KrugolDevStudio – современный комплекс инструментальных средств программирования промышленных контроллеров

Журнал "Автоматизация в промышленности", №8/2012

Статья о средстве программирования контроллеров (PLC) на языках стандарта IEC 61131-3. Акцентируется внимание на технических особенностях и преимуществах KrugolDevStudio для решения задач автоматизации технологических процессов, а также создания систем учета энергоресурсов.

(Ключевые слова: программирование контроллеров, PLC, создание РСУ , IEC 61131-3)

Общее представление, архитектура

KrugolDevStudio™, изначально ориентированный на создание автоматизированных систем для промышленных объектов и систем учета энергоресурсов, позволяет решать многие задачи в области промышленной автоматизации быстрее и проще, чем это возможно при использовании универсальных средств разработки (таких как CoDeSys или ISaGraf). Такими задачами могут быть, например:

• Программно-логическое управление технологическим оборудованием
• Реализация алгоритмов рационального управления
• Мониторинг технологического процесса (формирование и визуализация оперативных и архивных трендов)
• Технический и коммерческий учет потребления энергоресурсов
• Имитация и создание сценариев технологических процессов для обучения персонала
• и другие.

Программы, созданные в KrugolDevStudio, могут исполняться на контроллерах и одноплатных компьютерах, работающих под управлением системы реального времени контроллера (СРВК) разработки группы компаний «КРУГ», а также в SCADA КРУГ-2000^®.

Глубокая интеграция SCADA КРУГ-2000 и СРВК позволяет создавать сложные распределенные системы управления (DCS), обладающие максимальной эффективностью и высоким уровнем надежности. Для крупных АСУ контроля и управления такой подход позволяет значительно сократить время на разработку и отладку проекта, а также значительно снизить итоговую стоимость проекта в целом.

Основные компоненты KrugolDevStudio (рисунок 1):

• Редактор структурированного текста (СТ)
• Редактор языка функционально-блочных диаграмм (ФБД)
• Компилятор
• Библиотеки функций (насчитывает более 200 математических, технологических функций и функций учета ресурсов)
• Отладчик
• Web-конфигуратор контроллера.

Рисунок 1 – Основные компоненты KrugolDevStudio

Среда программирования

Редакторы технологических языков (в соответствии с МЭК 61131-3), компилятор и отладчик интегрированы в единую среду разработки ИСР КРУГОЛ™ (рисунок 2).

Рисунок 2 – Главное окно ИСР КРУГОЛ

Проект ИСР КРУГОЛ включает в себя программы, процедуры, функции (СТ) и функциональные блоки (ФБД), между которыми обеспечивается четкое разделение и взаимодействие.

Язык СТ – процедурно-ориентированный язык программирования с русифицированным синтаксисом (рисунок 3) – реализует основные управляющие структуры, поддерживает вложенные процедуры и функции, осуществляет автоматическое распределение памяти для переменных программы.

Язык функциональных блочных диаграмм – графический язык, элементами которого являются функциональные блоки. ИСР КРУГОЛ обеспечивает как разработку необходимых блоков, так и использование готовых блоков из библиотеки. Добавлены удобные блоки условия и цикла, блоки с сохранением своего состояния («алгоблоки»). Реализована ручная и автоматическая расстановка номеров блоков для задания последовательности их выполнения.
Рисунок 3 – Пример программы Пользователя на языке СТ.

Отладчик. Проекты, реализованные при помощи KrugolDevStudio для контроллеров, поддерживают режим отладки на локальном компьютере и режим удаленной отладки на контроллере:

• Удаленная отладка в режиме «с остановкой контроллера» производится в основной среде исполнения контроллера. Отладка программ Пользователя на контроллере обеспечивает пошаговое и циклическое выполнение программ в ручном и автоматическом режиме, работу с точками останова, а также просмотр и изменение значений переменных. Кроме того, Пользователю предоставляется возможность подключиться к работающей на контроллере программе или запустить отлаживаемую программу в режиме реального времени для анализа выполнения шагов программы
• Удаленная отладка в режиме «без остановки контроллера». В этом режиме запускается отладочная копия ядра среды исполнения контроллера (СРВК), и интегрированная среда разработки работает только с ней. Затем, по завершении процесса отладки, возможна подмена программы без перезапуска и остановки контроллера
• Эмуляция контроллера. Дополнительные удобства при пусконаладочных работах в рамках крупных проектов обеспечивает имитатор СРВК, позволяя отлаживать Пользовательские алгоритмы без наличия реальных контроллеров. Имитатор эмулирует все функции СРВК, включая функции резервирования и межконтроллерного обмена.

Среда исполнения

ИСР КРУГОЛ обеспечивает генерацию машинного кода для исполнения на различных платформах (Windows, Linux, QNX) для процессоров следующей архитектуры:

• Xscale
• ARM9
• IBM PC-совместимые процессоры.

Среда исполнения на платформе Windows.

Среда исполнения реализована в SCADA КРУГ-2000. Созданные в интегрированной среде программы Пользователя позволяют осуществить простой доступ к базе данных реального времени SCADA КРУГ-2000 (чтение, запись текущих значений переменных и их целевых трендов), создавать архивы данных на жестком диске, выполнять алгоритмы автоматического регулирования и коммерческого учета, а также множество других функций.

Система реального времени контроллера (СРВК).
Система реального времени реализована на платформах Linux и QNX. Для поддержки в программах Пользователя функций обмена данными с различными устройствами и приборами учета существует готовый набор драйверов СРВК. В него входят драйверы, реализующие как наиболее распространенные общепринятые протоколы (MODBUS RTU/TCP, МЭК-870-5-1-95 кадр FT3 и другие.), так и протоколы распространенных в России приборов учета (водо- и электросчетчики, тепловычислители, корректоры объема газа и другие), а также драйверы для организации информационного обмена с контроллерами сторонних производителей.

Основные функциональные возможности

Возможности технологического языка программирования КРУГОЛ (СТ, ФБД)

• Выполнение арифметических и логических операций
• Реализация управляющих структур
• Выполнение математических и специальных функций
• Реализация таймеров и выполнение операций с ними
• Доступ к значениям переменных и их атрибутам БД СРВК или БД сервера SCADA КРУГ-2000
• Создание и анализ трендов СРВК контроллера
• Создание архивов данных
• Формирование и вывод сообщений в протокол событий
• и другие.

Библиотеки функций. Для обеспечения простой и быстрой разработки проектов Пользователя KrugolDevStudio включает в свой состав:

• Библиотеки функции управления и обработки данных (более 250 функций!)
• Библиотеки функции для реализации систем коммерческого и технического учета тепла и газа
• Механизм создания функций Пользователя (на языках C/C++) с возможностью их легкого включения в библиотеку функций языка КРУГОЛ.

Функциональные возможности на уровне SCADA КРУГ-2000.

• Формирование и печать печатных документов, протоколов до- и послеаварийных ситуаций, режимных листов
• Статистическая обработка показателей и параметров процесса путем чтения значений оперативных и исторических трендов
• Имитация параметров процесса
• Управление обменом данными между абонентами ПТК.

Функциональные возможности на уровне контроллера.

• Противоаварийные защиты и блокировки
• Управление задвижками с электроприводом
• Управление отсечными кранами
• Управление насосами
• Управление электрооборудованием
• Управление агрегатами в обвязке
• Реализация расчетных задач
• Учет наработки оборудования
• Технический и коммерческий учет энергоносителей
• Коммерческий и технический учет тепловой энергии.

Контроллеры под управлением СРВК позволяют легко и быстро создавать контуры ПИД-регулирования (в том числе каскадного и многосвязного). Пользовательские алгоритмы, разветвленная система сигнализаций, функции «динамических» и «статических» балансировок, компенсации люфтов, а также множество других дополнительных настроек позволяют реализовать самые разнообразные системы регулирования.
KrugolDevStudio позволяет Пользователю обновлять базу данных и программы в контроллере непосредственно из ИСР КРУГОЛ. Использование данной функции позволяет подменять программы в контроллере «на лету», без остановки и перезагрузки контроллера.

Web-конфигуратор контроллера позволяет настраивать и управлять PLC под управлением СРВК (например, DevLink-D500 и DevLink-C1000) через WEB-браузер.

Минимальные технические требования

• IBM PC Pentium III, частота 500 МГц и выше
• ОЗУ не менее 128 MB
• Не менее 80 Мб на жестком диске
• Сетевой ETHERNET-адаптер на шине PCI 10/100/1000 Мбит/сек
• Операционная система Microsoft Windows XP Professional/ Windows 2003 Server/ Windows Vista Business, Enterprise или Ultimate/ Windows 7 (x86, x64) Business, Enterprise или Ultimate/ Windows Server 2008 (x86, x64)/ Windows Server 2008 R2(x86, x64). Для Microsoft Windows XP Professional обязательна установка Service Pack 2 или выше, для Microsoft Windows 2003 Server – Service Pack 2 или выше, для Microsoft Windows Vista – установка Service Pack 1 или выше
• Internet Explorer 6 или выше.

Спектр оборудования, программируемого с помощью KrugolDevStudio

В настоящее время СРВК используется в различных PLC. В первую очередь, это изделия собственного производства группы компаний «КРУГ» – контроллеры сбора данных DevLink-D500 и универсальные свободно программируемые контроллеры DevLink-C1000. Также СРВК устанавливается на некоторые серии контроллеров других производителей, например, ТРЭИ ГмбХ, Промконтроллер и ряд PLC западных производителей.
При необходимости удобный инструментарий для портирования позволяет в сжатые сроки осуществить перенос СРВК на новую платформу.

Особенности и конкурентные преимущества KrugolDevStudio

К несомненным преимуществам KrugolDevStudio и СРВК разработки группы компаний «КРУГ» необходимо отнести:

• Легкость программирования и удобство отладки
• Развитые средства повышения надежности
• Богатый функционал.

Легкость программирования и удобство отладки

• В одну среду разработки объединены средства для программирования на языках и СТ и ФБД (полностью соответствует IEC-61131-3). При этом можно использовать исходные тексты СТ и схемы ФБД как в одном проекте, так и в одной программе
• Русифицированный синтаксис языка СТ
• Расширенны функциональные возможности ФБД. В частности, добавлены удобные блоки условия и цикла, блоки с сохранением своего состояния (алгоблоки). Реализована ручная и автоматическая расстановка номеров блоков для задания последовательности их выполнения
• Библиотека математических, логических, технологических функций и функций учета энергоресурсов обеспечивают эффективное решение таких задач автоматизации производства, как противоаварийные защиты и блокировки; управление задвижками, насосами и электрооборудованием; учет наработки оборудования; технический и коммерческий учет энергоносителей и тепловой энергии
• Возможность легкого включения функций Пользователя (языки C/C++/Delphi и другие) в библиотеку функций КРУГОЛ (компонент «Библиотекарь КРУГОЛ»)
• Гибкая системы отладки программ с эмуляцией контроллера (без физического подключения контроллера) и на контроллере (удаленная отладка с остановкой контроллера или в реальном времени без остановки контроллера). Автоматически осуществляется мониторинг значений переменных программы. Доступно изменение значений переменных в режиме удаленной отладки без остановки контроллера. Таким образом, контроллеры под управлением СРВК позволяют максимально быстро, удобно и надежно отлаживать Программу Пользователя, в том числе и в системах, требующих безостановочной работы.
• Создание машинного кода для платформ Linux, QNX, Windows
• Возможность разработки проектов в одной среде как для контроллеров, так и для «верхнего уровня» автоматизированных систем (серверы и станции операторов SCADA КРУГ-2000).

Развитые средства повышения надежности

• Управление основным циклом контроллера. Параллельно с основным циклом на контроллере работают дополнительные компоненты СРВК. Работа дополнительных компонентов производится в промежутках между циклами СРВК и не влияет на основной цикл. При возникновении больших нагрузок все процессорное время передается основным компонентам, что позволяет сохранить заданный цикл. Кроме того, в состав СРВК входит компонент коррекции времени цикла контроллера, который рекомендуется использовать для большинства задач. Данный компонент повышает время основного цикла  в том случае, если в течение длительного времени все ресурсы задействованы только на поддержание основного цикла
• Технические решения, направленные на повышение надежности программно-аппаратного комплекса, в составе которого функционирует СРВК:
  • Диагностика каналов связи и возможность их 100% горячего резервирования
  • Резервирование модулей ввода/вывода (включая возможность 100%  резервирования)
  • 100% «горячее» резервирование процессоров на 1-м контроллере
  • 100% «горячее» резервирование контроллеров
  • Обеспечение «безударного перехода» при переключении с основного на резервный контроллер
  • Поддержка кластерной архитектуры с дублированием контроллеров
  • Хранение архивов на контроллере
  • Самодиагностика контроллера
  • Автовосстановление ПО контроллера
  • Остановка системы по сигналу от ИБП
  • Коррекция системного времени. 

Богатый функционал

• Широкие коммуникационные возможности

СРВК поддерживает возможность организации информационного обмена по медленным и неустойчивым каналам связи. Телемеханический канал связи (соответствует ГОСТ Р МЭК 60870-5-104) обеспечивает устойчивую передачу данных по медленным и ненадежным линиям связи между контроллерами и SCADA-системой. В сочетании с возможностью передачи архивов, хранящихся на контроллере, телемеханический канал обеспечивает доступ к данным даже при частых разрывах линии связи и низкой скорости информационного обмена.
Кроме того, для обмена данными с системами верхнего уровня сторонних производителей возможно применение одного из стандартных протоколов обмена  (например, MODBUS) или OPC-сервера СРВК (DA/НDA). OPC-сервер СРВК минимизирует передаваемый трафик, что уменьшает совокупную стоимость владения системой, использующей GSM/GPRS или спутниковые каналы связи.

• Межконтроллерный обмен

Обеспечивает обмен данными между контроллерами в распределенных системах по локальной вычислительной сети. Процесс межконтроллерного обмена производит проверку на изменение передаваемых параметров с заданным интервалом времени (доступен режим с частотой цикла контроллера).

• Функция регистрации аварийных ситуаций

Функция регистрации аварийных ситуаций обеспечивает возможность сохранения заранее заданных параметров в определенном интервале времени в предаварийном и послеаварийном протоколах при возникновении внештатной ситуации.
СРВК зарекомендовала себя в качестве среды исполнения контроллеров с высочайшим уровнем надежности. Контроллеры под управлением СРВК используются на многих опасных объектах крупных компаний в энергетике, нефтеперерабатывающей, газовой и химической отраслях промышленности.

• Хранение архива на контроллере

Функция позволяет формировать архивы в памяти контроллера. Архивы могут сохраняться как в оперативной, так и в энергонезависимой памяти контроллера в зависимости от решаемой задачи.
Хранение архивов в памяти контроллера в сочетании с богатыми возможностями использования различных обработок и анализа, поддержкой энергосберегающих режимов (должны поддерживаться PLC) позволяют легко применять контроллеры под управлением СРВК для решения задач по созданию автономных управляющих систем. Такие системы способны в автономном режиме решать поставленные задачи и накапливать статистику обо всех параметрах системы с  произвольными временными срезами, сохраняя их в памяти контроллера. При возникновении внештатной ситуации или по расписанию вся накопленная информация (или ее часть) может быть передана на верхний уровень.

Таким образом, KrugolDevStudio и СРВК разработки группы компаний «КРУГ» являются мощным решением для создания проектов автоматизации в промышленности, системах учета энергоресурсов, а также в ряде других областей. Немаловажным значением является тот факт, что данный инструментальный комплекс программирования PLC – это полностью отечественная разработка, что гарантирует чистоту генерируемого программного кода.
Контроллеры под управлением СРВК уже много лет применяются для автоматизации важных технологических процессов на особо опасных объектах, что подтверждает высочайший уровень надежности встроенного ПО, разработанного в KrugolDevStudio.

Для производителей PLC группа компаний «КРУГ» поддерживает открытую политику взаимодействия и готова к адаптации СРВК для переноса на новые платформы.

KrugolDevStudio можно бесплатно скачать на сайте www.krug2000.ru

Гурьянов Лев Вячеславович, к.т.н., ведущий специалист НПФ «КРУГ»
Ключников Александр Борисович, начальник отдела маркетинга «КРУГ-Софт»

Подробнее о KrugolDevStudio
Подробнее об СРВК