Поводом для написания статьи послужило не очень приятное для меня событие: модератор Хабра убрал теги – «С++» и «Параллельное программирование» из моей крайней статьи [1]. Этому предшествовало сообщение пользователя, который по его словам не заметил в статье ни С++, ни параллелизма и поспешил об этом известить весь свет. На самом деле он, скорее всего, просмотрел статью по диагонали и попросту "не врубился". Другим объяснить сей казус сложно. Я объяснил причины его заблуждения, но это не было принято во внимание. В ответ – тишина и, более того, пошли у него на поводу.

А до этого, но тоже в контексте рассматриваемой статьи (теперь все это складывается в один пазл), произошло еще одно событие.  Другой пользователь, решивший, видимо, поддержать автора, выразил благодарность, но допустил не очень лестные высказывания в адрес специалистов Бауманки. Не то, чтобы я с ним был во всем согласен, но поскольку на асфальте розы не растут, то в чем-то он был все же прав.

Но дело даже не в содержании постов. Если раньше управлять спорными постами доверялось автору, то теперь модератор решил взять на себя это право. Может, у нас месячник усиленной модерации? Но только в чем причины столь сильного недоверия автору? Ведь, модератор явно не очень вникал в суть проблемы и причины появления подобных постов. Логично было бы предоставить, как и ранее, автору решать вопросы, связанные с содержанием его же статей. Последнее сообщение, хотя и содержало критику, но в целом не нарушало правила сообщества. Хотя, обобщать на всю Бауманку, конечно, не стоило бы.

В контексте автоматного программирования ВКПа опять вспомним про SimInTech. Представляется удобным и наглядным создать аналог проекта из в SimInTech, который основан на базе элементов ее библиотеки «Конечные автоматы». Так мы осваиваем проектирование в рамках данных сред и заодно проведем сравнение технологий автоматного программирования. Ну, а за основу для достижения поставленных целей возьмем проект «Нагреватель» из SimInTech.  

Выбранный проект хорош тем, что описан детально в статье, позиционируемой как введение в автоматное проектирование в SimInTech. По этому пути пойдем и мы. Наш вариант ее решения в виде двух конечных автоматов приведен на рис. 1. По форме это графическая форма обычных классических конечных автоматов, к входным и выходным канала которых привязаны соответствующие предикаты и действия. В целом же это сеть автоматов, решающая поставленную задачу.

Графы на рис. 1 представляют собой модель автоматной программы в ВКПа. И уже на уровне модели видны основные отличия. Кратко или, так сказать, в первом приближении они сводятся к следующему. На уровне отдельного процесса (автомата) мы сразу разделяем программу на части. Это операторы, названные предикатами и действиями, и управление программы – собственно модель конечного автомата (КА). А на уровне самой программы в общем случае это сеть из автоматов. В соответствии с данным ранее определением все это вместе и составляет автоматную программу.

Продолжим. Наша текущая цель - на примере  аттракторов достичь равенства результатов в SimInTech  и ВКПа.  Делать мы это будем приведением моделей к наиболее универсальной базе - используя языки программирования (ЯП). В ВКПа уже есть реализация на С++. Осталось создать ее в SimInTech. В таком виде они будут соответствовать друг другу. А в идеале, если языки одинаковые, даже просто совпасть. Все это должно способствовать равенству результатов. И на этом пути, кроме освоения внутреннего языка программирования SimInTech,   особых препятствий не предвидится.

Блоки на внутреннем ЯП в SimInTech создаются на базе блока PL  - блок библиотеки Динамические. Напомним реализацию модели аттрактора Лоренца на стандартных библиотечных блоках. Она приведена на рис. 1. Далее мы ее будем называть исходной схемой. Часть ее вместе с соответствующим кодом на языке программирования SimInTech (LangBlock22) представлена на рис. 2.

Я уже не знаю кому и чему верить. Собрался было подводить итоги по обсуждению аттрактора Лоренца, но что-то меня заставило "поиграть" еще с одним - мотором Рикитаке [1]. И, честное слово, какого-либо подвоха я, ну, никак  не ожидал. Просто потому, что по виду графиков он был, пожалуй, наиболее стабильным и характерным по внешнему виду во всех программных пакетах - MATLAB, SimInTech и ВКПа (cм. также предыдущую статью [2]).

            На структурном уровне рассматриваемые аттракторы можно представить в виде трех блоков ("черных ящиков"), отличающихся лишь видом связей. Структурная модель аттрактора Рикитаке представлена на рис. 1а, а на рис. 1б для сравнения приведена схема аттрактора Лоренца.

Сила - в правде. На уровне программирования она выражается в том, что одни и те же программы при одних и тех же начальных условиях обязаны выдавать истинную правду, т.е. одинаковые результаты. И даже разные программы, реализующие одну и ту же задачу, должны вести себя одинаково. Действительно, было бы странно, если бы два калькулятора выдавали отличающиеся результаты на одной и той же операции.  Или, по-другому, все это своего рода «программистская аксиома».

И, вроде бы все так, да не всегда. Критично ли наличие ошибок в программах? Странный вопрос - конечно, критично. Но, тем не менее, найдутся и те, кто скажет – не беда. И даст этому свое объяснение. Здесь, правда,  можно вспомнить, как фирма Intel объясняла несущественность ошибки деления с плавающей точкой в процессоре Pentium (подробнее см. [1]). Но общественность и пользователи объяснили Intel, что она не права. И, понеся большие репутационные и финансовые потери,  ей пришлось с этим согласиться и исправить положение.

Далее, обсуждая конкретные программы, мы столкнемся с тем, что нужно считать ошибками. Отличие от ситуации с Intel только в том, что необходимо будет конкретизировать, кто ошибается и ошибается ли и где источник ошибок. Но то, что идет явно не по плану, подтверждают результаты нашего тестирования. Просто ситуация несколько сложнее проблемы одной операции деления FDIV. 

Итак. Выберем для экспериментов три среды: две известные – это MATLAB, SimInTech и одну, известную больше по статьям вашего покорного слуги, - среду параллельного автоматного программирования ВКПа. Для первых двух можно скачать ограниченные версии.  Их возможностей вполне будет достаточно для наших примеров. Ну, а в отношении третьей - придется довериться автору.

Времена нынче суровые. Откуда «прилетит» непонятно, но то, что «прилетит», сомневаться уже не приходится. Вот оно и … «прилетело». В связи с определенными обстоятельствами (возможно, вы даже догадываетесь какими) предложено рассмотреть  переход с ПЛК фирмы Delta на ПЛК от Haiwell. Мы, как говорится, и не такое  переживали, а потому качаем среду проектирования HaiwellHappy и пытаемся ее освоить. Самих ПЛК, хотя они уже заказаны (?!),  пока нет, но есть симулятор. Но для начала этого вполне достаточно…   

Путь проторенный. А потому в целях обучения и одновременно внедрения технологии автоматного программирования создаем – что? - правильно, модель RS-триггера. Почему? – см. статью [1]. Но, если кратко, то триггер - это фактически мизерный проект, от которого пользы – ну, просто туча. В этом и предстоит далее убедиться.

Однако, смотрим, на что же позарились наши менеджеры?… Цена ПЛК – хорошая! Ну, то есть – относительно небольшая. Для нормального менеджера этого, видимо, уже достаточно. Но работать-то – программистам!  Ставим среду и создаем наш первый проект. Это, как уже было сказано, модель реального RS-триггера.

Оставим в стороне всякие мелочные придирки к среде проектирования (обсудим их по ходу), а приведем сразу код проекта. Благо он, как уже было тоже сказано, мизерный. Его внешний вид приведен на рис. 1.

Соловей!.. Ведь, слушайте, ведь вот пичуга! Ну, смотреть не на что!.. Ну, мелочь пузатая!.. А ведь как, подлец, природу украшал!.. Что делал, мерза­вец!.. Э-тю-тю-тю-тю-тю-тю, тю-тю-тю!..

Райкин А. Люди и манекены

Рассмотрим алгоритм, который заимствован из несложного проекта системы управления прессом. В сам проект вникать не будем, а рассмотрим лишь его небольшую и, пожалуй, самую простую часть – управление валками. На пульте управления есть кнопка «Валки» (на рис. 1 сигнал X6), при нажатии на которую посылается сигнал, который то прижимает, то отпускает валки. Преобразуем алгоритм управления валками в автоматную форму и посмотрим, что из этого получится.

Код исходного проекта, реализующий поставленную задачу, приведен на рис. 1. Верхняя цепь данного фрагмента задает текущий режим системы управления, а нижняя - собственно управление валками.

В предыдущих статьях мы фрагментарно описали практику автоматного программирования для ПЛК. Здесь мы сведем все в одном месте и кое-что добавим. Ответы на вопросы, которые все же могут возникнуть после прочтения данного материала, можно найти в ранее написанных статьях автора. Перечень базовых статей следующий:

1. Автоматное программирование: определение, модель, реализация.

2. Вот, как просто! Автоматы в деле. Для ПЛК фирмы DELTA.

3. Автоматы в деле. Штабелер. Засады ПЛК.

Задание на проектирование программы

В предшествующей статье мы уже рассматривали штабелер. Здесь будет более сложный его  вариант. Это узкое «крыло», которое, находясь в исходном состоянии, с паузой после старта проката подхватывает лист металла и поддерживает его в процессе движения. После останова проката и отсечения листа оно выполняет «отскок» вперед, освобождая конец листа, который падает на приемное устройство - гидростол.  После этого "крыло" возвращается в исходное состояние. Во время этих движений прокат должен быть остановлен. После исполнения задания (формирования нужного числа листов заданной длины)  «крыло» перемещается в заключительную позицию за пределы гидростола. Возврат в исходное состояние происходит после нажатия кнопки «Штабелер». Выполнение самого задания начинается с нажатия кнопки «Прокат», а длина отдельного листа и общее их количество указывается на панели оператора. 

После нажатия кнопки «Сброс» (прокат останавливается, переходя в режим паузы) штабелер должен войти в режим паузы. Повторное нажатие кнопки выполняет реальный сброс системы управления. Продолжить прокат, находясь в ситуации паузы,  можно с помощью кнопки «Прокат». Штабелер, находясь в режиме «Автомат», может входить в тот же режим паузы, но после формирования текущего листа.   Работа штабелера в режиме системы «Полуавтомат» несколько отличается от работы в режиме «Автомат». В первом случае он останавливается после выполнения проката и ожидает срабатывания гильотины (в режиме «Полуавтомат» она запускается вручную). Дождавшись, он сбрасывает лист и перемещается в заключительную позицию. Из нее нажатием кнопки Штабелер «крыло» возвращается в исходное состояние. В режиме «Автомат» перемещение в заключительную позицию происходит только после выполнения задания.

Штабелер – устройство, расположенное после гильотины.  Для отражения своего состояния он может иметь один или два датчика. Таких состояний обычно два - закрытое и открытое. Находясь в исходном состоянии - закрытом, штабелер принимает лист металла и затем - в открытом состоянии сбрасывает его в накопительное устройство. После этого возвращается в исходное состояние. Мы рассмотрим штабелер, содержащий один датчик. Для правильной трактовки текущего состояния штабелера нужно в ручном режиме установить его в исходное состояние и далее вести отсчет состояний уже от него.

Запуск и режимы работы штабелера

Система управления линией профилирования металла поддерживает три базовых режима - ручной, полуавтоматический и автоматический. В программе им соответствуют реле - M9, M10, M11. Штабелер имеет всего два режима работы, названных  далее ручным и автоматическим. В ручном режиме работы системы он работает соответственно в ручном режиме, а в остальных - в автоматическом.

В ручном режиме штабелер управляется только кнопкой "Штабелер", при каждом нажатии которой он отрабатывает половину своего цикла работы, поочередно переходя при каждом нажатии кнопки из одного состояния в другое.  В автоматическом режиме штабелер отрабатывает полный цикл. В этом случае он принимает лист, находясь в исходном состоянии, затем сбрасывает его на приемный стол и после этого возвращается в исходное состояние, где ожидает поступление очередного листа.

На рис.1 представлен код, который запускает в работу штабелер, устанавливая единичное значение флагу bПускШтабелера. При этом текущий режим ему задается флагом bРежимШтабелера, нулевое значение которого определяет ручной режим работы, единичное - автоматический.

А что сказка дурна — то рассказчика вина.
Изловить бы дурака да отвесить тумака,
ан нельзя никак — ведь рассказчик-то дурак!
А у нас спокон веков нет суда на дураков!..
Леонид Филатов.

При обсуждении предыдущей статьи буквально, как "чертик из табакерки", выскочил вид программирования, названный шаговым. Автор был готов к подобному, поскольку был знаком ним, хотя, может быть, и "шапочно". В документации на ПЛК такое программирование носит, правда, название пошагового управления (видимо, это и сбивало меня на термин "пошаговое программирование"). Но это не столь принципиально, чтобы по этому поводу «ломать копья». Важна суть, а именно в силу ее далее эти термины будем считать равноправными.

Но дело даже не в том, что этот вид программирования был, возможно, новостью для участников обсуждения (в рамках программирования ПЛК DELTA это стандартный вид программирования), а в том, что он позиционировался, как известная идея, заменяющая автоматное программирование (АП).  Собственно это и было определенно неожиданным... Но поскольку, так и не удалось дождаться исполнения просьб о реализации модели RS-триггера на языке шагового программирования, а формат обсуждения статьи не предполагает написания больших постов, то это и послужило поводом к написанию статьи.

Промышленный логический контроллер (ПЛК) - это тот же компьютер, но попроще. В нем есть все или почти все, что есть в любом ПК, но только, может,  в меньшем объеме или не такой производительности. Но зато он может работать там, где обычный компьютер неприменим. У ПЛК есть то, что делает работу с ним проще при управлении оборудованием.  Например,  наличие "на борту" каналов ввода/вывода дискретных логических сигналов. Его программирование специфично. Выбор языков программирования достаточно ограничен, по  большому счету их всего-то пять, и определяется стандартом МЭК 61131-3 [1]. И этого, как убеждает практика, по большому счету вполне достаточно.

Выбор ПЛК фирмы DELTA, кроме наличия собственной IDE, предоставляет доступ к широкому перечню периферийного оборудования. Фирменное ПО, как минимум, удобнее тем, что не требует особой настройки и «в один клик» работает на всей линейке технических средств фирмы. Минусы могут проявиться в отставании от передовых тенденций программирования. Но для ПЛК это не самая большая проблема, т.к. языки, определяемые стандартом, достаточно консервативны, а их настройка под разные типы ПЛК, как правило, не так уж сложна.

Можно даже утверждать, что тип ПЛК достаточно условен, т.к. программирование при наличии промышленного стандарта для них фактически неотличимо (различие в IDE пока не рассматриваем). По крайней мере, сам стандарт на это настраивает. Нам же далее будет важнее реализация определенной идеи. И если уж, как мы увидим,  с этим справится столь элементарный язык программирования, как язык релейно-контактных диаграмм, то это будет вполне по силам и любому другому языку программирования для ПЛК.  И уж тем более по плечу почти любому из известных языков для ПК. 

Термин «автоматное программирование» (АП) был введен в широкую практику в 90-х годах прошлого века [1, 2], хотя о применении автоматов в программировании шла речь задолго до этого. R первым упоминаниям уже начала 70-х годов можно отнести метод введения переменной состояния или, по-другому, метод преобразования неструктурированных программ Ашкрофта и Манны [3]. За прошедшее время сформировалось достаточное число его поклонников и не меньшее число критиков. Если говорить об их разногласиях, то в их основе отсутствие формального определения АП и поверхностное восприятие его возможностей. Из-за этого автоматное программирование формируется интуитивно, что и приводит к противоречивым его формам, порой, мало похожим на первоисточник – модель конечного автомата.

Рано или поздно и Вы зададитесь вопросом, каким будет будущее процессоров. Достижения современных фабрик типа TSMC говорят, что достигнут максимум наших технологических возможностей. В результате каждый последующий технологический этап дается все большим трудом и многократно возрастающими затратами. Для транзисторов счет пошел на единицы атомов и потому, исчерпав возможность уменьшения их размеров, мы перешли к созданию многослойных "пирогов". Но и здесь не без проблем - например, отведение тепла или то же число слоев. Тем не менее, не все так плохо, т.к. есть варианты на уровне архитектур процессоров, которые не менее а, порой, даже более эффективны, чем новые технологические нормы. Об этом далее и поговорим...    

1. Введение

1. Введение

1. Введение

1. Введение

1. Вновь о корутинах