Знакомство с SCADA системой zenon

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа №1

Тема: Знакомство с SCADA системой zenon

Цель: Разработать программное обеспечение для SCADA системы zenon реализующее комбинационный автомат и отображающее его состояние.

Задание: Разработать программное обеспечение для SCADA системы zenon реализующее комбинационный автомат на основе программного программируемого логического контроллера, а также человеко-машинный интерфейс с элементами визуализации и управления состояние датчиков и исполнительного механизма, реле:

№ Варианта	Задание
	Датчик 1	Датчик 2	Датчик 3	Реле
5	1	0	1	1
	1	1	0	1

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомится с понятием комбинационного автомата.

2. Ознакомится со структурой SCADA системы zenon.

3. Ознакомится с порядком выполнения работы.

4. Синтезировать функцию комбинационного автомата.

5. Создать проект в среде разработки zenon Editor.

6. Создать проект программы программного программируемого логического контроллера реализующей комбинационный автомат.

7. Создать переменные программного программируемого логического контроллера в среде разработки zenon Editor.

8. Разработать программу программного программируемого логического контроллера, реализующую комбинационный автомат.

9. Выполнить проверку правильности функционирования программы программного программируемого логического контроллера.

10. Разработать человеко-машинный интерфейс.

11. Выполнить проверку правильности функционирования разработанного программного обеспечения для SCADA системы.

1. Ознакомится с понятием комбинационного автомата.

Комбинационный автомат - это конечный автомат, у которого выходной знак Y зависит от входного знака X, и не зависит от состояния автомата. Комбинационный автомат при программной реализации выполняет циклическое вычисление значения выходной переменной по входным переменным.

В дискретных системах управления переменные X обозначают состояния датчиков, а переменные Y состояние исполнительных механизмов. Исходя из этого, можно сделать следующее заключение - если знать зависимость состояния исполнительного механизма от состояния датчика, то можно синтезировать функцию комбинационного автомата.

При работе с комбинационными автоматами для синтезирования функций используют таблицу истинности, в которую заносятся все данные о количестве датчиков и исполнительных механизмах. Для отображения состояния, как датчиков, так и исполнительных механизмов используется двоичная система, где 1 - включен, 0 - выключен. Все полученные выражения объединяются между собой операцией логического сложения. Полученный результат является функцией комбинационного автомата. Ниже приведены логические операции используемые в функции комбинационного автомата:

Логическое умножение	Логическое сложение	Логическое отрицание
X1 & X2 = Y	X1 | X2 = Y	X = Y
0 & 0 = 0	0 | 0 = 0	0 = 1
1 & 0 = 0	1 | 0 = 1	1= 0
0 & 1 = 0	0 | 1 = 1
1 & 1 = 1	1 | 1 = 1



2. Ознакомится со структурой SCADA системы zenon.

SCADA - это программа, предназначенная для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ, АСКУЭ, системы экологического мониторинга, научного эксперимента, автоматизации здания и т. д. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени.

SCADA обычно включает в себя следующие компоненты:

Драйверы или серверы ввода-вывода -- программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счетчиками , АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации.

Система реального времени -- программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов.

Человеко-машинный интерфейс -- инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им.

Программа-редактор для разработки человеко-машинного интерфейса.

Система логического управления -- программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ (скриптов) логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.

База данных реального времени -- программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени.

Система управления тревогами -- программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.

Генератор отчетов -- программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.

Внешние интерфейсы -- стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями.

3. Ознакомится с порядком выполнения работы:

Порядок выполнения работы соответствует заданию по варианту №5

4. Синтезировать функцию комбинационного автомата.

Как мы знаем, при работе с комбинационными автоматами для синтезирования функций используется таблица истинности, составим данную таблицу:

Датчик 1 (D1)	Датчик 2 (D2)	Датчик 3 (D3)	Реле (R)
1	0	1	1
1	1	0	1

Данная таблица истинности показывает, что дискретная система управления объектами включает три датчика и один исполнительный механизм - реле. В первом случае реле включается по срабатыванию D1 и D3 при неработающем D2. Во втором по срабатыванию D1 и D2 при неработающем D3. Во всех остальных комбинациях реле выключено.

Теперь когда ясны условия и таблица истинности заполнена, по не можно синтезировать функции комбинационного автомата. Запишем первую и вторую строки таблицы с операцией логического отрицания: D1&!D2&D3; D1&D2&!D3. Теперь объединим все полученные значения между собой операцией логического сложения, и в результате получим функцию комбинационного автомата:

R = (D1&!D2&D3) | (D1&D2&!D3)

5. Создать проект в среде разработки zenon Editor.

Для создания проекта необходимо нажать \File\Project new… как показано на рисунке:

После чего откроется окно, в котором необходимо выбрать Project type - Standard project, и Project name - написать название проекта. Затем подтвердить, нажав на кнопку «ОК». После завершения создания проекта откроется окно “Project Wizard”. Для того, что бы закрыть окно необходимо нажать кнопку “Close" после чего в открывшемся окне нажать кнопку “Да”.

6. Создать проект программы программного программируемого логического контроллера реализующей комбинационный автомат.

Для создания проекта программы программного программируемого логического контроллера необходимо нажать правой кнопкой мыши по “zenon Logic\zenon Logic project new…После чего откроется окно создания проекта zenon Logic, где необходимо задать имя проекта заполнив поле Name, и нажать кнопку Finish.

7. Создать переменные программного программируемого логического контроллера в среде разработки zenon Editor.

Для создания переменной необходимо нажать правой кнопкой мыши по \Variables\New variable… Ккак показано на рисунке:



После чего откроется окно создания переменной, где необходимо заполнить поля:

Name - необходимо задать имя переменной.

Driver - необходимо выбрать драйвер созданного проекта.

PLC marker - необходимо выбрать “PLC marker.

Data type - необходимо выбрать тип данных меркера.

Далее необходимо выбрать тип данных маркера. Для этого нужно нажать кнопку “…” находящуюся в конце поля. После чего откроется окно. В функции комбинационного автомата все переменные имеют битовый тип данных, в SCADA системе zenon битовому типу данных соответствует тип “BOOL”. После выбора типа данных необходимо нажать кнопку “OK”. В окне “Data type” отобразится название типа данных “BOOL”. Для завершения создания переменной необходимо нажать кнопку “Finish”.

8. Разработать программу программного программируемого логического контроллера, реализующую комбинационный автомат.

Для открытия среды разработки Logic Workbench необходимо в среде разработки zenon Editor выбрать в дереве проектов “zenon Logic” и дважды нажать левой кнопкой мыши по проекту, в котором будет реализовываться комбинационный автомат.

После запуска среды разработки Logic Workbench откроется окно, представленное на рисунке 1.16. Окно содержит меню, панель инструментов, окно “Workspace” в котором находится дерево проекта, окно вывода информации о сборке “Build” и строку состояния.

Для создания программы необходимо нажать правой кнопкой мыши по папке “Programs /Insert new program…” дерева проекта как показано на рисунке. После чего откроется окно создания программы.

В поле “Name:” необходимо указать название программы. В поле “Description:” можно задать комментарий, описывающий программу. В поле “Programming language” (необходимо выбрать “FBD - Function Block Diagram”. В поле “Execution style” необходимо выбрать “Main program”. После настроек всех параметров нужно нажать кнопку “OK”.

Стиль выполнения программы “Main program” указывает на то, что данная программа будет выполняться циклически через определенный интервал времени заданный в настройках программы. По умолчанию программа выполняется каждые 10 мили секунд.

После создания программы ее название появится в дереве проекта в каталоге программ. Для того что бы приступить к разработке комбинационного автомата необходимо дважды нажать левой кнопкой мыши по названию программы. После чего откроется окно редактирования программы, включающее в себя панель инструментов, окно ввода программы , окно переменных, окно блоков.

В окне переменных уже присутствуют глобальные переменные, созданные в zenon Editor. В колонке “Name” отображается имена переменных, в колонке “Type” отображается типы переменных, в колонке “Properties” отображаются свойства переменных. Свойство переменной “STRATON <syb>” указывает, что переменная доступна в zenon Editor.

В колонке “Init value” нужно задать начальное значения переменных, которые будут устанавливаться при запуске программы в среде исполнения Logic RT.

Для этого необходимо нажать напротив имени переменой в соответствующей колонке правой кнопкой мыши и выбрать пункт меню “Edit” после чего ввести значение переменной “FALSE”. Переменные типа BOOL могут принимать значение “FALSE”/“TRUE”, что соответствует “0”/“1”.

В колонке “Description” нужно задать комментарий описывающий назначение переменной. Данное действие выполняется аналогично заданию начального значения переменной.

При разработке программы блоки функций перетаскиваются из окна блоков в окно ввода программы. Блоки функций И и ИЛИ находятся в каталоге “Booleans” и называются “& (*Boolean AND*)” и “OR (*Boolean OR*)” соответственно. Блок функции НЕТ находится в каталоге “Standard” и называется “NOT (*Boolean negative*)”. После того как блок перенесен в окно ввода программы ему автоматически добавляются не инициализированные поля переменных, содержащие “???”. Для того что бы инициализировать поле переменной необходимо два раза нажать по нему левой кнопкой мыши после чего появится окно выбора имени переменной. Что бы удалить поле переменной необходимо нажать по нему правой кнопкой мыши и выбрать пункт меню “Delete”.

Что бы соединить выход одного блока с входом другого необходимо навести курсор мыши на выход после того, как курсор примет форму перекрестия нужно зажать левую кнопку мыши, переместить курсор на вход и отпустить кнопку мыши. Блоки функций И и ИЛИ по умолчанию имеют два входа, что бы увеличить количество входов необходимо нажать по блоку левой кнопкой мыши после чего вокруг блока появится рамка с восемью белыми квадратами. Если потянуть за верхний/нижний средний квадрат количество входов увеличится или уменьшиться.

Используя кнопки панели инструментов можно переключаться между режимом выделения блоков программы, режимом добавления полей не инициализированных переменных и режимом добавления комментариев:



Программа, реализующая комбинационный автомат на языке программирования FBD:

9. Выполнить проверку правильности функционирования программы программного программируемого логического контроллера.

Перед тем как начать отладку программы она должна быть преобразована в исполнительный код. Для этого нужно нажать кнопку “Build Startup Project”. Если сборка прошла успешно в окне сборки будет выдано сообщение: “No error detected”.

После сборки программу можно запустить в среде исполнения Logic RT в режиме симулятора, для этого нужно нажать кнопку запуска симулятора, после чего откроется окно, в котором необходимо нажать кнопку “Start”.

В режиме симулятора отображается состояние переменных, а так же состояние связей между блоками. По умолчанию если связь имеет голубой цвет значение сигнала равно “FALSE”, если красный значение сигнала равно “TRUE”.

При двойном нажатии левой кнопки мыши по полю переменной открывается окно установки значения переменной. Задавая в поля переменных D1, D2, D3 состояния датчиков из таблицы, можно определить правильность работы комбинационного автомата. Если значения программы совпадают со значениями, полученными при выполнении проверки синтеза комбинационного автомата, программа работает верно. Для выключения симулятора необходимо повторно нажать по кнопке запуска симулятора. Перед закрытием среды разработки Logic Workbench необходимо убедится, что была выполнена успешная сборка программы, иначе программный программируемый логический контроллер не будет выполнять программу в составе SCADA системы.

10. Разработка человеко-машинного интерфеса.

Для начала необходимо создать шаблон. Что бы создать шаблон основного изображения необходимо развернуть ветвь “Screens” нажать правой кнопкой мыши по “Frames\Create new frame”. После чего в таблицу шаблонов добавится новый шаблон, если нажать по шаблону левой кнопкой мыши, то в окне свойств отобразятся свойства выбранного шаблона.

После этого в поле “Name” необходимо задать название шаблона, а в поле “Background color” выбрать цвет фона шаблона. Созданный шаблон занимает всю область экрана монитора от левого верхнего угла до правого нижнего.

Что бы создать основное изображение необходимо нажать правой кнопкой мыши по “Screens\New screen”. После чего в таблицу изображения добавится новое изображения, если нажать по изображению левой кнопкой мыши, то в окне свойств отобразятся свойства выбранного изображения. Шаблон изображения задается в поле “Frame”, а название в поле “Name”. Использование полных и понятных названий шаблонов и изображений облегчает работу с ними.

Для того что бы установить созданное основное изображение в качестве стартового изображения проекта необходимо нажать по названию проекта в дереве проектов (“FIRST”), после чего его свойства отобразятся в окне свойств. Далее необходимо развернуть дерево “Graphics design\Runtime general\Screens” и выбрать в поле “Start screen” созданное изображение.

По умолчанию человеко-машинный интерфейс SCADA системы запускается в оконном режиме, для запуска его в полноэкранном режиме необходимо изменить настройку “Runtime title” на “no title (full screen)”.

Добавление элементов визуализации и управления на изображение

Что бы начать редактировать созданное изображение необходимо нажать дважды левой кнопкой мыши по названию изображения в таблице изображений, после чего откроется окно редактирования изображения.

Для добавления элемента управления его нужно выбрать на панели управления элементами (рис. 1.31), далее его необходимо растянуть до нужного размера в окне редактирования изображения.



Добавим кнопку выхода из среды исполнения zenon RT. Для этого выберем кнопку и растянем ее в окне редактирования изображения, после чего откроется окно выбора функции, которая должна будет выполнена при нажатии данной кнопки. В SCADA системе zenon имеется библиотека функций, обеспечивающая набор операций для выполнения различных системных задач. Функция представляет собой предопределенное действие, которое может иметь или не иметь параметры. Для добавления новой функции необходимо нажать правой кнопкой мыши по таблице функций и выбрать пункт меню “New function…”, после чего откроется окно выбора создаваемой функции.

Функции, связанные со средой исполнения находятся в дереве “Application”. Функция выхода из среды исполнения называется “Exit Runtime”. После выбора функции необходимо нажать кнопку “OK”.

Выбранная функция добавится в таблицу функций окна. По умолчанию функция имеет название “Function_0”, что бы ее переименовать необходимо, нажать левой кнопкой мыши на имя функции, ввести новое имя и нажать клавишу “Enter”. Для того что бы связать созданную функцию с кнопкой ее нужно выбрать и нажать кнопку “OK”. В окне свойств кнопки в дереве “Representation” в поле “Text line 1” можно задать текст, отображаемый на кнопке. Если размер текста слишком маленький или слишком большой в поле “Font” можно изменить шрифт отображения текста. Функция, с которой связана кнопка, задается в дереве “Variable / function” (в поле “Function”. Аналогично кнопке добавим переключатели, отвечающие за отображение состояния датчиков и реле. При добавлении переключателей будет открываться окно выбора переменной. Каждый переключатель необходимо связать с одной из переменных, после чего нажать кнопку “OK”.

В окне свойств переключателя в дереве “Representation” в поле “Predefined graphics” можно выбрать отображение переключателя в нажатом и не нажатом состоянии. Переменная, с которой связан переключатель, задается в дереве “Variable / function” в поле “Variable”.

Для каждого переключателя добавим элемент текст, который будет описывать его назначение. В окне свойств текста в дереве “Representation” в поле “Text” задается отображаемый текст. Если размер текста слишком маленький или слишком большой в поле “Font” можно изменить шрифт отображения текста.

11. Проверка правильности функционирования разработанного обеспечения для SCADA системы.

Перед тем как запустить среду исполнения zenon RT необходимо создать исполнительные файлы SCADA системы. Для этого нужно нажать кнопку “Create changed Runtime files” или “Create all Runtime files”. После создания исполнительных файлов можно запустить среду исполнения нажав кнопку “Start Runtime”.

После запуска среды исполнения отобразится окно. Изменяя состояние элементов управления Датчика 1, Датчика 2, Датчика 3 в соответствии с таблицей по состоянию элемента визуализации реле можно определить правильность функционирования разработанного программного обеспечения для SCADA системы. Если полученные результаты совпадают со значениями, полученными при выполнении проверки синтеза комбинационного автомата, программа работает верно.

Лабораторная работа №2

Тема: Драйвера.

Цель: Разработать программное обеспечение для SCADA системы zenon реализующее программу симуляции программируемого логического контроллера компании VIPA и отображающее его состояние.

Задание: Разработать программное обеспечение для SCADA системы zenon, реализующее программу симуляции программируемого логического контроллера компании VIPA, который функционирует в соответствии с алгоритмом работы комбинационного автомата из Лабораторной работы №1. А так же человеко-машинный интерфейс с элементами визуализации состояния датчиков и исполнительного механизма, реле. Адреса подключения датчиков и исполнительного механизма к программируемому логическому контроллеру компании VIPA приведены в таблице:

№ Варианта	Задание
	Датчик 1	Датчик 2	Датчик 3	Реле
5	I 1.4	I 1.5	I 1.6	Q 0.4

Порядок выполнения работы:

1. Создать копию проекта Лабораторной работы №1.

2. Добавить драйвер программируемого логического контроллера компании VIPA.

3. Создать переменные программируемого логического контроллера.

4. Разработать программу симуляции программируемого логического контроллера, реализующую комбинационный автомат.

5. Удалить проект программного программируемого логического контроллера реализующего комбинационный автомат.

6. Выполнить связывания элементов визуализации человеко-машинного интерфейса с переменными программируемого логического контроллера.

7. Разработать графический интерфейс программы симуляции программируемого логического контроллера, реализующей комбинационный автомат.

8. Выполнить проверку правильности функционирования разработанного программного обеспечения для SCADA системы zenon.

9. Реализовать отображение состояния датчиков и исполнительного механизма в виде графика.

10. Выполнить проверку правильности функционирования разработанного программного обеспечения для SCADA системы.

1. Создать копию проекта Лабораторной работы №1.

Разработка программного обеспечения для SCADA системы будет вестись на базе проекта Лабораторной работы №1, поэтому необходимо создать его копию.

Для создания копии проекта нужно открыть в среде разработки zenon Editor пространство имен Лабораторной работы №1. Далее в дереве проектов нажать правой кнопкой мыши по проекту Лабораторной работы №1 “FIRST/Project/Save as… ”. После чего откроется окно сохранения проекта.

В окне сохранения проекта в поле “New project name” необходимо задать новое название проекта, под которым будет создана его копия. После чего нажать кнопку “OK”.

Для выбора активного проекта, над которым будет вестись работа, необходимо в дереве проектов нажать правой кнопкой мыши по его названию “SECOND/Active project”. После чего выбранный проект будет загружен и станет активным.

Для установки проекта в качестве стартового (запускаемого при запуске среды исполнения) необходимо через предыдущее меню выбрать пункт “Set project as start project”.

2. Добавление драйвера программируемого логического контроллера VIPA.

Связь SCADA системы с программируемыми логическими контроллерами осуществляется по средствам драйверов входящих в ее состав. Драйвера обеспечивают протоколы обмена данными между SCADA системой и программируемыми логическими контроллерами, подключенными через физические и виртуальные каналы связи.

Программируемые логические контроллеры компании VIPA подключаются к персональному компьютеру через последовательный интерфейс с помощью кабеля “Green Cable”.

В состав SCADA системы входит драйвер “Vipa Green Cable” соответствующий подключению по Зеленому кабелю. Для того что бы добавить драйвер в проект необходимо в дереве проектов развернуть ветвь “Variables” и нажать правой кнопкой мыши по “Driver/New driver…”. После чего откроется окно выбора драйвера.

Далее нужно развернуть дерево драйверов программируемых логических контроллеров “Vipa”, выбрать драйвер Зеленого кабеля “PC Adapter - Vipa Green Cable”, задать “Driver name” название драйвера которое будет использоваться в среде разработки zenon Editor и нажать кнопку “OK”, после чего откроется окно конфигурирования драйвера, имеющее три вкладки.

На вкладке “General” необходимо выбрать “Mode” режим работы драйвера “Simulation - programmed”, флажок “Update time global” указывает, что все переменные драйвера вне зависимости от приоритета будут обновляться через одинаковый интервал времени “Global update time in ms:” равный 1000.

На вкладке “Com” выбирается “Com:” порт последовательного интерфейса к которому будет подключен Зеленый кабель, так как в данный момент времени нет физического подключения, оставим его без изменения.

На вкладке “MPI” необходимо выбрать “MPI Adresse:” MPI адрес программируемого логического контроллера. По протоколу интерфейса MPI устройство с адресом 1 выступает в качестве программатора, к программаторам относится SCADA система zenon. Программируемым логическим контроллерам компании VIPA после сброса настроек присваивается адрес 2, который может быть изменен в дальнейшем.

По завершению конфигурации драйвера необходимо нажать кнопку “OK”. Драйвер программируемого логического контроллера может работать в четырех режимах: “Hardware”, “Simulation - counting”, “Simulation - static”, “Simulation - programmed”.

В аппаратном режиме во время работы SCADA системы драйвер подключается к физическому программируемому логическому контроллеру. Переменные SCADA системы связанные с драйвером отображают состояние входов, выходов, меркеров и блоков данных программируемого логического контроллера. Некоторые из них могут изменяться SCADA системой, а их новые значения пересылаться драйвером контроллеру.

При разработке программного обеспечения для SCADA системы не всегда есть возможность работать с физическим контроллером. Поэтому в SCADA системе zenon драйвера программируемых логических контроллеров поддерживают три режима симуляции.

В режиме статической симуляции драйвер позволяет SCADA системе изменять значения переменных, но ни как это не обрабатывает.

В режиме счетной симуляции драйвер самостоятельно изменяет значения переменных, пошагово увеличивая их значения до верхнего предела, после его достижения драйвер начинает пошагово уменьшать значения переменных до нижнего предела.

В режиме программной симуляции драйвер подключает вместо физического контроллера его симуляцию на базе программного программируемого логического контроллера zenon Logic.

Так как в данный момент времени отсутствует физическая система с программируемым логическим контроллером, она будет заменена программной симуляцией. Программная симуляция будет реализовывать комбинационный автомат на базе программного программируемого логического контроллера.

3. Создание переменных программируемого логического контроллера.

Основные области памяти программируемых логических контроллеров компании VIPA, к которым может получить доступ драйвер Зеленого кабеля SCADA системы zenon приведены в таблице:



Область памяти	Тип объекта драйвера	Типы данных	Чтение	Запись
Входы	Input	BOOL, SINT, USINT, INT, UINT	+	-
Выходы	Output	BOOL, SINT, USINT, INT, UINT	+	+
Меркеры	PLC marker	BOOL, SINT, USINT, INT, UINT, DINT, UDINT	+	+
Блоки данных	Ext. Datablock	BOOL, SINT, USINT, INT, UINT, DINT, UDINT, REAL	+	+

Это области памяти меркеров, блоков данных, а так же области памяти, куда операционная система программируемого логического контроллера во время работы заносит текущее значение входов, и откуда устанавливает значение выходов. Входы отражают состояния датчиков подключенных к контроллеру и поэтому доступны только для чтения. Выходы отражают состояния установленные контроллером исполнительным механизмам. Меркеры это область памяти контроллера, где его программа может сохранять состояние датчиков и исполнительных механизмов, а так же другие данные. Блоки данных отражают состояние области памяти контроллера использующейся для хранения логически структурированных данных.

Описание типов данных использующихся в таблице областей памяти поддерживаемых драйвером Зеленого кабеля приведено в таблице:



К входам, выходам, меркерам и членам блоков данных можно обращаться побитово, побайтно и пословно. К меркерам и членам блоков данных так же можно обращаться как к двойным словам. Только члены блоков данных могут хранить вещественные числа.

В качестве драйвера необходимо выбрать добавленный драйвер контроллера. В качестве типа объекта драйвера при создании переменных датчиков необходимо выбрать “Input” так как датчики подключаются к входам контроллера, а для реле “Output”, так как исполнительные механизмы подключаются к выходам контроллеров. При использовании симуляции программируемого логического контроллера эти переменные служат для конфигурирования областей памяти в среде разработки Logic Workbench программного программируемого логического контроллера, а так же для обмена значениями между программным программируемым логическим контроллером и средой исполнения zenon RT.

Физически датчики и исполнительные механизмы подключаются к программируемому логическому контроллеру компании VIPA на конкретные входы и выходы. Операционная система контроллера по настраиваемому отметчику времени периодически заносит состояние входов в область памяти входов, а так же периодически присваивает значение выходов в соответствии со значением в области памяти выходов. Все операции формирования функций управления работают с областями памяти. Области памяти имеют адреса для обращения к ним программы управления, в таблице приведены конкретные значения этих адресов для каждого варианта. К этим же областям памяти имеет доступ SCADA система zenon с помощью драйвера Зеленого кабеля. Отображение физических адресов входов и выходов на области памяти у программируемых логических контроллеров компании VIPA имеет два разных формата, для обращения к битам и байтам:

<Идентификатор области памяти> <номер байта>.<номер бита>,

<Идентификатор области памяти><Размер области памяти> <номер байта>.

В качестве идентификаторов области памяти выступают буквы латинского алфавита: I - Входы, Q - Выходы, M - Меркеры. В качестве размера области памяти выступают буквы латинского алфавита: B - Байт (USINT), W - Слово (UINT), D - Двойное слово (UDINT).

Указание адресов переменных программируемого логического контроллера выполняется в окне свойств переменных. Для того, что бы его открыть, необходимо нажать дважды левой кнопкой мыши по имени переменной в таблице переменных, после чего откроется окно.

Данное окно позволяет изменить имя переменной, для этого необходимо развернуть дерево “General” и изменить поле “Name”. Для того что бы просмотреть параметры адресации переменной необходимо развернуть дерево “Addressing” и ветвь “Driver connection” . В ветви подключения драйвера в поле “Driver” указывается драйвер, с которым связана переменная. В поле “Driver object type” указывается область памяти программируемого логического контроллера, которой принадлежит адрес. В поле “Data type” указывается тип данных, которому принадлежит переменная. В поле “Offset” указывается номер байта, по которому адресуется переменная. Если переменная имеет тип BOOL в поле “Bit number” задается номер бита соответствующий датчику или исполнительному механизму.

Заполним свойства переменных датчиков “D1”, “D2”, “D3” в соответствии с таблицей. Датчик 1, Датчик 2, Датчик 3 имеют соответствующие адреса “I 1.7”, “I 1.6”, “I 1.5”. I - указывает на то что датчики подключены к входам контроллера, а их адреса находятся в области памяти входов поэтому тип объекта драйвера для всех трех переменных должен быть установлен “Input”. Цифра “1” стоящая перед точкой в адресе датчика является номером байта, поэтому сдвиг для всех трех переменных должен быть установлен равным “1”. Цифры “7”, “6”, “5” стоящие после точки в адресах датчиков являются номерами битов, поэтому номер бита для каждой переменной соответственно должен быть установлен “7”, “6”, “5”.

Заполним свойства переменной реле “R” в соответствии с таблицей. Реле имеет адрес “Q 0.5”. Q - указывает на то что реле подключено к выходу контроллера, а его адрес находится в области памяти выходов, поэтому тип объекта драйвера должен быть установлен “Output”. Цифра “0” стоящая перед точкой в адресе реле является номером байта, поэтому сдвиг должен быть установлен равным “0”. Цифра “5” стоящая после точки в адресе реле являются номером бита, поэтому номер бита должен быть установлен “5”. Теперь драйвер в аппаратном режиме будет получать соответствующее состояние датчиков и реле.

4. Разработка программы симуляции программируемого логического контроллера, реализующей комбинационный автомат.

Программа комбинационного автомата уже реализована в Лабораторной работе №1. Что бы ее скопировать, нужно открыть проект zenon Logic программы программируемого логического контроллера реализующей комбинационный автомат, а так же проект программы симуляции программируемого логического контроллера. Для того что бы открыть проект программы симуляции программируемого логического контроллера необходимо в таблице драйверов дважды нажать левой кнопкой мыши по драйверу программируемого логического контроллера, после чего откроется окно свойств драйвера. В открывшемся окне необходимо развернуть дерево “Driver simulation project” и нажать по полю “Edit”.

Для того что бы изменить режим работы драйвера необходимо развернуть дерево “General” и нажать левой кнопкой мыши по полю “Configuration”. В открывшемся окне среды разработки Logic Workbench нужно создать программу на языке FBD реализующую комбинационный автомат. После чего необходимо скопировать содержимое окна ввода программы из проекта программного программируемого логического контроллера реализующего комбинационный автомат в проект программы симуляции программируемого логического контроллера компании VIPA.

Проверка функционирования программы симуляции программируемого логического контроллера выполняется аналогично предыдущим проверкам.

5. Удалить проект программного программируемого логического контроллера реализующего комбинационный автомат.

Проект программы программного программируемого логического контроллера zenon Logic больше не нужен и может быть удален. Для этого необходимо закрыть Logic Workbench. В таблице проектов zenon Logic нажать правой кнопкой мыши по проекту и в открывшемся меню выбрать “Delete”.

6. Связывание элементов визуализации человеко-машинного интерфейса с переменными программируемого логического контроллера.

Вместе с удаленным проектом zenon Logic автоматически удалился его драйвер и все связанные с ним переменные. Элементы визуализации изображения связанные с не существующими переменными стали отображаться в виде перечеркнутых прямоугольников, для них необходимо обновить связи с переменными.

После обновления связей необходимо создать исполнительные файлы SCADA системы и запустить среду исполнения. Человеко-машинный интерфейс и программа симуляции программируемого логического контроллера соответствуют Лабораторной работе №1. При попытке изменить состояние элементов визуализации датчиков ни чего не происходит. Это связано с тем, что в Лабораторной работе №1 элементы визуализации и управления выполняли функциюимитаторов датчиков и были связаны с переменными области памяти меркеров. Эти переменные доступны для чтения и записи SCADA системой.

В данный момент элементы визуализации связаны с переменными драйвера программируемого логического контроллера компании VIPA, которые в свою очередь связаны с адресами области памяти входов, к которым подключены датчики. Область памяти входов доступна только для чтения, поэтому состояние этих переменных невозможно изменить из SCADA системы.

Программа симуляции программируемого логического контроллера компании VIPA выполняется на программном программируемом логическом контроллере в среде исполнения Logic RT. Во время работы среды исполнения Logic RT к ней можно подключиться из среды разработки Logic Workbench соответствующего проекта. Для этого нужно из среды разработки zenon Editor через драйвер открыть среду разработки Logic Workbench и нажать кнопку подключиться к работающему контроллеру, после чего будет выполнено подключения, а среда разработки перейдет в режим аналогичный режиму симулятора, из которого можно изменять состояния датчиков, то есть выполнять имитацию их работы.

Проверка функционирования программного обеспечения для SCADA системы выполняется аналогично предыдущим проверкам.

7. Разработка графического интерфейса программы симуляции программируемого логического контроллера.

Что бы упростить имитацию работы датчиков в программе симуляции программируемого логического контроллера, в среде разработки Logic Workbench может быть создан графический интерфейс, реализующий удобное управление имитаторами.

Для добавления графического интерфейса необходимо нажать правой кнопкой мыши в дереве проекта по папке “Graphics\Insert New Item…”. После чего откроется окно добавления нового элемента.

В открывшемся окне необходимо выбрать “Categories:” категорию “(All)”, выбрать добавляемый элемент “Graphics” и нажать кнопку “Next”. После чего отроется окно свойств.

В окне свойств необходимо в поле “Name” задать название графического интерфейса, в поле “Description” описание графического интерфейса, после чего нажать кнопку “OK”.

После создания графического интерфейса его название появится в дереве проекта в каталоге графики. Для того что бы приступить к разработке графического интерфейса необходимо дважды нажать левой кнопкой мыши по его названию. После чего откроется окно редактирования, включающее в себя панель инструментов, окно ввода программы, окно свойств , окно графических элементов.

Для реализации имитаторов датчиков и индикатора состояния реле необходимо перетянуть из окна графических элементов в окно графического интерфейса четыре элемента “Grey Round Switch” из дерева “Switches”.

Что бы отобразить свойства переключателя необходимо нажать по нему левой кнопкой мыши. В поле “Variable symbol” задается символическая переменная, значение которой будет изменять переключатель. В поле “Text” задается текст, который будет отображаться на переключателе. В полях “Pathname for “TRUE” bitmap” и “Pathname for “FALSE” bitmap” задаются пути к изображениям, которые будут отображаться на месте переключателя при нахождении датчика в сработавшем или не сработавшем состоянии. Для реле необходимо выбрать изображение, не совпадающее с изображениями датчиков.

Для реализации подписей имитаторов датчиков и индикатора состояния реле необходимо перетянуть из окна графических элементов в окно графического интерфейса четыре элемента “Static” из дерева “Text”.

В поле “Text” задается текст, отображаемый в окне графического интерфейса, в поле “Font size”. Подпишем имитаторы датчиков как: Датчик 1, Датчик 2, Датчик 3, а индикатор реле как Реле.

8. Выполнить проверку правильности функционирования разработанного программного обеспечения для SCADA системы zenon.

Для проведения проверки правильности функционирования разработанного программного обеспечения для SCADA системы необходимо:

1. Выполнить сборку программы симуляции программируемого логического контроллера.

2. Создать исполнительные файлы разработанного программного обеспечения для SCADA системы.

3. Запустить среду исполнения zenon RT.

4. Подключиться с помощью среды разработки Logic Workbench к программному программируемому логическому контроллеру, выполняющему функции симуляции программируемого логического контроллера компании VIPA.

5 Используя графический интерфейс среды разработки Logic Workbench, изменяя состояния имитаторов датчиков проверить правильность функционирования разработанного программного обеспечения для SCADA системы.

9. Реализовать отображение состояния датчиков и исполнительного механизма в виде графика.

Состояние элементов комбинационных автоматов удобно отображать в виде графиков расположенных друг под другом и синхронизированных по времени. Для решения этой задачи может использоваться элемент визуализации SCADA системы “Trend element”.

Элемент управления тренд позволяет в реальном времени отображать синхронизированные по времени значения переменных в виде линейных графиков со значениями в процентном соотношении. В качестве нижнего предела 0% тренд использует минимальное возможно значение, которое может принимать переменная, в качестве верхнего предела 100% тренд использует максимальное возможно значение, которое может принимать переменная. Для переменных типа BOOL минимальное значение равно 0, а максимальное 1, поэтому если отобразить значения переменных датчиков и реле в тренде они будут накладываться друг на друга.

Если привести минимальное и максимальное значения переменных к диапазону равному сумме их амплитуд вместе с зазором и изменить значения переменных так, что бы они ни перекрывались, то в тренде получиться несколько независимых графиков синхронизированных по времени.

По заданию в тренде должны быть отображены состояния Датчика 1, Датчика 2, Датчик 3 и Реле. Значение переменной каждого из них может находиться в состоянии 0 или 1, следовательно, каждый из них занимает полосу амплитудой 1. Разделим графики между собой пустым пространством с амплитудой 1. В результате получим минимальное значение диапазона равное 0 и максимальное значение диапазона соответствующее сумме амплитуд графиков и пропусков между ними равное 8.

График Реле отобразим самым нижним с начальным значением равным 0. График Датчика 1 отобразим с начальным значением равным 2. График Датчика 2 отобразим с начальным значением равным 4. График Датчика 3 отобразим с начальным значением равным 6.

Для изменения значения переменных в SCADA системе zenon используется драйвер “Driver for mathematics variables” (Драйвер математических переменных). Данный драйвер позволяет создавать переменные значения, которых будут формироваться на основе формул.

При создании переменной математического драйвера необходимо выбрать в качестве драйвера “MATHDR32 - Driver for mathematics variables”, в качестве типа объекта данных “Formula”, в качестве типа данных “LREAL”.

После создания математической переменной необходимо задать для нее формулу. Для этого в свойствах переменной необходимо развернуть дерево “Value calculation” и нажать по полю “Formula” после чего откроется окно формулы.

В окне формулы необходимо нажать кнопку “Variables” после чего откроется окно, в котором нужно выбрать переменную датчика или реле. Выбранной переменной будет присвоен псевдоним “X01”. Далее в поле “Formula” необходимо задать формулу вычисления значения математической переменной. В данной формуле X01 - состояние Датчика 1, а 2 - сдвиг относительно начала координат.

Каждой переменной кроме формулы необходимо задать два диапазон изменения значений. “Value range PLC” - это диапазон значений, который может принимать переменная программируемого логического контроллера, и к которому будут приводиться значения, передаваемые программируемому логическому контроллеру. При выходе значения из заданного диапазона значение переменной будет считаться SCADA системой ошибочным. “Value adjustment linear” - это диапазон значений которые будет использоваться SCADA системой и к которому, будут приводиться значения, получаемые от программируемого логического контроллера.

Так как для отображения состояния датчиков и реле не нужно выполнять преобразование диапазонов, то верхние пределы диапазонов “Single area max.” и “Measuring range max.” зададим равными 8. Нижние пределы диапазонов “Single area min.” и “Measuring range min.” зададим равными 0.

После создания математических переменных Датчика 1, Датчика 2, Датчика 3 и Реле добавим на основное изображение тренд. После растягивания тренда на изображении откроется окно выбора переменных, в котором необходимо добавить в тренд все математические переменные.

По умолчанию на изображении тренда присутствуют лишние для поставленной задачи элементы. Для того что бы убрать с изображения тренда информацию о кривых и их текущем значении необходимо в окне свойств необходимо развернуть дерево “Representation\Display settings” и сбросить флажки “Display curve info” и “Display values”. В ветви “Time of representation” в поле “min” задается в минутах размер шкалы по оси времени. В ветви “Update time” в поле “seconds” задается время, через которое будет обновляться тренд.

Добавленные переменные графиков находятся в дереве “Curves”, каждой переменной соответствует своя ветвь. Для добавления новой переменной необходимо нажать по полю “{Curve new}”.

Что бы улучшить восприятия перехода сигналов из одного состояния в другое необходимо настроить отображение разных уровней сигналов разными цветами. Для этого нужно в таблице переменных выбрать переменную, развернуть дерево свойств переменной “Limits” и дважды нажать по полю “{Limit new}” для добавления двух пределов.

Пределы используются для задания реакций на достижение определенного значения переменной. В данном случае необходимо настроить два предела, которые будут указывать, каким цветом отображать значение переменной при достижении значения минимальной амплитуды и максимальной амплитуды. Для настройки цвета передела нужно развернуть ветвь “Limit\Additional attributes”, и изменить значение поля “Limit color”.

Для настройки значения предела необходимо развернуть ветвь “Limits” и задать значение поля “Minimum/Maximum”. Значение минимум указывает на то, что данный предел будет использоваться для значений переменных меньших или равных значению предела. Значение максимум указывает на то, что данный предел будет использоваться для значений переменных больших или равных значению предела. Значение передела задается в поле “Limit”.

После настройки пределов человеко-машинный интерфейс примет вид как показано на рисунке:

10. Выполнить проверку правильности функционирования разработанного программного обеспечения для SCADA системы.

Проверка функционирования программного обеспечения для SCADA системы выполняется в соответствии свыше приведенным алгоритмом.

Лабораторная работа №3

комбинационный симуляция программируемый контроллер

Тема: Хронологический список событий и информационный список тревог.

Цель: Разработать программное обеспечение для SCADA системы zenon реализующее хронологический список событий и информационный списка тревог.

Задание: Разработать программное обеспечение для SCADA системы zenon реализующее программу симуляции объекта управления для отладки взаимодействия программного обеспечения программируемого логического контроллера компании VIPA и программы для SCADA системы zenon. Программа симуляции должна автоматически формировать состояния датчиков для комбинационного автомата из Лабораторной работы №2 в соответствии с последовательностью заданной в таблице 1 (последовательность датчиков: Датчик 1, Датчик 2, Датчик 3). Кроме этого необходимо разработать человеко-машинный интерфейс с хронологическим списком событий и информационным списком тревог. В списке событий должны отображаться изменения состояния датчиков и исполнительного механизма, реле. Условия формирования тревоги, приведены таблице 2:

Таблица 1

№ Варианта	№1	№2	№3	№4	№5	№6	№7
5	1 0 1	0 1 1	1 1 1	1 0 0	0 1 0	1 1 0	0 0 1

Таблица 2

№ варианта	Условие
5	Отпускание Датчика №1

Порядок выполнения работы:

1. Создать копию проекта Лабораторной работы №2.

2. Реализовать автоматическое формирование состояния датчиков в программе симуляции объекта управления.

3. Выполнить проверку правильности функционирования программы симуляции объекта управления.

4. Внести изменения в шаблон основного изображения, и создать шаблон изображения кнопок выбора изображения и управления средой исполнения.

5. Создать изображение кнопок, хронологического списка событий и информационного списка тревог.

6. Разработать изображение кнопок выбора изображения и управления средой исполнения.

7. Разработать изображение хронологического списка событий и выполнить конфигурирование переменных для регистрации их состояния.

8. Разработать изображение информационного списка тревог и задать условия формирования тревоги.

9. Выполнить проверку правильности функционирования разработанного программного обеспечения для SCADA системы zenon.

1. Создать копию проекта Лабораторной работы №2.

Разработка программного обеспечения для SCADA системы будет вестись на базе проекта Лабораторной работы №2, поэтому необходимо создать его копию. Для создания копии проекта нужно открыть в среде разработки zenon Editor пространство имен Лабораторной работы №2. Далее в дереве проектов нажать правой кнопкой мыши по проекту Лабораторной работы №2 “FIRST/Project/Save as… ”. После чего откроется окно сохранения проекта.В окне сохранения проекта в поле “New project name” необходимо задать новое название проекта, под которым будет создана его копия. После чего нажать кнопку “OK”.

2. Реализовать автоматическое формирование состояния датчиков в программе симуляции объекта управления.

Для автоматического формирования сигналов необходимо в среде разработки Logic Workbench в окне проектов создать ресурс “Signals” в котором будут формироваться сигналы. Эта операция выполняется аналогично созданию графического интерфейса. После двойного нажатия левой кнопки мыши по названию добавленного ресурса откроется окно управления сигналами. Окно включает в себя панель инструментов управления колонками, таблицу формирования сигналов, график отображения сигналов.

В таблице формирования сигналов в заголовке колонки значения амплитуды сигнала задается имя сигнала, в поле колонки “Time” задается время сигнала в формате константы типа “TIME”, в поле значения амплитуды сигнала задается вещественное число равное амплитуде сигнала в конкретный момент времени. Для добавления новой колонки необходимо нажать верхнюю кнопку панели инструментов. Для добавления новой строки нужно нажать клавишу клавиатуры “Insert” (Вставить). Формат константы типа “TIME” имеет вид:

T#<Числовое значение><Идентификатор размерности времени>.

Символ “T” указывает, что эта константа типа данных “TIME”. Символ “#” отделяет идентификатор типа данных от значения времени. Числовое значение - это число, которое вместе с идентификатором размерности времени образует значение времени. Идентификатор размерности времени - это обозначение, указывающее на единицы измерения времени: h - часы, m - минуты, s - секунды, ms - мили секунды. Комбинационным автоматом управляют три датчика, поэтому добавим в таблицу формирования сигналов еще две колонки. Изменим заголовки колонок на имена переменных датчиков: “D1”, “D2”, “D3”.

Что бы отделить комбинации сигналов датчиков между собой, перед каждой комбинацией будет идти комбинация “0 0 0” выполняющая функцию разделителя. Примем время поддержания комбинации, и время поддержания разделителя равными 5 секундам. Для формирования фронтов и срезов сигналов каждое значение времени будет задаваться два раза. Первое значение времени будет соответствовать предыдущему значению сигнала, второе значение будет соответствовать новому значению сигнала. Таким образом, будут сформированы четкие фронты и срезы сигналов.

Для использования ресурсов сигналов в программе программного программируемого логического контроллера в среде разработки Logic Workbench присутствуют функциональные блоки “SIGID” и “SIGPLAY” находящиеся в дереве “Advanced” (Продвинутые). Функция SIGID используется для получения идентификатора сигнала связанного с названием ресурса сигналов и колонкой сигнала в таблице формирования сигналов.

Параметры Signal и Col являются обязательными. Описание параметров приведено в таблице:

При задании входных параметров блока SIGID значения констант необходимо записывать в одинарных кавычках “'”, так обозначаются константы типа STRING. Функциональный блок SIGPLAY используется для воспроизведения сигнала определяемого по его идентификатору. Параметры IN, ID, RST и TM являются обязательными. Над блочным элементом задается операнд, который выступает в качестве идентификатора воспроизведения и через который в дальнейшем можно изменить параметры воспроизведения. Описание параметров приведено в таблице:

Воспроизведения происходит при наличии на входе воспроизведения IN значения “TRUE”. Идентификатор сигнала формируется блоком SIGID на основании названия ресурса сигналов и названия колонки сигнала. Во время воспроизведения вход сброса RST должен находиться в значении “FALSE”. На вход TM задается интервал времени, через который будет считываться новое значение сигнала из таблицы и, следовательно, изменяться значение на выходе OUT. По окончанию воспроизведения сигнала на выходе Q формируется значение “TRUE”. Для того что бы выполнить перезапуск воспроизведения необходимо установить на входе RST значение “TRUE”. Наиболее простой способ это сделать, соединив выход Q с входом RST. Однако при этом сильно усложняется восприятие программы и возможны скрытые ошибки. Поэтому правильным решением является дублирование блока SIGPLAY с указанием соответствующего операнда, вход RST добавленного блока соединяется с выходом Q предыдущего блока SIGPLAY. Для задания операнда необходимо нажать по синему полю функционального блока. Для автоматического формирования сигнала состояния датчика необходимо соединить выход OUT блока воспроизведения сигнала с соответствующей переменной датчика. Так как значение на выходе OUT имеет тип REAL, а переменная датчика имеет тип BOOL необходимо выполнить приведение типа выхода OUT к типу переменной BOOL. Для этого используется блок дерева “Conversions” “ANY_TO_BOOL (*Convert to boolean*)”.