Принципы функционирования ПЛК

Естественно, при программировании контроллеров программист должен опираться на определённую функциональную структуру ПЛК (с учётом конкретной конфигурации) и принципы организации его работы. Требования к функциональности ПЛК определены в первой части стандарта МЭК 61131 [20].

Далее рассматриваются основные свойства ПЛК, которые должны учитываться пользователем при разработке программного обеспечения ПЛК.

Области памяти ПЛК

В большинстве ПЛК выделяют три типа памяти:

• загрузочная память используется для хранения программы и начальных значений данных. Загрузочная память чаще всего выполняется энергонезависимой (РПЗУ, EEPROM, FLASH). Часто загрузочная память выполняется в виде отдельной карты памяти, объём которой зависит от конкретных потребностей пользователя;

• рабочая память используется для размещения рабочей программы и данных во время исполнения программы;

• системная память содержит такие элементы памяти как области отображения входов и выходов технологического процесса (образа технологического процесса), внутренняя память, доступная программисту, в т.ч. память с побитовым доступом (флаги), таймеры и счётчики.

Если проводить аналогию с обычной ЭВМ, то загрузочная память соответствует жёсткому диску, рабочая память – оперативной памяти ЭВМ. А вот системная память – это особенность программируемых контроллеров. Её появление неразрывно связано с рабочим циклом ПЛК.

Рабочий цикл ПЛК

Обмен данными между ПЛК и управляемым технологическим процессом (датчиками и исполнительными механизмами) является неотъемлемой частью АСУ ТП. Поэтому в большинстве ПЛК операция опроса состояния входов и установки нужных значений на выходах реализуется системным программным обеспечением ПЛК и не требует никаких усилий со стороны программиста. Такие программируемые контроллеры работают по методу периодического опроса входных данных. Именно на такую модель опирается стандарт МЭК 61131-3.

Рабочий цикл ПЛК включает четыре фазы [18]:

• опрос входов;

• выполнение пользовательской программы;

• установку значений выходов;

• некоторые вспомогательные операции (диагностика, подготовка данных для отладчика, сетевой обмен и т.д).

Прикладная программа имеет дело с одномоментной копией значений входов. Внутри одного цикла выполнения программы, значения входов можно считать константами. Такая модель упрощает анализ и программирование сложных алгоритмов. Очевидно, что время реакции ПЛК на изменение значения на входе будет зависеть от времени выполнения одной итерации прикладной программы – одного цикла ПЛК.

Такая организация работы ПЛК обеспечивает:

• неизменность входных переменных в течение рабочего цикла;

• гарантированное время постоянства значений на выходных каналах контроллера (изменение не чаще чем один раз в рабочий цикл);

• возможность оценивать и управлять длительностью рабочего цикла всего приложения.

Для доступа программиста к значениям на входах и выходах ПЛК выделяются специальные области памяти. Чаще всего, это либо две области: область памяти входов и область памяти выходов, либо четыре: области памяти дискретных и аналоговых входов и области памяти дискретных и аналоговых выходов. Тогда рабочий цикл ПЛК можно представить следующим образом (рис. 2.8).

Входные дискретные и аналоговые сигналы обрабатываются модулями дискретного ввода (Discrete Input, DI) и аналогового ввода (Analog Input, AI) и в виде двоичного кода записываются в области памяти входов (первая фаза).

Во время исполнения программы (вторая фаза) используются данные изо всех областей памяти. В результате исполнения программы рассчитываются новые значения внутренних переменных, а также значения, которые должны быть установлены на выходах контроллера. Рассчитанные значения размещаются в соответствующих областях памяти (см. рис. 2.8).

Во время третьей фазы цифровые значения из областей выходов пересылаются в модули дискретного вывода (Discrete Output, DO) и аналогового вывода (Analog Output, AO) соответственно, модули преобразуют их в соответствующие значения тока или напряжения на своих выходах.

Четвёртая фаза используется, например, для обмена данными по сети.