Файл: Национальный исследовательский томский политехнический университет а. А. Мезенцев, В. М. Павлов.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
А.А. Мезенцев, В.М. Павлов
САПР TRACE MODE 6
Рекомендовано в качестве учебно-методического пособия
Редакционно-издательским советом
Томского политехнического университета
Издательство
Томского политехнического университета
2012

2 из 137
УДК 004.4ʹ22:681.5(075-057.88)
М44
Мезенцев А.А.
М44 САПР TRACE MODE 6: учебно-методическое пособие / А.А.
Мезенцев, В.М. Павлов; Томский политехнический университет. –
Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 137 с.
Пособие посвящено вопросам проектирования прикладного программного обеспечения, используемого в автоматизированных и автоматических системах управления, с применением средств автоматизированной разработки CASE. В рабо- те описаны этапы освоения пакета инструментальных программ TRACE MODE 6, а также предложены практические задания, позволяющие закрепить полученные зна- ния. Работа содержит 9 глав, 137 страниц, 3 приложения, 97 иллюстраций и 6 таб- лиц, 9 источников литературы.
Предназначено для студентов обучающихся по специальности 140801 «Элек- троника и автоматика физических установок».
УДК 004.4ʹ22:681.5(075-057.88)
Рецензенты
Доктор технических наук, профессор ТГУ
В.Т. Калайда
Кандидат физико-математических наук научный сотрудник Института сильноточной электроники СО РАН
С.А. Попов
©
ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2012
© Мезенцев А.А., Павлов В.М., 2012
© Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2012

3 из 137
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………. 5 1. ПАКЕТ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ПРОГРАММ TRACE MODE 7 1.1.
Основной состав продуктов TRACE MODE …………………. 7 1.2.
Структура и принципы взаимодействия элементов TRACE
MODE……………………………………………………………
8 1.3.
Структура и состав элементов Проекта……………………….. 9 1.4.
Канал, его структура и назначение……………………………… 16 1.5. Вопросы для самоконтроля к главе №1………………………… 18 2.
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИКЛАДНОГО ПО В
TRACE MODE 6 …..………………………………………………
20 2.1. Общее описание графического интерфейса пользователя ИС
TRACE MODE 6…………………………………………….
20 2.2. Стратегии разработки Проекта в зависимости от структуры и сложности АСУ…………………………………………………. 22 2.3.
Принципы работы в интегрированной среде разработки Про- ектов TRACE MODE 6……………………………………..
26 2.4.
Переменные в TRACE MODE 6………………………………… 28 2.5.
Редактор-навигатор переменных (аргументов)………………… 30 2.6.
Подготовка Проекта к загрузке в контроллер, запуск МРВ на исполнение………………………………………………………. 33 2.7. Вопросы для самоконтроля к главе №2………………………… 34 3. ПРОГРАММИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ
ДАННЫХ В TRACE MODE 6…………………………………….. 36 3.1. Редактор программ………………………………………………. 36 3.2.
Язык программирования «Техно FBD»………………………… 38 3.3.
Язык программирования «Техно IL»…………………………… 40 3.4.
Язык программирования «Техно ST»…………………….......... 43 3.5.
Язык программирования «Техно LD»………………………….. 45 3.6.
Создание пользовательских функциональных блоков………… 46 3.7. Вопросы для самоконтроля к главе №3………………………… 47 4. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ПРИКЛАДНОГО
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В TRACE MODE 6………… 49

4 из 137 4.1.
Правила чтения функциональных схем автоматизации……….. 50 4.2.
Алгоритм проектирования прикладного ПО…………………… 52 5. УПРАВЛЕНИЕ ПРАВАМИ ДОСТУПА ПЕРСОНАЛА,
ПАРОЛЛИРОВАНИЕ……………………………………………… 54 5.1. Вопросы для самоконтроля к главе №5………………………… 58 6. АРХИВИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.. 59 6.1. Использование промышленных архивов данных в TRACE
MODE 6…………………………………………………………… 59 6.2. Использование системных переменных для управления дан- ными в архивах…………………………………………………… 64 6.3. Вопросы для самоконтроля к главе №6………………………… 66 7. ЗАПУСК НА ВЫПОЛНЕНИЕ ГОТОВЫХ ПРОЕКТОВ……….. 67 8. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С УСО В ОС MS WINDOWS И DOS…… 68 8.1. Принципы разработки и структура Проекта создаваемого в
TRACE MODE 6 для микропроцессорного контроллера с пла- тами УСО……………………………………………………..
69 8.2. Настройка драйвера в составе Проекта……………………….. 71 8.3. УСО в распределённых АСУ…………………………………… 77 8.4. Элементы индикации и управления, используемые в составе интерфейса пользователя при работе с УСО………………….. 80 8.5.
Описание лабораторного стенда……………………………….. 88 8.6
. Вопросы для самоконтроля к главе №8………………………… 91 9. МЕЖПРОГРАММНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ОС MS
WINDOWS
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕХАНИЗМА DDE,
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С РЕЛЯЦИОННОЙ БАЗОЙ ДАННЫХ
ПОД УПРАВЛЕНИЕМ СУБД MS ACCESS…………………….. 92 9.1. Data dynamic exchange или Механизм динамического обмена данными между приложениями ОС MS Windows……………... 92 9.2. Взаимодействие TRACE MODE 6 с СУБД…………………… 97 9.3. Вопросы для самоконтроля к главе №9………………………… 100
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
102
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Практические задания к главе №3…………….. 103
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Практические задания к главе №4……………. 108
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Практические задания к главе №8……………. 130
ОБОЗНАЧЕНИЯ, СОКРАЩЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ…………… 133

5 из 137
ВВЕДЕНИЕ
Современные АСУТП – это сложные распределённые в простран- стве установки, необходимые для управления технологическим обору- дованием на производствах с широким спектром назначения. Одним из основных критериев управления производством является гарантирован- ные качество регулирования и бессбойная работа в течение длительного времени. Количественные критерии оценки качества работы АСУ варь- ируются в зависимости от важности или опасности производства. Они выше в атомной, химической отрасли и на экспериментальных установ- ках, где каждый результат эксперимента может стоить десятки и сотни тысяч долларов или процесс производства опасен для человека и окру- жающей среды. Они ниже в отрасли народного хозяйства или производ- ства продуктов бытового назначения.
При проектировании современных АСУТП используются специа- лизированные программные комплексы различного назначения, напри- мер, ePLAN, позволяющие автоматизировать данный процесс и с гаран- тированным качеством конечного продукта (сметной спецификации или электрической схемы подключений) проводить разработку в короткие сроки. При проектировании уникальных элементов АСУ, как правило, пользуются более специальными программными пакетами, такими как
P-CAD, AutoCAD или MS Visio.
Для разработки прикладного программного обеспечения АСУ в настоящее время широко используют САПР (также применяется поня- тие SCADA-система). Программные продукты данного класса позволя- ют автоматизировать процесс программирования алгоритмов сбора, предварительной и постобработки данных, а также алгоритмов управ- ления и регулирования с использованием классических законов регули- рования. САПР на сегодняшний день становятся универсальными сред- ствами разработки программного обеспечения в области АСУТП и поз- воляют использовать широкий спектр механизмов управления данными.
На рисунке 1.1 представлена схема взаимодействия САПР с элементами систем управления.
В мире существует множество различных САПР-пакетов. Многие являются коммерческим продуктом, некоторые свободно- распространяемы. Существует множество проектов, которые поддержи- вает некоторая компания и использует данную САПР исключительно для собственных нужд.

6 из 137
В России наиболее перспективной САПР прикладного ПО АСУ яв- ляется TRACE MODE
1
(
продукт компании «AdAstrA Reserch Group»).
TRACE MODE 6 – последняя наиболее совершенная серия продуктов данной компании, позволяющая разрабатывать программное обеспече- ние как для сложных распределённых в пространстве, так и для малых, локальных АСУ.
В рамках этого учебного пособия будут рассмотрены основные ха- рактеристики и возможности данной SCADA-системы – TRACE MODE
6.06.2
(далее по тексту ТМ).
Рисунок 1.1. Элементы АСУ с которыми взаимодействует и в которых рабо- тает TM
1
Субъективное мнение автора.

7 из 137
1. ПАКЕТ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ПРОГРАММ TRACE MODE
1.1.
Основной состав продуктов TRACE MODE
Компания AdAstrA выпускает несколько основных типов продук- тов, это:
1) TRACE MODE IDE professional – интегрированная среда разра- ботки прикладных программ, используемых в АСУТП, профессиональная, с физическим ключом защиты.
2) TRACE MODE IDE based – интегрированная среда разработки прикладных программ, используемых в АСУТП, учеб- ная, без защиты. Ограничено время исполнения Проекта
–
1 ч.
3) TRACE
MODE
RTM
– специализированная программа- интерпретатор проектов созданных в ИС, предназначен- ная для ЭВМ, работающих под управлением ОС Win- dows
. Выполняет роль интерпретатора алгоритмов и про- грамм управления данными, зашифрованных в Проекте, выполняет обращения, посредством драйверов, к УСО, сетевым и периферийным устройствам контроллеров и рабочих станций.
4) TRACE MODE MicroRTM – специализированная программа- интерпретатор проектов созданных в ИС, предназначен- ная для ЭВМ, работающих под управлением ОС DOS и
Windows CE
. Выполняет роль интерпретатора алгорит- мов и программ управления данными, зашифрованных в
Проекте, выполняет обращения, посредством драйверов, к УСО, сетевым и периферийным устройствам контрол- леров и рабочих станций.
Каждый из перечисленных программных продуктов используется для специальных целей: ИС – для разработки Проекта, МРВ – для чте- ния сценариев и алгоритмов управления данными в АСУТП из Проек- тов и исполнения команд в рамках ОС MS Windows. МикроМРВ – вы- полняет функции аналогичные МРВ, но для DOS или ОС MS Windows
CE.
Стоит уточнить, что интерпретация Проектов в ИС с использовани- ем отладочного МРВ (интегрированного в ИС – «Профайлер») прово- дится только для тестирования и отладки программного обеспечения, заказчику поставляются файлы Проекта и МРВ, поскольку поставлять заказчику ИС нецелесообразно. Проекты, созданные в профессиональ- ной версии программы ИС, не могут редактироваться в базовой версии

8 из 137 и наоборот. Проекты, предназначенные для интерпретации в МРВ или
МикроМРВ должны создаваться в профессиональной версии ТМ.
Рассмотрим структуру и принципы взаимодействия продуктов ТМ.
1.2.
Структура и принципы взаимодействия элементов TRACE
MODE
TRACE MODE IDE 6.06.2 – это специализированная программа, используемая для автоматизированного проектирования прикладного программного обеспечения АСУ, которое может применятся в ней при выполнении функций супервизорного контроля значений параметров и управления технологическим оборудованием. Результатом использова- ния данного пакета является прикладная программа «Проект». Проек- том, соответственно, называется совокупность интерпретируемых фай- лов, в которых запрограммированы алгоритмы управления данными в некотором узле АСУ (в котором будут установлены файлы Проекта и
МРВ). Стоит отметить, что узлы системы управления могут работать автономно, без использования элементов Проекта. Таким образом, не каждый узел АСУ можно назвать Узлом Проекта. Рассмотрим элементы программного обеспечения узла АСУ на примере рисунка 1.2.
В соответствии со спецификацией представленной ранее, разработ- ка Проекта ведётся с использованием профессиональной (professional) или базовой, учебной (base) версии ИС. Далее Проект интерпретируется
МРВ или МикроМРВ в зависимости от операционной системы. Для ин- терпретации Проектов, созданных в базовой версии ИС, используется
Профайлер. МРВ содержит инструменты взаимодействия с УСО и, сле- довательно, с технологическим оборудованием. Посредством этих ин- струментов МРВ выполняет технологические операции, запрограмми- рованные в Проекте.
Среда разработки, в свою очередь, содержит инструменты разра- ботки Проекта, его математической, графической, алгоритмической и информационной составляющих. Для выполнения различных операций используются специальные редакторы в составе ИС (рисунок 1.2).
При более глубоком исследовании программного пакета ТМ следу- ет описать его основные определения и элементы Проекта.

9 из 137
Рисунок 1.2. Структурная схема программного обеспечения узла АСУ
1.3.
Структура и состав элементов Проекта
Рассмотрим структуру программного обеспечения узла АСУ в об- щем виде.
Пусть мы имеем некоторую АСУ, структура которой представлена на рисунке 1.3. Она состоит из верхнего и нижнего уровня системы ав- томатизации. На верхнем уровне расположены пульты операторов, в со- став которых входят ПЭВМ, дисплеи и периферийные элементы вво- да/вывода данных. На нижнем уровне расположены промышленные электротехнические шкафы с различной степенью защиты, в которые встраиваются системы управления электропитанием, различные преоб- разователи, контроллеры и промышленные ЭВМ. Взаимодействие меж- ду уровнями АСУ может осуществляться с помощью информационных

10 из 137 сетей различного типа, например Ethernet, RS-485 или коммутируемые линии связи.
Рисунок 1.3. Состав и структура АСУ производством
Объект или группа объектов, тем или иным способом выделенные из АСУ (например, функционально) называются узлом этой системы.
Если в составе узла АСУ запускается часть разработанного Проекта, то эту часть тоже называют Узлом (частью Проекта). Узлы являются са- мым крупным элементом структуры основного слоя Проекта – «Систе- ма» (рисунок 1.4). Система – это совокупность программного обеспече- ния АСУ разработанного в ТМ, а также слой Проекта (основополагаю- щий Узел в структуре Проекта).

11 из 137
Рисунок 1.4. Структура и состав элементов Проекта

12 из 137
Как правило, структура слоя «Система» с достаточной точностью повторяет структуру АСУ, поскольку для каждого вычислительного уз- ла АСУ разрабатывается часть Проекта, т.е. Узел. По окончании разра- ботки Проекта, выполняется процедура «Сохранить для МРВ» для каж- дого из Узлов (конвертирование файла в группу файлов с основным файлом .dbb). Полученные после выполнения проце- дуры файлы Узла Проекта загружаются в соответствующий узел АСУ
(например, в контроллер или рабочую станцию оператора) и интерпре- тируются МРВ.
В составе каждого Узла Проекта можно выделить множество ком- понентов, которые используются для описания алгоритмов управления данными и информацией. Рассмотрим их более детально.
Канал – это базовое понятие ТМ, которое включает в свой состав совокупность математических алгоритмов, функций и пере- менных, необходимых для передачи и предварительной обра- ботки технологических данных. Дополнительные функции глубокой постобработки данных программируются в компо- нентах «Программа», а затем включаются в состав измери- тельного канала или канала управления как функция «Транс- ляция».
База каналов – совокупность каналов Проекта объединённых по некоторому признаку. Для группировки нескольких каналов имеющих общие характеристики или назначение в базе кана- лов могут быть организованы подгруппы (например, относя- щиеся к одному УСО).
Экран – компонент Проекта, необходимый для отображения ин- формации в АСУ. Инструментальная среда разработки ТМ предполагает использовать в составе Экрана мнемосхему и элементы графического интерфейса оператора. Более детально процесс разработки Экранов будет рассмотрен в следующих главах.
Программа – компонент Проекта, необходимый для управления и специальной обработки данных в АСУ. Программирование ал- горитмов обработки данных предполагается проводить с ис- пользованием языков программирования стандарта IEC(МЭК)
61131-
3. Программы, как правило, используются в тех случа- ях, когда функций предварительной обработки данных до- ступных в настройках каналов не достаточно или при необхо-