отправка...IPC@CHIP + CoDeSys или маленькие ядра для большой артиллерии. Часть 3
Итак, мы делаем большой шаг и переходим в мир CoDeSys, как и было обещано во второй части нашей статьи (см. КиТ № 6’2005). Именно в мир CoDeSys, а не IPC@CHIP, потому что работа в этой системе программирования практически одинакова для любого контроллера — в этом и заключается цель CoDeSys и стандарта МЭК 61131-3. Недаром лозунгом организации CoDeSys Automation Alliance (рис. 1), объединяющей изготовителей оборудования для промышленной автоматизации, является фраза «One world. One tool» («Один мир. Один инструмент»). Но все-таки у BECK IPC@CHIP есть одна очень важная особенность, о которой мы поговорим в этой статье.
Идеология CoDeSys
CoDeSys состоит из двух частей: системы программирования и системы исполнения. Система программирования — это приложение Windows, которое позволяет создавать и отлаживать приложения на языках МЭК. Первая — это программа, которая выполняется в целевом устройстве и поддерживает базовые функции системы программирования, отладку, визуализацию и, самое главное, процесс выполнения МЭК-приложения. В случае c BECK IPC@CHIP связь между системой программирования и системой исполнения осуществляется по RS-232 или Ethernet.
Проект, созданный с помощью CoDeSys, в принципе, может выполняться на любом контроллере, поддерживающем CoDeSys. Но как система программирования узнает, на каком контроллере будет выполняться приложение? Ведь разные ПЛК имеют разные процессоры, разный набор входов/выходов и т. д. Для этого используется так называемый Target support package (TSP) — набор конфигурационных файлов, которые дают системе программирования полную информацию о контроллере. В системе программирования CoDeSys может быть установлено сразу несколько TSP для контроллеров различных производителей. Таким образом, один раз написав приложение на языках МЭК, мы можем загружать его в разные контроллеры, используя при этом разные TSP. Далее в статье приводится пример приложения для управления движением на перекрестке с помощью контроллера BECK IPC@CHIP. Но ничто не мешает запустить этот пример на любом другом контроллере с CoDeSys.
Итак, что такое CoDeSys для конечного пользователя? Пользователь покупает контроллер, ему в придачу дают диск с CoDeSys и соответствующим TSP, пользователь устанавливает систему программирования и TSP, пишет программы для ПЛК и тем самым решает свои прикладные задачи. Все достаточно просто. Система программирования бесплатна и доступна для обновления.
Что такое CoDeSys для производителя контроллера? Тут все несколько сложнее. Производитель контроллера должен сначала купить систему исполнения в исходных текстах, адаптировать ее под свое «железо», подготовить TSP и только после этого отдать контроллер, уже с поддержкой CoDeSys, конечному пользователю. Процесс адаптации недешев и требует привлечения высококвалифицированных специалистов. В итоге реализовать поддержку CoDeSys в своих контроллерах могут только достаточно крупные компании, имеющие значительный годовой объем производства. Для изделий, выпускаемых на заказ и в малых объемах, адаптация нерентабельна.
В данной ситуации решение фирмы BECK выглядит революционным. Вместе с IPC@CHIP фирма BECK IPC GmbH бесплатно поставляет специальную программу IEC Platform Builder, которая позволяет создать систему исполнения CoDeSys и набор конфигурационных TSP-файлов под конкретное оборудование, построенное на базе BECK IPC@CHIP (рис. 2).
Часть системы исполнения, отвечающая за работу с внешними аппаратными средствами, поставляется в исходных текстах на языке С. В результате мы получаем возможность дооснастить IPC@CHIP любыми устройствами (внешние АЦП, счетчики, удаленные модули ввода и т. п.) и включить их поддержку в CoDeSys. Наш пользователь получит контроллер с готовой системой программирования. Никаких дополнительных драйверов или специальных библиотек ему не нужно. Поддержка «железа» уже реализована.
Такое решение фирмы BECK открывает возможность даже небольшим фирмам создать собственное устройство с полноценной поддержкой CoDeSys.
Подробно изучать IEC Platform Builder мы не будем — это выходит за рамки данной статьи. Рассмотрим по шагам работу CoDeSys с уже готовыми устройствами на базе IPC@CHIP. В качестве примера возьмем оценочную плату DK50 производства фирмы BECK IPC GmbH.
Мы постараемся дать первое представление о базовых возможностях CoDeSys, которые будут полезны при работе с BECK IPC@CHIP. Желательно, чтобы читатель был знаком со второй частью данного цикла статей (см. КиТ № 6’2005), где описаны первые шаги по использованию файловой системы BECK IPC@CHIP и настройке основных параметров.
Шаг первый. Установка файлов целевой платформы на ПК
Первое, что нужно сделать, установить систему программирования CoDeSys. Ее можно найти на диске, который поставляется вместе с чипом или на сайте http://www.3s-software.ru. Убедитесь, что устанавливаемая версия не ниже, чем 2.3.4.1.
Теперь приступим к установке конфигурационных файлов целевой платформы. Для этого нам понадобиться TSP для BECK IPC@CHIP.
Установка каждого такого TSP одинакова. Мы будем использовать пример TSP DK51_WV, поставляемый в комплекте с платой DK50. Данный TSP включает поддержку Ethernet и веб-визуализации. Его можно найти на диске из комплекта DK51, либо скачать с сайта http://www.beck-ipc.com/codesys.
Установка TSP очень проста — достаточно запустить командный файл install.bat из папки tsp.
Шаг второй. Установка системы исполнения для BECK IPC@CHIP
Система исполнения CoDeSys — это программа, которая выполняется в контроллере (целевом устройстве). Она отвечает за связь с системой программирования, управляет МЭК-приложением, созданным с помощью CoDeSys, и всей периферией устройства на базе IPC@CHIP.
Пример системы исполнения для DK50 называется достаточно легкомысленно — myrts.exe — и находится в том же пакете разработчика, что и TSP.
Скопируйте этот файл на диск a: или b: IPC@CHIP. Использование внешнего flash-диска (b:) позволит работать с веб-визуализацией CoDeSys.
Затем нужно прописать запуск myrts.exe в autoexec.bat. Например, если вы используете внешний диск, то autoexec.bat должен выглядеть следующим образом:
Таким образом, система исполнения будет запущена после включения питания IPC@CHIP. Так как система исполнения выполняется под управлением многозадачной операционной системы RTOS, то параллельно с системой исполнения могут выполняться и другие программы.
Шаг третий. Создание приложения для BECK IPC@CHIP
Теперь перейдем к самому важному шагу — созданию приложения для BECK IPC@CHIP. Сначала рассмотрим простой пример управления движением на перекрестке. Возможно, вам будет удобнее иметь исходные тексты данного примера. Их можно скачать с сайта, посвященного CoDeSys — www.3s-software.ru.
Постановка задачи
Есть перекресток двух дорог. Движение автомобилей на нем управляется двумя светофорами, каждый из которых разрешает или запрещает движение по одной из дорог. Светофоры работают в противофазе — то есть когда светофор A разрешает движение, светофор B запрещает.
Обычно интенсивность движения по каждой из дорог различна в разное время суток. Например, если интенсивность движения по дороге A больше, чем по дороге B, то логично сделать так, чтобы зеленый сигнал светофора A горел дольше, чем у светофора B. Это позволит повысить пропускную способность перекрестка. Правда, водители автомобилей на дороге B будут не очень рады — придется постоять на перекрестке немного дольше.
Было бы хорошо, если бы период разрешающего светофора менялся динамически в зависимости от текущей ситуации на дороге.
Можно предложить несколько способов выбора периода действия разрешающего сигнала. Во-первых, можно составить расписание, в котором указать режим работы светофоров в разное время суток. Во-вторых, интенсивность движения можно измерять и периодически на основе полученных данных задавать, какой из двух светофоров будет иметь более длительный период включения разрешающего сигнала.
Но не будем усложнять задачу (она все-таки учебная), воспользуемся самым простым способом — будем задавать периоды разрешающего сигнала вручную.
В итоге, после того как мы сделаем этот важный шаг, получим возможность управлять светофором (включать/выключать, задавать периоды действия разрешающего сигнала) удаленно, например через Интернет.
Создание проекта
Открываем CoDeSys, в меню File выполняем команду New. Теперь нужно выбрать целевую платформу (устройство), в которой будет выполняться наше приложение. Выбираем DK51_WV — это плата DK50 с поддержкой веб-визуализации (рис. 3).
Появляется диалоговое окно, в котором нам предлагается создать новый программный компонент (POU). По умолчанию это PLC_PRG — программа, вызываемая в каждом рабочем цикле контроллера. Выбираем язык SFC и соглашаемся с прочими опциями диалога New POU (рис. 4).
Функциональный блок TRAFFICSIGNAL
Но на время забудем про PLC_PRG — будем строить приложение снизу вверх. Создадим функциональный блок TRAFFICSIGNAL, который будет отвечать за работу одного светофора. Функциональный блок будет иметь следующий интерфейс (рис. 5). Вход SWITCH_GREEN включает зеленый сигнал светофора, SWITCH_YELLOW — желтый, SWITCH_RED — красный. После включения зеленый сигнал будет гореть в течение времени GREEN_DELAY, а красный сигнал горит в течение времени RED_DELAY. Время работы желтого сигнала не подается на вход, так как оно фиксированно и составляет 2 с.
Свыходами все понятно — GREEN, YELLOW и RED включают сигналы соответствующих цветов.
Теперь опишем логику работы данного функционального блока на языке FBD. Чтобы управлять светофором, нам понадобится таймер TP, который входит в библиотеку standard.lib (она присоединяется к проекту автоматически при его создании). Логика работы таймера показана на рис. 6.
Вход IN включает выход Q на время PT. Время с момента включения выхода индицируется на выходе ET.
Используя такой таймер, работу светофора можно описать с помощью трех FBD-схем (рис. 7).
Функциональный блок состоит из двух разделов: объявлений и схем, которые описывают логику его работы. В разделе объявлений описываются входы/выходы функционального блока, а также внутренние переменные. В данном случае внутренними переменными являются экземпляры функциональных блоков TP — по одному на каждый сигнал.
С работой функционального блока, наверное, все понятно.
PLC_PRG
Созданный нами функциональный блок TRAFFICSIGNAL позволяет лишь включать и выключать сигналы светофора. Теперь нам предстоит задать последовательность включения сигналов каждого светофора. Заметим, что сигналы одного светофора зависят от сигналов другого.
Для решения будем использовать упрощенный язык SFC — он как раз подходит для задач, в которых действия выполняются последовательно.
Возвращаемся к программе PLC_PRG, которую мы создали в самом начале.
В разделе объявлений нужно объявить два экземпляра функционального блока TRAFFICSIGNAL: TS1 и TS2 (рис. 8). TS1 — для управления светофором A, TS2 — для управления светофором B.
По умолчанию схема состоит из одного шага INIT. Добавим еще четыре, как показано на рис. 9.
Каждый шаг описывает одну стадию работы светофоров.
Начнем с шага INIT:
Здесь мы задали время включения каждого из сигналов светофоров.
Следующий шаг RED включает красный сигнал светофора A и зеленый сигнал светофора B. Для реализации этого шага нам понадобится два действия — входное и основное. Входное действие выполняется один раз при входе вшаг, основное — в каждом цикле, пока не будет достигнуто условие перехода. Во входном действии мы просто включаем нужные сигналы светофора:
В основном действии функциональный блок TS1 вызывается периодически, до тех пор, пока таймер не выключит красный сигнал светофора A.
Шаг YELLOW1 состоит из трех действий. Входной шаг включает желтый сигнал светофора A:
В основном шаге вызывается TS1, до тех пор, пока желтый сигнал A не выключится.
Выходное действие выполняется, когда переход уже «сработал». В нем выключается зеленый сигнал светофора B:
Шаг GREEN включает зеленый сигнал светофора A и красный сигнал светофора B. Для этого во входном действии шага прописываем:
В основном действии:
Последний шаг YELLOW2 включает желтый сигнал светофора B и выключает зеленый сигнал светофора A.
Входное действие YELLOW2:
Основное действие YELLOW2:
Выходное действие YELLOW2:
Описанная последовательность шагов выполняется циклически.
Теперь добавим в нашу программу возможность включения/выключения светофора. Желтый сигнал выключенного светофора должен мигать. Выключение светофора можно проводить только после завершения полного цикла его работы.
За включение/выключение светофора будет отвечать глобальная логическая переменная ON.
Добавим в нашу SFC-схему альтернативную ветвь, которая выполняется, когда светофор выключен (ON = FALSE).
В альтернативной ветви (рис. 10) есть два шага. Шаг BLINK_YELLOW включает желтый сигнал обоих светофоров на две секунды:
После того как желтые сигналы будут выключены, в выходном действии сбрасываются входные сигналы:
Это сделано для того, чтобы в следующем цикле обеспечить передний фронт на этих входах.
Шаг DELAY пустой. Он нужен только для задержки, которая длится 2 c. В течение этого времени желтый сигнал светофора не горит. Для задания этой задержки нужно в свойствах шага определить параметр Minimum time (рис. 11).
Осталось лишь модифицировать программу так, чтобы можно было задавать период работы светофора и время включения зеленого сигнала светофора. Будем считать, что период работы светофора должен быть от 20 с до 6 мин. Достаточно лишь задать время включения зеленого сигнала светофора A, так как время включения красного можно посчитать через период.
Время зеленого сигнала B будет соответствовать времени красного сигнала A, а время красного B — зеленому A. Это связано с тем, что светофоры работают в противофазе.
Период работы светофора будет храниться в переменной TS_period, а время разрешающего сигнала светофора A (в процентах от периода) — в переменной TS1_greentime.
Установку времени включения сигналов обоих светофоров будем проводить в шаге INIT.
Теперь, когда логика работы системы полностью описана, необходимо связать наше приложение с внешним миром — связать имена переменных с входами-выходами контроллера и создать интерфейс, с помощью которого диспетчер будет управлять светофором.
Настройка входов/выходов
Начнем с определения входов/выходов. Обычно они объявляются с помощью ПЛК-конфигуратора — по МЭК-адресу объявляется глобальная переменная, которая в проекте будет являться входом или выходом (рис. 12).
Но мы пойдем другим путем. Дело в том, что переменные, которые у нас соответствуют физическим сигналам светофора, объявлены внутри функциональных блоков. То есть, чтобы вывести их значения на выходы контроллера, значения этих переменных нужно скопировать в объявленные в ПЛК-конфигураторе глобальные переменные. Это не очень удобно. Поэтому мы воспользуемся конфигурационными переменными.
Для этого в функциональном блоке TRAFFICSIGNAL нужно модифицировать объявления выходов функционального блока следующим образом:
Данная запись говорит о том, что эти выходы функционального блока будут являться выходами контроллера. Теперь определим, какими именно.
Для этого в глобальных переменных проекта в списке variable_configuration напишем следующее:
Запись говорит о том, что PLC_PRG.TS1.RED соответствует нулевому выходу контроллера, PLC_PRG.TS1.YELLOW — первому и т. д. То есть когда значение переменной PLC_PRG.TS1.RED равно TRUE, нулевой выход будет активен. Аналогично и для других выходов.
Создание визуализации
Осталось только создать интерфейс пользователя — и наша система управления движением на перекрестке будет готова. Нам нужно создать визуализацию на вкладке CoDeSys Visualization. Создадим визуализацию с именем PLC_VISU.
Теперь нужно нарисовать форму. Начнем со светофора. Светофор — это три окружности и один прямоугольник — все очень просто (рис. 13).
Теперь надо настроить созданные объекты. Тут идея такая — каждый объект связывается с логической переменной проекта. Если переменная имеет значение FALSE , то объект имеет один цвет, TRUE — другой (этот цвет называется alarm color). Продемонстрируем, как настроить один из сигналов светофора.
- Дважды щелкаем по объекту.
- В меню выбираем пункт Variables и вписываем в поле Change color имя переменной (рис. 14). Можно просто нажать F2 и выбрать переменную с помощью «Ассистента ввода».
- Настроим цвета в пункте Colors (рис. 15). Alarm color будет красным, а color — белым.
Аналогично настраиваются другие сигналы светофора.
Теперь клонируем (выделяем и копируем) созданный светофор, изменяем имена переменных (меняем TS1 на TS2) — и наши светофоры готовы.
Приступим к созданию блока управления светофором. Во-первых, нам нужна кнопка включения/выключения светофора. Это обычный прямоугольник. Настраивается он примерно так же, как и сигналы светофора. Различие в том, что он предназначен для ввода информации, поэтому нужно указать, какая переменная будет изменяться при нажатии на эту кнопку. Как это сделать, показано на рис. 16.
У нас есть светофоры, мы можем их включать и выключать, осталось только создать поля для ввода периода работы светофора и времени включения разрешающего сигнала светофора A.
Делается это следующим образом.
- Создаем прямоугольник.
- В его свойствах в пункте text делаем следующие настройки (рис. 17).
- В пункте Variables указываем имя переменной (рис. 18).
- Теперь внутри созданного прямоугольника будет отображаться переменная PLC_PRG.TS_period. Настраиваем пункт Input (рис. 19).
Сделанные настройки указывают на то, что период работы светофора будет вводиться с экранной клавиатуры в диапазоне от 20 до 600 с.
Поле ввода для времени включения разрешающего светофора A настраивается аналогично, только в качестве переменной textdisplay используется переменная TS1_greentime, а величина задается в диапазоне от 10 до 90 с.
В итоге должна получиться картинка, показанная на рис. 20.
Как только мы соединимся с контроллером, загрузим и запустим проект, светофоры оживут, и на дорогах воцарится порядок.
Как сделать этот последний шаг?
Настройка связи с контроллером
Открываем меню Online/Communication parameters и создаем TCP/IP-соединение, в котором нужно указать ip-адрес контроллера (рис. 21).
И, наконец, выполняем команду Login, затем Run — дело сделано (рис. 22).
Мы можем управлять светофором с помощью визуализации через Интернет, как бы далеко он от нас не находился.
Согласитесь, что создать визуализацию для управления контроллером в CoDeSys гораздо проще, нежели написать специальное cgi-приложение.
Мы коснулись только самых простых возможностей использования CoDeSys в собственных устройствах. Описания промышленных систем, использующих CoDeSys, и практические примеры их применения вы найдете страницах сайта Automation Alliance www.automation-alliance.com.
Надеемся, что наше краткое введение поможет вам в практической реализации собственных интересных идей. Будем рады, если вы найдете возможность рассказать о своих достижениях.
13 августа, 2020