ТАБЛИЧНЫЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ СИСТЕМ
ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Аллашев А. Ю., Фурман И. О., Малиновский М. Л.Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко
Предложен новый подход к созданию программ для микроэлектронных средств управления технологическими объектами с помощью табличных языков формализации алгоритмов управления.
Постановка проблемы С момента появления в минувшем веке первого микропроцессора микроэлектронные системы развиваются бурными темпами . По эмпирическим законом Мура , количество транзисторов , размещаемых на кристалле интегральной схемы , каждые два года удваивается .
Такое бурное развитие ведет к динамическому появлению новых мощных аппаратных средств логического управления , с новой элементной базой и другой архитектурой . Постоянное развитие микроэлектронной техники влечет за собой и появление новых языков программирования для новой техники систем управления .
Сегодня для создания программ управления широко используют универсальные текстовые языки высокого уровня - С , С , Java , Pascal ; и специализированные текстовые языка ПЛК - язык структурированного текста ST , низкоуровневый язык инструкций IL и специализированные графические языки - язык релейно - контактных символов LD , язык функциональных блоков FBD , язык последовательных диаграмм SFC и другие.
Несмотря на наличие большого количества языков , все они остаются доступными только для профессиональных программистов , имеющих знания и опыт в использовании языков программирования , и не являются специалистами в области технологического процесса. А с другой стороны , текст программы управления не является наглядным и понятным для проверки и отладки инженерам - технологам .
Анализ последних исследований и публикаций . Для привлечения к процессу создания программного обеспечения непосредственно специалистов предметной области в последнее время стали появляться проблемно -ориентированные языки программирования , позволяющие описывать необходимые алгоритмы решаемой задачи , используя обозначения и терминологию данной предметной области .
Удачным примером эффективного использования проблемно-ориентированного языка является визуальный язык ДРАКОН , который был создан на основе опыта проектирования орбитального корабля Буран , и использовался на практике при создании системы управления разгонного блока проекта " Морской старт " ( Sea launch ) [ 1].
Цель статьи - проанализировать современный подход к созданию проблемно-ориентированных языков для систем управления и предложить табличный язык технологических циклограмм как непосредственно язык программирования современных микроэлектронных средств логического управления.
Основные материалы исследования Свой первый и единственный полет " Буран " совершил 15 ноября 1988 . Полет прошел без экипажа в полностью автоматически году режиме в отличие от американских шаттлов , которые могут делать посадку только в ручном режиме.
При создании " Бурана " проблема разработки и отладки программного обеспечения считалась одной из самых важных . Сначала считалось , что для решения задачи требуется несколько тысяч программистов . Следует отметить , что программы создавались профессиональными программистами на ассемблере, так как объем памяти бортового компьютера "Бисер-4" в то время был очень ограниченным.
Со временем к разработке бортовой системы управления и программного обеспечения исследования корабля на земле был подключен Институт прикладной математики им . М. В. Келдыша РАН . После детального изучения задачи было решено разработать проблемно -ориентированные языки , основанные на сроках , понятиях и формах представления алгоритмов управления и испытания , используемых инженерами-разработчиками корабля .
Практическая реализация этих языков позволила привлечь к созданию бортового и наземного программного обеспечения самих инженеров-разработчиков - непосредственных авторов алгоритмов управления и исследований. Разработка языков и соответствующих инструментальных средств была выполнена небольшим коллективом высококвалифицированных программистов Института прикладной математики в сжатые сроки.
Такой подход решил проблему нехватки программистов, позволил приобщить к созданию программ управления непосредственно инженеров-разработчиков .
На базе полученного опыта в 1986 году была начата разработка единого универсального языка ДРАКОН - "Дружелюбный Русский Алгоритмический язык , Который Обеспечивает Наглядность".
Через 11 лет на базе Дракона была создана автоматизированная технология проектирования алгоритмов и программ " ГРАФИТ - ФЛОКС " [ 2] , которая была применена для разработки программного обеспечения разгонного блока космических аппаратов международного проекта Морской старт.
Проблемно-ориентированная графический язык ДРАКОН также успешно используется во многих других космических программах: разгонный блок космических аппаратов "Фрегат", модернизированная ракета - носитель "Протон-М " , разгонный блок космических аппаратов ДМ-SL-Б .
Поскольку результаты использования Дракона были постоянно высокими, время на создание систем управления уменьшилось , руководство Пилюгинского космического центра приняло решение об использовании языка ДРАКОН в следующих проектах.
Таким образом , было бы целесообразно использовать этот успешный подход для создания программного обеспечения систем логического управления технологическим оборудованием, строящимся на базе микропроцессорных ПЛК и параллельных ПЛИС-контроллеров .
Для этого необходимо разработать проблемно-ориентированный визуальный язык (что позволит инженерам-технологам в доступном для них виде формализовать алгоритм логического управления) и специализированную информационную среду.
Проанализировав разработку и использование языка ДРАКОН, можно сформулировать требования к новому проблемно-ориентированному языку программирования современных ПЛК:
— язык должен быть визуальным (не текстовым), с высоким уровнем наглядности, чтобы создать наиболее комфортные условия для работы человеческого интеллекта при создании программы;
— должны быть созданы такие языковые средства, которые сильно упрощают восприятие сложных процедурных проблем и общение с коллегами , делают наглядными и понятными сложные алгоритмические конструкции и за счет этого буквально заставляют разработчика мыслить четко, глубоко и продуктивно;
— устранить барьеры взаимного непонимания между работниками различных специальностей: инженерами , наладчиками, программистами и прочее.
В настоящее время в качестве аппаратного средства в автоматизированных системах управления технологическими процессами массово используются микропроцессорные ПЛК, программируемые на языках стандарта МЭК 61131-3 .
Также перспективным направлением является применение в системах управления параллельных ПЛИС-контроллеров , в основе которых лежит кристалл ПЛИС ; они программируются с помощью специализированных текстовых HDL-языков описания аппаратуры [ 3].
С другой стороны , практический опыт показал , что инженерами-технологами для описания технологических алгоритмов широко используются табличные циклограммы .
Тогда предлагаемый подход к разработке программ логического управления будет иметь вид:
Рисунок (здесь отсутствует)
Выводы Таким образом, использование табличного языка технологических циклограмм для программирования современных микроэлектронных средств логического управления дает ряд преимуществ:
— повышение производительности труда постановщиков задач , инженеров-технологов, программистов , наладчиков оборудования и других участников технологической цепочки создания и сопровождения систем логического управления;
— улучшение качества алгоритмов управления, повышение наглядности и надежности программного обеспечения;
— привлечение к созданию программного обеспечения непосредственно инженеров-технологов;
— сокращение сроков разработки и внедрения , уменьшение стоимости создания и поддержки программного обеспечения.
Список использованных источников1. Балтрушайтис В. В. "ГРАФИТ-ФЛОКС" - технология разработки программного обеспечения бортовых вычислительных машин / В. В. Балтрушайтис // Системы и комплексы автоматического управления в космонавтике и народном хозяйства: Междунар. научно-техн. сб. – 1998. – С. 79-81.
2. Паронджанов В. Д. Как улучшить работу ума: Алгоритмы без программистов – это очень просто / В. Д. Параджанов – М.: Дело, 2001. – 360 с.
3. Малиновский М. Л. Управление объектами критического применения на основе ПЛИС. / М. Л. Малиновский. – Х. : Факт, 2008. – 224 с.