Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Так как при использовании программных и аппаратных средств фирмы Simens AG обмен данными между средним и верхним уровнями происходит блоками данных [2, 5], при реализации методики для формирования запросов и хранения ответов, полученных из микропроцессорных устройств создаются блоки данных сетевого уровня, а также сеансовые блоки данных для организации обмена данными с текущим узлом сети (рис. 1).

Рис. 1. Взаимодействие блоков данных и функций сетевого обмена по протоколу Modbus (DB1, DB4 – блоки данных сетевого уровня; DB2, DB3 – сеансовые блоки данных)

Блок данных сетевого уровня DB1 предназначен для хранения характеристик сети и его узлов. Этот блок имеет поля, содержащие количество устройств в сети, номер текущего узла и длину пакета запроса для текущего узла (тип Int), время начала опроса первого узла сети, продолжительность опроса всех узлов сети, минимальную и максимальную продолжительность опроса всех узлов сети (тип Time). Помимо общих характеристик сети, в этом блоке данных хранятся еще характеристики всех узлов сети в виде массива (тип Array [0..31]), элементы которого имеют пользовательский тип. Использование блока данных для хранения характеристик сети и узлов дает возможность изменения параметров запроса, как из программного обеспечения среднего, так и нижнего уровней АСУ ТП.

Обмен контроллера с текущим узлом сети организован с помощью сеансовых блоков данных. На основании характеристик узла формируется запрос в виде блока данных DB2, поля которого полностью совпадают с полями запроса по протоколу Modbus и содержат адрес текущего узла, код функции Modbus, начальный адрес данных и данные запроса. Считывание ответа из текущего узла сети реализованы также с применением блока данных сеансового уровня DB3.

Передача запроса в сеть и чтение ответа из сети осуществлены функциональными блоками S_SEND и S_RCV библиотеки системных блоков. На входах этих функциональных блоков указываются начальный адрес данных, длина пакета обмена и инициируется начало передачи данных, а на выходах формируются сигналы завершения передачи данных или получения данных из сети. Тем самым, обмен данными по сети RS-485 в полудуплексном режиме сведен к слежению за состоянием соответствующих выходов функциональных блоков S_SEND и S_RCV и к переключению режимов посылки или приема пакета.

Формирование пакета запроса и распаковка полученного ответа осуществлены с помощью двух соответствующих функций, созданных на языке SCL. Хотя среда программирования Step 7 поддерживает все пять языков стандарта МЭК-61131-3 (LAD, FBD, STL, SCL, SFC), язык SCL наиболее предпочтителен из-за возможности использования циклических операторов и оператора разветвления Case, которые необходимо использовать при формировании запросов и распаковки ответов. В созданных функциях реализованы алгоритмы формирования запроса и распаковки полученного ответа для кодов функций 1, 2, 3, 4, 5, 6, 15 и 16 протокола Modbus, которые кодируются однобайтовым полем [4].

Согласно алгоритму функции формирования пакета запроса по номеру текущего устройства выбирается соответствующий элемент массива в блоке данных сетевого уровня и в зависимости от кода функции Modbus формируется пакет запроса. При реализации функции распаковки ответа сначала проверяется адрес узла, код функции, длина ответа и контрольная сумма данных. В случае корректности этих параметров происходит распаковка данных ответа в зависимости от кода функции и типа устройства, подключенного в сеть. Распакованные данные хранятся в блоке данных сетевого уровня DB4, при этом структура этого блока данных зависит от типов устройств подключенных в сеть и структуры данных ответа, получаемого от узла сети.

Выводы и рекомендации

Важной особенностью хранения характеристик узлов сети и полученных из них ответов при реализации предложенной методики, является то, что блоки данных сетевого уровня представляют собой разделяемую память для всей системы управления. Следовательно, эти блоки данных доступны для чтения и записи, как программному обеспечению контроллера, так и программному обеспечению верхнего уровня.

Использование разделяемой памяти позволяет разрабатывать программное обеспечение контроллера для организации сетевого обмена и управления технологическим процессом независимо друг от друга. Вызов функций организации обмена следует осуществить в организационном блоке ОВ1, который исполняется в главном цикле контроллера, что обеспечивает максимальную скорость сетевого обмена со всеми узлами сети. В этом организационном блоке должны быть реализованы задачи синхронизации передачи пакетов и получения ответа (формирование запроса для текущего устройства, переход в режим отправки запроса или ожидания ответа, распаковка ответа, выбор следующего устройства сети), а также формирование аварийных сообщений при истечении тайм-аута.

Вызов функций и функциональных блоков, предназначенных для управления технологическим процессом, следует осуществлять в обработчике циклического прерывания (например, в организационном блоке ОВ35). За счет использования разделяемой памяти для хранения характеристик узлов сети и полученных из них ответов коды обоих организационных блоков может обращаться к блокам данных сетевого уровня.

Таким образом, использование разделяемой памяти и независимость работы логических блоков сетевого обмена и управления технологическим процессом значительно упрощает разработку прикладного программного обеспечения контроллера.

Рецензенты:

Хайруллин А.Х., д.т.н., профессор, профессор кафедры информационных систем Набережночелнинского института Казанского (Приволжского) федерального университета», г. Набережные Челны;

Дмитриев С.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры автоматизации и управления Набережночелнинского института Казанского (Приволжского) федерального университета», г. Набережные Челны.