ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.12.2021
Просмотров: 2953
Скачиваний: 33
123
включать два обрабатывающих блока, которые объединены
между собой блоками принятия решений; при этом сигналы
выходных воздействий формируются только в случае, когда
они одинаковы для обоих блоков; отказавшая структура
выявляется с помощью встроенных тестовых программ);
•
несколько сторожевых таймеров, входящих в состав ЦП ПЛК,
контролируют строго определенное время выполнения одного
цикла управляющей программы и отдельных ее частей;
•
ЦП средних и мощных ПЛК часто выполнены многопро-
цессорными, причем распределение задач между отдельными
процессорами
обусловлено
типовыми
алгоритмами
функционирования ПЛК, а способы передачи информации
между процессорами подчиняются жесткому требованию
реализации программы управления объектом за строго
определенный временной интервал.
Интерфейс между датчиками, исполнительными устройствами,
и ЦП ПЛК обеспечивается специальными электронными модулями
ввода/вывода (адаптеры). В связи с тем, что ПЛК ориентированы на
работу в промышленных условиях, особое внимание уделяется
схемотехнике и конструкции помехоустойчивых дискретных
входов/выходов (рис11.4).
Рис11.4 Структурные схемы дискретных входа (а) и выхода (б)
ПЛК
Кроме собственно приема информации, адаптеры дискретных
входов выполняют предварительную обработку сигнала, выделение
124
полезного сигнала из зашумленного, реализуют развязку сигналов с
различными уровнями мощности.
Уровни постоянного и перемен-
ного напряжений входного дискретного сигнала стандартизированы:
=24 В, -130 В, -240 В. Адаптеры дискретных выходов должны, кроме
гальванической развязки, обеспечивать определенную мощность
сигнала,
необходимую
для
управления
исполнительным
устройством. Стандартные параметры выходов следующие:
постоянное напряжение 24 В, переменное напряжение 130 В и 240 В
при силе тока до 10 А. Выходным устройством могут быть
биполярные или полевые транзисторы, реле, триод, тиристор.
Гальваническая
развязка
обеспечивается
разделительным
трансформатором па переменном токе или оптронами на
постоянном токе.
ПЛК непрерывно развивались в сторону усложнения.
Постепенно, не изменяя названия, они стали выполнять функции
регулирования. В составе ПЛК появились адаптеры ввода
аналоговых сигналов, содержащие АЦП, и адаптеры вывода
аналоговых сигналов на основе ЦАП. Система команд ПЛК
пополнилась командами обработки двоичных кодов, ПЛК стали
выполнять операции сравнения и алгебраические вычисления. Чем
же отличается выполнение этих действий в ПЛК и в универсальном
микропроцессорном контроллере или промышленном компьютере?
11.4 Операционная система ПЛК
Память программ ПЛК состоит из двух сегментов. Первый
сегмент — неизменяемая часть, которая содержит ОС ПЛК. По
существу,
это
—
интерпретатор
инструкций
программы
пользователя, которые размещаются во втором сегменте памяти —
сегменте программы управления. Второй сегмент - это изменяемая
часть программы. Она заносится на этапе адаптации серийного
изделия для управления конкретным объектом.
ПЛК отличается циклическим характером работы. Каждый
цикл выполнения программы управления включает четыре этапа
(рис11.5).
На первом этапе происходит тестирование аппаратуры ЦП.
Если тест дает удовлетворительные результаты, производится
запуск цикла. На втором этапе осуществляется опрос всех входных
переменных и запоминание их состояния в специальной области
оперативной памяти данных, называемой PII (Process Input Image -
образ состояния
входных переменных). На третьем этане ЦП
производит вычисление логических выражений, составляющих
программу пользователя, используя в качестве аргументов
состояние входных образов и внутренние переменные.
125
Входы
Выходы
Рис11.5 Диаграмма работы ПЛК SIMATIC S7-200/300/400
Последние используются для обозначения режимов работы
системы, а также отражают состояние программно-моделируемых
таймеров и счетчиков. Результатом выполнения программы
являются значения выходных переменных и новые значения
внутренних переменных. ЦП записывает выходные переменные в
другую специальную область памяти данных, называемую POI
(Process Output Image — образ состояния выходных переменных).
Одновременно ЦП управляет счетчиками, таймерами и обозначает
новые режимы работы системы установкой или сбросом битов
состояний в памяти. На четвертом этапе слово выходных
воздействий выдается (все разряды одновременно) из POI в порты
вывода и поступает на входы адаптеров выходных сигналов. Далее
цикл работы ПЛК воспроизводится снова.
Такая организация работы ПЛК (по существу это - простейшая
операционная система) имеет следующие преимущества.
1.Время реакции программы управления на изменение входных
сигналов строго определено. В классификации ОС вычислительных
средств такую систему называют ОС реального времени
с жестким
режимом работы. Именно такие требования предъявляются к
вычислительным средствам для автоматизации технологических
процессов, независимо от аппаратной платформы, на основе
которой они реализованы.
2 Невозможность внесения изменений в интерпретатор
инструкций гарантирует исключение ошибок программирования
аппаратных средств на нижнем уровне. В этом случае
1 1 PII
Цикл программы
Пользователя
Тест
Чтение
PII
Выполнение
программы
0 1 POI 0
Таймеры, счетчики
Память состояния
Прерывания
126
необходимость изучения структуры и особенностей выполнения
аппаратных средств полностью отпадает. Не случайно при
описании ПЛК никогда не конкретизируется, на какой элементной
базе (тип микропроцессора) выполнен ПЛК, так как это
несущественно.
3. Интерпретатор инструкций содержит аппаратно ориентиро-
ванные алгоритмы программной защиты от сбоев аппаратуры. Ис-
пользуются методы избыточного кодирования, многократного
опроса с мажоритарной логикой определения значения входной
или выходной переменной, выборки аналоговых сигналов с чтением
прямого и дополнительного кодов, записи в выходные устройства с
эффектом «эхо» и т.д. Эти методы, оставаясь практически
незаметными для пользователя, значительно повышают
надежность системы.
4. Одновременная фиксация всех входных дискретных переменных
на аппаратном уровне с последующим анализом копии их состояния
в ОЗУ и одновременная выдача выходных значений на адаптеры
выходов
исключает
эффект
«неустойчивости»
программы
управления по причине изменения входных сигналов в процессе
выполнения программы.
Рассмотренная модель функционирования ПЛК поясняет, по-
чему быстродействие ПЛК принято оценивать эквивалентным
временем «опроса» 1024 (IK) дискретных входов. Обычно
указывается время выполнения одного цикла программы средней
сложности для IK дискретных входов, включая этапы чтения PII и
загрузки данных из POI в буферы. В некоторых случаях может быть
указано эквивалентное
время опроса одного входа. Следует
отчетливо представлять, что последнее зависит от быстродействия
ЦП, но оно всегда превышает время выполнения одной битовой
инструкции
микроконтроллером ЦП, так как реализация полного
цикла даже для одного дискретного входа требует выполнения
строго определенной последовательности. В грамотно составленном
проспекте ПЛК обычно указано две величины, характеризующие
быстродействие: время выполнения битовой инструкции ЦП и время
опроса
1К
дискретных
входов.
Первая
характеризует
быстродействие ЦП, вторая — быстродействие ПЛК как
законченного устройства, включая особенности операционной
системы. Следует отметить, что рассмотренный исторически
сложившийся способ оценки быстродействия в настоящее время
используется
преимущественно
для малых ПЛК. Для средних и
мощных ПЛК программы управления, которых включают большое
число вычислительных операций, оценки, основанные на модели
логического управления, перестали быть актуальными. Для этих
127
ПЛК указывается время выполнения операций определенного типа
(табл. 11.1).
Табл.11.1.БЫСТРОДЕЙСТВИЕ НЕКОТОРЫХ ПЛК
Тип ПЛК
Оценка быстродействия, мс
Примечание
SIMATIC S7-200
Время выполнения 1К бинарных команд-0,8
Modicon TSX Micro Время выполнения 1К бинарных команд-0,15
Время опроса 1К дискретных входов – 0,7
ПЛК малого
формата
SIMATIC S7-300
Время выполнения 1К бинарных команд-0,3
Время выполнения 1К смешанных команд-0,8
DL-305 Direct Logic Время выполнения 1К бинарных команд-0,87
Время опроса 1К дискретных входов-4……..5
ПЛК среднего
формата
SIMATIC S7-400
Время выполнения 1К бинарных команд-0,08
Время выполнения 1К операций сложения-
0,08
Время выполнения 1К операций сложения в
формате с плавающей запятой – 0,48
Мощный ПЛК
.
11.5 Классификация ПЛК
ПЛК принято подразделять на три группы. Ранее эти группы
называли гаммами. Сейчас в
русскоязычной литературе используют
термин «формат», а в англоязычной эти три группы
характеризуют как «Micro PLC», «Mini PLC» и «Power PLC».
В табл11.2
даны количественные и качественные критерии для ПЛК
разного формата, принятые 20 лет назад и существуюшие в
настоящее время.
Табл11.2. Функции ПЛК разного формата
Критерии определения гаммы ПЛК в 1979г.
Критерии определения формата ПЛК в 1998 г.
ПЛК
Число
дискретных
входов/выходов
Выполняемые
функции
ПЛК
Число
дискретных
входов/выходов
Выполняемые
функции
нижней
гаммы
20 ‹ N ‹ 100
Обработка
цифровых данных
не производится
малого
формата
Micro PLC
5…10 ‹N ‹ 100
Типовые:
логические,
временные,
счетные,
арифметические в формате с
фиксированной запятой.
Расширенные:
арифметические в формате с
плавающей запятой, ПИД-
регулирование
средней
гаммы
100 ‹ N ‹ 500
Производится
упрощенная
цифровая
обработка
среднего
формата
Mini PLC
100 ‹ N ‹ 500
Логические,
временные,
счетные,
совершенная
цифровая обработка, ПИД-
регулирование, регулирование
по законам нечеткой логики
(Fuzzy logic).
Сетевые возможности
верхней
гаммы
100 ‹ N ‹ 4096
Производится
совершенная
цифровая
обработка
мощные
Power PLC
100 ‹ N ‹ 128K
Логические,
временные,
счетные,
совершенная
цифровая обработка, ПИД-
регулирование, регулирование
по законам нечеткой логики
(Fuzzy logic).
Работа с таблицами, средства
MMI
интерфейса,
расширенные
сетевые
возможности