CODESYS V3.5 для enterprise-разработчика. Часть 2
Важные моменты среды разработки
Программные объекты
«Программная» часть приложения CODESYS состоит из различных программных объектов (POU). Существует три типа таких объектов:
- программы – высокоуровневые программные объекты, привязываемые к циклически вызываемым задачам контроллера. Самое близкое к ним понятие из enterprise-языков – это точки входа в пользовательский код (функция main() и т. п.). Программы являются верхним уровнем абстракции приложения – они соответствуют крупным фрагментам технологического процесса (например, «управление вентиляцией», «обработка тревог» и т. д.);
- функции – аналогичны функциям в других языках программирования;
- функциональные блоки – аналоги классов из современных языков программирования. Для использования функциональных блоков нужно объявить их экземпляры (инстансы); для каждого экземпляра выделяется своя область памяти. Ключевое отличие функциональных блоков от функций в том, что переменные блоков сохраняют свои значения между вызовами. Соответственно, функциональные блоки используются для создания счетчиков, таймеров и других объектов, которым требуется сохранение данных.
Библиотеки
Среда CODESYS включает богатый набор библиотек с дополнительными функциональными блоками и функциями – генераторами импульсов, регуляторами, блоками чтения/записи файлов и т. д.
Отдельно расскажем о библиотеке, которая будет важна для тех, кто привык программировать на языке C и использовать функции из string.h (memset, memcpy, memcmp и т. д.). Аналог этой библиотеки в CODESYS называется CAA Memory.
Пользователь может создавать собственные библиотеки.
Библиотеки, разработанные компанией ОВЕН, доступны на сайте ОВЕН в разделе CODESYS V3/Библиотеки и компоненты. Большинство этих библиотек поддерживается только контроллерами ОВЕН.
Синхронное и асинхронное выполнение
Мы уже упоминали, что приложение контроллера выполняется в циклически вызываемой задаче (одной или нескольких). Ключевые требования к приложению контроллера – быстродействие и надежность. То есть каждая итерация этого бесконечного цикла должна занимать как можно меньше времени, и это время должно быть детерминированным (то есть не меняться от итерации к итерации).
Раньше в программировании ПЛК был широко распространен подход, при котором практически весь код приложения выполнялся синхронно. Характерное исключение составляют таймеры стандартной библиотеки – они выполняются асинхронно, не блокируя работу кода, расположенного после их вызова.
| PROGRAM PLC_PRG |
| VAR |
| xDi: BOOL; // Сигнал от дискретного входа ПЛК |
| xAlarm: BOOL; // Сигнал тревоги |
| fbDelay: TON; // Экземпляр таймера задержки включения |
| i: INT; |
| END_VAR |
| fbDelay |
| ( |
| IN := xDi, |
| PT := T#5S, |
| Q => xAlarm |
| ); |
| i := i + 1; |
В примере выше приведена реализация задержки формирования сигнала тревоги (переменная xAlarm) при замыкании дискретного входа ПЛК (переменная xDi) с помощью таймера задержки (экземпляр fbDelay блока TON).
Фактически – вызов таймера происходит в каждом цикле задачи, но его код начнет выполняться только в тот момент, когда вход IN примет значение TRUE. Выход Q примет значение TRUE спустя 5 секунд, и при этом в течение этого времени инкремент переменной i продолжит выполняться, а не будет остановлен.
Многие системные библиотеки имеют синхронные и асинхронные варианты реализации. Рассмотрим, например, производственную линию по маркировке бутылок. Бутылки движутся по конвейеру, и контроллер должен успевать организовать наклейку этикеток без пропусков. При этом код, напечатанный на каждой этикетке, нужно сохранять в файл. Запись в файл может занимать непредсказуемое время (это зависит от времени доступа для конкретной модели flash-памяти, размера файла и т. д.), и поэтому, если запись выполняется синхронно, блокируя остальные операции, то время этой итерации цикла может существенно увеличиться, и очередная бутылка будет пропущена. В этом случае разумнее производить запись в асинхронном режиме, тогда она займет несколько итераций цикла задачи, но время выполнения каждого из них будет сравнительно небольшим.
Синхронные библиотеки построены на использовании функций:
| SysFile.SysFileWrite(hFile := hFile, ADR(sWriteData), SIZEOF(sWriteData), |
| ADR(dwResult) ); |
| // этот код будет выполнен только после окончания записи в файл... |
| // ...потому что функция SysFileWrite выполняется синхронно |
| i := i + 1; |
Асинхронные библиотеки построены на использовании функциональных блоков:
| fbFileWrite |
| ( |
| xExecute := xWriteToFileCmd, |
| hFile := hFile, |
| pBuffer := ADR(sWriteData), |
| szSize := SIZEOF(sWriteData) |
| ); |
| IF fbFileWrite.xDone THEN |
| // здесь разместите код, который будет однократно выполнен после завершения записи |
| ELSIF fbFileWrite.xError |
| // здесь разместите код обработки ошибок |
| END_IF |
| // этот код будет выполняться каждый цикл задачи |
| // в том числе, и во время записи в файл |
| // потому что экземпляр fbFileWrite выполняется асинхронно |
| i := i + 1; |
В примерах выше опущено объявление переменных, открытие файла и т. д. – продемонстрирована лишь сама разница в использовании синхронных и асинхронных операций.
Также в примерах можно увидеть использование пространств имен (namespaces), характерное и для enterprise-языков. В CODESYS пространства имен присутствуют у библиотек, функциональных блоков, структур, перечислений и некоторых других объектов.
Отладка
CODESYS предоставляет удобные средства для отладки проекта. К ним относятся:
- отображение текущих значений переменных во время онлайн-подключения к контроллеру;
- возможность задавать и «фиксировать» значения переменных;
- точки останова, позволяющие прекратить выполнение приложения в момент достижения заданного фрагмента кода и оценить значения переменных в этот момент;
- пошаговое исполнение приложения;
- поиск значений в оперативной памяти по заданному паттерну;
- и т. д.
Интерфейс IDE
CODESYS предоставляет разработчику средства, без которых сложно представить современную IDE:
- подсветка синтаксиса (с возможностью настройки цветов);
- автодополнение и автоформатирование кода;
- темная тема для редактора ST;
- переименование переменной, затрагивающее все фрагменты, в которых она используется;
- перекрестные ссылки для вызываемых объектов (crossreferences);
- и т. д.
Автоматизированные сборка и тестирование
Современный подход к разработке приложений неразрывно связан с методологией DevOps – непрерывной интеграцией и развертыванием (СI/CD), автоматизированным тестированием, хранением и управлением исходным кодом и т. д.
Программирование ПЛК пока что не пришло к этой методологии. Тем не менее CODESYS поддерживает ряд отдельных платных плагинов, позволяющих частично решить эти задачи:
- CODESYS Test Manager – инструмент для автоматического тестирования;
- CODESYS Git – плагин для подключения к системе управления версиями Git;
- CODESYS Static Analysis – статический анализатор для проверки соответствия кода заданному набору правил;
- CODESYS Profiler – профилировщик, позволяющий оценить время выполнения конкретного фрагмента кода для определения «узких мест» в приложении и его последующей оптимизации.
Кроме того, среда разработки позволяет создавать сценарии на языке Python для автоматизации рутинных операций (фактически вы получаете API для выполнения команд меню, операций в дереве проекта и т. д.). Эти сценарии могут быть добавлены на панель инструментов в виде дополнительных ярлыков.
Доступ к ОС контроллера
Один из характерных вопросов, который возникает у enterprise-разработчиков при переходе к программированию ПЛК, – как переиспользовать существующий код. Многие из современных ПЛК используют операционную систему Linux – поэтому возникает естественное желание установить какие-то пакеты, перекомпилировать и использовать свои C/C++ библиотеки, найти toolchain и т. д.
Большинство контроллеров не являются «открытыми» – то есть пользователь ограничен средствами, которые предоставляет IDE и не может напрямую взаимодействовать с операционной системой ПЛК. Это справедливо и для контроллеров ОВЕН.
Но для наших пользователей мы предоставляем два инструмента для решения специфических задач:
- вызов утилит операционной системы контроллера с помощью библиотеки CmpSysExec. В состав прошивки входят хорошо известные разработчикам утилиты curl, jq, клиенты для СУБД MySQL/MSSQL/PostgreSQL, ImageMagick и др. Мы готовы добавлять в прошивку новые утилиты по запросам пользователей;
- написание скриптов на языке Python. Для этого языка существует множество библиотек, которые могут упростить выполнение нехарактерных для ПЛК задач (например, интеграцию с web-сервисами через REST API, работу с XML и т. д.). В состав прошивки контроллеров ОВЕН входит менеджер пакетов pip3. Вызов скриптов осуществляется через библиотеку CmpSysExec. Скрипты являются лишь дополнением к приложению CODESYS, но не могут служить его заменой.
Документация и гайдлайны
Основными источниками по информации о CODESYS является онлайн-справка и документация ОВЕН.
Для enterprise-языков программирования характерно наличия гайдлайнов, best practices и т. д. Для программирования контроллеров, к сожалению, подобных гайдлайнов довольно мало. Самый известный пример – это гайдлайны от консорциума производителей ПЛК PLCopen. С их русскоязычными переводами можно ознакомиться на этом ресурсе.
А теперь передаем слово вам
Если вы enterprise-разработчик, столкнувшийся с ПЛК, пожалуйста, расскажите нам о своем опыте и трудностях, которые возникли при переходе от «обычного» программирования к программированию контроллеров: internet@owen.ru.
