Отчет по производственной/преддипломной практике: Программирование промышленного контроллера с использованием компилятора GWIN, языков SFC и LD

Современная промышленность немыслима без автоматизации. В ее сердце бьются программируемые логические контроллеры, или ПЛК — мощные цифровые системы, дирижирующие сложными производственными процессами. Именно поэтому освоение принципов их программирования является краеугольным камнем в подготовке любого инженера по автоматизации, ведь без понимания этих систем невозможно обеспечить бесперебойную и эффективную работу производственных линий.

Основная задача практики заключалась в детальном изучении и практическом применении компилятора GWIN в связке с графическими языками программирования Sequential Function Chart (SFC) и Ladder Diagram (LD), описанными в международном стандарте IEC 61131-3. В ходе работы были освоены методологии разработки, отладки и тестирования программного обеспечения для ПЛК, а также изучены критически важные аспекты безопасности и надежности систем управления.

Структура отчета последовательно раскрывает теоретические основы промышленной автоматизации, детально описывает принципы работы и применения языков SFC и LD, погружает в особенности компилятора GWIN, а также затрагивает вопросы методологии разработки ПО и требований к безопасности. В заключении будут сформулированы выводы о приобретенных компетенциях и практическом опыте, что позволит оценить эффективность пройденной практики для формирования будущей специальности. Практика проходила [Место прохождения практики], где были получены ценные навыки в [перечислить основные результаты, например, разработке управляющих программ для производственной линии, настройке параметров контроллеров и т.д.].

Обзор основ промышленной автоматизации и стандартов программирования ПЛК

В основе любой современной производственной линии, от автомобильных конвейеров до химических заводов, лежит сложное взаимодействие машин и процессов, управление которыми невозможно без автоматизации. Ключевым элементом, способным координировать это взаимодействие, является Программируемый Логический Контроллер (ПЛК). Однако эффективность и надежность этих систем напрямую зависят от качества программного обеспечения, а значит, и от используемых языков программирования и стандартов, поскольку именно стандартизация гарантирует совместимость и возможность обмена опытом между инженерами. Международный стандарт IEC 61131-3 стал краеугольным камнем в унификации этого процесса, обеспечивая универсальность и гибкость, столь необходимые в динамичной промышленной среде.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК): Определение, роль и значение в современной промышленности

Программируемый логический контроллер (ПЛК) – это не просто «мозг» машины, а сложная цифровая электронная система, специально разработанная для жестких условий производственной среды. Его суть заключается в использовании программируемой памяти, где хранятся инструкции для выполнения таких специализированных функций, как логические операции, управление последовательностями, синхронизация по времени, подсчет и арифметические действия. Через цифровые или аналоговые входы/выходы ПЛК контролирует широкий спектр машин и процессов, от простых механизмов до целых производственных линий.

Роль ПЛК в современной промышленности трудно переоценить:

• Повышение эффективности: Автоматизация процессов сокращает время цикла, минимизирует человеческий фактор и оптимизирует использование ресурсов.
• Улучшение надежности: ПЛК спроектированы для работы в агрессивных условиях, обеспечивая стабильное функционирование оборудования 24/7.
• Гибкость и адаптивность: Возможность быстрой перенастройки программы позволяет оперативно адаптировать производство к новым задачам или изменениям в технологическом процессе.
• Безопасность: Интеграция с системами безопасности позволяет предотвращать аварии и защищать персонал.

Таким образом, ПЛК выступают в роли центрального нервного узла в системе промышленной автоматизации, обеспечивая точность, скорость и безопасность производственных операций. Что это значит для конечного пользователя? Это означает снижение затрат, повышение качества продукции и, самое главное, безопасность труда.

Международный стандарт IEC 61131-3: Структура и языки программирования

С появлением ПЛК возникла потребность в стандартизации языков программирования, чтобы инженеры могли работать с различными контроллерами, не переучиваясь каждый раз. Эту задачу решил международный стандарт IEC 61131-3 (МЭК 61131-3), который стал настоящей «конституцией» для разработчиков программного обеспечения ПЛК.

Стандарт описывает пять основных языков программирования, каждый из которых имеет свои особенности и области применения:

• Три графических языка:
  • SFC (Sequential Function Chart) — язык последовательных функциональных схем.
  • FBD (Function Block Diagram) — язык функциональных блоковых диаграмм.
  • LD (Ladder Diagram) — язык релейно-контактных схем.
• Два текстовых языка:
  • ST (Structured Text) — структурированный текст, схожий с PASCAL.
  • IL (Instruction List) — список инструкций, похожий на ассемблер.

Основная цель стандарта МЭК 61131-3 заключается в радикальном повышении скорости и качества разработки программ для ПЛК. Он стремится создать языки программирования, которые будут интуитивно понятны технологам, минимизируя барьеры между инженерами разных специальностей. Кроме того, стандарт обеспечивает соответствие ПЛК идеологии открытых систем, что исключает необходимость дополнительного обучения при смене типа ПЛК или производителя оборудования.

Идеология открытых систем в контексте МЭК 61131-3 — это не просто красивое словосочетание, а фундаментальный принцип, подразумевающий:

• Модульность: Программное обеспечение может быть разделено на независимые, легко управляемые части.
• Платформенная независимость: Код, написанный для одного ПЛК, может быть перенесен на другой, совместимый с МЭК 61131-3, с минимальными изменениями.
• Интероперабельность: Компоненты от разных производителей могут беспрепятственно взаимодействовать друг с другом.

Такой подход расширяет выбор оборудования, обеспечивает независимость от конкретных поставщиков и упрощает интеграцию разнообразных продуктов в единую автоматизированную систему. Системы программирования, основанные на МЭК 61131-3, гарантируют надежность программного обеспечения за счет специализированных сред разработки, оснащенных мощными инструментами тестирования и отладки. Они также обеспечивают возможность простой модификации, переносимость проектов между совместимыми ПЛК и, что не менее важно, повторное использование фрагментов программ, сокращая время и затраты на разработку. Возможность совместного использования всех пяти языков позволяет инженеру выбирать наиболее подходящий для каждого конкретного фрагмента задачи, комбинируя их преимущества.

Эволюция стандарта IEC 61131-3: Поддержка объектно-ориентированного программирования

Мир технологий не стоит на месте, и стандарты должны эволюционировать вместе с ним. Третья редакция стандарта МЭК 61131-3, выпущенная в 2012 году (IEC 61131-3:2013 / ГОСТ Р МЭК 61131-3-2016), ознаменовала собой значительный шаг вперед, интегрировав поддержку объектно-ориентированного программирования (ООП).

Что привнесло ООП в мир ПЛК?

• Классы и интерфейсы: Позволяют создавать гибкие, повторно используемые компоненты.
• Наследование: Дает возможность строить иерархии объектов, упрощая расширение функционала и уменьшая дублирование кода.
• Методы и свойства: Обеспечивают инкапсуляцию данных и поведения, делая код более модульным и безопасным.

Цель интеграции ООП в стандарте МЭК 61131-3 была многогранной:

• Быстрое прототипирование: Ускорение процесса создания новых функций и систем.
• Улучшение повторного использования кода: Возможность многократного применения разработанных компонентов, что экономит время и ресурсы.
• Усиление сокрытия информации: Защита внутренних деталей реализации, что повышает надежность и упрощает модификацию.
• Снижение вероятности ошибок: Модульная структура и строгий контроль типов, характерные для ООП, минимизируют риски.
• Сокращение усилий по сопровождению: Легкость понимания и модификации объектно-ориентированного кода упрощает его поддержку на протяжении всего жизненного цикла.
• Упрощение сложных проблем: Разбиение большой задачи на более мелкие, управляемые объекты делает процесс разработки более предсказуемым.
• Создание более расширяемых приложений: Системы, построенные на принципах ООП, легче масштабируются и адаптируются к будущим требованиям.

Таким образом, внедрение ООП в стандарт МЭК 61131-3 открыло новую эру в программировании ПЛК, сделав его более современным, гибким и соответствующим высоким требованиям к разработке промышленного программного обеспечения. Разве не это является ключом к созданию по-настоящему масштабируемых и отказоустойчивых систем?

Детальный анализ языков программирования SFC и LD

В арсенале инженера по автоматизации, работающего с ПЛК, два графических языка — Sequential Function Chart (SFC) и Ladder Diagram (LD) — занимают особое место. Каждый из них обладает уникальными характеристиками и оптимален для решения определенных типов задач. Понимание их принципов работы, синтаксиса, семантики и областей эффективного применения является залогом успешной реализации проектов по автоматизации.

Sequential Function Chart (SFC): Принципы, элементы и применение

Sequential Function Chart (SFC), или язык последовательных функциональных схем, представляет собой мощный графический инструмент, специально разработанный для управления пошаговыми процессами. Его корни уходят во французский язык GRAFCET, который, в свою очередь, базируется на принципах сетей Петри и предназначен для описания и анализа дискретных автоматов. SFC позволяет инженеру взглянуть на сложный алгоритм управления как на последовательность логически связанных шагов, что значительно упрощает его проектирование и отладку.

Основные элементы SFC:

• Шаги (Steps): Отображаются в виде прямоугольников и представляют собой определенное состояние процесса. Каждый шаг может быть либо активным, либо неактивным. Действия, связанные с шагом, выполняются только тогда, когда шаг активен.
• Переходы (Transitions): Представляют собой небольшие горизонтальные линии, соединяющие шаги. Переход осуществляет активацию следующего шага и деактивацию текущего при выполнении заданного условия. Условия могут быть любыми логическими выражениями, например, достижение определенного значения датчика, истечение заданного времени, или выполнение другого действия.
• Действия (Actions): Выполняются в рамках активного шага. Сами действия могут быть описаны на любом другом языке МЭК 61131-3 (таких как IL, ST, LD или FBD), поскольку SFC не содержит управляющих команд ПЛК, а служит для структурирования и координации этих действий.

Эффективность SFC проявляется в его способности структурировать сложные алгоритмы, разбивая их на более простые, легко управляемые этапы. Это особенно ценно в циклических, пакетных и шаговых процессах (Batch-процессы), где требуется четкая последовательность действий. SFC незаменим в следующих областях:

• Управление конвейерными системами на производстве: Каждый этап перемещения, обработки или сборки продукта может быть представлен отдельным шагом SFC.
• Управление освещением в зданиях: Позволяет легко программировать сценарии освещения в зависимости от времени суток, присутствия людей или других событий.
• Робототехника: Используется для создания сложных последовательностей движений и операций роботов.
• Управление сложными технологическими процессами: В химической, пищевой или фармацевтической промышленности, где каждый этап требует точного соблюдения последовательности.

SFC позволяет разбить программу на независимые блоки, что значительно упрощает анализ, тестирование и адаптацию к изменяющимся условиям. Кроме того, он способствует повторному использованию отдельных частей алгоритма, что сокращает время разработки и повышает надежность. Его графическая природа делает код более читаемым и модульным, облегчая совместную работу инженеров.

Ladder Diagram (LD): История, структура и назначение

Ladder Diagram (LD), или язык релейно-контактных схем, имеет богатую историю, тесно связанную с эволюцией промышленных систем управления. Его появление стало прямым следствием потребности в адаптации традиционных электрических схем на базе электромагнитных реле к возможностям программируемых контроллеров. Для инженеров-электриков, привыкших читать и понимать релейные диаграммы, LD стал интуитивно понятным и легко осваиваемым инструментом программирования.

Структура программы на LD напоминает электрическую схему и состоит из следующих основных элементов:

• Контакты: Представляют собой условия, которые должны быть выполнены для прохождения «тока» (логического сигнала). Контакты могут быть нормально разомкнутыми (NO) или нормально замкнутыми (NC).
• Обмотки реле (Coils): Представляют собой выходы или внутренние переменные, которые активируются при прохождении «тока» через цепь. Они могут включать, отключать или переключать состояния.
• Вертикальные и горизонтальные перемычки (Rungs): Организуют контакты и обмотки в логические цепи, напоминающие ступени лестницы, откуда и пошло название языка (Ladder Diagram – «лестничная диаграмма»).

Назначение LD в первую очередь заключается в управлении дискретной логикой. Он идеально подходит для задач, где требуется визуализировать логические связи между входами и выходами, имитируя работу физических реле. Типичные области применения включают:

• Простые системы включения/выключения: Управление двигателями, насосами, клапанами.
• Блокировки и разрешения: Реализация условий безопасности, предотвращающих нежелательные действия.
• Элементарные автоматические циклы: Запуск и остановка оборудования по простым логическим условиям.

Визуальная аналогия с электрическими схемами делает LD особенно привлекательным для специалистов с инженерным бэкграундом, позволяя им быстро переходить от проектирования аппаратных схем к программированию контроллеров.

Сравнительный анализ SFC и LD для различных задач управления

Выбор между SFC и LD для конкретной задачи управления — это не просто вопрос предпочтений, а стратегическое решение, которое может существенно повлиять на читаемость, модифицируемость и надежность программы. Каждый из этих языков имеет свои уникальные сильные и слабые стороны.

Преимущества и недостатки Ladder Diagram (LD):

• Преимущества:
  • Простота освоения: Для инженеров, знакомых с релейными схемами, LD интуитивно понятен.
  • Высокая наглядность: Программы на LD легко визуализируются, что облегчает понимание простых логических связей.
  • Эффективность для дискретной логики: Идеально подходит для реализации простых бинарных операций включения/выключения.
• Недостатки:
  • Ограниченность для сложных алгоритмов: LD плохо подходит для реализации сложных управляющих алгоритмов, таких как циклы, условия с множеством ветвлений и массивы. При попытке их реализовать диаграмма становится крайне неэффективной и громоздкой.
  • Сложность в реализации динамических процессов: С увеличением объема логики диаграмма становится нечитаемой и сложной для интерпретации, анализа и отладки.
  • Ограниченная поддержка сложных функций: LD испытывает трудности с реализацией более комплексных функций, таких как ПИД-регуляторы, тригонометрические функции или функции обработки данных. Он эффективно используется только для описания процессов, имеющих дискретный (двоичный) характер, и теряет смысл для обработки непрерывных процессов с множеством аналоговых переменных.
  • Ограниченная поддержка структур и пользовательских типов данных: Что усложняет модульное программирование и повторное использование кода.

Преимущества Sequential Function Chart (SFC):

• Эффективность для многозадачных и сложных систем: SFC идеально подходит для описания логики работы систем, где важен четкий порядок включения и выключения компонентов, особенно в многопоточных и параллельных процессах.
• Структурирование алгоритмов: Позволяет эффективно разделять программу на независимые блоки (шаги), что значительно упрощает анализ, тестирование и адаптацию к изменяющимся условиям.
• Повторное использование кода: Отдельные части алгоритма могут быть легко переиспользованы в других проектах или частях программы.
• Подходит для линейных и комбинированных алгоритмов: SFC более подходит для программирования линейных алгоритмических последовательностей и совмещенных алгоритмов логического и аналогового управления.
• Удобство программирования параллелизма: В сочетании с текстовыми языками, такими как Structured Text (ST), SFC превосходит LD и FBD в удобстве реализации параллельных ветвей выполнения алгоритма.

Выбор языка всегда зависит от типа задачи:

• LD — идеален для простых задач дискретной логики, где требуется визуализация релейных связей.
• SFC — незаменим для сложных последовательных процессов, пакетных операций, а также для систем, требующих четкой координации действий и обработки параллельных веток алгоритма.

Например, для управления одним двигателем, который включается кнопкой и выключается по таймеру, LD будет более чем достаточен. Но если речь идет о полном цикле производства напитка, включающем смешивание ингредиентов, нагрев, охлаждение, розлив и упаковку, где каждый этап должен строго следовать за предыдущим, а некоторые операции могут выполняться параллельно, SFC станет значительно более эффективным и читаемым решением.

Таким образом, профессиональный подход к программированию ПЛК подразумевает не только знание каждого языка, но и умение грамотно комбинировать их, выбирая оптимальный инструмент для каждой конкретной части сложного алгоритма. Ведь именно этот навык отличает опытного инженера от новичка.

Компилятор GWIN: Среда разработки и процесс программирования

Каждый программист ПЛК сталкивается с необходимостью использовать специализированное программное обеспечение – среду разработки, которая включает в себя компилятор, отладчик и другие инструменты. В рамках данной практики центральное место занимает компилятор GWIN. Важно отметить, что GWIN не является широко известным или публично документированным компилятором, что указывает на его высокую специализацию или проприетарный характер. Это накладывает определенные особенности на процесс работы с ним, который мы детально рассмотрим.

Общая характеристика и архитектура компилятора GWIN

Компилятор GWIN – это специализированное программное средство, предназначенное для преобразования исходного кода, написанного на языках программирования для ПЛК (в нашем случае, SFC и LD), в машинный код, который может быть исполнен целевым промышленным контроллером. Его место в экосистеме промышленной автоматизации определяется его способностью выступать в роли «моста» между высокоуровневым описанием логики управления и низкоуровневой аппаратной реализацией.

Архитектурные особенности GWIN (на основе внутренней информации и практического опыта):

• Интегрированная среда разработки (IDE): GWIN представляет собой комплексное решение, включающее текстовые и графические редакторы для написания кода, средства для конфигурирования аппаратной части ПЛК, инструменты для компиляции, загрузки и отладки.
• Поддержка IEC 61131-3: Несмотря на свою специфичность, GWIN адаптирован для работы с языками стандарта IEC 61131-3, что позволяет использовать его для создания программ на SFC и LD. Это гарантирует определенный уровень стандартизации и совместимости кода, по крайней мере, в рамках экосистемы, для которой он был разработан.
• Модульная структура: Вероятно, GWIN имеет модульную архитектуру, позволяющую интегрировать различные библиотеки функций, драйверы для конкретных моделей ПЛК и, возможно, средства для интеграции с SCADA/HMI системами.
• Проприетарные решения: Учитывая отсутствие широкой документации, можно предположить, что GWIN содержит уникальные, проприетарные решения для оптимизации кода под конкретное оборудование, специфические алгоритмы обработки данных или интерфейсы взаимодействия, не подпадающие под общие стандарты.
• Ограниченная совместимость: Вероятнее всего, GWIN ориентирован на определенную линейку промышленных контроллеров или оборудования, что ограничивает его универсальность, но повышает эффективность для целевых задач.

Работа с GWIN требует детального изучения его интерфейса и документации, предоставленной производителем контроллера или местом прохождения практики. Понимание его архитектуры позволяет более эффективно использовать его возможности и предвидеть потенциальные ограничения.

Создание и настройка проекта в среде GWIN

Процесс создания и настройки проекта в компиляторе GWIN является первым и одним из важнейших шагов в разработке программы для ПЛК. От правильности этих действий зависит дальнейшая работоспособность всей системы управления.

1. Запуск GWIN и создание нового проекта:
   • После запуска среды GWIN, как правило, необходимо выбрать опцию «New Project» (Новый проект) из меню «File» (Файл) или с помощью соответствующей иконки на панели инструментов.
   • Откроется диалоговое окно, предлагающее выбрать тип контроллера, для которого разрабатывается программа. Этот выбор критически важен, так как он определяет доступные ресурсы, библиотеки и параметры компиляции.
   • Присваивается имя проекту и указывается путь для сохранения рабочих файлов.
2. Настройка параметров контроллера:
   • После создания проекта в GWIN обычно открывается окно конфигурации оборудования (Hardware Configuration). Здесь производится детальная настройка физической архитектуры ПЛК.
   • Выбор модулей ввода/вывода: Необходимо указать тип и количество используемых модулей цифровых и аналоговых входов/выходов, коммуникационных модулей и специализированных модулей (например, для термопар, высокоскоростных счетчиков).
   • Настройка адресов: Каждому физическому входу и выходу, а также внутренним переменным, присваиваются уникальные адреса. В GWIN это может быть сделано автоматически или вручную, в зависимости от его функционала. Например, цифровой вход DI0 может быть ассоциирован с переменной IN_BUTTON_START.
   • Сетевые настройки: Если контроллер будет интегрирован в сеть (Ethernet, Modbus и т.д.), необходимо настроить IP-адреса, порты, параметры связи.
   • Параметры цикла: Устанавливается время сканирования цикла ПЛК, что влияет на скорость реакции системы.
3. Определение и объявление переменных:
   • В GWIN, как и в других средах МЭК 61131-3, существует таблица или раздел для объявления глобальных и локальных переменных.
   • Глобальные переменные: Доступны из любой части программы. Здесь объявляются переменные, связанные с физическими входами и выходами (например, StartButton типа BOOL, MotorSpeed типа INT), а также ключевые внутренние флаги и счетчики.
   • Локальные переменные: Объявляются внутри функциональных блоков или программных единиц и доступны только в их пределах.
   • Типы данных: Необходимо тщательно выбирать типы данных (BOOL, INT, REAL, TIMER, COUNTER и т.д.), чтобы избежать ошибок и оптимизировать использование памяти контроллера.

После завершения этих шагов проект в GWIN будет готов к написанию непосредственно кода управления, интегрируя аппаратные и программные аспекты в единое целое.

Примеры программирования контроллера на SFC и LD с использованием GWIN

Для иллюстрации практической работы с компилятором GWIN и языками SFC/LD рассмотрим типовые задачи управления. Эти примеры помогут понять, как теоретические принципы воплощаются в реальном коде.

Пример 1: Управление двигателем (Ladder Diagram — LD)

Задача: Включить двигатель при нажатии кнопки «Пуск» (StartButton) и выключить при нажатии кнопки «Стоп» (StopButton). Двигатель должен работать только при наличии питания (PowerSupplyOK).

Объявление переменных в GWIN (фрагмент таблицы переменных):

Имя переменной	Тип данных	Адрес ввода/вывода	Описание
StartButton	BOOL	%IX0.0	Цифровой вход: Кнопка «Пуск»
StopButton	BOOL	%IX0.1	Цифровой вход: Кнопка «Стоп»
PowerSupplyOK	BOOL	%IX0.2	Цифровой вход: Питание в норме
MotorOutput	BOOL	%QX0.0	Цифровой выход: Управление двигателем
MotorRunning	BOOL	%MX0.0	Внутренний флаг: Двигатель работает

Логика на LD в GWIN:

// Ручей 1: Запуск двигателя
--[ StartButton ]--[ PowerSupplyOK ]--+----[  MotorRunning  ]--
                                     |
                                     +----[  MotorRunning  ]--
                                     |
                                     +----[   MotorOutput  ]--

// Ручей 2: Остановка двигателя
--[ StopButton ]--[ /MotorRunning ]--+----[ MotorRunning ]--
                                     |
                                     +----[ MotorOutput ]--

В данном примере:

• StartButton и PowerSupplyOK — нормально разомкнутые контакты (NO).
• StopButton — нормально разомкнутый контакт (NO), его инверсия /StopButton означает, что цепь активна, когда кнопка StopButton не нажата (т.е. StopButton = FALSE).
• MotorRunning и MotorOutput — обмотки реле. MotorRunning используется как внутренняя память состояния, а MotorOutput – для управления физическим выходом.

Пояснение:
Первая «ступень» (ручей) включает двигатель: если нажата кнопка «Пуск» (StartButton = TRUE), есть питание (PowerSupplyOK = TRUE) и двигатель еще не работает (логика самоблокировки через MotorRunning), то активируются обмотки MotorRunning и MotorOutput.
Вторая «ступень» выключает двигатель: если нажата кнопка «Стоп» (StopButton = TRUE), то деактивируются MotorRunning и MotorOutput.

Пример 2: Управление светофором (Sequential Function Chart — SFC)

Задача: Реализовать логику работы простого светофора на перекрестке с тремя фазами: «Красный», «Зеленый», «Желтый», с заданными временными интервалами.

Объявление переменных в GWIN (фрагмент таблицы переменных):

Имя переменной	Тип данных	Адрес ввода/вывода	Описание
RedLight	BOOL	%QX0.0	Выход: Красный свет
YellowLight	BOOL	%QX0.1	Выход: Желтый свет
GreenLight	BOOL	%QX0.2	Выход: Зеленый свет
TimerRed	TON	(внутр.)	Таймер для красного света
TimerGreen	TON	(внутр.)	Таймер для зеленого света
TimerYellow	TON	(внутр.)	Таймер для желтого света

Логика на SFC в GWIN:

INITIAL_STEP --(TRUE)--> STEP_RED

STEP_RED:
  ACTION (RedLight := TRUE);
  ACTION (GreenLight := FALSE);
  ACTION (YellowLight := FALSE);
  ACTION (TimerRed(IN:=TRUE, PT:=T#10s)); // Активировать таймер на 10 секунд
  TRANSITION (TimerRed.Q); // Переход, когда таймер RedLight истек

STEP_GREEN:
  ACTION (RedLight := FALSE);
  ACTION (GreenLight := TRUE);
  ACTION (YellowLight := FALSE);
  ACTION (TimerGreen(IN:=TRUE, PT:=T#8s)); // Активировать таймер на 8 секунд
  TRANSITION (TimerGreen.Q); // Переход, когда таймер GreenLight истек

STEP_YELLOW:
  ACTION (RedLight := FALSE);
  ACTION (GreenLight := FALSE);
  ACTION (YellowLight := TRUE);
  ACTION (TimerYellow(IN:=TRUE, PT:=T#2s)); // Активировать таймер на 2 секунды
  TRANSITION (TimerYellow.Q); // Переход, когда таймер YellowLight истек

STEP_YELLOW --(TRUE)--> STEP_RED; // Зацикливание: после желтого снова красный

Пояснение:

• INITIAL_STEP: Начальный шаг, с которого запускается последовательность.
• STEP_RED: В этом шаге включается красный свет, остальные выключаются. Активируется таймер TimerRed на 10 секунд. Переход к следующему шагу происходит, когда TimerRed.Q (выход таймера) становится TRUE.
• STEP_GREEN: Аналогично, включается зеленый свет, таймер TimerGreen на 8 секунд.
• STEP_YELLOW: Включается желтый свет, таймер TimerYellow на 2 секунды.
• После завершения STEP_YELLOW происходит переход обратно к STEP_RED, создавая непрерывный цикл работы светофора.

Эти примеры демонстрируют, как GWIN позволяет реализовывать логику управления, используя графические языки SFC и LD, каждый из которых оптимален для своего типа задач. Подробные примеры логики управления на SFC и LD также представлены в Приложении А. Листинги программ.

Особенности компиляции и загрузки программ в ПЛК через GWIN

После того как код написан и настроены все параметры проекта, следующим критически важным этапом является компиляция и загрузка программы в целевой ПЛК. В среде GWIN этот процесс имеет свои особенности, которые требуют внимания.

1. Компиляция программы:
   • Цель компиляции: Преобразование исходного кода (на SFC, LD или других языках) в исполняемый машинный код, понятный для конкретного типа ПЛК.
   • Запуск компиляции: В GWIN это обычно выполняется через пункт меню «Build» (Сборка) или «Compile» (Компилировать) или соответствующую кнопку на панели инструментов.
   • Проверка синтаксиса и семантики: Компилятор GWIN проверяет код на синтаксические ошибки (неправильное написание операторов, отсутствие скобок и т.д.) и семантические ошибки (несоответствие типов данных, использование необъявленных переменных).
   • Вывод сообщений об ошибках: При обнаружении ошибок GWIN выводит список сообщений в окне «Output» (Вывод) или «Error List» (Список ошибок). Каждое сообщение обычно содержит тип ошибки, строку кода, где она обнаружена, и краткое описание.
   • Устранение ошибок компиляции: Программист должен последовательно пройтись по всем ошибкам, исправить их в исходном коде и повторно запустить компиляцию до тех пор, пока она не завершится успешно, без единой ошибки. Это гарантирует, что программа синтаксически корректна.
2. Загрузка программы в ПЛК:
   • Подключение к ПЛК: Перед загрузкой необходимо убедиться, что компьютер с GWIN физически подключен к ПЛК через соответствующий интерфейс (Ethernet, USB, RS-232/485) и установлены необходимые драйверы.
   • Настройка параметров связи: В GWIN, скорее всего, есть раздел «Communication Settings» (Настройки связи), где указываются параметры подключения: IP-адрес ПЛК, номер порта, скорость передачи данных и т.д. Необходимо установить стабильное соединение.
   • Запуск загрузки: После установления соединения и успешной компиляции, процесс загрузки (Download) инициируется через соответствующий пункт меню или кнопку.
   • Режимы работы ПЛК: При загрузке программы ПЛК обычно переводится в режим «STOP» (Останов), чтобы избежать конфликтов при перезаписи памяти. После загрузки пользователь может вручную перевести контроллер в режим «RUN» (Работа) для выполнения программы.
   • Верификация загрузки: Некоторые среды разработки предоставляют функцию верификации (Verify), которая сравнивает программу, загруженную в ПЛК, с исходным проектом на компьютере, чтобы убедиться в целостности данных.

Важно помнить, что ошибки на этапе компиляции и загрузки могут привести к неработоспособности контроллера или даже к его повреждению, поэтому к этим шагам следует подходить с максимальной внимательностью и ответственностью.

Методология разработки, отладки и тестирования программного обеспечения ПЛК

Разработка программного обеспечения для Программируемых Логических Контроллеров – это сложный и многогранный процесс, выходящий далеко за рамки простого написания кода. Чтобы гарантировать надежность, безопасность и эффективность работы промышленных систем, необходим систематический подход, включающий строго определенные этапы жизненного цикла, а также эффективные методы отладки и тестирования.

Жизненный цикл разработки программного обеспечения ПЛК

Жизненный цикл разработки программного обеспечения (ЖЦПО) для ПЛК, хоть и имеет свои специфические особенности, во многом схож с классическими моделями разработки ПО. Он представляет собой последовательность взаимосвязанных этапов, каждый из которых играет свою роль в создании качественного и надежного продукта.

1. Проектирование (Design):
   • Анализ требований: На этом этапе определяются функциональные и нефункциональные требования к системе управления. Что должен делать контроллер? Какие входы он должен обрабатывать, какие выходы управлять? Каковы требования к скорости, надежности, безопасности?
   • Разработка алгоритмов: Создание высокоуровневых алгоритмов управления, блок-схем, диаграмм состояний, которые описывают логику работы системы. Это может быть как текстовое описание, так и графическое представление (например, с использованием GRAFCET).
   • Выбор архитектуры: Определение структуры программы, разделение ее на функциональные блоки, модули, выбор языков программирования (SFC, LD, ST и т.д.) для различных частей алгоритма.
   • Определение переменных и адресов: Планирование всех используемых входных, выходных и внутренних переменных, а также их привязка к физическим адресам ПЛК.
2. Реализация (Implementation):
   • Написание кода: Непосредственное кодирование разработанных алгоритмов на выбранных языках программирования в среде разработки (например, GWIN).
   • Конфигурация оборудования: Настройка параметров ПЛК, модулей ввода/вывода, сетевых интерфейсов в среде разработки.
   • Документирование кода: Добавление комментариев, пояснений к коду для улучшения его читаемости и ремонтопригодности.
3. Тестирование (Testing):
   • Верификация: Проверка программы на соответствие разработанным требованиям и спецификациям.
   • Валидация: Подтверждение того, что программа правильно решает поставленную задачу и удовлетворяет потребностям пользователя.
   • Виды тестирования: Модульное, интеграционное, системное, приемочное тестирование. Целью является выявление максимально возможного количества ошибок.
4. Отладка (Debugging):
   • Обнаружение ошибок: Идентификация мест в коде, где возникают сбои или нежелательное поведение.
   • Поиск причин: Анализ логики программы, использование отладочных инструментов для выяснения первопричин ошибок.
   • Устранение ошибок: Внесение изменений в код для исправления выявленных проблем. Отладка является наиболее трудоемким этапом разработки программы, поскольку ПЛК inherently дороги, а их простой приводит к значительным затратам. Неправильное программирование может также стать причиной потери производительности и создания опасных условий. Эффективная отладка требует систематического подхода и использования встроенных инструментов.
5. Внедрение (Deployment) и сопровождение (Maintenance):
   • Загрузка в ПЛК: Передача скомпилированной программы на целевой контроллер.
   • Пусконаладка: Запуск системы в реальных условиях, финальная проверка и калибровка.
   • Сопровождение: Мониторинг работы системы, внесение изменений и улучшений в программу в течение всего срока ее эксплуатации.

Строгое следование этим этапам жизненного цикла позволяет минимизировать риски, повысить качество и надежность программного обеспечения ПЛК, что критически важно для бесперебойной работы промышленного производства.

Инструменты и методы отладки программ в среде GWIN

Отладка – это искусство обнаружения, поиска и устранения ошибок в программном коде. В контексте программирования ПЛК, это особенно критично, поскольку даже незначительная ошибка может привести к серьезным сбоям в производстве, финансовым потерям или угрозе безопасности. Современные среды разработки, такие как GWIN (предполагая его аналогию с другими IDE стандарта МЭК 61131-3, например, CoDeSys), предоставляют обширный набор инструментов для эффективной отладки.

Инструменты отладки, предоставляемые GWIN (предполагаемые на основе общих практик):

• Онлайн-мониторинг (Online Monitoring): Это основной инструмент. Он позволяет в реальном времени наблюдать за текущими значениями всех переменных (входных, выходных, внутренних, таймеров, счетчиков) непосредственно в процессе работы ПЛК. Программист может видеть, как изменяются состояния контактов в LD-диаграмме или активные шаги в SFC-схеме.
• Принудительная установка значений (Force Values): Позволяет временно изменять значения переменных (например, принудительно установить входной сигнал в TRUE или FALSE), имитируя работу датчиков или внешних устройств. Это незаменимо для тестирования различных сценариев без физического подключения к оборудованию.
• Точки останова (Breakpoints): Возможность остановить выполнение программы на определенной строке кода или шаге SFC. В режиме останова можно пошагово выполнять код, изучать значения переменных и контролировать поток выполнения.
• Запись трассировки (Trace Recording): Позволяет записывать последовательность изменений значений выбранных переменных во времени. Это особенно полезно для анализа динамических процессов и поиска ошибок, проявляющихся в течение длительного периода.
• Окно сообщений/логов (Messages/Log Window): Отображает системные сообщения, предупреждения и ошибки, возникающие во время компиляции, загрузки или выполнения программы.
• Имитационный режим / Симуляция (Simulation Mode): Многие современные IDE для ПЛК включают встроенные программные эмуляторы контроллера. Это позволяет тестировать и отлаживать программу на компьютере без физического подключения к реальному ПЛК, моделируя состояния сигналов модулей ввода/вывода. В GWIN такой функционал значительно упростил бы процесс разработки.

Общие подходы к поиску и устранению ошибок:

1. Пошаговое выполнение: Использование точек останова и пошагового выполнения для детального анализа логики программы.
2. Изоляция проблемы: Попытка сузить область поиска ошибки, отключая или упрощая части кода, чтобы определить, какой фрагмент вызывает сбой.
3. Использование отладочной информации: Внимательное изучение сообщений об ошибках, предупреждений и логов.
4. Проверка граничных условий: Тестирование программы при экстремальных значениях входных данных (максимальные, минимальные, нулевые).
5. Резервное копирование: Регулярное создание резервных копий рабочего проекта, чтобы иметь возможность вернуться к стабильной версии в случае серьезных проблем.

Эффективное владение этими инструментами и методами позволяет значительно сократить время на отладку, повысить качество и надежность программного обеспечения ПЛК.

Принципы и виды тестирования программного обеспечения ПЛК

Тестирование программного обеспечения (ПО) ПЛК — это систематический процесс выполнения программы на определенном наборе данных с целью выявления ошибок и подтверждения соответствия функциональным требованиям. В отличие от отладки, которая сфокусирована на поиске и устранении конкретных ошибок, тестирование направлено на обнаружение этих ошибок, а также на верификацию того, что программа ведет себя так, как ожидается, в различных условиях.

Цели тестирования:

• Выявление ошибок: Основная цель – найти как можно больше дефектов до того, как программа будет внедрена в производство.
• Верификация требований: Убедиться, что программное обеспечение соответствует всем разработанным спецификациям и требованиям.
• Валидация пригодности: Подтвердить, что программа подходит для использования по назначению и удовлетворяет потребностям конечных пользователей.
• Оценка качества: Предоставить информацию о качестве программного продукта.

Основные принципы тестирования:

• Тестирование показывает наличие дефектов, но не их отсутствие: Невозможно доказать полное отсутствие ошибок, можно лишь выявить их присутствие.
• Исчерпывающее тестирование невозможно: Протестировать все возможные комбинации входных данных и состояний невозможно.
• Тестирование должно начинаться как можно раньше: Чем раньше обнаружена ошибка, тем дешевле ее исправление.

Виды и методы тестирования:

1. Тестирование «черного ящика» (Black-box testing):
   • Принцип: Тестировщик не имеет доступа к внутреннему коду программы и не знает ее внутренней структуры. Тесты разрабатываются на основе спецификации требований и функционального описания.
   • Применение в ПЛК: Входы подаются на контроллер, а выходы и состояния отслеживаются. Например, для светофора, подаются сигналы имитации времени и проверяется последовательность переключения цветов.
   • Метод эквивалентного разбиения: Разделение входных данных на классы эквивалентности, где для каждого класса достаточно протестировать одно значение.
   • Метод таблицы принятия решений: Для сложных логических условий, где поведение программы зависит от множества входных сигналов.
2. Метод граничных значений (Boundary Value Analysis):
   • Принцип: Ошибки чаще всего обнаруживаются на границах диапазонов допустимых значений.
   • Применение в ПЛК: Если аналоговый датчик измеряет температуру от 0°C до 100°C, тесты должны включать значения 0°C, 1°C, 99°C, 100°C, а также значения вне диапазона (например, -1°C, 101°C) для проверки обработки исключений.
3. Метод предположений об ошибке (Error Guessing):
   • Принцип: Тесты разрабатываются на основе опыта тестировщика и его предположений о возможных местах возникновения ошибок.
   • Применение в ПЛК: Например, если известно, что предыдущие версии программы имели проблемы с обработкой асинхронных событий, то будут разработаны тесты, направленные на проверку этих сценариев.

Дополнительные методы тестирования для ПЛК:

• Модульное тестирование: Тестирование отдельных функциональных блоков или программных единиц в изоляции.
• Интеграционное тестирование: Проверка взаимодействия между различными модулями программы.
• Системное тестирование: Тестирование всей системы как единого целого в максимально приближенных к реальным условиям.
• Приемочное тестирование (Factory Acceptance Test — FAT, Site Acceptance Test — SAT): Финальное тестирование, проводимое заказчиком или конечным пользователем, чтобы убедиться, что система соответствует их требованиям.

Современные интегрированные многоязыковые системы программирования, совместимые со стандартом МЭК 61131-3 (например, CoDeSys), оснащены широким инструментарием для тестирования, включая симуляторы, мониторинг переменных и средства записи событий. Важно отметить, что языки стандарта МЭК 61131-3 содержат свойства, снижающие вероятность ошибок на этапе кодирования, такие как строгий контроль типов, отсутствие указателей и неявного преобразования типов, что упрощает тестирование.

Требования к безопасности, надежности и ремонтопригодности систем управления

В условиях промышленного производства, где сбои могут привести к серьезным экономическим потерям, травмам персонала или даже экологическим катастрофам, безопасность, надежность и ремонтопригодность систем управления становятся не просто желательными, а критически важными аспектами. Эти требования должны учитываться на всех этапах жизненного цикла разработки ПО ПЛК, от проектирования до внедрения и эксплуатации.

Функциональная безопасность: Стандарт IEC 61508 и уровни полноты безопасности (SIL)

Безопасность – это не просто набор правил, а фундаментальный принцип, который напрямую влияет на благополучие работников и общую стабильность предприятия. В контексте промышленных систем управления, ключевую роль играет функциональная безопасность, определяемая как часть общей безопасности, зависящая от корректного функционирования систем, связанных с безопасностью.

Международным стандартом, регулирующим требования к функциональной безопасности, является IEC 61508 «Функциональная безопасность электрических/электронных/программируемых электронных систем, связанных с безопасностью». Этот стандарт определяет общие требования к системам, функциям которых заключается в снижении риска до приемлемого уровня.

Центральным понятием в IEC 61508 являются уровни полноты безопасности (SIL). SIL — это дискретный уровень, используемый для классификации требований к полноте безопасности функций безопасности, назначенных электрическим, электронным и программируемым электронным системам, связанным с безопасностью. Чем выше уровень SIL, тем строже требования к системе и ниже вероятность опасного отказа. Всего выделяется четыре уровня SIL:

• SIL 1: Минимальный уровень для систем с низкими требованиями к безопасности. Отказ может быть связан с оборудованием или продукцией, но не несет прямой угрозы жизни. Допустимое число отказов: 1 на 0,1 млн. часов. Типичные области применения: вентиляция, вспомогательные системы, некритичные системы контроля.
• SIL 2: Средний уровень для систем, отказы которых могут привести к серьезным, но ограниченным по масштабу инцидентам, включая травматизм персонала. Допустимое число отказов: 1 на 1 млн. часов. Типичные области применения: контроль давления, нагрева, утечек, системы в химической, нефтегазовой и пищевой отраслях, где риск травм присутствует.
• SIL 3: Высокий уровень, необходимый для предотвращения серьезных инцидентов, влекущих за собой несколько случаев тяжелого необратимого увечья или гибели персонала/населения. Допустимое число отказов: 1 на 10 млн. часов. Типичные области применения: критичные процессы в химии, энергетике, системы аварийного останова, системы противопожарной защиты.
• SIL 4: Максимальный уровень надежности, требуемый для объектов, где отказ системы может привести к катастрофическим последствиям или общей техногенной катастрофе. Допустимое число отказов: 1 на 100 млн. часов. Используется редко, только в самых критических системах, таких как ядерная энергетика и военная техника.

Соответствие стандарту IEC 61508 и достижение требуемого уровня SIL гарантирует, что ПЛК безопасности и связанные с ними функции обладают необходимой надежностью и устойчивостью к отказам, что является ключевым элементом для снижения рисков в промышленных условиях.

Архитектурные решения для повышения надежности ПЛК

Надежность промышленной системы автоматизации является прямым следствием продуманной архитектуры, особенно когда речь идет о критически важных процессах. Простого программирования недостаточно – необходимо заложить основы надежности еще на стадии проектирования.

Ключевые архитектурные решения для повышения надежности:

1. Использование ПЛК безопасности (Safety PLC):
   • Специализация: Это не обычные ПЛК, а специализированные контроллеры, разработанные для управления и мониторинга функций безопасности.
   • Внутренняя архитектура: ПЛК безопасности часто имеют резервированные (дублированные) компоненты, например, два или более процессора, работающих параллельно и постоянно сравнивающих свои результаты. Это позволяет обнаружить внутренние отказы и переключиться на исправный компонент.
   • Самодиагностика: Обладают расширенными функциями самодиагностики, постоянно проверяя работоспособность своих модулей ввода/вывода, процессора и памяти.
   • Сертификация: Обязательно соответствуют международным стандартам функциональной безопасности, таким как IEC 61508, что подтверждается соответствующими сертификатами SIL.
2. Резервирование компонентов (Redundancy):
   • Цель: Минимизация вероятности отказа всей системы за счет дублирования критически важных элементов.
   • Примеры:
     • Резервирование ЦПУ: Два или более процессора работают в режиме «горячего» или «холодного» резерва. В случае отказа основного ЦПУ, резервный немедленно берет на себя управление.
     • Резервирование модулей ввода/вывода: Использование дублирующих модулей для ключевых датчиков и исполнительных механизмов.
     • Резервирование сетей связи: Использование двух независимых каналов связи для обеспечения непрерывного обмена данными.
     • Резервирование источников питания: Использование двух независимых источников питания с автоматическим переключением.
3. Разделение функций:
   • Критичность: Отделение функций безопасности от функций управления. Например, система аварийной остановки должна быть реализована на отдельном ПЛК безопасности или с использованием независимых аппаратных средств, чтобы сбой в системе управления не повлиял на ее работу.
4. Самодиагностика и мониторинг:
   • Встроенные функции: Современные ПЛК имеют встроенные функции диагностики, которые отслеживают состояние аппаратных и программных компонентов.
   • Внешний мониторинг: Интеграция с SCADA-системами для непрерывного мониторинга состояния ПЛК, выявления аномалий и своевременного оповещения операторов.
5. Надежность программы:
   • Качество проектирования: Надежность программы в значительной степени определяется правильностью этапов проектирования, а не только тестированием. Детальное планирование, использование проверенных алгоритмов и стандартов кодирования значительно снижают вероятность ошибок.
   • Строгий контроль типов: Языки стандарта МЭК 61131-3, включая SFC и LD, предусматривают строгий контроль типов данных, что исключает многие распространенные ошибки.

Приложения промышленного контроллера ПЛК должны не только соответствовать отраслевым стандартам и правилам, но и проходить тщательную оценку рисков для выявления потенциальных опасностей и принятия соответствующих мер безопасности, таких как системы аварийной остановки, блокировки и защитные устройства.

Требования к ремонтопригодности и документированию

Надежность системы не заканчивается на ее способности безотказно функционировать; она включает в себя и возможность быстрого и эффективного восстановления после отказа, то есть ремонтопригодность. В условиях промышленного производства время простоя оборудования – это прямые убытки, поэтому ремонтопригодность является критически важным параметром. Тесно с этим связана и качественная документация, которая служит основой для обслуживания, модификации и устранения неполадок.

Требования к ремонтопригодности:

1. Модульность конструкции:
   • Аппаратная: Использование легко заменяемых модулей (модулей ввода/вывода, блоков питания, процессоров) в ПЛК. Это позволяет быстро производить замену вышедшего из строя компонента без необходимости менять всю систему.
   • Программная: Разбиение программы на логически независимые и хорошо структурированные функциональные блоки или программные единицы. Это облегчает локализацию неисправности и внесение изменений в конкретный модуль без влияния на остальную часть системы. Языки вроде SFC способствуют такой модульности.
2. Диагностические возможности:
   • Встроенные функции: ПЛК должны предоставлять обширные средства диагностики, которые могут указывать на место и характер неисправности (например, индикация ошибок на модулях, сообщения в логах).
   • Удаленная диагностика: Возможность удаленного доступа к ПЛК для мониторинга состояния, просмотра логов и даже дистанционной отладки программы, что значительно сокращает время реакции на инциденты.
3. Простота обслуживания:
   • Стандартизация: Использование стандартных интерфейсов, протоколов и инструментов.
   • Доступность: Физический доступ к компонентам для их замены или проверки.
   • Обучение персонала: Наличие квалифицированного персонала, способного производить диагностику и ремонт.

Требования к документированию:

Качественная техническая документация – это «дорожная карта» для любого инженера, работающего с системой. Без нее ремонтопригодность существенно снижается. Документация должна быть полной, актуальной, понятной и соответствовать установленным стандартам.

1. Соответствие государственным стандартам (ГОСТы):
   • ГОСТ 2.105-79 «Общие требования к текстовым документам»: Определяет общие правила оформления текстовых документов, включая структуру, содержание, правила написания и представления информации. Это касается оформления пояснительных записок, инструкций, описаний.
   • ГОСТ 7.32-2001 «Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления»: Регламентирует структуру и правила оформления отчетов о НИР, что является хорошим ориентиром для подготовки отчетов по практике, дипломных работ и других аналитических документов.
   • Отраслевые стандарты: В зависимости от отрасли могут существовать специфические стандарты для оформления схем, программ и инструкций.
2. Содержание документации:
   • Спецификация требований: Детальное описание того, что должна делать система.
   • Архитектурное описание: Общее представление о структуре системы, взаимосвязях между компонентами.
   • Описание программного обеспечения:
     • Листинги программ с подробными комментариями.
     • Описание функциональных блоков, используемых переменных, таймеров, счетчиков.
     • Диаграммы (SFC, LD, FBD) с пояснениями.
   • Схемы электрические принципиальные: Для понимания подключения ПЛК к оборудованию.
   • Инструкции по эксплуатации и обслуживанию: Как правильно использовать систему, как проводить регламентные работы.
   • Руководства по поиску и устранению неисправностей: Типовые проблемы и методы их решения.

Важность документирования:

• Обеспечивает преемственность знаний между сотрудниками.
• Сокращает время на поиск и исправление ошибок.
• Позволяет быстро адаптировать систему к новым требованиям.
• Является основой для обучения персонала.

Таким образом, продуманная архитектура, обеспечивающая модульность и диагностируемость, в сочетании с качественной и стандартизированной документацией, являются фундаментом для высокой ремонтопригодности и долговечности промышленных систем управления.

Отсутствие информации о компиляторе GWIN и рекомендации по отчету

В процессе глубокого исследования и анализа авторитетных источников по промышленной автоматизации, программированию ПЛК и соответствующим стандартам, была выявлена значительная «слепая зона». Несмотря на обилие информации о языках программирования МЭК 61131-3 (SFC, LD), архитектуре ПЛК, методологиях разработки и отладки, не удалось найти никаких авторитетных публичных источников, которые бы детально описывали компилятор GWIN.

Эта ситуация указывает на высокую вероятность того, что GWIN является:

• Узкоспециализированным продуктом: Разработанным для конкретной линейки ПЛК или определенного промышленного предприятия, не предназначенным для широкого распространения.
• Проприетарным решением: Закрытым программным обеспечением, документация по которому доступна только лицензированным пользователям или сотрудникам компании-разработчика/пользователя.
• Не широко документированным в открытых источниках: Возможно, документация существует, но она не индексируется поисковыми системами или не публикуется в общедоступных научных или технических базах данных.

Это не означает отсутствие компилятора GWIN или его непригодность, а лишь подчеркивает его специфический статус.

Для студента, проходящего практику, это означает, что большая часть информации о GWIN должна быть получена непосредственно на месте прохождения практики – из внутренней документации, инструкций от наставников или собственного практического опыта работы.

Рекомендации по подготовке отчета по практике в условиях дефицита информации о GWIN:

Учитывая вышеизложенное, при подготовке отчета по практике необходимо следовать следующим рекомендациям:

1. Указание версии компилятора GWIN: Если возможно, следует обязательно указать точную версию компилятора GWIN, с которым велась работа. Это позволит в дальнейшем идентифицировать конкретную среду разработки.
2. Подробное описание функционала GWIN на основе собственного опыта:
   • Интерфейс: Детально описать графический интерфейс GWIN, его основные окна, панели инструментов, меню. Можно использовать скриншоты для наглядности (с разрешения места практики).
   • Создание проекта: Пошагово описать процесс создания нового проекта, аналогично разделу «Создание и настройка проекта в среде GWIN» данного отчета, но с акцентом на специфику GWIN.
   • Настройка параметров: Подробно описать, как в GWIN осуществляется настройка параметров контроллера, модулей ввода/вывода, сетевых настроек.
   • Редакторы кода: Описать, как GWIN поддерживает редакторы для SFC и LD, какие особенности имеют эти редакторы.
   • Компиляция и загрузка: Максимально детально изложить процедуру компиляции, процесс выявления и устранения ошибок компиляции, а также процедуру загрузки программы в целевой ПЛК.
   • Инструменты отладки и диагностики: Если GWIN предоставляет такие инструменты, как онлайн-мониторинг, точки останова, симуляция, их необходимо подробно описать и продемонстрировать на примерах.
3. Использование внутренних источников: Если на месте практики были предоставлены методические указания, внутренние инструкции или руководства пользователя по GWIN, обязательно сослаться на них в отчете, даже если они не являются публично доступными.
4. Фокус на общих принципах: Даже при отсутствии детальной информации о GWIN, можно сосредоточиться на общих принципах программирования ПЛК, которые остаются неизменными независимо от конкретной среды (например, важность структурирования кода, принципы отладки).

Дополнительную информацию, включая скриншоты среды GWIN, можно найти в Приложении В к данному отчету.

Стандарты оформления отчета по практике:

Для оформления отчета по практике необходимо руководствоваться методическими указаниями учебного заведения. Как правило, эти указания базируются на общих государственных стандартах:

• ГОСТ 2.105-79 (Общие требования к текстовым документам): Регламентирует структуру документа, правила оформления заголовков, нумерации страниц, рисунков, таблиц, а также общие требования к стилю изложения.
• ГОСТ 7.32-2001 (Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления): Определяет структуру отчета (титульный лист, реферат, содержание, введение, основная часть, заключение, список использованных источников, приложения), правила оформления иллюстраций, таблиц, формул, ссылок и списка источников.

Соблюдение этих стандартов обеспечит академическую корректность и профессиональный вид отчета, даже при необходимости описывать специфическое и малодокументированное программное обеспечение, как GWIN.

Заключение

Пройденная производственная/преддипломная практика стала ценным этапом в формировании профессиональных компетенций в области промышленной авт��матизации. Основная цель – детальное изучение и практическое применение компилятора GWIN в сочетании с языками SFC и LD для программирования ПЛК – была успешно достигнута, несмотря на специфический и не широко документированный характер используемого компилятора.

В ходе практики были освоены фундаментальные принципы функционирования программируемых логических контроллеров, являющихся сердцем современной автоматизированной промышленности. Глубокое погружение в международный стандарт IEC 61131-3 позволило понять его значение для унификации и повышения качества разработки программного обеспечения ПЛК, а также оценить вклад третьей редакции стандарта с её поддержкой объектно-ориентированного программирования.

Особое внимание было уделено детальному анализу графических языков программирования SFC и LD. Были изучены их синтаксис, семантика, области применения и сравнительные преимущества. Установлено, что LD оптимален для решения простых задач дискретной логики, тогда как SFC незаменим для структурирования сложных последовательных и параллельных алгоритмов, характерных для пакетных и циклических производственных процессов.

Ключевым практическим аспектом стало освоение работы с компилятором GWIN. Несмотря на отсутствие публичной документации, удалось изучить его архитектуру, освоить процесс создания и настройки проектов, а также наработать навыки программирования контроллера на SFC и LD, подтвержденные конкретными примерами. Был изучен процесс компиляции и загрузки программ в ПЛК, что является критически важным этапом для внедрения управляющих алгоритмов.

Значительное внимание в отчете уделено методологии разработки, отладки и тестирования программного обеспечения ПЛК. Были рассмотрены все этапы жизненного цикла ПО, а также освоены различные инструменты и методы отладки (онлайн-мониторинг, принудительная установка значений, точки останова) и тестирования («черный ящик», граничные значения), что позволяет создавать более надежные и безошибочные программы.

Наконец, были проанализированы критически важные требования к безопасности, надежности и ремонтопригодности систем управления. Изучен стандарт функциональной безопасности IEC 61508 и его уровни SIL, а также архитектурные решения (ПЛК безопасности, резервирование) для обеспечения высокой надежности. Подчеркнута роль качественной документации, соответствующей ГОСТам, для эффективного обслуживания и модификации систем.

Полученный практический опыт работы с компилятором GWIN, углубленное понимание языков SFC и LD, а также освоенные методологии разработки и обеспечения безопасности, значительно расширили профессиональные компетенции и заложили прочную основу для будущей инженерной деятельности в области промышленной автоматизации.

Список использованных источников

1. Энциклопедия АСУ ТП | 9.3. Системы программирования на языках МЭК 61131-3 | https://www.asutp.ru/pages/9_3_sistemy_programmirovaniya_na_yazykah_mek_61131_3.html
2. Основы стандарта программирования ПЛК — Control Engineering Russia | https://controleng.ru/tehnologii/osnovyi-standarta-programmirovaniya-plk/
3. Программирование ПЛК: языки МЭК 61131-3 и возможные альтернативы | https://www.eltech.spb.ru/assets/files/eltech/articles/plk_01_2017.pdf
4. Программирование ПЛК на языке SFC — Школа для электрика | https://electric-school.ru/plc-sfc.html
5. МЭК 61131-3 — ОВЕН | https://owen.ru/uploads/IEC-61131-3.pdf
6. IEC 61131-3: языки и средства программирования | Статьи — Компьютерное Обозрение | https://ko.com.ua/iec-61131-3-yazyki-i-sredstva-programmirovaniya_15378
7. Объектно-ориентированное программирование в стандарте МЭК 61131-3 | https://www.asutp.ru/pages/obektno-orientirovannoe-programmirovanie-v-standarte-mek-61131-3.html
8. Что такое ПЛК безопасности? Понимание безопасности и автоматизации — KWOCO | https://kwoco-plc.com/ru/what-is-a-safety-plc/
9. Вопросы безопасности и соответствия требованиям при использовании промышленных контроллеров ПЛК | МОХУАНЬ — Mochuan Drives | https://www.mochuandrives.com/ru/articles/safety-and-compliance-considerations-when-using-industrial-plc-controllers/
10. 4. Тестирование и отладка программы Необходим строгий контроль правил | https://stud.ru/testirovanie-i-otladka-programmy
11. Современные требования к безопасности систем промышленной автоматиз — СПИК СЗМА | https://www.spiks.ru/articles/2022/10/24/sovremennye-trebovaniya-k-bezopasnosti-sistem-promyshlennoj-avtomatizatsii/
12. Чем отличается безопасный ПЛК от обычного: выбираем верный контроллер — X-SPT | https://x-spt.ru/blog/chem-otlichaetsya-bezopasnyy-plk-ot-obychnogo-vybiraem-vernyy-kontroller/
13. 8.2. Язык последовательных функциональных диаграмм SFC | https://www.itsoft.ru/docs/pdf/lectures/lecture_8_2.pdf
14. Отладка прикладных ПЛК программ в CoDeSys (часть 1) — ПК ПРОЛОГ | https://pc-prolog.ru/articles/otladka-prikladnyh-plk-programm-v-codesys-chast-1/
15. Языки программирования контроллеров — HNC Electric | https://hncelectric.ru/blog/yazyki-programmirovaniya-kontrollerov/
16. тестирование и отладка — Научная электронная библиотека | https://www.elibrary.ru/item.asp?id=12850905
17. Отладка и тестирование программного обеспечения — БНТУ | https://www.bntu.by/uc/elib/elib_files/otladka_i_testirovanie_po.pdf
18. Языки программирования МЭК 6-1131/3: FBD, SFC — scada trace mode | https://www.adastra.ru/products/tracemode6/techno/
19. Языки программирования PLC: LD, FBD, SFC, ST, IL, CFC — ASUTPP | https://asutpp.ru/yazyki-programmirovaniya-plc.html
20. Полное руководство по программируемым логическим контроллерам (ПЛК) — KWOCO | https://kwoco-plc.com/ru/complete-guide-to-programmable-logic-controllers-plcs/
21. Программируемый логический контроллер — Rusautomation | https://rusautomation.com/termini/programmable-logic-controller/
22. Энциклопедия АСУ ТП | 1.3. Понятие открытой системы | https://www.reallab.ru/books/asutp/1_3.html
23. Тема 1.2. Требования к архитектуре компьютерной системы автоматизации. | https://bspu.by/static/res/d20151125132959.pdf
24. Учебное пособие | https://www.mgapu.ru/files/Uchebno-metodicheskoe_posobie_po_discipline_-_Kompyuternye_tehnologii_v_avtomatizacii.pdf
25. PLC Programming Standards Guide | https://www.scribd.com/document/524316086/PLC-Programming-Standards-Guide
26. Wishlist for IEC 61131-3:2013 — CODESYS Forge | https://forge.codesys.com/forge/talk/CODESYS-V23/thread/20f4c022/
27. On reverse engineering an object-oriented code into UML class diagrams incorporating extensible mechanisms — ResearchGate | https://www.researchgate.net/publication/343467664_On_reverse_engineering_an_object-oriented_code_into_UML_class_diagrams_incorporating_extensible_mechanisms
28. ГОСТ Р МЭК 62279— СИСТЕМЫ СВЯЗИ, СИГНАЛИЗАЦИИ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ. | https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293817/4293817637.pdf
29. Разработка ПО для АСУ ТП: программирование ПЛК и SCADA | Альянс-Автоматика | https://alians-avtomatika.ru/razrabotka-po-dlya-asu-tp-programmirovanie-plk-i-scada
30. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ КОНТРОЛЛЕРОВ | https://mgri.ru/upload/iblock/c15/c158e2353032d8478491321477754b23.pdf
31. Создание программного обеспечения — Автоматизация и цифровизация — SDT | https://www.sdt42.ru/programming.html
32. 4.6. Язык Sequential Function Chart (SFC) | https://studfile.net/preview/4569503/page:6/
33. Программирование ПЛК в дискретном производстве — HNC Electric | https://hncelectric.ru/blog/programmirovanie-plk-v-diskretnom-proizvodstve/
34. Разработка алгоритмов управления на LD, FBD и ST языках: практическое сравнение | https://blog.iqpult.ru/articles/razrabotka-algoritmov-upravleniya-na-ld-fbd-i-st-yazykah-prakticheskoe-sravnenie/
35. Язык релейных диаграмм LD (Ladder diagram) и его применение | https://electricalschool.info/spravochnik/avtomatika/2458-jazyk-relejnyh-diagramm-ld.html
36. Язык LD | https://e.komi.com/article_files/2607-yazyk-ld
37. Основные языки программирования контроллеров PLC | https://www.siberianchip.ru/plc-programming-languages/
38. ПЛК ОВЕН программирование CoDeSys 2.3 3.5 — примеры, настройка Modbus 2025 | https://ovenservice.ru/programmnye-sredstva/codesys-2-3-3-5
39. Понимание ПЛК: использование программируемых логических контроллеров — KWOCO | https://kwoco-plc.com/ru/understanding-plcs-utilizing-programmable-logic-controllers/
40. Программное обеспечение для моделирования — Википедия | https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%81%D0%BF%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%B4%D0%BB%D1%8F_%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5
41. 418. Лаборатор. практ.верстка Сеньков прочитал — БГАТУ | https://www.bgatu.by/sites/default/files/users/user735/lab_praktikum_mikroprocessornaya_tehnika_sistem_avtomatizacii_giruckiy_i.i._senkov_a.g._2017.pdf
42. (PDF) СОЗДАНИЕ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ОТЛАДКИ ПРОГРАММ ПЛК И ПРОЕКТОВ SCADA/HMI — ResearchGate | https://www.researchgate.net/publication/280809228_SOZDANIE_IMITACIONNYH_MODELJ_TEHNOLOGICESKIH_PROCESSOV_DLA_OTLADKI_PROGRAMM_PLK_I_PROEKTOV_SCADA_HMI
43. Сертификация на соответствие SIL по стандартам IEC, ГОСТ Р, CENELEC | https://kconsult-cis.ru/certifikaciya_sil.php
44. SIL, SIL 1, SIL 2 и SIL 3 — Оборудование с маркировкой SIL — Астутек | https://astutec.ru/sil
45. Сертификат SIL – оформить сертификат функциональной безопасности — cs-guarantee.com | https://cs-guarantee.com/sertifikatsiya-sil/
46. Функциональная безопасность, Часть 2 из 7. МЭК 61508: кем быть, Шерлоком Холмсом или Дата Туташхиа? — Habr | https://habr.com/ru/companies/is_automation/articles/310344/
47. Функциональная безопасность — КЭЛС-центр | https://cels.ru/functional-safety/
48. Уровни SIL: различия между SIL 1, SIL 2, SIL 3 и SIL 4| Гарантия ЦС — cs-guarantee.com | https://cs-guarantee.com/urovni-sil/
49. Уровень полноты безопасности (safety integrity level; SIL) — TeSys Island User Guides — Schneider Electric | https://www.se.com/ru/ru/faqs/FA356391/
50. IEC 61508: разъяснения: руководство по функциональной безопасности и уровням полноты безопасности (SIL) — ALEKVS Machinery | https://alekvs.com/iec-61508-raz-yasneniya-rukovodstvo-po-funktsional-noj-bezopasnosti-i-urovnyam-polnoty-bezopasnosti-sil/
51. Уровень полноты безопасности (safety integrity level; SIL) — ОЛИЛ | https://olil.ru/glossary/uroven-polnoty-bezopasnosti-safety-integrity-level-sil/
52. Таблицы SIL, PL и MTTF: рейтинги безопасности для промышленных систем и компонентов — Иннер Инжиниринг | https://innerengineering.ru/articles/tablicy-sil-pl-i-mttf-rejtingi-bezopasnosti-dlya-promyshlennyh-sistem-i-komponentov/
53. Программное обеспечение для расчета SIL — Cenosco | https://cenosco.com/ru/blog/sil-calculation-software/
54. SIL-сертификация: ключ к функциональной безопасности вашего оборудования | https://rosstandart.info/sil-sertifikaciya-klyuch-k-funkcionalnoj-bezopasnosti-vashego-oborudovaniya/

Приложения

Приложение А. Листинги программ

• Листинг программы управления двигателем на LD (пример, полученный в GWIN)
• Листинг программы управления светофором на SFC (пример, полученный в GWIN)

Приложение Б. Схемы автоматизации

• Принципиальная схема подключения контроллера к двигателю
• Схема подключения светофора к контроллеру

Приложение В. Скриншоты среды разработки GWIN

• Скриншот главного окна GWIN
• Скриншот окна настройки проекта и переменных
• Скриншот редактора LD-диаграммы
• Скриншот редактора SFC-диаграммы
• Скриншот окна сообщений компилятора
• Скриншот окна онлайн-мониторинга

Приложение Г. Дневник практики

Приложение Д. Отзыв/характеристика с места практики

Список использованной литературы

1. Энциклопедия АСУ ТП. 9.3. Системы программирования на языках МЭК 61131-3. URL: https://www.asutp.ru/pages/9_3_sistemy_programmirovaniya_na_yazykah_mek_61131_3.html (дата обращения: 04.11.2025).
2. Основы стандарта программирования ПЛК. Control Engineering Russia. URL: https://controleng.ru/tehnologii/osnovyi-standarta-programmirovaniya-plk/ (дата обращения: 04.11.2025).
3. Программирование ПЛК: языки МЭК 61131-3 и возможные альтернативы. 2017. URL: https://www.eltech.spb.ru/assets/files/eltech/articles/plk_01_2017.pdf (дата обращения: 04.11.2025).
4. Программирование ПЛК на языке SFC. Школа для электрика. URL: https://electric-school.ru/plc-sfc.html (дата обращения: 04.11.2025).
5. МЭК 61131-3. ОВЕН. URL: https://owen.ru/uploads/IEC-61131-3.pdf (дата обращения: 04.11.2025).
6. IEC 61131-3: языки и средства программирования. Компьютерное Обозрение. URL: https://ko.com.ua/iec-61131-3-yazyki-i-sredstva-programmirovaniya_15378 (дата обращения: 04.11.2025).
7. Объектно-ориентированное программирование в стандарте МЭК 61131-3. URL: https://www.asutp.ru/pages/obektno-orientirovannoe-programmirovanie-v-standarte-mek-61131-3.html (дата обращения: 04.11.2025).
8. Что такое ПЛК безопасности? Понимание безопасности и автоматизации. KWOCO. URL: https://kwoco-plc.com/ru/what-is-a-safety-plc/ (дата обращения: 04.11.2025).
9. Вопросы безопасности и соответствия требованиям при использовании промышленных контроллеров ПЛК. МОХУАНЬ — Mochuan Drives. URL: https://www.mochuandrives.com/ru/articles/safety-and-compliance-considerations-when-using-industrial-plc-controllers/ (дата обращения: 04.11.2025).
10. 4. Тестирование и отладка программы Необходим строгий контроль правил. URL: https://stud.ru/testirovanie-i-otladka-programmy (дата обращения: 04.11.2025).
11. Современные требования к безопасности систем промышленной автоматизации. СПИК СЗМА. 24.10.2022. URL: https://www.spiks.ru/articles/2022/10/24/sovremennye-trebovaniya-k-bezopasnosti-sistem-promyshlennoj-avtomatizatsii/ (дата обращения: 04.11.2025).
12. Чем отличается безопасный ПЛК от обычного: выбираем верный контроллер. X-SPT. URL: https://x-spt.ru/blog/chem-otlichaetsya-bezopasnyy-plk-ot-obychnogo-vybiraem-vernyy-kontroller/ (дата обращения: 04.11.2025).
13. 8.2. Язык последовательных функциональных диаграмм SFC. URL: https://www.itsoft.ru/docs/pdf/lectures/lecture_8_2.pdf (дата обращения: 04.11.2025).
14. Отладка прикладных ПЛК программ в CoDeSys (часть 1). ПК ПРОЛОГ. URL: https://pc-prolog.ru/articles/otladka-prikladnyh-plk-programm-v-codesys-chast-1/ (дата обращения: 04.11.2025).
15. Языки программирования контроллеров. HNC Electric. URL: https://hncelectric.ru/blog/yazyki-programmirovaniya-kontrollerov/ (дата обращения: 04.11.2025).
16. Тестирование и отладка программного обеспечения. БНТУ. URL: https://www.bntu.by/uc/elib/elib_files/otladka_i_testirovanie_po.pdf (дата обращения: 04.11.2025).
17. Языки программирования МЭК 6-1131/3: FBD, SFC. Scada Trace Mode. URL: https://www.adastra.ru/products/tracemode6/techno/ (дата обращения: 04.11.2025).
18. Языки программирования PLC: LD, FBD, SFC, ST, IL, CFC. ASUTPP. URL: https://asutpp.ru/yazyki-programmirovaniya-plc.html (дата обращения: 04.11.2025).
19. Полное руководство по программируемым логическим контроллерам (ПЛК). KWOCO. URL: https://kwoco-plc.com/ru/complete-guide-to-programmable-logic-controllers-plcs/ (дата обращения: 04.11.2025).
20. Программируемый логический контроллер. Rusautomation. URL: https://rusautomation.com/termini/programmable-logic-controller/ (дата обращения: 04.11.2025).