Cистема Автоматизированного Управления процесса стерилизации биореактора

Ранее были раскрыты назначение, цели, и критерии создания АСУ стадией

стерилизации (в составе АСУТП биосинтеза эритромицина), определена

структура и функционирование ПТК этой АСУ, затем проведен анализ ферментера

и стадии стерилизации с позиции автоматизации технологических производств.

Следующим шагом на пути создания автоматизированной системы управления

является выбор средств программно-технического комплекса, охватывающий

диспетчерский уровень, сетевой уровень и уровень контроллеров и модулей

ввода-вывода структурной схемы АСУ.

Как уже было отмечено, при выборе средств ПТК необходимо стремиться к

снижению стоимости системы, наладки и эксплуатации, повышению надежности,

производительности, простоте эксплуатации, совместимости и другим важным

характеристикам системы.

Технические средства автоматизации (ТСА) выбираются таким образом, что

в рамках АСУ необходимо соблюдать такие принципы Государственной системы

приборов (ГСП), как:

1) агрегатирование;

2) унификация сигналов, интерфейсов, несущих конструкций, элементной

базы, модулей и блоков;

3) минимизация номенклатуры;

4) реализация эстетических и эргономических требований с точки зрения

рациональности.

При выборе программно технических средств автоматизации необходимо

учитывать особенности поставленной задачи, требования предъявляемые

характером технологического процесса к надежности, живучести,

быстродействию, другим техническим и эксплуатационным характеристикам

системы, а также потребительские свойства системы.

Набор выполняемых функций и соответствующий объем получаемой и

обрабатываемой информации об объекте соответствует возможностям ПТК,

построенного на базе локального программируемого логического контроллера

(ПЛК) или сетевого комплекса контроллеров (сеть ПЛК).

7 Программируемый логический контроллер (ПЛК) и сопутствующие технологии

автоматизации

Из всех используемых в настоящее время классов локальных контроллеров

нас интересует PLC, выполненные в виде автономных модулей, реализующих

функции контроля и управления изолированными технологическими узлами, как,

например, районные котельные, электрические подстанции, резервуарные парки.

Автономные контроллеры помещаются в защитные корпуса, рассчитанные на

разные условия окружающей среды [17, 18]. Почти всегда эти контроллеры

имеют порты для соединения в режиме "точка-точка" с другой аппаратурой и

интерфейсы, связывающие отдельные устройства через сеть с другими

средствами автоматизации. В контроллер встраивается или подключается к нему

специальная панель интерфейса с оператором, состоящая из алфавитно-

цифрового дисплея и набора функциональных клавиш.

В этом классе следует выделить специальный тип локальных контроллеров,

предназначенных для систем противоаварийной защиты. (ПАЗ).

Устройства отличаются особенно высокой надежностью (IEC 61511) и

быстродействием. В них предусматриваются различные варианты полной текущей

диагностики неисправностей с глубиной до отдельной платы; защитные коды,

предохраняющие информацию от искажений во время передачи и хранения;

резервирование, как отдельных компонентов, так и всего устройства в целом.

В частности, к наиболее распространенным способам резервирования

контроллеров этого типа относятся:

1) горячий резерв отдельных компонентов и/или контроллера в целом (при

не прохождении теста в рабочем контроллере управление переходит ко

второму контроллеру);

2) троирование основных компонентов и/или контроллера в целом с

голосованием по результатам обработки сигналов всеми контроллерами,

составляющими группу (за выходной сигнал принимается тот, который

выдали большинство контроллеров группы, а контроллер, рассчитавший

иной результат, объявляется неисправным);

3) работа по принципу "пара и резерв". Параллельно работает пара

контроллеров с голосованием результатов, и аналогичная пара

находится в горячем резерве. При выявлении разности результатов

работы первой пары управление переходит ко второй паре; первая пара

тестируется, и либо определяется наличие случайного сбоя и

управление возвращается к первой паре, либо диагностируется

неисправность и управление остается у второй пары.

Контроллеры, предназначенные для цепей противоаварийной защиты, должны

иметь специальный сертификат (например, соответствие уровням SIL стандарта

IEC 61508), подтверждающий их высокую надежность и живучесть.

Контроллеры данного класса чаще всего имеют десятки входов/выходов от

датчиков и исполнительных механизмов, небольшую или среднюю вычислительную

мощность.

Мощность представляет собой комплексную характеристику, зависящую от

разрядности и частоты процессора, а также объема памяти разного типа

(оперативной, постоянной и т. д.).

Контроллеры реализуют простейшие типовые функции обработки измерительной

информации, блокировок, регулирования. Многие из них имеют один или

несколько физических портов для передачи информации на другие системы

автоматизации.

Также среди локальных контроллеров можно выделить две группы: не PC-

совместимые (закрытые) и PC-совместимые (x86-совместимые, открытые)

контроллеры.

Контроллеры первой группы, как правило, базируются на специально

разработанных процессорах (например, CPU 214 в Siemens SIMATIC S7-200).

Производитель оснащает эти контроллеры собственными и стандартными

коммуникационными интерфейсами, выпускает разнообразные модули расширения.

Важной особенностью контроллеров этой группы является жесткая привязка

к программному обеспечению (ПО) фирмы-производителя. Отсутствие возможности

использования стороннего ПО накладывает определенные ограничения на

создание, эксплуатацию, масштабирование, модернизацию системы

автоматизированного управления, ведет к увеличению совокупной стоимости

контроллера и программного обеспечения.

Этот тип контроллеров, как правило, поставляется известными, крупными

производителями средств промышленной автоматизации (Siemens, Allen-Bradley,

Omron, Schneider). С другой стороны они гарантировано обеспечивают высокую

надежность, стабильность и отлаженность программного обеспечение,

контроллеров и модулей расширения.

Ко второй группе принадлежат контроллеры, построенные на базе Intel-

совместимых процессоров (80386EX, AMD80188-40, AMD DX5-133 (5x86-133)).

Кроме стандартных для PLC функций эти контроллеры обладают большими

возможностями. Так, например, на них можно возложить функции работы с

сетями, интерфейса человек-машина, поддержку различных баз данных и более

дружественного интерфейса пользователя. Таким образом, РС-контроллер можно

считать РС-совместимой программируемой PLC-системой, которая выполняет

строго определенную задачу, но с возможностью гибкого ее

перепрограммирования.

Также в силу PC-совместимости этих контроллеров предоставляется более

широкий выбор средств программирования: стандартные языки программирования

(Asm, C, C++ и т.п), специальные средства разработки (средства разработки

базирующиеся на стандарте IEC 61131(МЭК 61131): ISAGraf и т.п.).

Производители этого типа контроллеров, как правило, менее известны на

рынке средств автоматизации (ICP DAS, Advantech) преимущественно из стран

Азии (Тайвань), также есть российские разработки (ТЕКОН). С другой стороны

стоимость этих контроллеров ниже стоимости своих более известных не PC-

совместимых аналогов. Технические и эксплуатационные характеристики сходны

с характеристиками аналогов.

8 Сетевой комплекс контроллеров

Сетевые ПТК наиболее широко применяются для управления

производственными процессами во всех отраслях промышленности. Минимальный

состав данного класса ПТК подразумевает наличие следующих компонентов:

1) набор контроллеров;

2) несколько дисплейных рабочих станций операторов;

3) системную (промышленную) сеть, соединяющую контроллеры между собою

и контроллеры с рабочими станциями.

Контроллеры каждого сетевого комплекса, как правило, имеют ряд

модификаций, отличающихся друг от друга быстродействием, объемом памяти,

возможностями по резервированию, способностью работать в разных условиях

окружающей среды, числом каналов входа/выхода. Так что можно подобрать

контроллер для каждого узла автоматизируемого агрегата с учетом

особенностей и выполняемых функций последнего и использовать один и тот же

комплекс для управления разными производственными объектами.

В качестве дисплейных рабочих станций почти всегда используются

персональные компьютеры в обычном или промышленном исполнении; большей

частью с двумя типами клавиатур: традиционной алфавитно-цифровой и

специальной функциональной - и оснащенные одним или несколькими мониторами

с большими экранами.

Системная сеть может иметь различную структуру: шину, кольцо, звезду;

она часто подразделяется на сегменты, связанные между собой, коммутаторами,

повторителями и маршрутизаторами. Информация, передаваемая по сети,

достаточно специфична и может представлять собой как периодические, так и

случайные во времени короткие сообщения. К передаче сообщений предъявляются

жесткие требования: они гарантированно должны доставляться адресату, а для

сообщений высшего приоритета, например, предупреждающих об авариях, также

следует обеспечить указанный срок передачи сообщений. Так что

предпочтительные методы доступа к системной сети основываются на передаче

маркера или на взаимодействии узлов сети по модели "ведущий/ведомый"

("Master/Slave").

Если применяется метод случайного доступа к сети, то во время

возникновения аварийной ситуации может произойти резкое одномоментное

увеличение числа экстренных сообщений и, как следствие, возникнуть затор в

сети, что приводит не только к задержке доставки сообщений адресату, но и к

их частичной потере.

Чаще всего сетевые комплексы применяются на уровне цехов

машиностроительных заводов, агрегатов нефтеперерабатывающих,

нефтехимических и химических производств (правда, не самых мощных), а также

цехов предприятий пищевой промышленности.

9 Выбор контроллерных средств (ПЛК)

Выше были указаны роль и место программируемых логических контроллеров

(ПЛК) в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Теперь приведем краткую оценку объема российского рынка контроллерных

средств.

На нем работают все международные лидеры - производители данной

продукции: ABB (распространяющая также контроллерные средства фирм Baily

Controls и Gartman & Braun), Emerson (бывшая Fisher-Rosemount), General

Electric Fanuc Automation, Foxboro, Honeywell, Metso Automation (поглотила

фирму Damatic Automation), Moore Products, Omron, Rockwell Automation,

Siemens, Yokogawa, Schneider Automation и др. Всего порядка 15 фирм, каждая

из которых предлагает от двух до пяти контроллерных средств разных классов.

Около 20 зарубежных производителей меньшего масштаба имеют российских

дилеров, внедряющих их контроллерные средства на российских предприятиях

(Koyo Electronics, Tornado, Triconex, PEP, Trey, Control Microsystems, GF

Power Controls и др.).

Более 20 российских предприятий конкурируют с зарубежными

производителями в разных классах контроллерных средств ("Автоматика", ДЭП,

"Импульс", "Инсист Автоматика", "Интеравтоматика", "Квантор",

НИИтеплоприбор, "НВТ-Автоматика", ПИК "Прогресс", "Саргон",

"Системотехника", ТЕКОН, "Электромеханика", ЭМИКОН и др.).

Поскольку российские предприятия комплектуют контроллерные средства

зарубежными микропроцессорами, стандартными сетями, типовым системным и

прикладным программным обеспечением, то продукция отечественного

производства оказывается вполне конкурентоспособной по сравнению с

импортными аналогами. К сожалению, при этом ее стоимость также становится

сопоставимой с зарубежными изделиями.

Выбираемый микроконтроллер должен отвечать следующим требованиям:

поддержка требуемого количества входных и выходных сигналов (не менее 16/8

аналоговых вх./вых., 32/32 дискретных вх./вых.);

1) применение как для непрерывных производств, так и для

периодических;

2) высокий уровень надежности, помехозащищенности (отказ

микроконтроллера может к большим экономическим потерям);

3) высокая производительность, необходимая для контроля большого

количества технологических параметров;

4) использование стандартных протоколов и коммуникационных интерфейсов

для работы с верхним уровнем;

5) широкий диапазон модулей расширения для поддержки всевозможных

датчиков;

6) развитая программная поддержка;

7) широкий диапазон рабочих условий;

8) оптимальная цена.

С учетом поставленной задачи, технических, эксплуатационных

характеристик и потребительских свойств в результате анализа российского

рынка средств промышленной автоматизации был выбран ряд контроллеров и

составлена соответствующая сводная таблица (приложение 3).

В таблице приведены некоторые характеристики ПЛК различных

производителей. Рассматриваемые контроллеры имеют сходные функциональные

возможности, близкие технические и эксплуатационные характеристики,

некоторые почти одинаковые размеры. В четырех последних строках указаны

параметры для модулей дискретного ввода-вывода. Все контроллеры построены

по магистрально-модульному принципу, монтируются на панель или DIN-рейку,

работают от напряжения от +24 до 220в и поддерживают протоколы обмена

Fieldbus (приложение 4), некоторые Ethernet, имеют широкий набор модулей:

1) модули дискретных входов/выходов;

2) коммуникационные модули;

3) модули аналогового ввода/вывода;

4) модули терморегуляторов;

5) модули позиционирования;

6) модули ПИД-регулятора;

7) модули контроля движения.

Наличие различных PLC ставит следующий вопрос: как выбрать из этого

обилия необходимый для эффективного решения поставленной задачи контроллер?

Требуется не превосходство одной какой-то характеристики, а некая

интегральная оценка, позволяющая сравнить PLC по совокупности характеристик

и свойств.

Методика выбора ПЛК

Учитывая специфику устройств, критерии оценки можно разделить на три

группы, изображенные на дереве характеристик ПЛК (рис. 6.2):

[pic]

Рис. 6.2. Дерево характеристик ПЛК

. технические характеристики;

. эксплуатационные характеристики;

. потребительские свойства.

При этом критериями выбора считать потребительские свойства, т.е.

соотношение показателей затраты/производительность/надежность, а

технические и эксплуатационные характеристики ограничениями для процедуры

выбора.

Кроме того, необходимо разделить характеристики на прямые (для которых

положительным результатом является её увеличение) и обратные (для которых

положительным результатом является её уменьшение).

Так как характеристики между собой конфликтны, т.е. улучшение одной

характеристики почти всегда приводит к ухудшению другой, необходимо для

каждой характеристики [pic] определить весовой коэффициент [pic],

учитывающий степень влияния данной характеристики на полезность устройства.

Терминология и состав критериев оценки ПЛК приведены в соответствии с

основными положениями квалиметрии и стандартами качества (ГОСТ 15467-79).

Выбор аппаратуры производится в четыре этапа:

. определение соответствия технических характеристик предъявленным

требованиям;

. определение соответствия эксплуатационных характеристик

предъявленным требованиям;

. оценка потребительских свойств выбираемой аппаратуры;

. ранжирование изделий.

На первом этапе каждая техническая характеристика анализируемого

изделия сравнивается с предъявленными к проектируемой системе требованиями,

и если данная характеристика не удовлетворяет этим требованиям, изделие

снимается с рассмотрения.

Такой же анализ проводится на втором этапе с эксплуатационными

характеристиками, и только если технические и эксплуатационные

характеристики соответствуют поставленной задаче и предъявленным

требованиям, проводится оценка потребительских свойств ПЛК.

Для этого используется аддитивный метод оценки, когда суммарная оценка

каждой группы свойств (характеристик) (затраты / производительность /

надежность) вычисляется по следующей формуле:

[pic],

где [pic], [pic] - нормированные прямые и обратные характеристики

выбираемого изделия (переход к относительным характеристикам);

[pic] - весовые коэффициенты характеристик;

l - число прямых характеристик , n-l - число обратных характеристик.

Для прямой характеристики [pic] - наилучшие, [pic] - наихудшие

значения оцениваемого свойства. Для обратных характеристик наоборот.

Значения текущих оцениваемых характеристик[pic] должны лежать в диапазоне

[pic]([pic]([pic].

Определение весовых коэффициентов для характеристик ПЛК является одной

из самых ответственных задач, т.к. именно от их правильной величины зависит

достоверность результатов анализа. Для нахождения усредненной оценки

каждого коэффициента может быть рекомендована следующая методика экспертных

оценок.

Составляется сводная анкета эксперты-коэффициенты (рис. 6.3), в

которой проставляются полученные от каждого эксперта ненормированные

коэффициенты весомости по шкале от 0 до 10.

[pic]

Рис. 6.3. Сводная анкета эксперты-коэффициенты

Определяются среднеарифметические значения ненормированных

коэффициентов для каждой группы характеристик:

[pic]

, при [pic]

Определяются значения нормированных весовых коэффициентов по группам

характеристик характеристик ПЛК:

[pic]

Проверяем правильность расчетов, согласно которой сумма всех

коэффициентов весомости в группе должна быть равна единице [pic].

В результате анализа потребительских свойств аппаратуры составляется

таблица изделия-потребительские свойства, которая содержит исходные данные

для выбора ПЛК.

Ранжирование изделий, т.е. расположение их в порядке возрастания (или

убывания) соотношения показателей затраты/производительность/надежность

целесообразно проводить по формуле:

[pic]

Программа определения весовых коэффициентов с использованием

экспертных оценок и расчета комплексных оценок потребительских свойств ПЛК

«expert_quality.vi» написана с использованием LabVIEW. Блок-диаграммы

приведены в приложении 6.

Программа содержит несколько таблиц.

В таблицах 1,2,3 определяется перечень контроллеров, задаются

потребительские характеристики ПЛК, объединенные в группы по признаку

однородности свойств: затраты, производительность/надежность.

Таблицы 4,5,6 предназначены для ввода экспертных оценок весовых

коэффициентов (по десятибалльной шкале) элементарных потребительских

свойств для каждой группы.

После усреднения и нормирования весовых коэффициентов в таблицы 7,8,9

выводятся соответствующие значения нормированных весовых коэффициентов.

Таблица 4 содержит усредненные весовые коэффициенты.

После этого в соответствии описанной методикой вычисляются групповые

комплексные характеристики ПЛК: [pic], проводится ранжирование, а

результаты работы программы заносятся в таблицу 10.

[pic]

Программа разработана с использованием принципов открытой архитектуры,

позволяет изменять состав экспертов и варьировать исследуемые параметры.

Простота и удобство позволяют работать с программой даже слабо

подготовленным пользователям.

[pic]

Рис. 6.4. Рабочее окно программы

По результатам работы программы строится диаграмма комплексных оценок

потребительских характеристик ПЛК.

Максимальное значение обобщенной комплексной оценки соответствует

эталонному ПЛК.

В результате анализа потребительских свойств аппаратуры составлена

таблица комплексных оценок потребительских характеристик ПЛК, которая

содержит исходные данные для выбора ПЛК.

Проведенный анализ не претендует на полноту охвата всех показателей в

основном по субъективного причинам. Однако даже в таком виде можно сделать

вывод о том, что данная методика позволяет провести оценку и принять

решение о выборе ПЛК.

Из взятых для сравнения ПЛК наилучшими потребительскими свойства

обладает контроллер ICP DAS I-8837.

Этот контроллер является PC-совместимым, полностью отвечает

современным тенденциям движения рынка промышленной автоматизации.

Конструктивно этот контроллер серии i-8000 выполнен в виде отдельного

блока из негорючего пластика. Блок содержит центральный процессор, источник

питания, панель управления, коммуникационные порты и объединительную плату

для установки модулей ввода-вывода.

Контроллер может быть без труда установлен на DIN-рейку или на панель.

При этом обеспечивается открытый и удобный доступ к панели управления, к

слотам для установки или замены модулей ввода-вывода и коммуникационным

разъемам.

I-8837 имеет процессор AMD-188/186-40МГц, 512 КБайт оперативной памяти

с возможностью питания от отдельной батареи, 512 КБайт Flash-памяти,

встроенные часы реального времени и сторожевой таймер. Объем Flash-памяти

можно наращивать до 32 Мбайт. Встроенный сторожевой таймер представляет

собой аппаратно реализованную схему сброса, контролирующую рабочее

состояние контроллера. В случае непредвиденного “зависания” контроллера

сторожевой таймер автоматически перезапустит его. Для связи с модулями

расширения используется высокоскоростная параллельная, локальная шина.

Контроллер имеет также встроенные аппаратные и программные средства

самодиагностики. В ПЗУ встроено ядро и программные модули системы ISaGRAF

(целевая задача), под управлением которых осуществляется работа

контроллера. Подробнее о системе ISaGRAF будет сказано в главе “Средства

программирования контроллеров”.

Для удобства оперативного контроля за работой I-8837 имеется

встроенная панель управления. На ней расположены 5-знаковый семисегментный

индикатор, 3 светодиода и кнопки управления. На индикатор может выводится

информация о статусе работы I-8837 и состоянии аналоговых входов-выходов

(информация о состоянии дискретных входов-выходов выводится на светодиоды,

расположенные на модулях расширения). Четыре кнопки оперативного управления

“Up”, “Down”, “Mode”, “Set” позволяют пользователю оперативно просматривать

необходимые данные на дисплее и управлять статусом работы контроллера.

Дополнительно на панели расположен индикатор питания и кнопка “Reset”

для сброса контроллера.

Питание контроллера может осуществляться постоянным

нестабилизированным напряжением в диапазоне от 10 до 30 В. Блок питания

мощностью 20 Вт имеет линейную нагрузочную характеристику во всем рабочем

диапазоне выходной мощности и температур. Его соединительные клеммы

выведены на переднюю панель контроллера и защищены дополнительной крышкой.

Контроллер имеет три уровня гальванической развязки. Первый уровень в

3000 В постоянного тока обеспечивается электрическими цепями источника

питания, второй, также в 3000 В, - изоляцией в модулях ввода-вывода,

третий, в 2500 В, - цепями коммуникационных интерфейсов.

Контроллер и модули расширения могут работать в широком температурном

диапазоне от минус 25 до плюс 75°С.

Контроллер могут иметь большой набор коммуникационных портов,

поддерживающих различные интерфейсы.

Последовательный порт COM1 поддерживает стандартный интерфейс RS-232.

COM2 служит для организации связи по RS-485 на основе единственной витой

пары.

Последовательный порт COM3 всех контроллеров служит для загрузки

программ с обычного персонального компьютера или может использоваться в

качестве порта RS-232 общего назначения.

Контроллер имеет встроенный порт Ethernet. Обмен с сетью Ethernet

может осуществляться на скорости 10 Мб по витой паре категории 3 и выше.

Контроллер поставляется с библиотеками TPC/IP, Web Server и VxCOM. Первые

две библиотеки позволяют очень легко интегрировать контроллеры в

существующую сеть Интернет/Интранет и получить доступ к данным через

обыкновенный браузер типа IE или Netscape. Последняя библиотека

предназначена для реализации функции Ethernet – RS-232/485 роутера.

Контроллер имеет соответственно 8 слотов расширения для установки

модулей ввода-вывода и наращивания функциональных возможностей.

Через один из коммуникационных портов могут быть подсоединены

дополнительные модули ввода-вывода, установленные в специальные устройства

расширения - корзины типа I-87k4 или I-87k8. Они имеют соответственно 4 и 8

слотов для дополнительных модулей. Всего к одному контроллеру может быть

присоединено до 255 модулей расширения. По интерфейсу RS-485 к контроллерам

можно также подсоединять и любые модули серии I-7000. Т.к. модули

расширения серии I-8000 поддерживают систему команд, совместимую с системой

команд для серии модулей I-7000, то смешанные системы на основе двух серий

модулей создавать очень легко и удобно. Модули серии I-8000, установленные

в блоки I-87k4 или I-87k8, можно подсоединять к последовательному порту

промышленного или персонального компьютера.

Модули расширения серии I-8000 делятся на два типа: параллельные и

последовательные. Модули параллельного типа – высокоскоростные устройства

ввода-вывода, которые могут быть установлены только в контроллеры. Модули

последовательного типа обладают более низкой скоростью обмена и могут

устанавливаться как в слоты расширения контроллеров, так и в слоты

дополнительных устройств типа I-87k4 или I-87k8. В контроллер можно

устанавливать модули в любой комбинации: как параллельные, так и

последовательные. Все модули обладают съемными клеммными соединителями с

винтовой фиксацией внешних проводов.

В комплекте с контроллером и модулями серии i-8000 поставляется

документация и дополнительное программное обеспечение:

. руководство пользователя;

. утилита программной конфигурации;

. драйверы и библиотеки для MS DOS;

. драйверы и библиотеки для Windows 95/98/NT;

. DDE сервер;

. библиотека компонентов ActiveX;

. драйверы и библиотеки для Linux;

. OPC сервер;

. библиотеки TPC/IP, Web-Server и VxCOM;

Среда разработки ISaGRAF является отдельным программным продуктом и

поставляется за отдельную плату.

11 Выбор средств программирования контроллеров.

Использование программируемого логического контроллера в

автоматизированной системе управления технологическим процессом требует

применение специальных программных средств для программирования

контроллера.

Как было отмечено выше выбор того или иного средства программирования

диктуется в первую очередь типом контроллера.

Так для PC-несовместимых ПЛК выбор программного обеспечения, как

правило, ограничен средствами разработки, поставляемыми производителями

(например, STEP7 от Siemens для программирования контроллеров серии S7).

Эти программные продукты, поддерживающие только определенные типы ПЛК,

включают как традиционные текстовые языки программирования, так и

специализированные графические и позволяют решать практически любые задачи

по автоматизации с использованием ПЛК. С другой стороны, в условиях

отсутствия альтернативных программ от сторонних разработчиков, часто эти

среды разработки имеют несколько завышенные цены.

Для PC-совместимых контроллеров существует более широкий выбор средств

разработки, включающий как почти бесплатные системы (Asm, Borland C,

адаптированные для программирования контроллерных систем и т.п.), так и

специальные средства разработки, базирующиеся на стандарте IEC 61131(МЭК

61131) (ISAGraf и т.п).

Отметим, что стандарт Международной электротехнической комиссии МЭК

61131 (IEC 61131) имеет реализации программном обеспечении для

контроллеров обоих типов.

В разделе выбор контроллерных средств (ПЛК) был сделан и обоснован

выбор контроллера ICP DAS I-8837.

Возникает вопрос о выборе средств программирования среди многообразия

систем разработки предназначенных для программирования PC-совместимых

контроллеров.

Похожий вопрос возникает при выборе программного обеспечения для

разработки системы диспетчерского уровня, поэтому сведения по этому вопросу

приведены в главе: «Системы верхнего уровня. SCADA системы».

В соответствии с выводами, сделанными в этой главе, путь использования

готовых (COTS (Commercial Of The Shelf)) инструментальных проблемно-

ориентированных средств, оказывается более предпочтительным.

Далее речь пойдет об одном из известных средств разработки,

базирующимся на стандарте IEC 61131(МЭК 61131) - ISaGRAF.

ISaGRAF - стредство программирования контроллеров на базе стандарта IEC

61131(МЭК 61131).

Стандарт МЭК 61131 в целом посвящен программируемым логическим

контроллерам. Но наиболее известна и популярна третья часть этого

стандарта, определяющая мнемонику языков программирования: «Программируемые

контроллеры. Часть 3. Языки программирования».

Часть посвящена решению задач программирования контроллеров для систем

и устройств с объектом на основе 4-х языков:

. текстовых - IL (список инструкций) и ST (структурированный текст);

. графических - FBD (Диаграмма блока функций) и LD (Релейная

диаграмма);

. элементов графического представления SFS (последовательные

функциональные схемы).

Применение стандарта дает возможность описать автоматизируемый

процесс и его отдельные компоненты в наиболее легкой и понятной форме; все

языки стандарта имеют общий внешний интерфейс; части прикладной программы

могут быть разработаны на любом языке и скомпонованы в единую исполняемую

программу. Стандарт позволяет определить характеристики различных

программируемых контроллеров, построенных на базе стандартов, используя

универсальные термины, облегчая тем самым задачу по программирования этих

контроллерных средств.

В той или иной мере этот стандарт реализован в программах всех

основных разработчики инструментальных программных систем для промышленной

автоматики.

Список инструментальных программных систем, реализующих стандарт IEC

61131-3, превышает два десятка (Табл. 6.1).

Таблица 6.1

Инструментальные программные системы

|CoDeSys |(Smart Software Solutions, Германия) |

|ACCON-ProSys |(Deltalogic , Германия) |

|OpenDK |(Infoteam Software , Германия) |

|PUMA |(KEBA, Австрия) |

|SUCOsoft S340 |(Klokner-Moeller , Германия) |

|NAIS CONTROL |(Matsushita AC , Германия) |

|PDS7 |(Philips, Нидерланды) |

|SELECONTROL |(Selectron Lyss, Швейцария) |

|Soft Control |(Softing , Германия) |

|ISaGRAF |(ICS Triplex, Канада) |

На российском рынке "61131"-систем представлено несколько продуктов,

но наибольшую известность имеет система ISaGRAF (CJ International,

Франция). Под управлением ISaGRAF работают десятки систем автоматизации.

Инструментальная система ISaGRAF относится к классу систем CASE-типа

(Computer Aided Software Engineering – Система Автоматизированного

Проектирования) и предназначена для разработки прикладного программного

обеспечения интеллектуальных контроллеров.

ПЛК ICP DAS I-8837 семейства контроллеров серии I-8000 имеет

встроенное ядро и программные модули системы ISaGRAF (целевая задача), под

управлением которых осуществляется работа контроллера.

Система ISaGRAF включает:

. Систему разработки (ISaGRAF WorkBench);

. Систему исполнения (ISaGRAF Target)

Система разработки предназначена для создания прикладных задач,

исполняемых затем под управлением ядра ISaGRAF на системах исполнения, и

устанавливается на компьютере IBM PC (или совместимом) под управлением MS

Windows. Специальных требований к компьютеру не предъявляется.

Система исполнения либо загружается, либо прожигается в ПЗУ системы

исполнения (целевая задача). Она включает в себя ядро ISaGRAF и набор

модулей связи. В качестве целевой системы могут выступать контроллеры (или

компьютеры), построенные на основе микропроцессоров INTEL и MOTOROLA и

работающие как под управлением операционных систем (OS-9, VxWorks, Dos,

Windows NT, QNX и т.д.), так и без них.

Основные достоинства ISaGRAF:

. использование стандартных языков программирования (МЭК 61131-3);

. графический интерфейс системы разработки;

. легкость в освоении и удобство использования;

. обеспечение качественных разработок пользовательских приложений;

. встроенные средства программирования промышленных сетей;

. удобные и эффективные отладочные средства.

В ISaGRAF заложена методология структурного программирования, которая

дает возможность пользователю описать автоматизируемый процесс в наиболее

легкой и понятной форме. Интерфейс с пользователем системы разработки

ISaGRAF соответствует международному стандарту GUI (Graphical User

Interface), включающему многооконный режим работы, графические редакторы,

работу с мышью и т.д. Функции ISaGRAF можно разделить на два класса:

функции общего назначения и функции программирования логики.

Функции общего назначения позволяют решать следующие задачи:

. управление разработкой проекта (создание программной конфигурации,

разработка отдельных программных и функциональных единиц);

. создание пользовательских библиотек функций и блоков на основе

стандартных языков;

. создание пользовательских библиотек СИ-функций и СИ-блоков, а также

Страницы: 1, 2, 3, 4