Старый сайт

Вы находитесь на старом сайте ИНЭУМ. Актуальный материал смотрите на новом сайте.

Языки стандарта IEC-61131 для вычислительных комплексов на базе отечественных микропроцессоров с архитектурой SPARC

Управление технологическими процессами, как правило, осуществляется с помощью программируемых логических контроллеров (ПЛК), или Programmable Logic Controller (PLC). ПЛК – комплекс электронных и программных компонент и средств (включая модули ввода-вывода), предназначенный для выполнения логических функций (не включает в себя сенсоры, исполнительные элементы и средства взаимодействия с оператором). ПЛК пришли на смену релейно-контактным схемам управления с жесткой логикой. Программируемые контроллеры упростили схему управления технологическими процессами и обеспечили высокий уровень надежности и долговечности.

В настоящее время ПЛК широко применяются в системах управления, решая локальные задачи участка технологического процесса и обеспечивая трансляцию данных о процессе в системы диспетчерского контроля и управления.

Современные вычислительные комплексы на базе отечественных микропроцессоров с архитектурой SPARC (МЦСТ R-500S) являются достаточно миниатюрными и имеют высокую производительность, что позволяет создавать на их базе ПЛК, отвечающие всем современным требованиям по производительности, надежности и защищенности, предъявляемым к этому классу устройств.

Раньше основными средствами написания прикладных программ для ПЛК были традиционные языки, такие как C или C++, следовательно, требовалась высокая квалификация инженеров, занимавшихся данным вопросом. С целью упрощения процесса создания прикладных программ для ПЛК был разработан международный стандарт IEC 61131-3, определяющий требования к высокоуровневым языкам программирования, которые ориентированы в первую очередь на инженеров-технологов, не имеющих специальных навыков в области программирования на традиционных языках. Поддержка языков данного стандарта является необходимым компонентом любого современного ПЛК.

Стандарт IEC 61131-3 устанавливает пять языков программирования ПЛК (три графических и два текстовых) со следующими названиями:

структурированный текст (ST – Structured Text);
последовательные функциональные схемы (SFC – Sequential Function Chart);
диаграммы функциональных блоков (FBD – Function Block Diagram);
релейно-контактные схемы, или релейные диаграммы (LD – Ladder Diagram);
список инструкций (IL – Instruction List).

Языки IEC 61131-3 базируются на определённых принципах. Вся программа разбивается на множество функциональных элементов – Program Organization Units (POU), каждый из которых может состоять из функций, функциональных блоков и программ. Любой элемент IEC-программы может быть сконструирован иерархически из более простых элементов. Стандарт требует строгой типизации данных. Указание типов данных позволяет легко обнаруживать большинство ошибок в программе до ее исполнения. Имеются средства для исполнения разных фрагментов программы в разное время, с разной скоростью, а также параллельно. Для выполнения операций в определенной последовательности, которая задается моментами времени или событиями, используется специальный язык последовательных функциональных схем (SFC). Стандарт поддерживает структуры для описания разнородных данных. Например, температуру подшипников насоса, давление и состояние «включено-выключено» можно описать с помощью единой структуры «Pump» и передавать ее внутри программы как единый элемент данных. Стандарт обеспечивает совместное использование всех пяти языков, поэтому для каждого фрагмента задачи может быть выбран любой, наиболее удобный, язык. Программа, написанная для одного контроллера, может быть перенесена на любой контроллер, совместимый со стандартом IEC 61131-3.

Любой ПЛК работает в циклическом режиме. Цикл начинается со сбора данных с модулей ввода, затем исполняется программа ПЛК и оканчивается цикл выводом данных в устройства вывода. Поэтому величина контроллерного цикла зависит от времени исполнения программы и быстродействия процессорного модуля.

Процесс адаптации исполнительной части существующих средств программирования ПЛК, отвечающих стандарту IEC 61131-3, под архитектурное решение унифицированных электронных модулей процессоров, являющихся вычислительным ядром создаваемых ПЛК, включает в себя следующие этапы:

адаптация и запуск среды исполнения программ на процессорных модулях ПЛК;
разработка функциональных блоков для интерфейсов CAN, Modbus и т.д., обеспечивающих связь с удаленными модулями ввода-вывода, другими ПЛК и системами верхнего уровня;
разработка функциональных блоков для обмена данными с драйверами создаваемых унифицированных электронных модулей ввода/вывода сигналов.

На данный момент существует ряд широко известных инструментов разработки прикладных программ для ПЛК на языках стандарта IEC 61131-3, например ISaGRAF, CoDeSyS и т.д. Но в процессе адаптации таких сред разработки для ПЛК с аппаратной частью на новой, нестандартной, архитектуре может возникнуть ряд проблем. Например, отсутствие необходимых компиляторов под конкретную архитектуру или невозможность внесения изменений, требующих доступа к исходному коду определённого компонента среды. Кроме того, данные инструменты являются коммерческим продуктом и для их применения необходимо пройти процесс лицензирования, требующий больших финансовых вложений. Существует и ряд других инструментов, одним из которых является свободно-распространяемая среда с открытым исходным кодом Beremiz (www.beremiz.org). Возможность иметь доступ ко всем её компонентам и вносить любые изменения даёт преимущества для адаптации данного инструмента под конкретную аппаратную архитектуру, поэтому для написания прикладных программ на языках IEC 61131-3 для вычислительных комплексов на базе отечественных микропроцессоров с архитектурой SPARC предлагается адаптировать среду разработки Beremiz.

Подробнее... Загрузить файл (doc.)

Содержание:

Введение
Обзор Beremiz
Разработка плагинов
Обзор Cygwin
Обзор Crosstool