5 Языков программирования стандарта мэк 6-1131/3
TRACE MODE 6 предоставляет широкий набор средств программирования задач АСУТП и бизнес-приложений (АСУП), ориентированный на специалистов разной квалификации и профессиональной подготовки. В систему TRACE MODE 6 включены 5 языков программирования – Techno SFC, Techno LD,
Techno FBD, Techno ST, и Techno IL. Данные языки являются расширением языков
SFC (Sequential Function Chart),
LD (Ladder Diagram),
FBD (Function Block Diagram),
ST (Structured Text) и
IL (Instruction List)
международного стандарта МЭК 6-1131/3. Данный стандарт разрабатывается с 1993 года Международной Электротехнической Комиссией (International Electrotechnical Commission) и давно признан как в Европе и в США, так и во всем мире ведущими производителями средств автоматизации.
Языки программирования TRACE MODE 6 стандарта МЭК 6-1131/3 включают в себя 3 визуальных языка (FBD, SFC, LD), ориентированных на инженеров и бизнес-аналитиков и 2 текстовых (ST, IL), ориентированных на программистов. С помощью языков IEC 61131-3 TRACE MODE® 6 одинаково комфортно программируются и контроллеры, и алгоритмы человеко-машинного интерфейса (HMI) и задачи EAM и MES.
Для всех 5 языков существует единый механизм связи с базой данных реального времени TRACE MODE 6. Каждая программа обладает набором аргументов, исходные данные передаются в программу через входные аргументы, а результаты вычислений возвращаются в выходных аргументах. Аргументы связываются с атрибутами каналов TRACE MODE 6, т.е. с реальными входами и выходами контроллеров и УСО, ячейками корпоративных баз данных, либо с внутренними переменными. Таким образом, одна и та же программа может вызываться несколько раз за цикл для обработки разных потоков данных.
Программирование и отладка программ на языках МЭК 6-1131/3 в TRACE MODE 6 производится в интегрированной среде разработки, включающей в себя несколько различных редакторов. Программы на языках Techno FBD, Techno LD и Techno SFC создаются и отлаживаются в специальных визуальных редакторах, а Techno ST и Techno IL представляют собой более традиционные языки, программирование на которых осуществляется в текстовом редакторе. Несмотря на различия, программы на разных языках стандарта МЭК 6-1131/3 в TRACE MODE® 6 могут взаимодействовать между собой. Например, программа на Techno FBD может вызывать функциональный блок, написанный на языке Techno ST, а внутри этого блока может вызываться подпрограмма на Techno LD и т.д. Такая гибкость в выборе средств описания алгоритмов позволяет эффективно работать над одной задачей и программисту, и технологу, и инженеру-наладчику и бизнес-консультанту, когда каждый из них выполняет свою часть работы удобным ему способом.
Краткое описание языков
Язык Techno FBD предназначен для инженеров-технологов, решающих задачи управления технологическим процессом. Трудно придумать более наглядное средство для программирование контуров управления и регулирования. Программа на Techno FBD представляет собой схему, состоящую из набора функциональных блоков, связанных между собой через входы и выходы. В TRACE MODE® 6 включено более 150 типовых функциональных блоков, реализующих широкий набор функций - от простейших логических операций до готового адаптивного регулятора. Фильтрация, ПИД, ПДД, модальное, нечеткое, позиционное регулирование, ШИМ-преобразование, статистические, тригонометрические, а также блоки управления клапаном, задвижкой, мотором - всё это реализовано в виде стандартных FBD-блоков TRACE MODE® 6.
Язык Techno LD понравится инженерам, привыкшим к составлению схем релейной логики. Внешне редактор LD очень похож на редактор FBD, только вместо функциональных блоков пользователю предлагается использовать "контакты" и "катушки". При желании в схему Techno LD можно включать и вкрапления из обычных блоков FBD, хотя эта возможность TRACE MODE® 6 несколько выходит за рамки стандарта.
Techno ST ориентирован прежде всего на программистов, он представляет собой язык программирования высокого уровня, похожий на Паскаль. В нем поддерживаются массивы (в том числе многомерные), контроль преобразования типов, присутствуют такие конструкции как DO-WHILE, REPEAT-UNTIL, FOR-TO-DO, IF-THEN-ELSE, CASE-OF и прочие интуитивно понятные любому программисту операторы. Заголовок программы строится автоматически по списку аргументов, что позволяет экономить время на оформлении программы. Служебные слова, метки, комментарии и числовые константы выделяются цветом, как это принято в современных средах разработки, настройки цветов доступны пользователю.
Techno IL это простейший язык мнемонических инструкций, внешне напоминающий ассемблер. Этот язык был включен в стандарт для программирования контроллеров, обладающих низкой вычислительной мощностью. Программы IL легко транслируются в машинные коды любого процессора, что позволяет создавать очень быстрые программы. Однако, на сегодняшний день проблема производительности давно решена, и реально Techno IL не имеет никаких преимуществ перед ST или FBD, тем более, когда речь идет о программировании операторской станции. Тем не менее, этот язык был включен в TRACE MODE® 6 для поддержки устаревшего оборудования. Сам по себе этот факт лишний раз подчеркивает преимущество стандарта МЭК 6-1131/3 перед пусть более совершенными, но локальными средствами автоматизации.
Techno SFC это мощное средство структурирования сложных алгоритмов. По сути SFC не является самостоятельным языком. В переводе с английского аббревиатуру SFC можно перевести как "схема функциональной последовательности". Внешне программа на Techno SFC похожа на блок-схему алгоритма, на которой отображены отдельные программные блоки (шаги), переходы между ними и условия, по которым выполняются эти переходы. Каждый программный блок, как и каждое условие перехода - это подпрограмма на любом из языков стандарта МЭК 6-1131/3. Этот язык очень удобен для программирования стадийных (batch) процессов, систем дозирования и бизнес-приложений. Techno SFC может быть легко использован как инженерами, так и бизнес-аналитиками.
Программы на языках МЭК 6-1131/3 могут быть перенесены в TRACE MODE 6 с любой другой платформы, поддерживающей этот стандарт.
Лекция №8
Основные компоненты Trace Mode и использование данной SCADА-системы для проектирования автоматизированных систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами отрасли (часть 2).
TRACE MODE 6 состоит из инструментальной системы - Интегрированной среды разработки и из набора исполнительных модулей. Инструментальная система инсталлируется на рабочем месте разработчика АСУ. В ней создается набор файлов, который называется проектом TRACE MODE.
С помощью исполнительных модулей TRACE MODE проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени. TRACE MODE позволяет создавать проект сразу для нескольких исполнительных модулей - узлов проекта. Каждому узлу проекта соответствует одна инсталляция исполнительного модуля.
Интегрированная среда включает полный набор средств разработки систем автоматизации технологических процессов (АСУТП), а именно средства создания:
операторского интерфейса (SCADA/HMI);
распределенных систем управления (РСУ);
промышленной базы данных реального времени;
программ для промышленных контроллеров (SOFTLOGIC);
а также управления бизнес-процессами производства (АСУП):
систем управления основными фондами и техническим обслуживанием оборудования (EAM);
систем управления персоналом (HRM);
систем управления производством (MES).
Исполнительные модули для АСУТП и АСУП различаются. Модули для АСУТП (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в комплекс TRACE MODE®, а исполнительные модули для АСУП (класс EAM, HRM, MES) - в комплекс T-FACTORY.exe™.
Вместе TRACE MODE® и T-FACTORY™ дают решения для комплексного управления в реальном времени технологическими процессами и производственным бизнесом, образуя интегрированную платформу для управления производством.
Тем не менее архитектура системы TRACE MODE 6 позволяет создавать крупные АСУ корпоративного уровня. Обобщенная структура АСУТП (SOFTLOGIC, SCADA/HMI), которую можно разработать на базе TRACE MODE® 6 показана на рисунке.
Кроме того, Интегрированная среда разработки позволяет создать систему АСУП, для автоматизации задач управления исполнением производства (MES), работой персонала (HRM) и основными фондами предприятия (EAM).
Решение столь масштабных задач автоматизации в TRACE MODE® возможно благодаря специальным технологиям, повышающим производительность труда разработчиков.
Среди них:
Единая база данных распределенного проекта
Автопостроение проекта
Богатые библиотеки драйверов, алгоритмов и графических объектов
Мощные средства отладки
Встроенная система горячего резервирования
Собственный генератор отчетов
TRACE MODE 6: компоненты инструментальной системы
Инструментальная система TRACE MODE 6 состоит из интегрированной среды разработки и отладочного монитора реального времени - профайлера.
Интегрированная среда разработки TRACE MODE 6 представляет собой единую программную оболочку, объединяющую все основные компоненты инструментальной системы:
SOFTLOGIC - систему программирования контроллеров;
SCADA/HMI - систему разработки распределенной АСУТП;
MES-EAM-HRM - экономические модули, объединенные общим названием T-FACTORY.exe™ - для создания АСУП, полностью интегрированных с АСУТП.
В интегрированную среду разработки TRACE MODE 6 встроены более десяти редакторов, автоматически открывающихся при вызове того или иного компонента проекта. Среди них:
Редактор графических экранных форм;
Редакторы программ на визуальных языках Techno FBD, Techno SFC, Techno LD;
Редактор программ на процедурных языках Techno ST, Techno IL;
Редактор шаблонов документов;
Редактор SQL-запросов;
Редактор паспортов оборудования (EAM);
Редактор персонала (HRM);
Редактор материальных ресурсов (MES);
Кроме того, интегрированная среда разработки TRACE MODE (профессиональной линии) содержит обширные библиотеки готовых компонентов и алгоритмов:
бесплатные драйверы к более, чем 2197 контроллерам и платам ввода/вывода;
свыше 1000 графических изображений;
свыше 600 анимационных объектов;
более 150 алгоритмов обработки данных и управления.
В интегрированной среде разработки TRACE MODE 6 поддерживается технология многопользовательской разработки проекта (для этого требуется приобретение дополнительного сервера групповой разработки и использование инструментальных систем профессиональных линий).
Алгоритмы управления на всех уровнях АСУ программируются на одних и тех же языках стандарта IEC 61131-3. Связи между компонентами разных уровней, например, между SOFTLOGIC-контроллером и сервером АСУТП или между двумя серверами создаются автоматически с помощью уникальной технологии автопостроения в рамках единого проекта распределенной АСУ, поэтому вычисления могут быть легко перенесены из компьютера в контроллер или наоборот. Все редакторы тесно интегрированы с мощными средствами отладки, благодаря чему достигается максимальный комфорт разработки сложных распределенных АСУТП и АСУП.
Все компоненты проекта - экраны, программы, SQL-запросы, шаблоны документов, каналы TRACE MODE и источники данных связаны между собой через аргументы. Аргументы позволяют достичь максимальной гибкости при создании связей между отдельными компонентами. Например, данные из программы в контроллере могут быть напрямую связаны с отображением на экране операторской станции или с формой планирования производства MES, для этого необязательно создавать дополнительные каналы.
Инструментальная система поставляется с набором бесплатных драйверов к более чем 2197 контроллерам и платам ввода/вывода. Источники данных - сигналы с УСО и контроллеров создаются и конфигурируются в системе автоматически с помощью автопостроения. Это позволяет избежать ошибок ручных привязок и значительно сократить время разработки проекта.
Интегрированная среда разработки позволяет постепенно наращивать функциональность АСУ, начиная с простого мониторинга и визуализации технологического процесса на одном ПК SCADA/HMI и заканчивая реализацией сложных контуров управления, организацией распределенных вычислений, подключением дополнительных рабочих мест и экономических модулей: учет и техническое обслуживание оборудования (EAM), учет и управление персоналом (HRM) и управление исполнением производства (MES). При этом разработчик не будет испытывать никакого психологического дискомфорта при переходе, например, от программирования операторского интерфейса SCADA/HMI к SOFTLOGIC контроллерам или EAM, ведь редакторы, средства отладки и языки программирования используются одни и те же.
Интегрированная среда разработки TRACE MODE 6 ориентирована на широкий круг специалистов и умеет подстраиваться под квалификацию разработчика АСУТП и АСУП. При создании проекта можно выбрать стиль разработки: простой, стандартный или продвинутый.
Интегрированная среда разработки TRACE MODE 6 может запускаться параллельно с исполнительным модулем - Монитором реального времени (МРВ) на одном ПК, что очень удобно для сопровождения малых АСУТП.
Отредактированный проект может быть автоматически обновлен на удаленных серверах SCADA/HMI, MES, EAM, HRM и в SOFTLOGIC-контроллерах.
Инструментальная система разработки TRACE MODE 6 снабжена специальным отладочным монитором реального времени - профайлером. Это разновидность исполнительного модуля TRACE MODE, предназначенная для отладки проекта АСУТП в реальном времени. От обычного МРВ профайлер отличается тем, что протоколирует все свои действия в текстовом файле. Профайлер это самостоятельное приложение, но проект может быть запущен в нем из интегрированной среды разработки TRACE MODE 6 нажатием одной кнопки на панели инструментов.
Как и все программы TRACE MODE, интегрированная среда разработки разделяется на базовую и профессиональную линии. Инструментальная система базовой линии бесплатна - ее можно скачать/заказать на сайте.
Интегрированная среда разработки TRACE MODE 6 это уникальное сочетание богатейшей функциональности и интуитивности интерфейса. Практика показывает, что использование интегрированной среды разработки позволяет экономить до 30% рабочего времени по сравнению с применением разрозненных редакторов SCADA/HMI и систем программирования контроллеров. А интеграция экономических модулей T-FACTORY и SCADA системы TRACE MODE открывает ранее недоступные возможности
Исполнительные (runtime) модули TRACE MODE® 6 и T-FACTORY.exe™ обеспечивают функционирование в реальном времени проектов АСУТП и АСУП, созданных в Интегрированной среде разработки. Соответственно, исполнительные модули системы охватывают следующие уровни АСУ:
операторский интерфейс (SCADA/HMI);
промышленные контроллеры (SOFTLOGIC);
промышленная база данных реального времени;
систем управления основными фондами и техническим обслуживанием оборудования (EAM);
систем управления персоналом (HRM);
систем управления производством (MES).
Исполнительные модули для АСУТП (класс SOFTLOGIC и SCADA/HMI) входят в комплекс TRACE MODE®, а исполнительные модули для АСУП (класс EAM, HRM, MES) - в комплекс T-FACTORY.exe™. Все исполнительные модули TRACE MODE прекрасно интегрированы между собой и образуют единую платформу для управления производством.
Исполнительные модули TRACE MODE 6 и T-FACTORY 6 условно делятся на серверы (узлы) и клиенты (консоли). Это деление несколько условно, так как консоль TRACE MODE 6 в ряде системных конфигураций может выполнять функции обычно присущие серверам (пересчет базы каналов, исполнение программ и т.д.), а серверы могут осуществлять функции операторского интерфейса, что часто считается прерогативой клиентских программ. И клиентское и серверное программное обеспечение разрабатывается в единой интегрированной системе разработки и имеет единую базу распределенных переменных, к атрибутам которых могут свободно обращаться любые исполнительные модули TRACE MODE. Подобная архитектура дает удивительную гибкость в разработке распределенных систем управления, так как позволяет создавать АСУ в различных архитектурах (по выбору):
локальная;
распределенная клиент-сервер;
распределенная DCS (distributed control system);
телемеханическая;
SCADA TRACE MODE имеет встроенную систему горячего резервирования, поэтому каждый ее компонент может быть легко снабжен горячим резервом.
Исполнительные модули TRACE MODE 6 SOFTLOGIC-SCADA/HMI в распределенной АСУТП
В интегрированной SOFTLOGIC и SCADA/HMI-системе TRACE MODE 6 можно создавать многоуровневые, иерархически организованные, резервированные АСУТП и системы телемеханики. Обобщенная структура АСУТП (SOFTLOGIC, SCADA/HMI), которую можно разработать на базе TRACE MODE® 6 показана на рисунке.
Сетевые коммуникации в TRACE MODE 6 и T-FACTORY 6 осуществляются по протоколу TCP/IP.
МРВ - основной сервер реального времени SCADA-уровня
Основным сервером реального времени уровня SCADA/HMI в TRACE MODE 6 является Монитор реального времени (МРВ). МРВ TRACE MODE 6 осуществляет прием данных с контроллеров, плат ввода/вывода и систем телемеханики (RTU) через встроенные протоколы, драйверы, OPC- или DDE-клиенты. В МРВ 6 встроены бесплатные драйверы для 2197 PLC, PC-based контроллеров, модулей удаленного ввода-вывода и плат УСО. Кроме того, каждый сервер SCADA/HMI имеет встроенную поддержку протоколов M-LINK (RS 485/232) и I-NET для связи с исполнительными модулями Micro TRACE MODE класса SOFTLOGIC, работающими в PC-based контроллерах.
Монитор реального времени 6 производит первичную обработку информации, поступающей из контроллеров или систем телемеханики (фильтрация, масштабирование, контроль границ и т.д.), управление и регулирование технологических процессов, перераспределение данных по локальной сети (I-NET TCP/IP), визуализацию информации на анимированных мнемосхемах и трендах (HMI), расчет в реальном времени статистических параметров процесса (SPC - statistical process control), ведение исторических архивов, управление собственной промышленной СУБД реального времени SIAD/SQL™ 6, генерирование отчетных документов, обеспечение связи с СУБД и приложениями через SQL/ODBC и встроенный OPC-сервер (поставляется опционально).
Существуют Мониторы реального времени с различным сочетанием вышеперечисленных свойств. Кроме того, в состав SCADA TRACE MODE входят версии Монитора реального времени с автоматическим горячим резервированием, адаптивным регулированием, со встроенным OPC-сервером, GSM-серврером и т.д. В состав Монитора реального времени входит графическая HMI-консоль, обеспечивающая визуализацию информации о технологическом процессе на динамических мнемосхемах. Монитор реального времени обладает мощными графическими возможностями:
фотореалистичная объемная графика;
поддержка "прозрачности" фигур и наложения текстур;
поддержка графических слоев;
масштабирование экранов;
технология 3D FAST+ ускоряющая загрузку графических экранов в реальном времени;
возможность динамизации любого графического объекта;
мультипликация;
тренды реального времени;
исторические тренды неограниченной глубины;
окна событий;
SCADA-сервер МРВ TRACE MODE 6 располагает собственной, многопоточной, основанной на приоритетах системой реального времени. При работе в обычном режиме минимальное время реакции Монитора реального времени 6 составляет 0.01 с (10 мс). Однако, время реакции может быть сокращено в несколько раз при использовании специальных каналов типа FAST, обработка которых осуществляется с циклом 2-4 мс.
Система реального времени МРВ 6 гибко настраивается путем перераспределения временных ресурсов вычислительного ядра, либо приоритетов отдельных задач. В соответствующем диалоге интегрированной среды разработки можно настраивать приоритеты таких параметров как;
основной поток;
прием и посылка по IP;
операторский интерфейс;
обмен с УСО через драйвер;
обмен с УСО через MODBUS;
OPC и DDE обмен и т.д.
SCADA TRACE MODE располагает системой автоматической синхронизации сетевого времени, что позволяет однозначно привязывать технологические события в распределенной системе к временной шкале.
Возможно осуществлять ON LINE редактирование проекта (добавлять или изменять формы отображения информации, не прерывая работы в реальном времени). Также в реальном времени возможно добавлять или убирать "перья" трендов, осуществлять перепривязку, менять цвет и стиль линии.
Система управления тревогами МРВ обеспечивает автоматическое генерирование аналоговых (отклонение величины от заданной), цифровых (изменение состояния), составных (сочетание нескольких событий) и генерируемых пользователем алармов. Все алармы разбиваются по приоритетам и записываются в отчет тревог.
МРВ с адаптивной самонастройкой регуляторов
SCADA Мониторы реального времени TRACE MODE с поддержкой системы автоматической (адаптивной) самонастройки ПИД-регуляторов называются Adaptive Control МРВ. Adaptive Control МРВ основан на оригинальной, технологии, эксклюзивные права на которую принадлежат компании АдАстрА.
Программа обеспечивает периодическую или непрерывную подстройку регуляторов в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Adaptive Control МРВ способен настраивать контуры регулирования в условиях помех, а также исключать появление неустойчивых режимов. Использование адаптивных регуляторов SCADA/HMI TRACE MODE 6 обеспечивает лучшее качество управления в любой момент времени для широкого класса стационарных и нестационарных автоматизируемых объектов. Кроме того адаптивные регуляторы SCADA/HMI TRACE MODE 6 позволяют работать со значительно меньшей амплитудой пробного сигнала на входе объекта (до 2-4 %) при сохранении системой адаптивных свойств. Столь малые пробные колебания практически не увеличивают степень износа исполнительных механизмов.
Монитор реального времени (МРВ) это основной исполнительный модуль SCADA/HMI системы TRACE MODE® 6. Включает сервер реального времени и графический клиент. Продукт может быть использован в АСУТП и в системах телемеханики.
Существует несколько разновидностей МРВ предназначенных для решения различных задач и отличающихся набором функций. Стандартный МРВ является классическим SCADA/HMI приложением, основными функциями которого являются:
сбор данных с УСО через встроенные и пользовательские драйверы TRACE MODE, DDE и OPC;
первичная обработка информации - фильтрация, масштабирование, контроль границ и т.д.;
управление технологическим процессом и регулирование по алгоритмам, запрограммированным на языках стандарта МЭК 6-1131/3;
визуализация информации на мнемосхемах и трендах (HMI);
ведение отчета тревог (алармов);
предоставление HMI-информации клиентам и другим серверам TRACE MODE;
Монитор реального времени обладает мощными графическими возможностями:
фотореалистичная объемная графика;
поддержка слоев;
поддержка "прозрачности" фигур и наложения текстур;
технология 3D FAST+ ускоряющая загрузку графических экранов;
возможность динамизации любого графического объекта;
масштабирование экранов;
мультипликация;
тренды реального времени;
исторические тренды неограниченой глубины;
окна событий;
К Монитору реального времени можно подключать произвольное количество устройств связи с объектом, используя все доступные программные и аппаратные интерфейсы. Вместе с МРВ TRACE MODE поставляются бесплатные драйверы к 2197 различным устройствам ввода/вывода: промышленным программируемым контроллерам, платам УСО, модулям DCS, интеллектуальным датчикам, частотным преобразователям и т.д.
Монитор реального времени имеет открытый формат драйвера, что позволяет пользователям писать собственные драйверы УСО на языке Си. Обмен с УСО может быть также реализован непосредственно в ST-программе (без драйвера) через ее специальные функции. Соответствующий toolkit входит в состав любой инструментальной системы TRACE MODE.
Помимо стандартного МРВ существуют версии Монитора реального времени с автоматическим горячим резервированием, адаптивным регулированием, со встроенным сервером документирования, OPC-сервером, сервером СУБД РВ SIAD/SQL 6, GSM-серврером и т.д.
Лицензионная политика: МРВ 6 лицензируется на 1 ПК с ограничением на количество каналов. Существуют версии МРВ на 15, 31, 63, 127, 255, 511, 1023, 2047, 4095, 8191, 32000, 64000 каналов.