Программное обеспечение. 
Основы автоматизации технологических процессов

Удобство программирования контроллеров (в более широком смысле — конфигурирования), является очень важной характеристикой. С появлением контроллеров каждый производитель начал предлагать свои решения по их программированию. В результате к началу 1990;х гг. сложилась ситуация, когда на рынке программного обеспечения для программирования контроллеров существовало большое количество языков программирования, а стандарты, их объединяющие и регламентирующие, отсутствовали. Все эго негативным образом отражалось на стоимостных характеристиках разрабатываемых систем управления (повышенные затраты на подготовку программистов, на создание программ и т. п.).

В 1992 г. Международная электротехническая комиссия (МЭК, IEC— International Electrotechnical Commission) взяла под контроль процессы, связанные с развитием этого типа прикладного ПО.

Стандартом МЭК 1131−3 определяется пять языков программирования контроллеров: три графических (LD, FBD, SFC) и два текстовых (57' IL).

LD (Ladder Diagram) — графический язык диаграмм релейной логики. Язык LD применяется для описания логических выражений различного уровня сложности.

FBD (Function Block Diagram) — графический язык функциональных блоковых диаграмм. Язык FBD применяется для построения комплексных процедур, состоящих из различных функциональных библиотечных блоков — арифметических, тригонометрических, регуляторов, мультиплексоров и т. д.

SFC (Sequential Function Chart) — графический язык последовательных функциональных схем. Язык SFC предназначен для использования на этапе проектирования ПО и позволяет описать «скелет» программы — логику ее работы на уровне последовательных шагов и условных переходов.

ST (Structured Text) — язык структурированного текста. Это язык высокого уровня, по мнемонике похож на Pascal и применяется для разработки процедур обработки данных.

IF (Instruction List) — язык инструкций. Это язык низкого уровня класса ассемблера и применяется для программирования эффективных, оптимизированных процедур.

Сейчас уже можно сказать, что подавляющее большинство контроллеров и систем управления обслуживается программными продуктами, реализующими стандарт МЭК 1131−3.

Широкое применение в России нашел пакет ISaGRAF французской компании CJ International.

Основные возможности пакета:

• • поддержка всех пяти языков стандарта МЭК 1131−3 плюс реализация языка Flow Chart как средства описания диаграмм состояний. При этом ISaGRAF позволяет смешивать программы и процедуры, написанные на разных языках, а также вставлять кодовые последовательности из одного языка в коды, написанные на другом языке;
• • наличие многофункционального отладчика, позволяющего во время работы прикладной задачи просматривать состояние программного кода, переменных, программ и многое другое;
• • поддержка различных протоколов промышленных сетей;
• • реализация опций, обеспечивающих открытость системы для доступа к внутренним структурам данных прикладной ISaGRA/—задач и, а также возможность разработки драйверов для модулей ввода/вывода, разработанных самим пользователем, и возможность переноса ISaGRAF-ядря на любую аппаратно-программную платформу;
• • набор драйверов для работы с контроллерами различных фирм — производителей: PEP Modular Computers, Motorola Computer Group и др;
• • наличие дополнительных интерактивных редакторов для описания переменных, констант и конфигураций ввода/ вывода;
• • встроенные средства контроля за внесением изменений в программный код ISaGRAF-щтложения и печати отчетов по разработанному проекту с большой степенью детализации, включая печать таблиц перекрестных ссылок для программ и отдельных переменных;
• • полное документирование этапов разработки.

Вместе с тем ведущие фирмы — производители контроллеров и систем управления предлагают свои специализированные пакеты программирования контроллеров.

Рассмотрим программное обеспечение станций операторов/диспетчеров.

5СЛ?)Л-пакеты позволяют без применения высокоуровневых языков программирования (или с минимальным их применением) создавать программное обеспечение персональных компьютеров (рабочих станций, пультов операторов/диспетчеров), предоставляющее оператору широкий набор функций для мониторинга и управления процессом.

На первом этапе (1980;е гг.) каждый производитель микропроцессорных систем управления разрабатывал собственную SCADA-программу. Такие программы могли взаимодействовать только с узким кругом контроллеров и по всем параметрам были закрытыми (отсутствие набора драйверов для работы с устройствами различных производителей и средств их создания, отсутствие стандартных механизмов взаимодействия с другими программными продуктами И Т.Д.).

В 1990;е гг. сначала зарубежные, а затем и отечественные фирмы начали разрабатывать открытые 5СЛ?)Л-программы, которые уже можно было использовать для широкого класса микропроцессорных контроллеров.

Универсальные SCADA-прогршмы ведущих фирм, разрабатывающих исключительно программный продукт для систем автоматизации, стали настолько высокоуровневыми, что выдерживать конкуренцию с ними производителям всего комплекса программно-аппаратных средств было уже не под силу. Это привело к тому, что число фирм, разрабатывающих для своих контроллеров оригинальные SCADA-прогршмы, стало уменьшается. Но количество фирм, специализирующихся на выпуске открытых 5САОЛ-программ, продолжает расти.

Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах управления (HMI — Humain Machine Interface/человеко-машинный интерфейс — ЧМИ) и реализован практически во всех пакетах. Это:

• • автоматизированное проектирование системы, дающее возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования (Development);
• • исполнение прикладных программ (Run Time);
• • сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;
• • обработка первичной информации;
• • регистрация алармов и исторических данных;
• • представление текущих и накопленных (архивных) данных в виде графиков (тренды);
• • отображение параметров технологического процесса и состояния оборудования с помощью мнемосхем, таблиц, графиков и т. п.;
• • поддержка стандартных технологий и протоколов обмена данными;
• • дистанционное управление объектами;
• • формирование отчетов по созданным на этапе проектирования шаблонам.

Базовый функциональный профиль систем SCADA/ HMI сформировался еще во времена первых управляющих вычислительных машин. Со временем функциональные возможности SCADA/HMI расширялись (появление цветных дисплеев, средств анимации, голосовой сигнализации и т.н.).

С появлением концепции открытых систем программное обеспечение SCADA/HMI для операторских станций становится самостоятельным продуктом, свободно взаимодействующим с программно-аппаратными средствами разных производителей.