Программные средства для ПЛК

Программные средства поддержки языков стандарта МЭК 61131-3 для программируемых логических контроллеров на базе технических средств семейства СМ1820М

Программируемые логические контроллеры семейства СМ1820М оснащены современной системой программирования стандарта МЭК 61131-3. Данная среда охватывает контроллеры, построенные на базе процессорных модулей МП-8, МП-10, MPU-MPC. В качестве базового пакета была адаптирована свободно распространяемая интегрированная среда разработки Beremiz (www.beremiz.org). Основными её компонентами являются:

• редактор для текстовых (IL и ST) и графических языков (FBD, LD, SFC) стандарта МЭК 61131-3;
• компилятор MatIEC, преобразующий логику и алгоритмы программных модулей (из которых состоит прикладная программа), описанных на языках стандарта МЭК 61131-3 в эквивалентный С код;
• механизм плагинов, позволяющий связывать внешние источники данных, такие как модули УСО (их параметры, состояния), SCADA-системы с логикой и алгоритмами программных модулей;
• средства отладки прикладной программы в режиме исполнения;
• элементы для создания человеко-машинного интерфейса управления прикладной программой.

Для пакета Beremiz разработаны и протестированы плагины для всех модулей ввода/вывода семейства СМ1820М, поддержаны основные протоколы СМ1820, а также такие протоколы как ModBus-RTU, ModBus-TCP.

Данный пакет является полноценной средой разработки для ПЛК семейства СМ1820М.

Редакторы языков стандарта МЭК 61131-3

Текстовые и графические редакторы среды Beremiz позволяют разрабатывать алгоритмы управления на технологических языках стандарта МЭК 61131-3: ST, IL, FBD, LD, SFC. Формат представления данных языков соответствует TC6 – XML Schemes (www.plcopen.org).

ST (Structured Text) представляет собой текстовый, Паскалеподобный язык программирования.

 Удобен для программ, включающих числовой анализ или сложные алгоритмы. Может использоваться в программах, в теле функции или функционального блока, а также для описания действия и перехода внутри элементов SFC.

IL (Instruction List) является aппаратно-независимым, низкоуровневым, ассемблероподобный языком.

Основа языка программирования IL, как и в случае ассемблера, это переходы по меткам и аккумулятор. В аккумулятор загружается значения переменной, а дальнейшее выполнение алгоритма представляет собой извлечение значения из аккумулятора и совершение над ним операций.

Описание программы на графическом языке FBD (Function Block Diagram) образуется из списка цепей, выполняемых последовательно сверху вниз. Цепи строятся из наборов библиотечных и пользовательских функций и функциональных блоков.

Позволяет использовать мощные алгоритмы простым вызовом функций и функциональных блоков. Замечательно подходит для небольших приложений и реализации сложных вещей подобно ПИД регуляторам.

LD (Ladder Diagram) – графический язык, основанный на принципах релейно-контактных схем (элементами релейно-контактной логики являются: контакты, обмотки реле, вертикальные и горизонтальные перемычки и др.) с возможностью использования большого количества различных функциональных блоков.

Достоинствами языка LD являются: представление программы в виде электрического потока (близко специалистам по электротехнике), наличие простых правил, использование только булевых выражений.

Графический язык SFC (Sequential Function Chart) создан на базе математического аппарата сетей Петри, описывающий последовательность состояний и условий переходов. Для создания программы используются следующие структурные элементы: шаг (и начальный шаг), переход, блок действий, прыжок и связи типа дивергенция и конвергенция.

SFC позволяет легко описывать последовательность протекания процессов в системе.

Данные языки ориентированы, в первую очередь, на инженеров-технологов, не имеющих специальных навыков в области программирования на традиционных языках, таких как С или С++.

Механизм плагинов

Среда разработки Beremiz предоставляет интерфейс, позволяющий связывать внешние источники данных, такие как модули УСО (их параметры, состояния) с программными модулями (в частности с их переменными), написанными на языках высокого уровня (МЭК 61131-3), из которых состоит прикладная программа. Интерфейс реализован с помощью механизма плагинов для модулей УСО и библиотек коммуникационных протоколов («Modbus», «SM1820-TCP» и др.).

Данный механизм представляет собой редактор настройки различных параметров (например, фильтрацию шумов сигнала или минимальное электрическое значение измеряемого сигнала) данного плагина и драйверы внешних устройств, написанные на языке C и компилируемые вместе со сгенерированным кодом проекта.

 Процесс компиляции и запуска

Сгенерированный C код и код всех используемых плагинов (как правило, драйверов модулей УСО или других источников данных на языке C) с помощью кросс-компилятора, запущенного под UNIX-подобной оболочной Cygwin, компилируется в исполняемый бинарный файл (динамическая библиотека). Ниже представлен процесс компиляции для ПЛК MPU-MPC на базе микропроцессоров SPARC.

Исполняемый бинарный файл, благодаря средствам Beremiz, может быть размещен на целевом устройстве через локальную сеть. В процессе работы он выполняет следующие действия:

• с помощью драйверов модулей УСО обменивается данными с внешними модулями;
• исполняет алгоритмы и логику, определенную пользователем в программных модулях проекта;
• приём и передача отладочной информации.

Отладка алгоритмов

После установки соединения с целевым устройством и запуском прикладной программы на выполнение, среда разработки Beremiz позволяет отслеживать и изменять значения переменных программных модулей, из которых состоит проект. Происходит визуальное представление исполнения алгоритмов, написанных на графических языках стандарта МЭК 61131-3.

 Инженер-технолог имеет возможность изменить в режиме отладки необходимые значений элементов программных модулей и отслеживать изменения соответствующих алгоритмов.

Так же есть возможность отображать в виде графика изменение значения интересующей переменной.

В итоге выработан единый, стандартизованный подход к разработке прикладных программ для программируемых логических контроллеров на базе комплекса технических средств семейства СМ1820М и соответствующие инструменты, поддерживающие высокоуровневые, технологические языки программирования стандарта МЭК 61131-3.