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

Подождите немного. Документ загружается.

SCADA-система Trace Mode. Разработка управляющих алгоритмов

PILA

10:9

PILA

1:2

Рис. 2.10. Функциональный блок линейно нарастающего сигнала PILA

:* *(-)/ *

Q KP INP KD INP INP dt KI INP=+ +

∑

где Q – выход блока; INP – значение входа на текущем такте пересче-

та; INP

– значение входа на предыдущем такте пересчета; INP

–

значение входа на i-м такте пересчета; n – общее число тактов пере-

счета; dt – промежуток времени между вызовами программы (период

опроса канала); KP – коэффициент при пропорциональной состав-

ляющей; KD – коэффициент при дифференциальной составляющей;

KI – коэффициент при интегральной составляющей.

PID

1:0

INP

MAX

MIN

Рис. 2.11. FBD блок PID-регулирования

Для ввода значений настроек используются три входа: KP, KD,

KI. Модуль подаваемого на вход KI отрицательного значения переда-

ется на выход. Далее при подаче на вход KI неотрицательного значе-

ния регулирование начинается с установленной величины. Для огра-

ничения величины управляющего воздействия используются входы

блока MIN и MAX. С помощью первого из них задается нижний предел

управления, а второго – верхний. Если величина управления выходит

за любую из этих границ, то выходу присваивается значение соответ-

ствующего входа и перестает накапливаться интегральная состав-

ляющая закона регулирования. С помощью данного блока вычисляет-

ся величина управления по значению рассогласования регулируемой

величины и задания, которое определяют, используя отдельный

функциональный блок. Введение в алгоритм параметра dt исключает

необходимость пересчета настроек регулятора при смене периода

опроса канала регулирования.

2.3.3. Язык инструкций Техно IL

Этот язык является расширением языка IL (Instruction List), опи-

санного в стандарте IEC 61131-3. В нем реализованы все функции

Изменение значения

выхода первого блока

Изменение значения

выхода второго блока

Лабораторная работа № 2

языка IL, а также добавлены дополнительные возможности. Язык

Техно IL можно использовать для следующих двух задач: программи-

рование собственных функциональных блоков для языка Техно

FBD, разработка метапрограмм, запускаемых параллельно с пересче-

том базы каналов. В соответствии с этим различают два типа IL-

программ: FB и PRG соответственно.

IL-программы разрабатываются в текстовом виде как последо-

вательность инструкций, содержащих команды, операнды и операто-

ры. Тексты программ сохраняются в файлах с расширением il в под-

директории ASM рабочей директории.

Разработанные на языке Техно IL функциональные блоки поме-

щаются в один из трех разделов: Техно IL_1, Техно IL_2, Техно IL_3.

Заполнение функций этих разделов осуществляется последователь-

но, по мере добавления новых блоков.

На языке Техно IL можно создавать программы управления и

обработки данных, которые запускаются параллельно с пересчетом

базы каналов – метапрограммы. В этих программах можно ссылаться

на значения атрибутов каналов, а также вызывать в качестве подпро-

грамм стандартные функциональные блоки языка Техно FBD. Макси-

мальное количество таких программ составляет 16.

Техно IL позволяет использовать несколько типов переменных.

Их имена имеют следующую структуру: первый символ определяет

тип переменной, далее без пробела следует ее номер. Определены

следующие идентификаторы для различных типов переменных: I –

входных переменных; Q – выходных; E – статических; W – статиче-

ских глобальных; F – динамических.

Количество доступных в программе переменных разного типа

определяется типом IL-программы.

Кроме описанных типов, в Техно IL используются еще две сис-

темные переменные: result – аккумулятор (X); CMP – признак истин-

ности.

Входные переменные являются входными аргументами IL-

программы. В зависимости от типа программы назначение перемен-

ных этого типа несколько меняется.

В программах типа FB эти переменные порождают входы созда-

ваемого блока. Например, если в программе используется перемен-

ная данного типа с номером 5 (I5) и таких переменных с большими

номерами нет, то блок будет иметь шесть функциональных входов.

При этом переменная I5 будет получать значения с последнего функ-

ционального входа, а I0 – с первого. В IL-программе типа FB можно

использовать до 11 переменных типа I (максимальный номер – 10).

При этом их суммарное количество с выходными переменными (Q) не

должно превышать 15.

SCADA-система Trace Mode. Разработка управляющих алгоритмов

В программе типа PRG входные переменные можно связывать с

атрибутами каналов. Не связанные с каналами переменные типа I

можно использовать как свободные для хранения промежуточных ре-

зультатов. Максимальное количество переменных этого типа равно

256.

Выходные переменные являются выходными аргументами IL-

программы. Их использование также зависит от типа программы.

В программах типа FB эти переменные порождают выходы бло-

ка. Например, если в программе используется переменная Q5, и таких

переменных с большими номерами нет, то созданный блок будет

иметь шесть выходов. При этом переменная Q5 будет формировать

значение на шестом выходе, а переменная Q0 - на первом выходе.

Количество выходов блока определяется большим номером пере-

менной данного типа. При отсутствии в программе переменных с

меньшими номерами входы для них все равно создаются. Макси-

мальное количество выходных переменных в IL-программе типа FB

равно 8 (максимальный номер – 7). Их суммарное количество с вход-

ными переменными (I) не должно превышать 15.

В IL-программах типа PRG переменные данного типа применя-

ются для формирования значений атрибутов каналов текущего узла.

Не связанные с каналами выходные переменные можно использовать

как свободные. Максимальное количество этих переменных в про-

граммах типа PRG равно 256.

Статические переменные применяются при необходимости со-

хранять результаты вычислений между двумя вызовами программы.

Глобальные переменные можно использовать в любых IL- и

FBD-программах. Их значения можно считывать в реальном времени

из файлов, передавать по сети, запрашивать по OPC, отображать, а

также управлять ими с помощью форм отображения.

Динамические переменные не сохраняют свои значения между

вызовами программы. Поэтому их можно использовать только как

вспомогательные при организации вычислений. Количество динами-

ческих переменных не зависит от типа программы и составляет 255.

Каждая инструкция программы содержит оператор и операн-

ды. Оператор задает действие, которое требуется выполнить над

операндами. В качестве операндов в IL-программе можно использо-

вать все описанные выше переменные, кроме CMP, а также констан-

ты. Значение операнда HEX-формата, задаваемого константой, не

может быть больше 0xFF (255).

Все операции языка инструкций международного стандарта IEC

61131-3 являются одноадресными. В них применяется только один

операнд. Вторым операндом является аккумулятор (переменная

result). В аккумулятор же помещается результат выполненной опера-

ции. Язык Техно IL поддерживает одноадресный и двухадресный ре-

Лабораторная работа № 2

жимы. При использовании двухадресного режима программа получа-

ется более компактной и наглядной. Здесь в операции участвуют два

операнда, а результат выполнения записывается в первый.

Язык Техно IL позволяет выполнять с операндами арифметиче-

ские и логические операции, а также операции сравнения. Почти все

они имеют два обозначения: символьное и мнемоническое.

При записи символ операции должен быть отделен пробелами с

двух сторон между операндами. Например, операцию сложения пе-

ременной Q1 с переменной I2 с записью результата в первую из них в

соответствии со стандартом следует записывать следующим обра-

зом:

LD Q1

ADD I2

ST Q1

На языке Техно IL эту операцию можно записать так же, а можно

выполнить эту запись значительно компактнее:

ADD Q1 I2

или

+ Q1 I2

или

Q1 + I2

В одной строке программы можно записать несколько операций.

В этом случае их следует разделять символом ";".

Если в операции указан только один операнд, то он воспринима-

ется как второй, а в качестве первого используется аккумулятор.

В языке Техно IL реализованы следующие операторы:

1. Оператор подстановки имен переменных:

#DEFINE <операнд> <name>, где операнд – имя переменной в

терминах идентификаторов I и Q, name – мнемоническое имя.

2. Операторы обмена с аккумулятором:

LD <операнд> – записывает в аккумулятор значение операнда,

ST <операнд> – копирует значение аккумулятора в указанный

операнд.

3. Операторы обмена с портами ввода/вывода:

BASEPORT <операнд> – по значению операнда устанавливают

базовый адрес порта,

INP <операнд1> <операнд2> – предназначен для чтения дан-

ных из порта (в первый его операнд записывается считанное значе-

ние, второй задает смещение порта относительно базового адреса),

OUTP <операнд1> <операнд2> – оператор OUTP записывает

данные в порт (первый операнд содержит посылаемое в порт значе-

ние, второй задает смещение порта относительно базового адреса).

4. Операторы условных переходов:

SCADA-система Trace Mode. Разработка управляющих алгоритмов

JMPC <метка> – при значении истина переменной CMP,

JMPN <метка> – при значении ложь переменной CMP,

JMPX <метка> – переход при значении аккумулятора, отличном

от 0.

5. Оператор безусловного перехода:

JMP <метка> – переход на метку независимо ни от каких усло-

вий.

6. Условный оператор:

<текст программы>

THEN

<текст программы>

ELSE

<текст программы>

END_IF

7. Операторы циклов:

WHILE <операнд>

<текст программы>

END_WHILE

Здесь фрагмент программы между строками начала и конца

цикла будет выполняться, пока значение операнда не станет равно 0.

Второй оператор проверяет значение операнда на равенство 0

не в начале, а в конце цикла.

REPEAT

<текст программы>

UNTIL <операнд>

BREAK – управляет выходом из циклов.

CONTINUE – позволяет перейти в конец цикла без выполнения

оставшегося текста программы.

8. Операторы работы с таймерами:

Чтобы сделать временные засечки в одной программе, можно

использовать до 32 таймеров. Для управления ими и контроля их зна-

чений предусмотрены два оператора.

SETTMR <операнд1> <операнд2> – используется для включе-

ния таймера и задания ему временной уставки. Здесь операнд1 за-

дает номер таймера (от 0 до 31), а операнд2 – величину уставки. Зна-

чение уставки задается в миллисекундах.

CHECKTMR <операнд> – контролирует превышение значением

таймера величины его уставки. Если значение таймера больше вели-

чины уставки, то переменной CMP присваивается значение истина.

Номер контролируемого таймера указывается значением операнда.

9. Оператор вызова функциональных блоков:

CALL <имя блока> <реализация> (arg_1, …, arg_N) позволяет

обратиться к стандартным функциональным блокам, реализованным

Лабораторная работа № 2

в языке Техно FBD. Недоступными для вызова являются блоки, кото-

рые содержат внутренние статические переменные (PID, интегратор и

др.) и блоки логических, арифметических и условных операций, реа-

лизованных в Техно IL.

10. Оператор завершения программы:

EXIT [1] – завершает выполнение программы. Он может присут-

ствовать в любом ее месте и обязательно в конце. Наличие после

оператора цифры 1 в программах типа FB является указанием не из-

менять значения выходов при завершении.

2.3.4. Подключение внешних алгоритмов

Можно использовать до десяти внешних блоков, оформленных

как DLL-модули. Их необходимо сохранить в файлах FBDn.dll (n –

номер в списке от 0 до 9) и поместить в директорию запуска МРВ. В

блоке необходимо предусмотреть наличие входа блокировки. Для

этого в функции zFBD_DLL_info (описание блока) требуется указать

количество входов на один больше, чем требуется. В области памяти,

формируемой функцией zFBD_DLL_varname, на имя этого входа от-

водится 8 байтов. Однако оно не отображается при редактировании

FBD-программы, а значение этого входа не передается в модуль.

Созданный блок должен удовлетворять следующим условиям:

• суммарное число входов и выходов не должно превышать 16

(включая вход блокировки RUN);

• число входов не должно превышать 12 (включая вход RUN);

• число выходов не должно превышать 8.

2.4. Создание и редактирование FBD-программ

Для разработки FBD-программ в редакторе базы каналов преду-

смотрены два окна – FBD программы и LD программы. Для входа в

первое следует выполнить команду FBD программы меню Окна или

нажать сочетание клавиш Alt-3, или нажать кнопку

на панели инст-

рументов. Для входа во второе окно необходимо выполнить команду

LD программы меню Окна или нажать сочетание клавиш Alt-6. В обо-

их случаях на экране появится следующий диалог (рис. 2.12):

Рис. 2.12. FBD-программа

Поле редак-

тирования

имени FBD-

программы

Списо

программ

Поле ввода

комментария

Кнопка перехода в

окно редактирования

FBD-программ

Критерий

формирования

списка программ

SCADA-система Trace Mode. Разработка управляющих алгоритмов

В этом диалоге можно создать новую программу, удалить суще-

ствующую, сохранить ее в файле или вставить из другого файла. В

этом диалоге также выбирается программа для редактирования. FBD-

программа имеет имя и комментарий. Эти атрибуты используются

для ее идентификации и определения доступа к ней с различных уз-

лов проекта. Имя может включать в себя до 8 символов, а коммента-

рий – до 128. Имя программы не может начинаться с цифры и в нем

не могут использоваться служебные символы (например, "*").

Список программ формируется по следующим критериям, зада-

ваемым в соответствующем поле ввода: все – показать все FBD-

программы проекта; трансляция – показать FBD-программы проек-

та, используемые в каналах для трансляции; управление – показать

FBD-программы проекта, применяемые в каналах для управления; в

объекте – показать FBD-программы узла, выделенного в окне Объ-

екты редактора базы каналов.

Кнопка «Размножить» предназначена для тиражирования ука-

занной FBD-программы на все узлы проекта. Полученные с помощью

данной процедуры копии программы в дальнейшем не зависят друг от

друга.

Чтобы создать FBD-программу, следует выполнить команду

Создать из меню Программа (см. рис. 2.12). При этом в список до-

бавляется новая программа. Она имеет имя

Form<N>,

где <N> - индекс создаваемой программы (начиная с 16).

После создания программы ее имя можно отредактировать в со-

ответствующем поле диалога FBD-программа. При изменении имени

индекс программы не изменяется.

Для удаления программы следует сначала указать ее имя в спи-

ске диалога FBD-программа, а затем выполнить команду Удалить из

меню Редактировать.

FBD-программу можно сохранить в файле и затем вставить в

другой узел того же или другого проекта. Ее можно сохранить также в

виде текста на структурированном языке стандарта IEC 61131-3. Это

позволяет использовать данную программу в других приложениях.

После нажатия кнопки «Редактировать» этого диалога осуще-

ствляется переход в выбранное окно редактирования FBD-программ

(рис. 2.13).

В рабочем поле этого окна выводится диалог управления редак-

тированием и диаграмма из функциональных блоков.

Существует три режима работы в окне редактирования FBD-

программ:

• редактирование связей;

• размещение блоков;

• эмуляция работы программы.

Лабораторная работа № 2

Рис. 2.13. Редактирование FBD-программ

Режим устанавливается в диалоге управления редактировани-

ем. Он называется Меню FBD и появляется на экране при входе в ок-

но редактирования FBD-программ (рис. 2.14).

Диалог Меню FBD позволяет не только устанавливать режим

работы окна, но также выбирать функцию для размещаемого блока.

Для входа в режим размещения блоков необходимо нажать

кнопку

диалога Меню FBD.

После этого любое нажатие левой кнопки «мыши» на свободном

месте рабочего поля размещает новый блок. Для него устанавлива-

ется текущая выбранная функция. Ее наименование выводится в

верхней части блока. После этого изменение функции блока недос-

тупно.

Рис. 2.14. Окно выбора режима редактирования и FBD-блоков

Выбор функции блока осуществляется в два этапа. На первом

этапе выбирается функциональный раздел, на втором – функция.

Функциональный раздел выбирается из списка, расположенного

под кнопками установки режима. После этого на кнопках диалога Ме-

ню FBD выводятся наименования соответствующих им функций из

выбранного раздела. Нажатием левой кнопки «мыши» на любой из

кнопок устанавливается ее функция в качестве текущей.

Диалог управления

едакти

ованием

Диаграмма

функциональных

блоков

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

SCADA-система Trace Mode. Разработка управляющих алгоритмов

При размещении нового блока число переменных программы

автоматически увеличивается. Количество добавляемых переменных

равно сумме выходов блока и его внутренних переменных. По мере

настройки входов блока они добавляются в список переменных.

Для входа в режим редактирования связей необходимо на-

жать кнопку

диалога Меню FBD, показанной на рис 2.14.

В режиме редактирования связей доступны операции настройки

и связывания входов и выходов, удаления связей и блоков, переме-

щения блоков.

Чтобы настроить вход/выход функционального блока необ-

ходимо произвести двойной шелчок «мыши» на настраиваемом входе

(выходе). При этом на экране появится диалог Описание переменной

(рис. 2.15). В нем можно задать тип переменной, вид представления,

значение, индекс и комментарий.

Рис. 2.15. Настройка входов/выходов функционального блока

Комментарий к входам и выходам функциональных блоков, объ-

явленных константами или аргументами выводится в бланках диалога

Реквизиты при настройке вызова программы. Там же выводится их

числовой индекс.

Чтобы удалить функциональный блок из программы, его не-

обходимо сначала выделить нажатием левой кнопки «мыши» на его

изображении. Нажатие клавиши Del после этого приводит к удалению

из программы выделенного блока со всеми его связями. При этом но-

мера всех старших по номеру блоков автоматически уменьшаются на

1. Входы блоков, которые были связаны с выходами удаленного бло-

ка, сохраняют тип блок и свои старые индексы. Такие входы необхо-

димо вручную перевести в состояние свободен (для этого необходимо

выделить вход и нажать клавишу Del). При размещении новых блоков

для индексации их выходов в первую очередь будут использоваться

освобожденные индексы.

При разработке алгоритмов, выполняющих несколько последо-

вательных действий, необходимо передать результаты вычислений

одного блока другому. Для этого следует связать соответствующие

входы и выходы этих блоков нажатием левой кнопки «мыши» на од-

ном из концов связи и, удерживая кнопку «мыши» нажатой, перевести

Тип

пе

еменной

Номер блока

Индекс

пе

еменной

Поле

коммента

ия

Вид

едставления

Значение

Лабораторная работа № 2

курсор в область другого конца. При этом связываемые вход и выход

функциональных блоков соединяются линией и им автоматически

присваивается тип блок.

Связывать можно не только вход с выходом, но и вход с входом.

В этом случае линии между ними не проводятся. При нажатии левой

кнопки «мыши» на любом из связанных входов остальные также вы-

деляются.

Чтобы посмотреть все связи выхода функционального блока,

следует нажать на нем левой кнопкой «мыши». При этом линии связи

этого выхода с другими блоками выделяются красным цветом.

Для удаления связи между блоками следует нажать левую

кнопку «мыши» на входе в блок. Нажатие клавиши Del после этого

приводит к удалению выделенной связи, после чего входам блоков

устанавливается тип свободен, а выходам – блок.

Чтобы сделать программу читаемой и поменять последователь-

ность пересчета блоков, предусмотрена возможность перемещения

блока с сохранением всех его связей. Чтобы переместить группу бло-

ков, требуется ее сначала выделить. Для этого следует, удерживая

клавишу Ctrl в нажатом состоянии, последовательно нажимать левую

кнопку «мыши» на нужных блоках. После этого следует нажать левую

кнопку «мыши» на любом из блоков выделенной группы и, удерживая

кнопку «мыши» в нажатом состоянии, переместить блок в требуемое

место. Если ни один блок из группы не пересечется с размещенными

ранее блоками, то группа переместится на новое место.

Для тиражирования фрагментов FBD-программы следует

набрать такой фрагмент в отдельной программе и поместить его в

буфер обмена. Для этого следует выполнить команду Копировать

меню Правка или нажать сочетания клавиш Ctrl-C. После этого необ-

ходимо войти в редактирование программы, куда предполагается

вставить данный фрагмент и выполнить требуемое число раз команду

Вставить из меню Правка или нажать сочетание клавиш Ctrl-V. При

этом происходит копирование всех блоков FBD-программы, помещен-

ной в буфер обмена.

Режим эмуляции работы программы предназначен для ее

отладки. При нажатии кнопки

диалога Меню FBD (см. рис. 2.14)

редактор переводится в режим пошаговой эмуляции. В этом режиме

каждое нажатие левой кнопки «мыши» в рабочем поле приводит к од-

нократному пересчету программы. При нажатии второй кнопки

включается непрерывный режим. В нем программа непрерывно пере-

считывается с заданным периодом, который выбирается в разделе

Скорость эмуляции меню Настройка.

При работе в режиме эмуляции рядом с каждым входом и выхо-

дом всех функциональных блоков выводятся их значения. Величины