Федорович О.Е., Прохоров А.В., Головань К.В. Системы промышленной автоматизации на основе технологии SCADA

Подождите немного. Документ загружается.

SCADA-система Trace Mode. Основные понятия. Редактор базы каналов

Рис. 1.22. Настройка параметров последовательных портов

Рис. 1.23. Структура базы каналов узла АРМ

Контрольные вопросы

1. Общая характеристика программного комплекса Trace Mode.

2. Структура и основные понятия проекта распределенной АСУ ТП в

Trace Mode.

3. Порядок идентификации и типы каналов в системе.

4. Общая характеристика атрибутов канала.

5. Границы и интервалы значений канала.

6. Последовательность процедур обработки значений каналов раз-

личных типов.

Лабораторная работа № 2

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

SCADA-СИСТЕМА TRACE MODE. РЕДАКТОР

БАЗЫ КАНАЛОВ. РАЗРАБОТКА

УПРАВЛЯЮЩИХ АЛГОРИТМОВ

2.1. Цель работы:

1. Изучить основные функциональные возможности редактора базы

каналов.

2. Ознакомиться с языками программирования алгоритмов.

3. Приобретение умений и навыков при разработке управляющих ал-

горитмов.

2.2. Порядок выполнения:

1. Изучить основные понятия при разработке управляющих алгорит-

мов в Trace Mode.

2. Изучить технологию создания и редактирования FBD-программ.

3. Изучить состав функциональных блоков FBD в Trace Mode.

4. Ознакомиться с языком инструкции Техно IL.

5. Разработать и подключить FBD- и IL-программы к проекту АСУ (ла-

бораторная работа № 1).

2.3. Языки программирования алгоритмов

Каналы Trace Mode имеют встроенные функции первичной и

выходной обработки. Однако этих функций недостаточно для созда-

ния сложных алгоритмов обработки данных, регулирования и управ-

ления. Такие алгоритмы разрабатываются в виде отдельных про-

грамм и могут вызываться процедурами канала. Для разработки таких

программ в Trace Mode предусмотрены:

• язык функциональных блоков (Техно FBD) со встроенным языком

Техно LD (Ladder Diagram);

• язык инструкций (Техно IL).

Эти языки реализуют стандарт IEC 61131-3 по программирова-

нию контроллеров. Кроме функций, описанных в этом стандарте, в

них встроено большое количество дополнительных функций.

2.3.1. Язык функциональных блоков Техно FBD

Язык функциональных блоков Trace Mode является языком ви-

зуального программирования. Программа разрабатывается размеще-

нием функциональных блоков с заданными функциями в поле редак-

тирования, настройкой их входов и выходов, а также их связи между

собой в диаграмму, реализующую требуемую функцию.

SCADA-система Trace Mode. Разработка управляющих алгоритмов

FBD-программа разрабатывается путем размещения функцио-

нальных блоков в рабочем поле и соединения их в одну диаграмму.

Рассмотрим детально основные понятия языка Техно FBD, компонен-

ты FBD-программ и операции по их созданию и отладке.

Переменные FBD-программы могут быть внутренние или внеш-

ние. Внешние переменные называются аргументами. Суммарное

количество переменных в одной программе не может превышать 254.

Каждая переменная имеет числовой индекс, который использу-

ется при ссылках на нее. Индексы переменных выводятся рядом с ар-

гументами и константами в диалоге Реквизиты при подключении

программы к каналу. Они могут быть изменены при редактировании

программы.

При вызове одной программы разными каналами для каждого из

них создается свой набор переменных. При этом сохраняются значе-

ния не только констант и аргументов, но и внутренних переменных.

Элементарным звеном разработки программ на языке Техно

FBD является функциональный блок, представляющий собой гра-

фическое изображение вызова функций, которые могут быть либо

встроены в систему, либо разработаны пользователем на языке Тех-

но IL или как внешние DLL-модули. Функциональные блоки, встроен-

ные в систему, сгруппированы в несколько разделов.

Функциональный блок (рис. 2.1) характеризуется выполняемой

функцией, номером, входами и выходами.

+(2)

AD1

AD2

2:0

SUM

Рис. 2.1. Графическое изображение функционального блока

Функция блока определяет действия, выполняемые с его входа-

ми при формировании значений выходов. Ее наименование выводит-

ся в верхней части блока. Функция блока выбирается перед его раз-

мещением с помощью диалогового окна Меню FBD (рис. 2.2). Здесь

сначала указывается функциональный раздел, а затем в нем выбира-

ется требуемая функция.

Номер функционального блока устанавливается автоматически

после первого пересчета в режиме отладки или сохранения проекта.

Он указывает очередность выполнения блоков и не корректируется.

Номер следующего выполняемого блока записывается после номера

текущего блока через символ ":" (рис. 2.3). Для первого блока в этой

области перед номером записывается символ В, а для последнего –

Е.

Входы блока

Номер блока

Функция блока

Выход блока

Номер следующего

выполняемого блока

Лабораторная работа № 2

Рис. 2.2. Окно выбора функционального блока

+(2)

AD1

AD2

0:B:1

SUM

_X**2

INP

1:2

OUT

_1/x

INP

2:E

OUT

Рис. 2.3. Нумерация блоков FBD- программы

Каждый блок в зависимости от выполняемой им функции имеет

определенное количество входов и выходов. Входы всегда располо-

жены слева, а выходы – справа. Вход блока может быть связан с пе-

ременной или константой, а может быть свободным. При пересчете

блока переменная и константа не учитываются. На диаграмме они

изображены ярко-зеленым цветом.

Назначение входов и выходов блока определяется его функци-

ей. Исключением является первый вход запуска/блокировки (RUN),

который всегда управляет пересчетом блока (кроме раздела «LD-

функции»). Входы и выходы блоков имеют обозначения, состоящие

не более чем из трех символов(рис. 2.4).

+(4)

AD1

AD4

3:0

SUM

AD2

AD3

+(4)

3:E

SUM

140

Рис. 2.4. Входы и выходы функциональных блоков

В режиме эмуляции программы рядом с каждым входом и выхо-

дом выводятся их значения. При этом выводимые значения для вхо-

дов заменяются их обозначениями.

Существует два вида представления данных для входов и вы-

ходов функциональных блоков: FLOAT (аналоговые переменные,

представленные числом с плавающей точкой одинарной точности);

Кнопка перехода в

режим редактиро-

вания связей

Кнопка перехода в

режим размещения

новых блоков

Кнопка перехода в режим

непрерывной эмуляции

Кнопка перехода в режим

пошаговой эмуляции

Список функциональных

разделов

Кнопки выбора функции

блока из выбранного

функционального раздела

Последний

вычисляемый

бло

Первый

вычисляемый

бло

Вход RUN

Названия функ-

циональных

входов

Название

выхода

Значения

входов в

режиме

эм

ля

ии

Значение

выхода в

режиме

эм

ля

ии

SCADA-система Trace Mode. Разработка управляющих алгоритмов

HEX (целые 16-битовые переменные). При связывании входов и вы-

ходов, имеющих разный вид представления, данные преобразуются

автоматически.

Тип входа/выхода определяет переменную, с которой он будет

связан. Это может быть либо внутренняя переменная, либо констан-

та, либо внешняя переменная – аргумент. Входы и выходы блоков мо-

гут иметь один из следующих типов: свободен, блок, константа, ар-

гумент. Тип свободен устанавливается автоматически для всех не-

задействованных входов (недоступен для установки вручную). Тип

блок устанавливается для всех выходов при размещении блока. Вход

или выход, имеющий данный тип, связан с внутренней переменной

программы. Этот тип автоматически устанавливается для входа, свя-

занного с выходом любого блока. Тип константа может быть задан

только для входа. Такой вход имеет фиксированное значение и не

может изменяться в процессе выполнения программы. Значение вхо-

да типа константа задается в специальном поле диалога Описание

переменной. Вход или выход типа аргумент при вызове программы

связывается с внешними переменными, которыми являются атрибуты

каналов.

При разработке FBD-программ можно использовать инверсию

для входов и выходов функциональных блоков. Существует два вида

инверсии:

• логическая – анализируется отличие от 0 значения входа (вы-

хода) и присваивается ему значение 0 или 1;

• побитовая – анализируется равенство 0 значения каждого бита

входа (выхода) и выполняется инверсия этого значения.

Побитовая инверсия определяется только для блоков побитово-

го И, ИЛИ и исключающего ИЛИ из раздела «Логические» и блока

VTR из раздела «Выбор» (только выход). Инверсия входов поддержи-

вается для блоков из разделов: «Логические» и «Триггеры и счетчи-

ки». При этом на одном блоке может быть инвертирован только один

вход. Выходы могут инвертироваться у всех блоков, за исключением

TON, TOFF, TP, SR, RS, CTU, CTD. Для включения инверсии необхо-

димо в режиме редактирования нажать правую кнопку «мыши» на

изображении входа или выхода. При этом в его основании появится

пустой круг – признак инвертирования (рис. 2.5).

Блок пересчитывается в тот момент, когда установлены все его

несвободные входы. Вход считается определенным, если он является

константой, аргументом или сформировано его новое значение (кото-

рое может быть таким, как предыдущее). Редактор представления

данных автоматически определяет следующий выполняемый блок

при входе в режим отладки программы в соответствии с его номером.

Первый вход блока управляет его пересчетом. Если он не свободен и

его значение отлично от 0, то блок вычисляться не будет.

Лабораторная работа № 2

INS

INR

2:0

Рис. 2.5. Задание инверсии

Управлять порядком пересчета блоков в программе можно с по-

мощью функционального блока STEP (раздел «Пересылки»). Он име-

ет один функциональный вход и один выход. Значение входа STP

этого блока копируется на выход и становится критерием выполнения

других блоков, следующих за ним по номерам. Они пересчитываются,

если их вход RUN свободен, равен 0 или значению выхода последне-

го выполненного блока STEP.

Алгоритм определения последовательности вычисления блоков

выглядит следующим образом:

1. На первом проходе рассчитываются все блоки, входы которых

являются константами или аргументами программы, т.е. определены

при вызове программы.

2. На втором проходе – все блоки, входы которых установлены

после первого прохода.

3. Проходы повторяются до тех пор, пока все блоки не будут пе-

ресчитаны или количество пересчитанных блоков перестает увеличи-

ваться (наличие обратных связей).

4. Если вычисление программы не закончено, а количество пе-

ресчитанных блоков не увеличивается, то в этом случае выбирается

самый верхний и левый невыполненный блок и пересчитывается по

текущим значениям его входов. После этого осуществляется переход

ко второму пункту алгоритма.

5. Если блок не пересчитывается, то с его выходов снимаются

значения, оставшиеся на предыдущем такте пересчета, при этом зна-

чения выходов, объявленных аргументами, не присваиваются привя-

занным к ним атрибутам.

2.3.2. Описание функциональных блоков

Все функции, которые могут быть установлены добавлением в

FBD-программу блоков, разбиты на 18 разделов, некоторые из кото-

рых представлены в табл. 2.1.

Рассмотрим некоторые из блоков, представленных в таблице.

Значения восьми выходов блока распаковки битов UPV раздела

«Логические» (рис. 2.6) формируются значениями битов его младше-

го байта входа INW.

Неинвертированный

вход

Инвертированный

вход

SCADA-система Trace Mode. Разработка управляющих алгоритмов

Таблица 2.1

Основные функции языка Техно FBD

Раздел Обозначение Функция

! Инверсия (НЕ)

& Логическое умножение (И)

| Логическое сложение (ИЛИ)

^ Исключающее ИЛИ

SB Установка бита

RB Сброс бита

<< Сдвиг влево

>> Сдвиг вправо

UPV Распаковка битов

Логические

функции

PB Упаковка битов

+ Сложение

- Вычитание

// Деление

* Умножение

% Остаток от деления

** Возведение в степень

ABS Абсолбтное значение

-X Инверсия знака

FLOOR Целая часть

SQRT Квадратный корень

Арифметиче-

ские функции

SCALE Масштабирование со смещением

АCOS Вычисление арккосинуса

ASIN Вычисление арксинуса

ATAN Вычисление арктангенса

COS Вычисление косинуса

SIN Вычисление синуса

Tригонометри-

ческие

функции

TAN Вычисление тангенса

ABS Абсолютное значение

EXP Экспонента

LN Логарифм натуральный

LOG Логарифм десятичный

POL Полином второй степени

STAT Расчет статистических характеристик (мини-

мум, максимум, среднее, сумма)

INTG Интеграл

DIFF Производная по двум точкам

Алгебраические

функции

DFF Вторая производная

== Равенство

<> Неравенство

> Больше

< Меньше

>= Больше или равно

<= Меньше или равно

Функции

сравнения

CMP Анализ на совпадение

Лабораторная работа № 2

Продолжение табл. 2.1

Раздел Обозначение Функция

MUX Выбор одного из входов

PRIOR Выбор по приоритету

MAX Выбор максимального значения

MIN Выбор минимального значения

LTN Запаздывание

FRWD Экстраполяция

Функции

выбора

SSTP Конечный автомат

rTRIG Импульс по включению

fTRIG Импульс по выключению

SR Триггер с приоритетом по установке

RS Триггер с приоритетом по сбросу

CTU Нарастающий счетчик

CTD Убывающий счетчик

TP Импульс произвольной длительности

TON Задержка на включение

Триггеры и

счетчики

TOFF Задержка на выключение

G1 Бегущая единица

RND Случайная величина

PILA Линейно нарастающий сигнал

G01 Битовый меандр (осуществляет генерацию

значений 0 и 1 на своем выходе. Причем на

каждом такте пересчета осуществляется за-

мена одного значения другим)

TIME Астрономическое время

Генераторы

DATE Астрономичексая дата

APERT Апертура – фильтрует небольшие изменения

входного значения

PEACK Фильтрация пиков – фильтрует случайные

броски в измерительных трактах, обуслов-

ленные наличием различных помех

DZONE Зона нечувствительности – реализация алго-

ритма нечувствительности выхода на малые

значения входа

HSTR Гистерезис – формирование битового выход-

ного сигнала при переходе входного значения

через заданную границу с учетом значения

гистерезиса

PWM Звено ШИМ – реализует широтно-

импульсную модуляцию входной величины.

По ее значению на двух выходах формируют-

ся последовательности импульсов опреде-

ленных скважности и периода

IMP Циклический импульс – предназначен для

формирования импульсов заданной продол-

жительности и скважности

SMTH Экспоненциальное сглаживание

DEL Задержка реакции

Функции

управления

LRATE Ограничитель

SCADA-система Trace Mode. Разработка управляющих алгоритмов

Окончание табл. 2.1

Раздел Обозначение Функция

INP Чтение из порта ввода/вывода одного байта

данных

OUTP Передача в порт ввода/вывода одного порта

данных

Функции

ввода/вывода

EXIT Выход из программы

Shbit Отображение дискретных переменных Функции

отображения

Sfloat Отображение аналоговых переменных

PID ПИД-регулирование (для настройки исполь-

зуются: KP – коэффициент при пропорцио-

нальной составляющей, KD – при дифферен-

циальной, KI – при интегральной)

Функции

регулирования

PDD ПДД-регулирование (для настройки исполь-

зуются: KP – коэффициент при пропорцио-

нальной составляющей, KD – при дифферен-

циальной, KDD – при второй производной)

Он должен иметь тип HEX. При этом младший бит формирует

выход QB0, а старший – QB7.

_UPV

2:E

QB0

QB1

QB2

QB3

QB4

QB5

QB6

QB7

Рис. 2.6. Функциональный блок распаковки битов UPV

Блок SCALE раздела «Арифметические» (рис. 2.7) выполняет

функцию масштабирования со смещением. На вход INP подается

преобразуемое значение, на MUL –

коэффициент пропорционально-

сти, а на ADD – смещение.

SCA LE

INP

3:0

MU L

ADD

Рис. 2.7. Функциональный блок масштабирования SCALE

С помощью блока расчета статистических характеристик STAT

раздела «Алгебраические» (рис. 2.8) вычисляют четыре характери-

стики: MIN – минимальное значение, MAX – максимальное значение,

AVR – среднее значение, SUM – сумму. На вход INP блока подается

анализируемое значение. При подаче на вход CLR значения, отлич-

Младший бит входного

значения

Старший бит входного

значения

Преобразуемое значение

Коэффициент пропорциональности

Смещение

Лабораторная работа № 2

ного от 0, на всех выходах устанавливается значение, поданное на

вход.

STAT

CLR

2:0

MIN

MAX

AVR

SUM

INP

Рис. 2.8. Блок расчета статистических характеристик STAT

Блок импульса по включению раздела «Триггеры и счетчики»

(рис. 2.9) формирует импульс длиной в один такт при подаче на его

вход значения, отличного от 0 (допустимый диапазон – 0-65535).

Иными словами, он формирует импульс по переднему фронту вход-

ного сигнала. Перед подачей нового значения вход необходимо уста-

новить в нулевое значение для того, чтобы корректно выполнялась

функция передачи нового (отличного от 0) входного значения на вы-

ход.

rTRIG

1:2

Рис. 2.9.

Функциональный блок импульса по включению rTRIG

Блок задержки на включение TON раздела «Триггеры и счетчи-

ки» реализует запаздывание по формированию управляющего сигна-

ла по команде на включение (перевод из 0 в 1). На вход INP подается

сигнал управления. Если этот сигнал отличен от 0, то включается

внутренний счетчик тактов пересчета. Как только этот счетчик примет

значение, равное значению входа PT, выходу QI будет присвоено

значение 1. Текущее значение внутреннего счетчика подается на вы-

ход QT. При обнулении входа INP значение выхода QI становится

равным 0 на том же такте пересчета.

Блок линейно нарастающего сигнала PILA раздела «Генерато-

ры» (рис. 2.10) генерирует значения выхода по линейной зависимости

от количества тактов пересчета.

На каждом такте выход увеличивается на 1. После достижения

заданной величины амплитуды значение выхода обнуляется. Величи-

на амплитуды задается значением входа PV данного блока.

Блок, изображенный на рис. 2.11, формирует выходное значе-

ние по PID-закону от величины, поданной на его вход INP.

Формула, по которой вычисляется выходное значение выглядит

следующим образом:

Анализиру-

емое значение

Сброс

Минимальное значение

Максимальное значение

Среднее значене

Сумма

Значение входа

Значение выхода