Michal Girman

1. Úvod

Vývoj programovateľných logických automatov (PLC) prebiehal na začiatku izolovane od kategórie počítačov pre vedecko-technické výpočty. Rozvoj mikroelektroniky vytvoril spoločnú platformu a spôsobil kvalitatívny skok v technických parametroch PLC a tým aj v ich programovaní. Dochádza k prelínaniu vlastností týchto systémov v úlohe riadiaceho prvku. Okrem minimalizácie rozmerov pri podstatne zvýšenom výkone dochádza aj k významným znemám v možnostiach zostavovania programov pre PLC. Programovanie PLC začína mať znaky štrukturovaného programovania, začínajú sa používať výššie programovacie jazyky, operačné systémy začinajú mať vonkajšie prvky operačných systémov reálneho času.

Vzhľadom na skutočnosť, že súčasné PLC umožňujú stavbu rozsiahlých hierarchických riadiacích systémov, vzájomne komunikujúcich od elementárnych protokolov po internetovské technológie, vznikla potreba normotvorby aj v tejto oblasti. Významnú úlohu v tomto smere predstavuje norma IEC 1131-1 (International Electrotecnical Comission). Táto norma patrí do skupiny 1131 a pozostáva z piatich častí:

• Časť 1 Všeobecný prehľad
• Časť 2 Technické prostriedky
• Časť 3 Programovacie jazyky
• Časť 4 Doporučenia pre používateľov
• Časť 5 Komunikačné prostriedky

2. Programovacie jazyky

Tretia časť normy IEC 1131-1 definuje štruktúru používateľskej programovej aplikácie a rozdeľuje ju do niekoľkých úrovní. Najvyššou úrovňou, popisujúcou riadiací systém je konfigurácia (configuration). Zložité riadiace systémy môžu byť rozdelené do niekoľkých, ucelených konfigurácií, ktoré si môžu navzájom vymieňať informácie štandardnými komunikačnými prostriedkami. Konfigurácia je tvorená jedným, alebo viacerými prostriedkami (resources). Každý prostriedok zabezpečuje vykonamie jednej, alebo viacerých úloh (tasks). Úlohy sú vyvolávane udalostiami viazanými na splnenie podmienky, alebo dosiahnutie určitého času. Intrerprétmi úloh sú programy, ktoré môžu byť napísané v rôznych formách. Vzájomné usporiadanie je ukázané na obr.1

Počas vývoja PLC vzniklo mnoho rôznych jazykov a foriem zápisu programov, z ktorých najrozšírenejšie akceptuje norma IEC v plnej šírke. V podstate je možné ich rozdeliť do dvoch skupín:

• textové
• grafické


Obr.1 – Štruktúra konfigurácie

Prostredie pre vývoj aplikácií spravidla umožňuje zlučovať časti programov, napísané v rôznych formách a tým dáva programátorovi možnosť výberu formy zápisu aj počas písania programu. Norma IEC definuje dva textové a dva grafické jazyky:

1. mnemotechnický zápis ( Instructin List IL )
2. štrukturovaný text ( Structured Text ST )
3. jazyk kontaktných schém ( Ladder Diagram LD )
4. jazyk funkčných blokov (Function Block Diagram FBD )

Príklad zápisu programov v jednotlivých formách je ukázaný na obrázku 2. Všetky formy zápisu umožňujú používať symbolické identifikátory na označenie objektov, definovaných v danom jazyku. V literatúre nájdeme aj označovanie Statement List STL, Structured Text ST, Ladder Logic LAD, Function block language FBL, prípadne v nemčine Anweisungsliste AWL, Strukturierter Text SCL, Kontaktplan KOP, Funktionsplan FUP.



 

Obr. 2 – Príklad možných foriem zápisu programu

3. Objekty

Norma IEC 1131-1 definuje niekoľko objektov, ku ktorým patria aj údajové typy. K základným typom patria typy boolean, byte, word, doubleword, integer, real string, a dalšie, z ktorých je možné vytvárať vlastné údajové typy homogénneho aj nehomogénneho charakteru. Príklad implementácie uvedenej normy v prostredí SIMATIC je ukázaný na obr.3.

 

ORGANIZATION_BLOCK OBi ... označenie programového bloku FUNCTION_BLOCK FBi ... označenie funkčného bloku FUNCTION FCi : int   TITLE = meno bloku ... označenie bloku menom (nepovinné) // komentár k bloku ... // uvádza komentár (nepovinné) { systémový atribút: = hodnota} ... nastavenie systémových atribútov (nepovinné)   KNOW_HOW_PROTECT ... ochrana programu AUTHOR : autor ... autor modulu FAMILY : skupina ... trieda modulov NAME : meno ... meno modulu (nepovinné) VERSION : číslo ... verzia programu VAR_INPUT VAR_OUTPUT VAR_IN_OUT VAR VAR TEMP : END_VAR BEGIN ... začiatok kroku NETWORK ... krok TITLE = meno kroku ... meno kroku // ... oddeľovač : = ... znak priradenia : ... oddeľovač typu premennej ; ... ukončenie inštrukcie

 

Obr.3 – Štruktúra programového bloku

Štruktúra programu, funkčného bloku a funkcie je podobná. líši sa kľúčovými slovami, ktoré definujú daný objekt. Sú zavedené deklarácie premenných, uvádzané kľúčovým slovom VAR, ktoré môžu mať globálny, alebo lokálny charakter. podebne je špecifikované priradenie absolútnej adresy a počiatočnej hodnoty ľubovoľnej premennej
Zápis zdrojového programu môže byť tvorený príkazmi, funkčnými blokmi a funciami. Funkčné bloky majú priradený pamäťový priestor vo forme údajového bloku, ktorý musí byť aktivovaný pri spúšťaní príslušného funkčného bloku. Funkcie nemajú priradenie pamäti. Norma IEC definuje funcie štandardné a používateľské. Funkčné bloky môžu používať aj globálne premenné na rozdiel od funkcií. Funkčný blok nemôže používať absolútne adresovanie, pretože má byť od fyzických adries nezávislý. Štrukrúra údajového bloku je ukázaná na obr.:4

hlavička DB DATA_BLOCK DB26 ... špecifikácia bloku TITLE = meno ... meno skoku // ... oddelovač komentára (nepovinné) { systémový parameter : = hodnota} ... priradenie hodnoty systémovému parametru (nepovinné) identifikačná časť KNOW_HOW_PROTECT ... ochrana produktu AUTHOR : xxx ... meno autora FAMILY : xxx ... trieda blokov NAME : xxx ... meno VERSION : xxx ... verzia deklaračná časťbloku STRUCT začiatok štruktur. premennej END_STRUCT koniec štruktur. premennej UDT ... užívateľom definovaná premenná FB i ... priradenie k funkčnému skoku BEGIN ... začiatok poľa dát END_DATA BLOCK ... koniec bloku

Obr.4 – Štruktúra údajového bloku

4. Záver

Zezulka,F., Dráždil, P. (1995), "Norma IEC 1131 pro programování programovatelných automatu". Automatozace 38,č.8,s.315-317.

http://www.plcopen.org: Standardization in Industrial Open Programming

Doc.Ing.Michal Girman,CSc. Absolvent VUT Brno. Pracoval od r.1970 na Katedre elektrických pohonov Elektrotechnickej fakulty VŠT v Košiciach v oblasti automatizovaných pohonov. V súčasnosti je vedúcim Laboratória priemyselného inžinierstva Fakulty elektrotechniky a informatiky Technickej univerzity v Košiciach.