ГОСТ Р 51840-2001 (МЭК 61131-1-92)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ Общие положения и функциональные характеристики

И наши- официальное

ГОССТАНДАРТ РОССИИ Москва

Предисловие

1    РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ГК 306 «Измерения и управление в промышленных процессах»

2    ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 24 декабря 2001 г. № 555-сг

3    Настоящий стандарт содержит аутентичный текст международного стандарта \1ЭК 61131-1 (1992). изд. 1 «Программируемые контроллеры. Часть I. Общая информация» с дополнительными требованиями, отражающими потребности экономики страны

4    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

© И ПК Излатсльство стандартов. 2002

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Госстандарта России

ГОСТ I» 51840 -2001

Содержание

1    Область применения и    цель.................................................. I

2    Нормативные ссылки....................................................... I

3    Определения.............................................................. I

4    Функциональные характеристики программируемых контроллеров..................... 3

4.1    Типовая функциональная структура конфигурации программируемого контроллера..... 3

4.1.1    Общая структура.................................................... 3

4.1.2    Функция обработки сигналов.......................................... 4

4.1.3    Функция интерфейса с датчиками и исполнительными приводами.............. 4

4.1.4    Фу нкция передачи данных............................................ 5

4.1.5    Фу нкция человеко-машинного интерфейса................................ 5

4.1.6    Функции программирования, отладки, тестирования и документирования........ 5

4.1.7    Функции обеспечения электропитанием.................................. 5

4.2    Функция обработки сигналов.............................................. 5

4.2.1    Операционная система............................................... 5

4.2.2    Память для прикладной программы и хранение прикладных данных............ 5

4.2.3    Выполнение прикладных программ...................................... 6

4.3    Характеристики функции интерфейса с датчиками и исполнительными механизмами ... 6

4.3.1    Типы вхолных/выходных сигналов...................................... 6

4.3.2    Характеристика системы ввода/вывола данных............................. 6

4.4    Характеристики функции передачи данных.................................... 6

4.5    Характеристики функции человеко-машинного интерфейса....................... 6

4.6    Характеристики функций программирования, отладки, мониторинга, тестирования

и документирования.................................................... 7

4.6.1    Запись прикладной программы......................................... 7

4.6.2    Запуск автоматизированной системы.................................... 7

4.6.3    Документирование.................................................. 8

4.6.4    Архивация прикладной программы...................................... 8

4.7    Характеристики функций источника питания.................................. 8

4.8    Готовность и надежность................................................. 8

4.8.1    Архитектура автоматизированной системы................................ 8

4.8.2    Архитектура конфигурации программируемого контроллера................... 8

4.8.3    Разработка, тестирование и обслуживание прикладной программы.............. 8

4.8.4    Установка и условия эксплуатации...................................... 9

4.9    Эргономические характеристики............................................ 9

4.9.1    Общие положения.................................................. 9

4.9.2    Индикаторы состояний............................................... 9

4.9.3    Дисплеи.......................................................... 9

4.9.4    Клавиатура........................................................ 9

4.9.5    Другие рекомендации................................................ 9

Приложение А Система определений, относящихся к техническим средствам автоматизированных систем на базе программируемых контроллеров.....................Ю

Приложение Б Типовая схема интерфейса конфигурации программируемого контроллера .... 10 Приложение В Библиография..................................................12

III

Введение

Настоящий стандарт — один из серии стандартов, разработанных или предполагаемых к разработке на основе международных стандартов серии МЭК 61131. относящихся к программируемым контроллерам и связанным с ними периферийным устройствам. Стандарты серии МЭК 61131 имеют следующую структуру:

Часть I: 1992 Общая информация.

Часть 2: 1992 Требования к оборудованию и испытания.

Часть 3: Языки программирования.

Часть 4: Руководства для пользователя.

Часть 5: Технические характеристики средств обмена сообщениями.

Положения и процедуры, устанавливаемые настоящим и другими стандартами данной серии, следует применять совместно. Они должны иметь приоритет перед положениями государственных стандартов, разработанных или предполагаемых к разработке на основе других стандартов МЭК в отношении программируемых контроллеров и связанных с ними периферийных устройств (за исключением стандартов по безопасности).

Заключение о соответствии программируемых контроллеров и связанных с ними периферийных устройств требованиям, установленным в настоящем и других государственных стандартах на основе стандартов серии МЭК 61131, может быть дано после выполнения всех испытаний и проверок, установленных в государственном стандарте на основе МЭК 61131-2.

В настоящем стандарте требования, дополнительные к аутентичному тексту' МЭК 61131-1. отражающие потребности экономики страны, выделены курсивом.

IV

ГОСТ Р 51840-2001 (МЭК 61131-1-92)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ

Общие положения и функциональные характерно тики

Programmable controllers.

General and functional characterictics

Дата в веления 2003-01—01

1    Область применения и цель

Настоящий стандарт распространяется на программируемые контроллеры и подсоединенные к ним периферийные устройства [инструментальные средства программирования и отладки программ (СППОП), технические средства тестирования и человеко-машинного интерфейса и т. п.|.

Программируемые контроллеры и связанные с ними периферийные устройства рассматривают как самостоятельные изделия, применяемые для автоматизации производственных процессов.

Настоящий стандарт нс распространяется на автоматизированные системы, в которых программируемые контроллеры могут быть применены как один из основных компонентов этих сис тем, включая и их программное обеспечение.

Целями настоящего стандарта являются:

-    определение основных характеристик, которые влияют на выбор и применение программируемых контроллеров и подключаемых к ним периферийных устройств;

-    определение минимальных требований к функциональным характеристикам, условиям обслуживания. параметрам конструкции, обшей безопасности и испытаниям программируемых контроллеров и связанных с ними периферийных устройств;

-    предоставление пользователям справочной информации по применению программируемых контроллеров и связанных с ними периферийных устройств.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте испагьэованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 34.003-90 Иш/юрмащнмнши технология. Комплекс стандартом на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Термины и определения

ГОСТ 13971-90 Системы тработкн инг/юрмацни. Термины и определения

ТОСТ 24402—88 Телеобработка данных и вычислительные сети. Термины и определения

3    Определения

В настоящем стандарте применяют термины, установленные в ТОСТ 34.003, ТОСТ 24402. ТОСТ 15971./1/ — /5/. а также следующие термины с соответствующими определениями и сокращениями:

3.1    прикладная программа (программа пользователя): Логическое множество всех элементов и конструкций языка программирования для обработки сигналов, которые требуются для управления установкой или процессом с использованием программируемого контроллера (см. также термин 3.2 «автоматизированная система»).

3.2    авшмати1ированная система: Система управления, в которой программируемые контроллеры должны быть встроены пользователем или для пользователя и которые также содержат другие компоненты, в том числе прикладные программы.

3.3    каталогишрованиос устройство: Устройство, которое внесено производителем программируемою контроллера в ката tot компонентов последнего (далее — катаю! производителя).

И (гамме- официальное

I

3.4    аппаратура передачи данных (ЛИД): Оборудование, которое обеспечивает функции, необходимые для установлении, поддержания и окончания соединения, а также преобразования сигналов и кодирования, и которое предназначено для связи между источником и приемником данных.

3.5    оконечное оборудование данных (ООД): Оборудование, состоящее из цифровых устройств и инструментальных средств, которые преобразуют информацию пользователя в сигналы данных для передачи или вновь преобразуют полученные сигналы данных в информацию для пользователя.

3.6    отказоустойчивое отключение: Способность некоторой конфигурации программируемого контроллера переводить свои выходы в заранее определенное состояние после того, как будет обнаружено резкое снижение напряжения питания, или после внутреннего отказа.

3.7    изолированные устройства; пени: Устройства, цепи, между которыми нет гальванического соединения.

3.8    много {венная диаграмма (релейная miioi швейная диаграмма): Одна или несколько схем контактов, катушек, графически прсдстаатснных функций, функциональных блоков, элементов данных, меток и соединительных элементов, ограниченных слева и (необязательно) справа направляющими питания.

3.9    система логического управления: Система управления, в которой определенные состояния выходных сигналов являются функциями от состояния входных сигналов при условии, что они подчиняются правилам Булевой алгебры.

3.10    главный процессор (I II): Часть конфигурации программируемого контроллера, которая обрабатывает или исполняет основную часть прикладной программы. ГП может включать в себя источник питания, запоминающее устройство (ЗУ), вхолы/выхолы (ем. приложение Ь настоящего стандарта, а также 3.1 и 3.6 МЭК 61131-2 |6|).

3.11    чедовеко-машинный интерфейс (МММ): Периферийные устройства, внесенные в каталог производителя и снабженные кнопками, световыми индикаторами, клавиатурой, дисплеями или эквивалентными устройствами и служащие интерфейсом оператору, как. например, пульт управле-ния/мониторинга мотором, интерфейс оператор;» общего назначения.

3.12    периферийное устройство: Устройство из числа внесенных в каталог производителя, внутреннее или внешнее по отношению к конфигурации программируемого контроллера. Функциями периферийного устройства являются программирование, контроль, наблюдение, тестирование и регистрация работы конфигурации программируемого контроллера.

3.13    программируемый контроллер (ПК): Цифровая электронная система, предназначенная для применения в промышленных условиях. ПК использует программируемое запоминающее устройство для внутреннего хранения ориентированных на пользователя инструкций, для выполнения специальных функций, таких как логические, упорядочения, отсчета времени, математические действия, управление через цифровые или аналоговые входы и выходы различными типами механизмов или процессов. ПК и связанные с ним периферийные устройства разрабатывают так. чтобы они могли быть легко интегрированы в промышленную систему управления.

3.14    конфигурация программируемого контроллера (конфигурация ПК): Совокупность устройств. применяемых пользователем для создания соответствующей автоматизированной системы, в составе программируемого контроллера и связанных с ним периферийных устройств. Конфигурация ПК содержит блоки, соединенные между собой кабелями или разъемными соединителями для создания стационарной установки, а также кабелями или другими средствами ятя подключения портативного или транспортируемого периферийного устройства (см. приложение А).

3.15    средства программирования и oi.ia.iMi (CIIMO): Периферийные устройства из каталога производителя, служащие язя программирования, проверки, ввода в действие и поиска неисправностей в применяемой конфигурации ПК. а также ятя документирования и хранения программ, и. возможно, в качестве человеко-машинного интерфейса. СПИО называют подключаемыми, если они могут быть в любой момент подключены к оборудованию ПК или отключены от него без риска ятя оператора и технологического процесса. Во всех других случаях СПИО называют стационарными.

3.16    станции удаленного ввода/вывода данных (СУБД): Часть конфигурации ПК из каталога производителя, включающая в себя интерфейсы ввода и/или вывода, которая может работать под управлением главного процессора ятя мультиплсксирования/дсмультиплсксирования входов/выхо-дов и прслваритслыюй/послслуюшсй обработки данных. СУБД допускают ограниченное автономное функционирование, например в чрезвычайных условиях, таких как неисправность связи с ГП или самого ГГ1. или в случае выполнения операций обслуживания или поиска неисправностей.

3.17    рестарт (холодный, горячий, теплый):

а) холодный рестарт: Повторный запуск конфигурации ПК и се прикладной программы после того, как все динамические данные (переменные, такие как отображение входов/выходов. внутрсн-

2

I ОСТ I» 51840-2001

нис регистры, таймеры, счетчики, а также программные контексты) были возвращены в заранее определенное состояние. Холодный рестарт может быть автоматическим (например, после пропадания питания, потери информации в динамических участках памяти) или ручным (например, с помошью кнопки перезапуска).

б)    горячим рестарт: Повторный запуск после пропадания питания, выполненный в течение промежутка времени, максимально допустимого для данной конфигурации ПК. при котором происходит восстановление работоспособности ПК. как если бы пропадания питания и не было. Вся вхолная/выходная информация и другие динамические данные, а также контексты прикладных программ восстанавливаются или остаются без изменений.

Возможность горячего рестарта требует наличия автономно питаемых часов реального времени или таймера для определения времени, прошедшего после обнаружения неисправности питания, а также наличия доступных пользователю средств для программирования разрешенного (допустимого) максимального времени для данного технологического процесса.

в)    теплый рестарт: Повторный запуск после обнаружения неисправности питания с заранее определенным и программируемым пользователем множеством динамических данных и системным контекстом лриклашой программы. Теплый рестарт характеризуется сигнализацией состояния или эквивалентными средствами, позволяющими убедиться в том. что прикладная программа зарегистрировала прекращение неисправности питания, обнаруженное конфигурацией ПК в режиме пуска.

3.18    система с последовательным управлением: Система управления, в которой отдельные шаги обрабатываются в заранее установленном порядке, причем переход от предыдущего шага к последующему зависит от выполнения определенных условий. Такая система может зависеть либо от времени, если условия перехода от шага к шагу валяются только функциями времени, либо ог внешних событий, если условия перехода между шагами яаляются функциями только входных сигналов, либо их комбинаций (а возможно, и более сложных условий).

3.19    диаграмма последовательности выполнения программы: Графическое предсгаадснис последовательного выполнения программы, состоящее из взаимосвязанных шагов, действий и директивных ссылок с условиями перехода.

3.20    системное программное обеспечение: Программное обеспечение, написанное производителем ПК. определяющее его функционирование с при клал ной программой или без нее. Обычно это множество подпрограмм, действующих как интерпретатор при преобразовании инструкций прикладной программы, введенной пользователем в машинных кодах, и требуемых устройствами аппаратного обеспечения.

3.21    тестовое оборудование (ТО): Периферийное устройство из каталога производителя, снабженное кнопками, световыми индикаторами, клавиатурой, дисплеями или аналогичными устройствами для поиска неисправностей в конфигурации ПК и/или упрааляемого применения ПК. ТО называют подключаемым (сменным), если оно может быть в любой момент подключено к оборудованию или отключено от него без какого-либо риска для оператора и технологического процесса. Во всех других случаях ТО называют стационарным. ТО может быть установлено постоянно или временно. ТО предназначено для исподьзования уполномоченными лицами.

4 Функциональные характеристики программируемых контроллеров

4.1    Типовая функциональная структу ра конфип рации программируемого кош роллера

4.1.1    Общая структура

На рисунке I показана типовая функциональная структура конфигурации ПК. в которой проставлены основные блоки, выполняющие следующие функции:

-    обработки сигналов;

-    интерфейса с датчиками и исполнительными приводами:

-    передачи данных;

-    человеко-машинного имгер<|>еНса:

-    программирования, отладки, тестирования и документирования:

-    обеспечения электропитанием.

Все блоки обмениваются друг с другом данными, а также сигналами от контролируемой установкн/происсса для реализации заданной функции управления.

3

4.1.2    Функция обработки сигналов

Функция обработки сигналов охватывает процессы хранения прикладной программы и данных, операционную систему, выполнение прикладных программных функций. Она заключается в обработке сигналов, полученных от датчиков, а также из области хранения внутренних данных, формировании сигналов для исполнительных механизмов и для записи в область хранения внутренних данных в соответствии с прикладной программой.

4.1.3    Функция интерфейса с датчиками и исполнительными приводами

Функция интерфейса с датчиками и исполнительными приводами преобразует:

-    входные сигналы и/или данные, полученные от установки/процесса. в соответствующие уровни для последующей обработки;

-    выходные сигналы и/или данные, полученные в результате выполнения функции обработки

4

ГОП I» 51840 2001

сигналов, в соответствующие стандартные уровни, обеспечивающие управление исполнительными механизмами и/или дисплеями.

4.1.4    Функция передачи данных

Функция передачи данных заключается в обмене данными с другими системами или устройствами. такими как. например, другие ПК. контроллеры роботов, компьютеры.

4.1.5    Функция человеко-машинного интерфейса

Функция ЧМИ заключается в обеспечении взаимодействия человека-оператора с данными, получаемыми в результате выполнения функции обработки сигналов, а также поступающими от установкн/пропссса.

4.1.6    Функции программирования, отладки, тестирования и документирования

Данные функции заключаются в загрузке и генерации прикладной программы, ее мониторинге, тестировании и отладке, а также документировании и архивировании.

4.1.7    Функции обеспечения электропитанием

Функции обеспечения электропитанием заключаются в преобразовании напряжений и изоляции пеней ПК от сети электроснабжения.

4.2 Функция обработки сигналов

Возможности контроллеров определяются программируемыми функциями, которые в обобщенном виде представлены в таблице I. Для облегчения использования их подразделяют на группы в зависимости от назначения.

Т а б л и ц а I — Обобщенные функциональные группы программируемых функции

Функциональная группа Примеры Лот веское управление: -    логические функции; -    функции времени; -    функции счета • И», -ИЛИ*. «НЕ*, «исключающее ИЛИ», триггер сдержки включения, выключения, тактовый импульс, счет импульсов вперед и/или назад Последовательное управление Диаграмма последовательности выполнения программы Обработ ка с и г нал ов/лан пых: Основные арифметические действия: сложение, вычитание, умножение, деление - математические функции; Расширенные арифметические действия: извлечение корня, тригонометрические функции Функции сравнения: больше, меньше, равно - оперирование данными; Выбор, упорядочение, форматирование, пересылка - обработка аналоговых данных IIИД-обработка, интегрирование, фильтрация Функция икшмолсйствия: Двоично-десятичные прсобра шпатели - ввол/вывод; Аналоговые, цифровые модули вхола/выхола - взаимодействие с другими системами; Протоколы передачи данных - ЧМИ; Дисплей, команды - взаимодействие с принтерами; Сообщения, отчеты - взаимодействие с ЗУ большой емкости Регистрация информации Управление исполнением Периодическое, исполнение по прерыванию Системная конфигурация Контроль состояния

4.2.1    Операционная система

Функция операционной системы заключается в управлении внутренними взаимозависимыми функциями Г1К (управление конфигурацией, диагностика, управление памятью, управление исполнением прикладной программы, связь с периферийными устройствами и с интерфейсными функциями датчиков и приводов и т. п.).

4.2.2    Память для прикладной программы и хранение прикладных данных

4.2.2.1    Хранение прикладной программы

Прикладная программа находится в ячейках запоминающего устройства (ЗУ), в которых записаны инструкции (команды), исполнение которых периодически или по прерыванию определяет работу установки или процесса.

4.2.2.2    Хранение прикладных данных

Хранение прикладных данных обеспечивают ячейки ЗУ. в которые записывают таблицы состояния вхолов/ныходов, а также данные, необходимые при выполнении прикладной программы (например, наборы значений для таймеров, счетчиков, условий для выдачи аварийных сигналов, параметры и формулы, определяющие функционирование установки или процесса).

4.2.2.3    Тип памяти, емкость памяти, использование памяти

Применяют различные типы памяти: чтения/записи (ОЗУ), только для чтения (ПЗУ), однократно программируемые (ОПЗУ). перепрограммируемые (ППЗУ). Сохранение памяти при сбоях в электропитании достигается соответствующим выбором типа памяти в зависимости от назначения (например. ППЗУ. ОПЗУ) или же резервированием электропитания для энергозависимой памяти (например, применением аккумуляторов).

Емкость памяти — это число ячеек ЗУ в килобайтах, которые резервируются для хранения как прикладных программ, гак и прикладных данных. Емкость памяти определяется:

-объемом памяти в минимально используемой конфигурации (например. I кбайт ОЗУ + +4 кбайта ППЗУ);

-    размсром(ами) пространства для осуществления приращений:

-    объемом (ами) памяти в максимальной конфигурации.

Каждая программируемая функция, используемая прикладной программой, занимает ячейки ЗУ. Число требуемых ячеек обычно зависит от программируемой функции и типа ПК.

Хранение прикладных данных требует емкости памяти, зависящей от объема и формата 'записываемых данных.

4.2.3    Выполнение прикладных программ

Прикладная программа может включать в себя несколько задач. Выполнение каждой задачи осуществляется последовательно как одна запрограммированная функция во времени до окончания задачи. Запуск задачи, периодически или при обнаружении некоторого события (условие прерывания). осуществляется пол управлением операционной системы.

4.3    Характеристики функции интерфейса с датчиками и исполнительными механитмами

4.3.1    Типы вхолных/выходных сигналов

Информация состояния и данные от установки/процссса передаются в систему ввода/вывола данных ПК посредством двоичных, цифровых или аналоговых сигналов. Наоборот, управляющие воздействия и данные, полученные в результате выполнении функции обработки информации, вводятся в у ста н ов ку/п ро не сс путем использования соответствующих двоичных, цифровых или аналоговых сигналов. Огромное множество используемых датчиков и исполнительных механизмов требует создания широкого диапазона входных и выходных сигналов.

4.3.2    Характеристика системы ввода/вывола данных

В системах ввола/вывода данных используются различные методы обработки, преобразования и гальванического разделения сигналов. Поведение и функциональные характеристики конфигурации ПК зависят от статичсской/динамичсской опенки сигнала (обнаружения событий), процедур записи/извлсчсния. наличия оптоизолянии и т. д.

Системы ввода/вывола обычно характеризуются модульной функциональностью, которая позволяет конфигурировать систему на базе ПК в соответствии с потребностями установки/процссса. а также последующего расширения (вплоть до максимальной конфигурации).

Система ввода/вывола может находиться в непосредственной близости от блоков, осуществляющих функции обработки сигналов, или может быть смонтирована вблизи датчиков или исполнительных механизмов установки/процссса при дистанционном управлении от блоков, осуществляющих функции обработки сигналов.

4.4    Характеристики функции передачи данных

Функция передачи данных обеспечивает обмен программами и данными между внешними устройствами и блоком обработки сигналов ПК для того, чтобы реализовать такие функции, как передача программ, файлов данных, мониторинг, диагностирование.

Перемещение программ и/или данных обычно выполняется путем передачи по локальным сетям или двухточечным соединениям последовательных данных.

4.5    Характеристики функции человеко-машинного интерфейса

Функция ЧМИ — это обеспечение:

6