Языки программирования ПЛК.

Большинство задач управления в рамках АСУТП требует не столько вычислительных арифметических операций (хотя бывают необходимы и они), сколько логических операций, без которых не обходится ни один процесс управления. Логические операции совершаются над сигналами, которые либо приходят по каналам обратной связи от датчиков технологических параметров, либо вырабатываются различными управляющими устройствами в составе АСУТП. Сигналы логического типа (дискретные сигналы) принимают значения либо 0, либо 1. Они либо поступают в ПЛК через дискретные модули входов (сигналы обратной связи), либо выдаются из ПЛК через дискретные модули выходов на исполнительные устройства (управляющие сигналы). Получение информации о сигналах обратной связи называется опросом входов.

Поскольку информация о дискретном сигнале принимает значение либо 0, либо 1, то для её хранения применяют ячейку памяти триггерного типа. При программировании каждую такую ячейку памяти принято называть битом. В системе логического управления каждый дискретный сигнал функционирует в виде логической переменной. Каждый бит в системе программирования ПЛК представляет такую логическую переменную или константу и может соответственно принимать значение либо 0, либо 1. При программировании имеют дело не с самими сигналами, а с битами, с помощью которых исходные сигналы представлены в памяти ПЛК. Бит – это элементарный объём адресации в стандартных системах программирования ПЛК. Возможны и другие объекты адресации, включая численные величины.

Порядок программирования ПЛК определяется международным стандартом IEC 61131-3. Помимо объектов-битов в нём предусмотрена возможность объединения битов в слова. Предусмотрены следующие форматы слов:

• В – байт, состоящий из 8 бит и предназначенный для обозначения символов, применяющихся при программировании ПЛК;

• W (Word) – слово одинарной длины, состоящее из 16 бит; такие слова применяются для записи совокупностей битов, а также чисел ль -32 768 до 32 767;

• D (Double) – слово двойной длины, состоящее из 32 бит; оно может быть использовано для записи алгебраических величин, как и слово одинарной длины;

• F (Floating) – слово с плавающей точкой (оно же – с плавающей запятой), применяемое в алгебраических и других математических операциях.

Для обозначения объектов адресации ПЛК приняты следующие символы:

• I (Input) – бит входа (отображение дискретного входного сигнала);

• Q (Output) – бит выхода (отображение дискретного выходного сигнала);

• Х – обозначение битового формата при адресации;

• M (Memory) – бит памяти (промежуточная переменная) или начало обозначения величины, хранящихся в памяти ПЛК;

• К – константа;

• S - системный бит, контролирующий корректность функционирования ПЛК в процессе выполнения прикладной программы;

• L (Label) – метка.

Прежде чем приступить к написанию текста прикладной программы, необходимо определить адреса ячеек памяти, в которых будут храниться значения переменных и постоянных величин, фигурирующих в составляемой программе. Адресация начинается знаком «%», являющимся символом стандарта IEC 61131-3. Затем записывается тип адресуемого объекта: I – вход; Q – выход; M – внутренняя (промежуточная) переменная и др. После этого указывается формат объекта (бит или слово того или иного типа) и номер бита или регистра памяти, который этим объектом занят.

Номера битов, предназначенных для хранения информации о состоянии дискретных входов и выходов, задаются в строго определённом порядке. При этом старшая цифра номера должна соответствовать номерку корзины (шасси, крейта), в который установлен модуль, содержащий адресуемый вход или выход; следующая группа цифр должна соответствовать номеру модуля; последняя группа цифр – это номер входа (или выхода), предназначенного в данном модуле для подачи на него адресуемого сигнала. В памяти ПЛК последняя группа цифр является номером бита, в котором запоминается состояние адресуемого входа или выхода.

Номер бита определяется от номера регистра точкой. Например, % 112.5 означает, что в битовую ячейку 5 регистра 12, расположенного в нулевой корзине (нули перед первой значащей цифрой опускаются), поступает сигнал о состоянии входа 5 модуля входов № 12. Номера ячеек памяти, предназначенных для хранения внутренних переменных, распределяются по усмотрению программы.

Стандартом IEC 61131-3 определены пять языков программирования ПЛК, опирающиеся на общую систему адресации, на стандартизированные общие элементы: символы, форматы данных и переменных.

Это позволяет программировать ПЛК на любом стандартном языке программирования в зависимости от характера решаемой задачи и вкусов проектировщика системы автоматизации. Расположив рассматриваемые языки программирования ПЛК в порядке сложности реализуемых ими функций, получим следующий ряд:

• LD (Ladder Diagrams) – язык «лестничных диаграмм», или язык PKC. Он представляет собой графическую интерпретацию процесса разработки релейно-контактных схем (РКС) управления (см. вопрос 5.3). Управляющая программа на языке LD состоит из релейных управляющих цепочек, «ступеней», отображаемых на дисплее компьютера, на котором производится программирование, вместе с ограничивающими их условными линиями электропитания. Получается изображение, несколько напоминающее лестницу. Эта «лестничная» конструкция автоматически переводится на язык машинных кодов и транслируется в ПЛК. Язык LD удобен при программировании решения относительно несложных задач управления и является основным для многих ПЛК младших классов;

• IL (Instruction List) – язык набора инструкций. В его основе лежит своеобразный метод отображения логических формул булевой алгебры (см. вопрос 5.2), когда они выписываются в виде колонок инструкции (команд), разделённых на две части: слева записывается код операции в удобном для запоминания (мнемоническом) виде, а справа – адрес логической переменной, над которой должна быть совершена указанная операция. Язык IL – наиболее удобный и эффективный язык программирования низкого уровня. В его основе лежит язык STEP5 фирмы SIEMENS. Далее язык IL будет рассмотрен более подробно;

• FBD (Functional Block Diagrams) – язык функциональных блоков, который произошёл от структурных и логических схем автоматического управления, знакомых каждому специалисту в области автоматизации. Техника проектирования на языке FBD сводится к отображению на дисплее компьютера системы управления в виде набора стандартных функциональных блоков (обычно в виде прямоугольников), соединённых между собой линиями, отображающими логические или иные связи между ними. Каждый блок обеспечивает реализацию той или иной логической или арифметической функции, функции сравнения, специальной функции управления (например, ПИД-регулятора, таймера) и др. Внутри каждого блока располагается обозначение выполняемой им функции. Входные сигналы подводятся с левой стороны блоков, а выходные выводятся с правой стороны блоков. Обязательно должны быть указаны источники сигналов для всех входов блока, а также приёмник для выходного сигнала (не должно быть не присоединённых входов и выходов). Если выходной сигнал блока – промежуточная переменная, то выход такого блока соединяется с входом следующего блока в соответствии с логикой управления. Язык FBD удобен тем, что позволяет наглядными графическими средствами создавать управляющие программы практически любой сложности;

• ST (Structured Text) – язык «структурированного текста». Язык ST относится к языкам высокого уровня, таким как BASIC и PASCAL, но приспособлен для решения задач программного управления на базе ПЛК. Конструкции языка ST могут быть употреблены в составе языков LD и IL при решении сложных задач управления;

• SFC (Sequential Function Chart) – язык последовательностных функциональных схем, или Графсет. Он предназначен для представления в понятном и заказчику, и исполнителю виде логики функционирования сложных систем автоматизации на уровне ЦУВМ. Язык SFC позволяет объединить в одном комплексе локальные управляющие программы и блоки. С его помощью достигается согласованность выполнения локальных программ, контроль состояния управляемого техпроцесса и обеспечение синхронизации по приёму и обработке данных о ходе процесса. Данный язык позволяет графически отобразить управление техпроцессом в виде укрупнённых управляющих блоков, порождаемых ими действий и переходов. Переход от функциональных схем SFC к конкретным управляющим программам производится средствами описанных выше языков программирования ПЛК и, прежде всего, с помощью языка ST.