям некоторого общего интерфейса, установленного для магистрали данного типа. Каждый модульподключается к магистрали посредством специальных интерфейсных схем.
Рис. 23.1. Магистрально-модульный принцип построения микропроцессорной системы
Магистрально-модульные системы – это один из методов организации систем автоматизации. ММСА состоят из одного или нескольких электронных блоков, механически объединённых в одном каркасе - крейте, и общей шины – магистра- ли. Магистраль - это совокупность электрических проводников, соединяющих различные блоки (модули) системы автоматизации. Обмен данными между модулями происходит через магистраль. Управляющим устройством – «хозяином» магистрали является специальный модуль – контроллер (рис. 1.). Он выполняет все процедуры по адресации остальных устройств, их чтению/записи, обработке запросов и т.п. В некоторых специфических случаях на магистрали могут устанавливаться несколько контроллеров, которые могут брать на себя управление магистралью. Очень часто контроллер является «интеллектуальным» и содержит процессор. Тогда часть функций управляющей ЭВМ, как например, работа с конкретными модулями, передаётся ему. Для подключения к управляющей ЭВМ контроллер содержит интерфейсный узел. Физическое соединение, обеспечивающее связь с ЭВМ, выполняется посредством какой-либо стандартной линии связи/шины: Ethernet, CANbus, RS-232, либо нестандартной. ЭВМ Линия связи ЭВМ/крейт контроллер Крейт Модули Магистраль Рис. 1. Устройство Магистрально-модульной сис- темы автоматизации Основным достоинством магистрально-модульных систем автоматизации является их гибкость: имея набор модулей можно организовывать различные варианты контрольно- измерительных систем, при необходимости можно быстро внести измерения в конфигурацию оборудования: добавить модули, произвести замену и т.д.
В любой магистрально-модульной системы, можно выделить основные элементы: крейт, модули, магистраль
Крейт (или корзина) – это механический каркас, в который устанавливаются модули, кроме этого, в крейте располагаются: магистраль, блок питания, система охлаждения. В случае большой системы автоматизации, с множеством измерительных приборов уста- новленных в нескольких крейтах, они (крейты) могут быть смонтированы в специальную стойку.
Модули – это электронные блоки, выполняющие различные функции: измерение, гене- рация сигналов, хранение информации, преобразование сигналов и др. Модули устанавливаются в крейт и подключается к магистрали.
Магистраль - это совокупность электрических проводников, соединяющих различные модули системы автоматизации. В устройстве магистрали можно выделить несколько шин.
Шина – это набор электрических проводников сгруппированных по функциональному назначению. В общем случае, можно выделить следующие типы шин: шина адреса, шина данных, шина команд, шина состояния, шина управления, шина арбитража, шины прерывания [2].
Шины адреса – предназначена для выбора модуля установленного в крейт. Выбор мо-дуля (или адресация) может выполняться различными способами: двоичное кодирование, географическая адресация и т.п. В системах PXIe, используемых в практикуме, поддержи- вается географическая (позиционная) адресация – каждому месту в крейте отводится от- дельная сигнальная линия.
Шина данных – предназначена для передачи данных. Чаще всего, разрядность шины (количество проводников сгруппированных в шину) кратна байту: 8, 16, 24, 32 разряда. В результате, за один такт, по шине могут быть переданы, соответственно: 1, 2, 3, 4 байта. Для уменьшения общего количества проводников в шине, шина адреса и шина данных могут выполняться мультиплексированными – т.е. одни и те же линии используются как для посылки адреса, так и для данных, но посылки разнесены по времени, фиксация мо- ментов (стробирование), когда происходит передача адреса, а когда данных происходит по сигналам на шине управления.
Шина команд – используется для управления операциями на магистрали. По шине пе- редаются команды модулям, например: произвести чтение, выдать данные, начать работу и т.п. Полный список команд, выполняемых модулем определяется стандартом, в котором выполнена система автоматизации.
Шина состояния – используется для передачи данных о результате выполнения опера- ций каким-либо модулем, например: модуль закончил работу, при работе модуля возникла ошибка, модуль готов к работе и т.д. Все вышеперечисленные шины: шина команд, шина данных, шина адреса, шина со- стояния могут быть мультиплексированы, (т.е. по одним и тем же линиям передаются ад- рес, данные, команды, состояние). Мультиплексирование может быть частичным: адрес – данные мультиплексированы, а шина команд и состояния – выполняются отдельными линиями. Наличие мультиплексированных шин на магистрали характерно для современных стандартов систем автоматизации: cPCI, PXI, PXIe. 3 Шина управления – предназначена для синхронизации работы модулей или передачи информации. В состав шины управления могут входить: линии стробирования (по этим линиям передаются сигналы разделяющие адрес, данные, и т.д. на мультиплексированных шинах), тактовые линии (по ним передаются сигналы постоянной формы и частоты, чаще всего прямоугольный меандр, подаваемые на все модули одновременно для синхронизации работы модулей во времени), линии сброса и очистки (по ним передаются сигналы модулям перейти в начальное состояние).
Шина арбитража – предназначена для того, чтобы реализовать модулям доступ к магистрали в соответствии с приоритетом. Расстановка приоритета на доступ к магистрали необходима, например, чтобы не образовалось два или более модулей пытающихся по од- ним и тем же линиям передавать данные, если возникнет такое состояние, то данные будут потеряны.
Шина прерываний – предназначена для того чтобы определить, что модуль запрашивает обработку какого-либо события: закончено измерение, требуются данные, и т.д. Все вышеперечисленные шины не обязательно должны присутствовать в магистрально- модульной системе. Их наличие или отсутствие, а так же способ реализации: разрядность, мультиплексированы или нет, и т. д. определяется спецификацией на систему.
Программы работы МПС размещаются в модулях постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и оперативных запоминающих устройств (ОЗУ).