Концепции открытого Программируемого Логического Контроллера (PLC)


В технологии промышленной автоматизации устройства программируемого логического контроля программируются с помощью специальной техники. Говоря упрощенно, некое количество входных логических состояний комбинируется с использованием алгебры Буля для формирования логического выходного состояния. Если в первом поколении систем PLC для этой цели использовалась релейная техника, то в современных аппаратных устройствах, конечно же, используется микропроцессорная технология. Несмотря на эту эволюцию, программирование PLC по-прежнему ведется с помощью ассемблероподобного синтаксиса, состоящего, в основном, из логических и целочисленных операций. Операции с плавающей запятой ввести чрезвычайно сложно. Рассмотрим насколько возможно введение новой концепции PLC с применением графических интерфейсов и сетевых структур и для таких применений, которые обусловлены требованиями эргономики и условий техники безопасности сегодняшнего дня.

Немного о классических системах реального времени
К классическим системам по-прежнему относят ставшие уже стандартом де-факто конфигурации на шине VMEbus с блоком центрального процессора (ЦП) на базе микропроцессоров семейства МС63ххх и оснащенные операционной системой реального времени OS-9. Такие конфигурации обычно снабжены интерфейсами SCSI, последовательными портами для подключения терминалов и других устройств, генератором системного времени, часами реального времени (RTC), встроенным графическим контроллером, сетевым контроллером (например, контроллером сети Ethernet) и (опционально) устройствами цифрового и/или аналогового ввода/вывода.
В качестве инструментальных систем разработки используется система разработки (Dev Pak) OS-9, кросс-системы для рабочих станций Unix (Uni
idge), для IBM PC (PC
idge), a также интегрированная кросс-среда FasTrak, имеющая превосходный графический интерфейс с пользователем и завоевавшая огромную популярность в последнее время. FasTrak реализована для различных типов Unix-платформ и для IBM PC-совместимых платформ под MS-Windows.
При таком большом разнообразии конфигураций для систем разработки целевые системы (target systems) не слишком различаются между собой, а также не столь существенно отличаются от классической системы разработки OS-9 на базе шины VME и микропроцессора МС68ххх, описанной выше. За счет этого возможна, например, реализация графического интерфейса с пользователем (с целью визуализации процессов и т.п.) даже на целевой системе. Возрастающая сложность подобных систем не представляет никаких проблем для программирования и отладки, так как одним из преимуществ 0S-9 является доступность и на целевых системах всех отладочных средств, имеющихся в системе разработки.
Однако использование целевых систем с описанной аппаратной конфигурацией на нижних уровнях промышленных систем автоматизации обладает двумя важными недостатками: во первых, достаточно высокой стоимостью, во-вторых, для обычного пользователя из промышленности, привыкшего к программированию традиционных программируемых логических контроллеров (PLC), операционная система OS-9 может оказаться не столь простой в изучении.
Классические программируемые логические контроллеры (PLC)
В технологии промышленной автоматизации устройства программируемого логического контроля программируются с помощью специальной техники. Говоря упрощенно, некое количество входных логических состояний комбинируется с использованием алгебры Буля для формирования логического выходного состояния. Если в первом поколении систем PLC для этой цели использовалась релейная техника, то в современных аппаратных устройствах, конечно же, используется микропроцессорная технология. Несмотря на эту эволюцию, программирование PLC по-прежнему ведется с помощью ассемблероподобного синтаксиса, состоящего, в основном, из логических и целочисленных операций. Операции с плавающей запятой ввести чрезвычайно сложно.
С другой стороны, эргономика и условия техники безопасности сегодняшнего дня требуют применения графических интерфейсов и сетевых структур и для таких применений. Эти современные технологии уже не могут удовлетвориться классическими PLC. Однако PLC как функциональные элементы по-прежнему нужны, так как имеют давние и успешные традиции в промышленности и поддерживаются крупнейшими компаниями-производителями, накопившими огромный опыт специфического для мира PLC "ноу-хау".
По традиции стоимость установки систем на базе PLC рассчитывается как множество точечных установок PLC; небольшое и, на первый взгляд, несущественное увеличение цены PLC в одной точке может вылиться в существенный рост стоимости всей системы. Следовательно, введение новой концепции PLC возможно только при том условии, если стоимость на точку не выходит из приемлемого для традиционных PLC диапазона. Это относится даже к системам, обладающим более совершенными характеристиками (графический человеко-машинный интерфейс, сетевые конфигурации) по сравнению с традиционными PLC-системами.
Лучшее от двух миров
Таким образом, родилась идея объединить мощь операционной системы реального времени OS-9 и традиции мира PLC в единой концепции. В результате появилось новое детище по имени Smart I/O (умный ввод/вывод), представляющий собой систему без шины VMEbus, в которой ЦП на базе дешёвого микропроцессора МС68302, последовательные порты, DC/DC-преобразователь собраны в одном компактном промышленном кожухе. Предусмотрены разъёмы для EPROM или Flash EPROM, DRAM, SRAM и последовательных EEPROM. Возможности ввода/вывода могут быть расширены через последовательный коммуникационный порт МС68302. Через этот порт с помощью последовательного периферийного интерфейса MOTOROLA (SPI) возможен обмен статусной и контрольной информацией с различными последовательными устройствами.
Возможности ввода/вывода Smart I/O
В отличие от множества существующих PLC, имеющих жесткую конфигурацию, Smart I/O имеет модульную структуру, позволяющую гибко изменять конфигурацию, сокращать и наращивать число каналов ввода/вывода. Номенклатура модулей ввода/вывода перекрывает, практически, все потребности промышленной автоматизации. Это модули:
-дискретного ввода,
-дискретного вывода,
-релейного выхода,
-цифроаналоговые преобразователи по напряжению и по току,
-аналого-цифровые преобразователи по напряжению и по току,
-входы с термопар с механизмом компенсации холодного спая,
-входы с термосопротивлений,
-частотные входы,
-последовательные интерфейсы.
В модулях предусмотрена оптическая изоляция системной части от объекта. В модулях аналогового ввода есть встроенные средства автокалибровки. Входы и выходы имеют защиту от перенапряжения и короткого замыкания. DC/DC-конвертор Smart-контроллера дополнительно обеспечивает гальваническую развязку с объектом. В модулях приняты меры по помехозащищенности. Smart-контроллер снабжён кроссовыми разъемами с зажимом под винт, позволяющими непосредственно подсоединять проводники с объекта. Контроллер Smart имеет интерфейс промышленной сети PROFIBUS, что позволяет интегрировать в единую систему как отдельные контроллеры Smart, так и другие вычислительные средства, снабжённые этим интерфейсом.
Коммуникационные возможности
Одним из важнейших свойств систем PLC, которое следует отметить особо, является взаимодействие нескольких PLC между собой, с одной стороны, и с управляющей (супервизорной) системой, с другой. В классической системе VMEbus с OS-9 такая связь была бы реализована, скорее всего, с помощью сети Ethernet. Однако ценовые ограничения и традиции систем PLC диктуют необходимость использования традиционных последовательных коммуникаций. Такой последовательной связью может быть один из протоколов Fieldbus. Какой же протокол выбрать? В табл. 1 приведены данные по наиболее популярным протоколам группы промышленных сетей Fieldbus.
Табл. 1. 
Выбор протокола Profibus для Smart I/O был обусловлен следующими важнейшими причинами:
-шинный протокол (OSl-уровень 2) почти полностью реализован в микрокодах популярнейшего микропроцессора МС68302 и МС68360;
-Profibus является лидером на рынке промышленных сетей Fieldbus в Европе (38 % всех применений) и завоевал широкую популярность во всем мире;
-развивается и поддерживается Международной Ассоциацией пользователей Profibus РNO (Европа) и РТО (США).
Таким образом, принято решение, по умолчанию, снабжать все модули Smart I/O встроенной поддержкой Profibus (OSl-уровень 7), которая совместима с уже существующими аппаратными средствами. Встроенная поддержка других промышленных сетей может быть обеспечена по запросам пользователей. За счет того, что система исполнения OS-9 содержит TCP/IP, можно сделать следующий важнейший шаг и реализовать прозрачную сетевую структуру всей распределенной системы автоматизации сверху до низу.
Программирование Smart I/O
Стандартное программирование с помощью OS-9
Программирование может вестись либо с помощью системы разработки на основе VMEbus с ОС РВ OS-9, либо с помощью любой вышеупомянутой кросс-системы. Для всех модулей ввода/вывода предоставляются драйверы. Любое разработанное ранее программное обеспечение может работать в среде OS-9 и на Smart I/O (разумеется, если оно не завязано на специфическое "железо"). Такая стратегия программирования гарантирует защиту вложений в разработку программного обеспечения и высокую степень совместимости - от высокопроизводительных моделей ЦП на базе VMEbus на верхнем уровне (начиная от построенных на микропроцессоре МС68060) до систем PLC на основе Smart I/O на нижнем уровне.
PLС-программирование
Новинкой для мира традиционных PLC является другой метод программирования. Это - взаимосвязь между OS-9 и PLC. Подталкиваемая "неудовлетворенными" пользователями, Международная электротехническая комиссия, МЭК (IЕС), определила программный стандарт (IЕС1131-3), включающий языки последовательных функциональных портов, функциональных блок-схем, релейных схем, списка инструкций, структурированного текста. Все они могут без ограничения комбинироваться между собой при разработке конкретных приложений. Существует возможность вызова стандартных программ, написанных на языке ANSI-C. Полная реализация IЕС1131-3 доступна как коммерческий продукт (например, ISaGRAF фирмы CJ International). При использовании в сочетании с OS-9 ядро ISaGRAF выполняется точно так же, как и любая пользовательская задача, и принимает управление загруженным в PLC приложением. Платформой разработки для ISaGRAF служит PC с MS-Windows.
Смешанное программирование. Итак, "изюминкой" Smart I/O является сочетание преимуществ операционной системы реального времени OS-9 и PLC:
-пользователь, умеющий программировать PLC, может программировать Smart I/O традиционными методами, не изучая языки и технологии, которые он не хочет знать;
-в то же время специалист, знакомый с OS-9, может программировать Smart I/O с помощью языка С и наслаждаться своей любимой операционной системой, не вникая в программные уровни, которые, с его точки зрения, давно устарели и не соответствуют его уровню квалификации как программиста.
Заключение
До последнего времени компьютеры на базе VMEbus с ОС реального времени OS-9, с одной стороны, и контроллеры PLC, с другой, жили своими собственными, непересекающимися жизнями. Реализация Smart 1/0 показывает, что гибкость базовой концепции OS-9 настолько высока, что возможно встраивание OS-9 как ядра PLC. Это позволит создавать однородные системы промышленной автоматизации, базирующиеся на одной и той же ОС РВ "снизу доверху": от PLC на нижнем уровне до супервизорных систем верхнего уровня, управляющих с помощью графического интерфейса пользователя и обеспечивающих прозрачную сетевую структуру.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.