Комплексы проектирования МЭК 61131-3.

Контроллеры, программирование которых осуществляется со встроенного или выносного пульта, встречаются сегодня достаточно редко. Как правило, это простые специализированные ПЛК, предназначенные для управления освещением по расписанию, регулировки температуры и т. д. Все программирование таких контроллеров сводится обычно к заданию набора констант.

Для программирования ПЛК универсального назначения применяются ПК. Процесс разработки и отладки программного обеспечения происходит при помощи специализированных комплексов программ, обеспечивающих комфортную среду для работы программиста

Традиционно все ведущие изготовители программируемых ПЛК имеют собственные фирменные наработки в области инструментального программного обеспечения. Безусловно, большинство из них представляют удобные инструменты, оптимизированные под конкретную аппаратуру. Понятно, что в разработке универсальных систем программирования, приемлемых для своих ПЛК и для ПЛК конкурентов, изготовители не заинтересованы. Кроме того, это достаточно сложная задача. Системы программирования ПЛК небольших фирм в лучшем случае реализуют один из языков МЭК с некоторыми расширениями, призванными сохранить совместимость со своими же более ранними (нестандартными) системами. Крупнейшие лидеры рынка ПЛК предлагают! сегодня очень мощные комплексы с поддержкой МЭК-языкав, также сохраняющие преемственность и фирменные традиции (≪Concept≫ Schneider Electric, ≪S7≫ Siemens).

Открытость МЭК-стандарта — с одной стороны и сложность реализации высококлассных комплексов программирования — с другой, привели к появлению специализированных фирм, занятых исключительно инструментами программирования ПЛК. Во Франции такие фирмы называют “дом программирования”. Как и изделия домов мод системы программирования отличаются своим фирменным почерком, имеют* свой стиль и собственных стойких поклонников. Но, к счастью, отличия комплексов сосредоточены в реализации интерфейса, в стиле графики, наборе сервисных функций, дополнительных библиотеках и в реализации системы исполнения, т. е. в том, что не касается применения стандарта.

Наибольшей известностью в мире пользуются следующие комплексы.

CoDeSys

3S Smart Software Solutions http://www.3s-software.com

CoDeSys это один из самых развитых функционально полных инструментов программирования МЭК 61131-3.

ISaGRAF

CJ International http://www.isagraf.com/

Наиболее яркая особенность ISaGRAF — это аппаратно независимый генератор TIC кода (Target Independent Code), благодаря чему, система исполнения интерпретирующего типа очень проста в адаптации. Какие-либо ограничения на аппаратную платформу практически отсутствуют. Помимо генерации TIC-кода, в ISaGRAF существует возможность трансляции проекта в С текст.

MULTfPROG wt

KlbpperUnd Wiege Software GmbH http: / /www.kw-software.de /

Исключительно продуманный, красивый и удобный инструмент с широкими возможностями моделирования и визуализации. Система исполнения базируется на собственной операционной системе реального времени ProConOS (Programmable Controller Operating System), управляющей исполнением пользовательских задач.

OpenPCS

Infoteam Software GmbH http: //vyww.infoteam.de/

Уникальная особенность комплекса OpenPCS заключается в использовании языка IL в качестве промежуточного кода. Элементы программы, выполненные на любом МЭК-языке, можно копировать в буфер обмена Windows и вставлять в программу на другом языке с автоматическим перекодированием. Для достижения высокого быстродействия в составе комплекса присутствуют компиляторы машинного кода для ряда распространенных процессоров. Симулятор ПЛК SmartSIM позволяет проводить обучение и отладку без внешней аппаратуры.

SoftCONTBOL

Softing GmbH http: / /www.softing.com/

Фирма Softing — крупный поставщик систем промышленной автоматики. По всей видимости, комплекс SoftCONTROL создавался специалистами фирмы для себя, но благодаря удачному построению перерос в универсальный инструмент. Комплекс имеет сравнительно аскетический интерфейс. Тем не менее, это не отражается на качестве реализации транслятора и отладочного инструментария. Таким образом, SoftCONTROL более напоминает выверенный годами инструментарий опытного автомеханика, чем подарочный набор. Благодаря такому подходу комплекс имеет минимальные требования как к ПК, так и к ПЛК. Язык С интегрирован в систему и может применяться в пользовательских программах равноправно МЭК-языкам.

iCon-L

ProSign (Process Design) GmbH http://www.pro-sign.de/

Строго говоря, iCon-L не является инструментом МЭК 1131 программирования. Этот инструмент базируется на графическом представлении, функциональных блоков. Содержит элементы, позволяющие создавать последовательные (SFC) диаграммы. Уникальным свойством iCon-L является чрезвычайно развитая возможность анимации. Непосредственно в диаграмме можно выполнить визуализацию не только самого алгоритма, переменных, контроллера, но и даже управляемого объекта. Компактная переносимая (ANSI-C) система исполнения* Объемная библиотека блоков, включая элементы нечеткой логики. Есть возможность создавать собственные функциональные блоки на языке С.

Каждый из представленных комплексов оснащен полным набором средств быстрой разработки и отладки программ, но имеет и достаточно много фирменных «изюминок”. Все комплексы имеют демонстрационные версии, содержащие много полезных примеров. Вы можете также проводить собственные опыты в программировании 1 программирования ПЛК состоит в автоматизации работы разработчика прикладной системы. Он должен быть избавлен от рутинной работы и постоянного ≪изобретения велорипеда≫. Хорошо организованная среда программирования сама толкает к созданию надежного, читабельного и пригодного для повторного применения кода. В интегрированных комплексах программирования ПЛК сложился определенный набор возможностей, позволяющий относить их к средствам быстрой разработки. Многие приемы являются общими и для систем программирования компьютеров и, вероятно, покажутся вам знакомыми. Сервисные функции систем программирования не являются требованием стандарта. Но от полноты набора доступных программисту инструментов существенно зависит скорость и качество его работы.

3.2.1. Встроенные редакторы

Классические (с командной строкой) ассемблеры и компиляторы обрабатывают текст файла, содержащего программный модуль, и формируют объектный код. Исходный текст программы записывается в любом текстовом редакторе. Интегрированная среда предполагает наличие встроенного редактора.

3.2.2. Текстовые редакторы

Интеграция в единую среду программирования предполагает наличие у текстовых редакторов нескольких существенных свойств:

• возможность быстрого ввода стандартных текстовых элементов. Комбинаций клавиш быстрого ввода, или контекстно-зависимые меню команд, предлагают мгновенную вставку в текст oпeраторов, функций, функциональных блоков. Причем речь идет не только о стандартных элементах, но и о созданных программистом в текущем проекте;

• возможность быстрого автоматического дополнения ввода,

• автоматическое объявление переменных. Если при вводе текста программы вы используете новую переменную, система автоматически поместит необходимое описание в разделе объявлений. Тип переменной и начальное значение задаются в диалоговом окне. В этом помогают меню, весь ввод обычно выполняется мышью, без помощи клавиатуры;

• представление раздела объявлений переменных в виде текста или картотеки таблиц, разделенных и отсортированных по функциональному значению (входные переменные≫ локальные и т. д.);

• проверка синтаксиса и автоматическое форматирование ввода. Редактор автоматически контролирует введенный текст и выделяет цветом ключевые слова, константы и комментарии. В результате текст не только легко читается но и оказывается синтаксически проверенным еще до трансляции;

• автоматическая нумерация строк — упрощает описание и сопровождение.

Эти возможности в существенной мере способствуют автоматизации процесса подготовки программ и способствуй уменьшению числа ошибок в программах.

3.2.3. Графические редакторы

Графические редакторы еще более тесно связаны с контекстом конкретных языков. Они должны обеспечивать следующие возможности:

• автоматическая трассировка соединений компонентов. Программисту вообще не приходится рисовать соединения. При вставке и удалении компонентов система автоматически проводит графические соединительные линии (см, рис. 3.2);

• автоматическая расстановка компонентов. Местоположение компонента на экране определяется автоматически с учетом порядка выполнения. Этим свойством обладают графические редактору CoDeSys и OpenPCS. В других представленных в книге комплексах программист выбирает местоположение компонента вручную, координаты компонента сохраняются при записи проекта;

• произвольное масштабирование изображения с целью наилучшего представления или отдельное окно общего вида.

В режиме исполнения встроенные редакторы отображают “ожившие” тексты и графические диаграммы (рис. 3.6). При этом:

• мгновенные значения переменных видны непосредственно в окне редактора и доступны для изменения;

• активные цепи выделены жирными линиями и цветом. Для графических диаграмм наглядно отражается последовательность выполнения.

3.2.4. Средства отладки

Стандартный набор отладочных функций включает в себя:

• унифицированный механизм соединения с ПЛК. Работа инструментов отладки не зависит от способа соединения контроллера с отладчиком. Не имеет значения, эмулируется ли контроллер на том же самом компьютере, подключен ли через последовательный порт ПК или даже расположен в другой стране и связан через Интернет;

• загрузку кода управляющей программы в оперативную память и электрически перепрограммируемую память ПЛК;

• автоматический контроль версий кода. Проверка соответствия кода содержащегося в памяти ПЛК и кода полученного после текущей компиляции;

• выполнение управляющей программы в режиме реального времени;

• режим останова. Останов означает прекращение выполнения только кода управляющей программы. Все прочие фазы рабочего цикла выполняются. Способность наблюдать значения входов и управлять выходами ПЛК вручную сохраняется. В этом режиме можно проводить тестирование и настройку датчиков и механизмов объекта управления;

• сброс ПЛК. Может быть несколько видов сброса. В стандарте МЭК предусмотрено два вида сброса ≪горячий≫ и ≪холодный≫. Первый включает перевод управляющей программы в исходное состояние и выполнение начальной инициализации переменных. Во втором виде сброса добавляется начальная инициализация переменных, размещенных в энергонезависимой области памяти;

• мониторинг и изменение мгновенных значений всех переменных проекта включая входы-выходы ПЛК. Для удобства работы значения представляются в заданной пользователем системе счисления;

• фиксацию переменных, включая входы-выходы. Фиксированные переменные будут получать заданные значения в каждом рабочем цикле независимо от реального состояния ПЛК и действий управляющей программы. Данная функция позволяет имитировать элементарные внешние события в лабораторных условиях и избегать нежелательной работы исполнительных механизмов при отладке на “живом” объекте управления. Неуправляемая работа механизмов может привести к поломке и представлять опасность для окружающих людей;

• выполнение управляющей программы шагами по одному рабочему циклу. Применяется при проверке логической правильности алгоритма;

• пошаговое выполнение команд программы и задание точек останова;

• просмотр последовательности вызовов компонентов в точке останова;

• графическую трассировку переменных. Значения нужных переменных запоминаются в циклическом буфере и представляются на экране ПК в виде графиков. Запись значений можно выполнять в конце каждого рабочего цикла либо через заданные периоды времени. Трассировка запускается вручную или синхронизируется с заданным изменением значения определенной (триггёрной) переменной;

• визуализацию — анимационные картинки, составленные из графических примитивов, связанных с переменными программы. Значение переменной может определять координаты, размер или цвет графического объекта. Графические объекты включают векторные геометрические фигуры или произвольные растровые изображения.

 

3.2.5. Средства управления проектом.

Все программные комплексы обязательно содержат средства управления проектом. Эту задачу решает менеджер проекта, в обязанности которого входит:

•представление всех элементов проекта и общей его структуры в удобном виде. Создание, удаление, переименование и копирование компонентов. Автоматический вызов соответствующих редакторов для любой глубины вложения программных компонентов. Настройка ресурсов;

•управление процессом трансляции и сборки кода. Настройка опций транслятора;

•сравнение и выборочное слияние нескольких проектов или их версий;

•управление библиотеками. Здесь существуют две задачи. Первая — это включение необходимых библиотек в состав проекта, а вторая —это создание и сопровождение новых библиотек;

•документирование проекта. Документирование проекта в комплексах МЭК-программирования предусматривает распечатку всех данных проекта, включая:

•текстовое описание, дата создания и авторские права;

•описание переменных и реализацию всех компонентов проекта;

•ресурсы проекта — конфигурацию ПЛК, описание глобальных переменных, настройки задач, список и состав библиотечных модулей;

•таблицу перекрестных ссылок и стек вызовов;

•окно трассировки.

Средства восстановления проекта. В реальной жизни нельзя исключать ситуацию, что исходные файлы проекта окажутся утраченными. В это время обязательно возникнет необходимость внести поправки в работу готовой программы- Эта задача имеет три решения.

1. Декомпиляция кода. Исполняемый код считывается из памяти ПЛК и преобразуется в МЭК-программы. Для систем генерирующих машинный код эта задача практически невыполнима. Безусловно, можно дизассемблировать код в IL или ST. Но это ненамного лучше, чем обычное машинно-зависимое дизассемблирование. Структура программы получится отличной от исходного представления. Как правило, разобраться в такой программе сложнее, чем написать заново. Для интерпретирующих систем ситуация значительно лучше. Так, OpenPCS способен восстановить программу из исполняемого кода IL абсолютно адекватно, естественно, с потерей комментариев. Декомпиляция —это крайняя мера. Важное практическое значение она имела во времена преобладания автономных пультов программирования ПЛК и при отсутствии надежных устройств хранения информации.

2. Сжатие всех файлов проекта и сохранение в памяти ПЛК. Современные мощные алгоритмы компрессии и существенное удешевление памяти делают такой подход все более популярным (MULTIPROG, CoDeSys), Безусловно, при наличии достаточного объема памяти ПЛК это наиболее удобный способ архивации.

3. Правильная организация работы. В комплекс разработчика включается утилита для периодической архивации проектов и сохранения на сервере, сменных носителях, в печатном виде и отправки по электронной почте. В архив помещаются исходные файлы, включенные в проект библиотеки, объектные файлы, текстовое описание архива и любые другие нужные файлы. Промежуточные версии проекта не перезаписываются, а хранятся независимо, что позволяет осуществить быстрый откат при выборе неудачного решения. В связи с появлением накопителей большой емкости и надежных перезаписываемых оптических носителей такой подход не имеет технических препятствий.

Средства обеспечения безопасности. Возможность просмотра и модификации проекта закрывается парольным доступом или аппаратным ключом. Посторонний человек не должен иметь возможности читать, распечатывать и модифицировать проект.

Сквозной (по всем программам проекта, разделам объявлений, конфигурации и др.) контекстный поиск и замена.

Средства тестирования “ разумности ” проекта. Вспомогательные средства, позволяющие отыскать странные и потенциально опасные моменты в программах. Например, объявленные, но не использованные переменные, использование одной области памяти разными переменными или в разных параллельных задачах, присваивание разных значений выходу ПЛК в одном рабочем цикле и т. д. Подобные “трюки” сами по себе не являются ошибками. Но они часто приводят к сложно обнаруживаемым паразитным эффектам. Средства тестирования помогают отыскать тонкие места в программах, не создавая препятствий там, где эти приемы применены осмысленно.