Лабораторная работа Изображение графа состояний

Цель: Разработать программное обеспечение для SCADA системы zenon реализующее отображение графа состояний.

Задание: Разработать программное обеспечение для SCADA системы zenon реализующее симуляцию объекта управления для отладки взаимодействия программного обеспечения программируемого логического контроллера компании VIPA и программы для SCADA системы zenon. Программное обеспечение контроллера VIPA должно реализовывать конечный автомат с памятью на основе графа состояний.

Для проверки работоспособности программы необходимо сформировать заданную последовательность сигналов, которая должна формироваться или в автоматическом режиме или в ручном. Комбинации состояний датчиков в автоматическом режиме должны формироваться по алгоритму:

• · формирование комбинаций состояния датчиков должно начинаться с 0 состояния конечного автомата с памятью;
• · комбинации состояний датчиков должны формироваться таким образом, что бы выполнялся переход из текущего состояния в новое по часовой стрелке;
• · при достижении состояния, из которого возможно два перехода сначала выполняется переход против часовой стрелки, после чего продолжается движение по часовой стрелке;
• · перед комбинациями состояний датчиков формирующих условия перехода должны быть добавлены комбинации состояний датчиков не влияющие на состояния конечного автомата с памятью и выполняющие функцию паузы;
• · каждая комбинация состояния датчиков должна удерживаться в течение 5 секунд.

Ручное управление симуляцией должно выполняться с помощью графического интерфейса разрабатываемого в zenon Logic Workbench и позволять разработчику вручную изменять состояния датчиков. Человеко-машинный интерфейс, разрабатываемый в zenon Editor должен включать основное изображение, на котором должны отображаться состояния датчиков, реле, конечного автомата с памятью и граф состояний. Хронологический список событий, в котором должны регистрироваться изменения состояния датчиков, реле и конечного автомата с памятью. Информационный список тревог, в котором должны регистрироваться состояния конечного автомата с памятью при возникновении тревоги. Тревога формируется при переходе от одного состояния к другому, против часовой стрелки.

Порядок выполнения работы:

• 1. Экспортировать из Лабораторной работы № 3 шаблоны изображений, изображение кнопок, изображение хронологического списка событий, изображение информационного списка тревог, шрифты, функции, скрипты и языковой файл .
• 2. Создать новое рабочее пространство и новый проект, в который импортировать ранее экспортированные элементы. Добавить драйвер Зеленого кабеля контроллера VIPA и перевести его в режим программной симуляции, создать переменные датчиков, реле и сигналов состояний.
• 3. Разработать графический интерфейс программы симуляции объекта управления и проверить правильность функционирования конечного автомата с памятью.
• 4. Разработать подпрограмму автоматического формирования комбинаций состояний датчиков.
• 5. Выполнить проверку правильности функционирования, программы симуляции объекта управления.
• 6. Разработать основное изображение.
• 7. Разработка механизма управления отображением графа состояния с использованием языка программирования VBA.
• 8. Выполнить настройку отображения графа состояний.
• 9. Настроить регистрацию состояния датчиков, реле и конечного автомата с памятью в хронологическом списке событий, а так же регистрацию состояния конечного автомата в информационном списке тревог.

Для переноса уже разработанных элементов проекта используется механизм экспорта и импорта. Большинство разработанных элементов могут быть экспортированы как отдельные элементы или группа элементов. Разработанные в Лабораторной работе № 3 шаблоны изображения, изображение кнопок, изображение хронологического списка событий, изображение информационного списка тревог, функции, скрипты и языковой файл будут использоваться в Лабораторной работе № 4. Что бы их экспортировать необходимо, открыть проект Лабораторной работы № 3. В проекте нужно нажать правой кнопкой мыши по группе элементов и выбрать пункт меню «Export XML all…». После чего откроется стандартный диалог сохранения файлов в формате XML. Для того что бы импортировать элементы в новый проект необходимо выбрать пункт меню «Import XML…», после чего откроется стандартный диалог открытия фалов в котором необходимо выбрать файл формата XML с соответствующими элементами. Для экспорта одного или нескольких элементов группы необходимо их выделить, после чего нажать правой кнопкой мыши по ним и выбрать пункт меню «Export XML selected…».

Для Лабораторной работы № 4 необходимо создать новое рабочее пространство и новый проект, в который нужно импортировать элементы Лабораторной работы № 3. Далее нужно добавить драйвер Зеленого кабеля контроллера VIPA и перевести его в режим программной симуляции. В программе симуляции объекта управления будут использоваться датчики D1, D2, D3, D4, D5 (I 0.0, I 0.1, I 0.2, I 0.3, I 0.4) и реле R1, R2, R3 (Q 0.0, Q 0.1, Q 0.2), поэтому необходимо создать соответствующие переменные драйвера контроллера VIPA. Для индикации состояния, в котором находится конечный автомат с памятью, реализуемый программой симуляции объекта управления будут использоваться выходы SS0, SS1, SS2, SS3, SS4 (Q 1.0, Q 1.1, Q 1.2, Q 1.3, Q 1.4) которым необходимо создать соответствующие переменные драйвера. После того как все переменные будут созданы перейдем к разработке программы симуляции объекта управления.

Дискретные системы управления объектами реализуется на базе комбинационных автоматов или конечных автоматов с памятью. Конечным автоматом с памятью называют математическую модель устройства, имеющую несколько входов и несколько выходов, в которой значения выходных переменных Y в каждый момент времени определяется набором входных переменных X и предыдущим состоянием S. В дискретных системах управления переменные X обозначают состояния датчиков, переменные Y состояние исполнительных механизмов в конкретный момент времени, а переменные S состояние конечного автомата с памятью в конкретный момент времени. Зная зависимость состояния исполнительных механизмов от состояния датчиков и состояния конечного автомата с памятью можно построить граф состояний.

Граф состояний позволяет наглядно продемонстрировать работу системы, облегчает проверку правильности работы алгоритма, а так же упрощает перевод алгоритма в программный код.

На графе состояния обозначаются окружностями с указанием номера в центре, а переходы между состояниями дугами с указанием направления, над дугами до слеша «/» указываются условия перехода, после указываются выходные сигналы. Условие перехода представляет собой логическое уравнение операндами, которого являются входные переменные. Если значение условия или сигнала выхода установлено используются его имя, если сброшено перед именем ставится знак «!».

Релейная схема представляет собой две вертикальные шины питания, между ними расположены горизонтальные цепи, образованные контактами и обмотками реле. Количество контактов в цепи произвольно, обмотка реле одна (при необходимости можно включить параллельно несколько обмоток реле). Если последовательно соединенные контакты замкнуты, ток идет по цепи и реле включается.

На рисунке слева вертикальной чертой отображена общая шина питания, к которой последовательно подключены два нормально разомкнутых контакта и обмотка реле. Когда Контакт 1 и Контакт 2 замкнуты, ток течет с шины питания через них и Обмотку на шину земли, реле включено. Когда один из контактов разомкнут, связь с шиной земли отсутствует, ток через Обмотку не течет и реле выключено.

До появления микропроцессорной техники автоматизация выполнялась на основе релейных схем, которые и сейчас понятны большинству специалистов электриков и автоматчиков. С появлением программируемых логических контроллеров для перехода от релейных схем к программам был разработан язык релейных диаграмм графически соответствующий релейным схемам.

В языке релейных диаграмм контактам ставятся в соответствие состояние датчиков, исполнительных механизмов, значение меркеров или логических переменных. Датчики могут быть сработавшими или не сработавшими, исполнительные механизмы могут быть включенными или выключенными, значение меркеров и логическим переменных могут быть равными 1 («TRUE») или 0 («FALSE»). Для нормально разомкнутого контакта это означает, что он проводит ток (замкнут) или не проводит (разомкнут). Для нормально замкнутого контакта на оборот.

В программе программируемого логического контроллера датчикам и исполнительным механизмам соответствуют переменные, имеющие символьные имена.

На рисунке приведен пример схемы на языке релейных диаграмм. Если в цепи протекает ток, это означает, что значение переменной исполнительного механизма, значение меркера или логической переменной равно «TRUE», если цепь разомкнута «FALSE». Имя переменной задается над обмоткой. Если датчики D1 и D2 сработали, соответствующие им переменные имеют значение «TRUE», значение переменной R устанавливается «TRUE» и включается соответствующий исполнительный механизм. Если один из датчиков не сработал, цепь не замыкается значение переменной R равно «FALSE» и соответствующий исполнительный механизм выключен.

Для реализации графа состояний на языке релейных диаграмм, достаточно использовать следующие элементы: нормально разомкнутый контакт, нормально замкнутый контакт, обмотку, обмотку установки и обмотку сброса. Язык релейных диаграмм позволяет выполнять управление одной и той же обмоткой реле из различных цепей, для этого используются блоки: обмотка, обмотка установки и обмотки сброса. Обмотка реле представлена на рисунке. Если цепь перед блоком замкнута, значение переменной обмотки устанавливается «TRUE» если цепь разомкнута, значение переменной обмотки сбрасывается в «FALSE».

Обмотка установки представлена на рисунке. Если цепь перед блоком замкнута, значение переменной обмотки устанавливается «TRUE» если цепь разомкнута, значение переменной обмотки не изменяется.

Обмотка сброса представлена на рисунке. Если цепь перед блоком замкнута, значение переменной обмотки устанавливается «FALSE» если цепь разомкнута, значение переменной обмотки не изменяется.

Реализация условий. В графах состояний условия перехода из одного состояния в другое описываются в виде логических уравнений, которые могут включать операции: И, ИЛИ, НЕ. В языке релейных диаграмм операции И и ИЛИ реализуются определенными последовательностями соединения нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов. Операция И реализуется как последовательное соединение контактов. Количество контактов соответствует количеству переменных в уравнении. Если переменная записана со знака «!» то ей соответствует нормально замкнутый контакт, и на че ей соответствует нормально разомкнутый контакт.

На рисунке приведена программа на языке релейных диаграмм. Уравнение цепи R1 включает две переменные X1 и X2. Переменной X1 соответствует нормально разомкнутый контакт, переменной X2 соответствует нормально замкнутый контакт.

Уравнение цепи R2 так же включает две переменные X3 и X4. Переменной X3 соответствует нормально замкнутый контакт, переменной X4 соответствует нормально разомкнутый контакт.

Как видно из диаграммы, пока значение переменных X1, X2, X3, X4 равно «FALSE» значение переменной Y так же"FALSE". Когда значение переменной X1 становится равным «TRUE» ее контакт замыкается, значение переменной X2 равно «FALSE» ее контакт замкнут, через цепь R1 начинает течь ток и значение переменной Y устанавливается в «TRUE».

Когда значение переменной X3 становится равным «FALSE» ее контакт замыкается, значение переменной X4 равно «TRUE» ее контакт замкнут, через цепь R2 начинает течь ток и значение переменной Y сбрасывается в «FALSE».

Операция ИЛИ реализуется как параллельное соединение контактов. Количество контактов соответствует количеству переменных в уравнении. Если переменная записана со знака «!» то ей соответствует нормально замкнутый контакт, и на че ей соответствует нормально разомкнутый контакт.

На рисунке приведена программа на языке релейных диаграмм. Уравнение цепи R1 включает две переменные X1 и X2. Переменной X1 соответствует нормально разомкнутый контакт, переменной X2 соответствует нормально замкнутый контакт.

Уравнение цепи R2 так же включает две переменные X3 и X4. Переменной X3 соответствует нормально замкнутый контакт, переменной X4 соответствует нормально разомкнутый контакт.

Как видно из диаграммы, пока значение переменных X1, X4, равно «FALSE», а X2, X3 равно «TRUE» значение переменной Y так же"FALSE". Когда значение переменной X1 становится равным «TRUE» ее контакт замыкается, через цепь R1 начинает течь ток и значение переменной Y устанавливается в «TRUE».

Когда значение переменной X3 становится равным «FALSE» ее контакт замыкается, через цепь R2 начинает течь ток и значение переменной Y сбрасывается в «FALSE». Когда значение переменной X2 становится равным «FALSE» ее контакт замыкается, через цепь R1 начинает течь ток и значение переменной Y устанавливается в «TRUE». Когда значение переменной X4 становится равным «TRUE» ее контакт замыкается, через цепь R2 начинает течь ток и значение переменной Y сбрасывается в «FALSE». Операция НЕ реализуется с помощью функции «NOT». Она используется для инвертирования результата логического уравнения. На рисунке приведена программа на языке релейных диаграмм.

Уравнение цепи R1 включает две переменные X1 и X2. Переменной X1 соответствует нормально разомкнутый контакт, переменной X2 соответствует нормально замкнутый контакт. Результат уравнения инвертируется с помощью функции NOT. Пока значение переменной X1 не равно «TRUE», а значение переменной «X2» не равно «FALSE» значение переменной Y устанавливается в «TRUE». Если значение переменной X1 равно «TRUE», а значение переменной «X2» равно «FALSE» значение переменной Y сбрасывается в «FALSE».