Стандарты языков программирования

Паскаль

Это высокоуровневый  язык программирования общего назначения. Один из наиболее известных языков программирования, широко применяется в промышленном программировании, обучении программированию в высшей школе, является базой для большого числа других языков. Был создан Никлаусом Виртом в 1968/9 годах (опубликован в 1970-м) после его участия в работе комитета разработки стандарта языка Алгол-68. Паскаль был создан как язык для обучения процедурному программированию. Название языку дано в честь выдающегося французского математика, физика, литератора и философа XVII века, изобретателя первой в мире арифметической машины Блеза Паскаля. Компилятор Паскаля был написан на самом Паскале, используя «метод раскрутки», когда создается ядро языка, с постепенным наращиванием новых возможностей.

Особенностями языка являются строгая типизация и наличие средств структурного (процедурного) программирования. В Паскале сведены к минимуму возможные синтаксические неоднозначности, а сам синтаксис автор постарался сделать интуитивно понятным даже при первом знакомстве с языком.

Тем не менее, первоначально  язык имел ряд ограничений. Некоторые  недостатки Паскаля были исправлены в ISO-стандарте 1982 года, в частности, в языке появились открытые массивы, давшие возможность использовать одни и те же процедуры для обработки одномерных массивов различных размеров.

Наиболее известной  реализацией Паскаля, обеспечившей широкое распространение и развитие языка, является Turbo Pascal фирмы Borland, выросшей затем в объектный Паскаль для DOS (начиная с версии 5.5) и Windows и далее в Delphi, в которой использовались значительные расширения языка.

Ада

На основе языка Паскаль в конце 70-х годов  был создан язык Ада, названный в честь одарённого математика Ады Лавлейс (Огасты Ады Байрон – дочери поэта Байрона). Именно она в 1843 году смогла объяснить миру возможности Аналитической машины Чарльза Бэббиджа. Язык Ада был разработан по заказу Министерства обороны США и первоначально предназначался для решения задач управления космическими полётами. Этот язык применяется в задачах управления бортовыми системами космических кораблей, системами обеспечения жизнедеятельности космонавтов в полёте, сложными техническими процессами.

Ада — это структурный, модульный, объектно-ориентированный язык программирования, содержащий высокоуровневые средства программирования параллельных процессов. Синтаксис Ады унаследован от языков типа Algol или Паскаль, но расширен, а также сделан более строгим и логичным.

Ада — язык со строгой  типизацией, в нём исключена работа с объектами, не имеющими типов, а  автоматические преобразования типов  сведены к абсолютному минимуму.

 

2.Стандарт на языки  программирования PLC: IEC 1131-3 (МЭК 1131-3)

2.1 История и общая информация  стандарта PLC: IEC 1131-3 (МЭК 1131-3).

 

Процесс разработки стандарта  для программируемых контроллеров начался в 1979 году, когда национальные комитеты поручили специальной рабочей  группе технических экспертов выполнить  первый вариант стандарта. Первый вариант был выпущен комитетом в 1982 г. После первого знакомства с документом стало ясно, что стандарт слишком сложен, чтобы с ним работать как с единым документом, поэтому группа была разбита для работы в пяти направлениях - по одному проблемно-ориентированному подразделению на каждую часть стандарта. Каждое подразделение состоит из нескольких международных экспертов, каждому из которых помогает национальная консультативная группа. NEMA координировала консультативную группу США, хотя консультативные группы открыты для любых заинтересованных сторон (рис. 1).

Работа над международным языковым стандартом для программируемых  контроллеров велась с 1979 г.

Было образовано пять проблемно-ориентированных  подразделений для разработки стандартов в следующих пяти областях:

Часть 1. Общая информация

Часть 2. Требования к оборудованию и тестам

Часть 3. Языки программирования

Часть 4. Руководства пользователя

Часть 5. Разработка сообщений

Первая, вторая и третья части были опубликованы IEC (МЭК). Четвертая  часть была издана как эскиз для  голосования. Пятая часть была одобрена комитетом в первом чтении, и сейчас рассматривается еT следующий вариант. Пятая часть разбита на 2 части: Стандарт MMS Companion - ISO/IEC 9506/05 (Разработка спецификации сообщений - разработка сообщений для программируемых контроллеров) - и IEC 1131-5 (Программируемые контроллеры - связь

IEC 1131-3 - стандарт для  языков программирования - был издан  IEC и воспринимается в США как стандарт NEMA. Это издание вызвало повышенный интерес к тому, как этот стандарт повлияет на будущее программируемых контроллеров.

Разработка языков стандарта

 

Стандарт IEC 1131-3 определяет языки для программируемых контроллеров таким образом, что части прикладной программы могут быть запрограммированы на любом языке и скомпонованы в единую исполняемую программу. При разработке стандарта было найдено так много вариаций языков для программируемых контроллеров, что было невозможно выбрать одну из существующих вариаций в качестве общего языка. Поэтому соответствующее подразделение принялось за разработку нового общего языка с применением современных принципов разработка программного обеспечения. Новый стандарт включает структурное программирование, абстрактные типы данных, выделение данных и процедур в блок (инкапсуляцию) в сочетании с сохранением тесной связи с классическими языками для программируемых контроллеров.

Стандарт IEC 1131-3 описывает  два графических языка: "Диаграмма  цепей" (LD) и "Диаграмма функциональных блоков" (FBD). В этих языках графические символы обеспечивают прямое соответствие между графическим представлением решения задачи и программой, решающей эту задачу.

LD использует стандартизированный  набор символов для ступенчатого  программирования. По существу, эти диаграммы являются представлением релейной логики. Люди, понимающие релейную логику, могут программировать на языке "Диаграмма цепей".

FBD - это графический  язык, который повсеместно используется  в Европе. Элементы этого языка выглядят как блоки, соединенные проводами в электрическую цепь, делая язык удобным для множества прикладных программ, содержащих передачу информации или данных между различными компонентами. Функциональные блоки - это программные объекты, которые представляют специализированные функции управления, используемые в управляющих системах. В терминах объектно-ориентированного программирования функциональные блоки - это объекты, но не все объекты являются функциональными блоками.

В дополнение к графическим  языкам LD и FBD стандарт IЕС 1131-3 определяет элементы языка "Схема последовательных функций" (SFC) - "шаги", "переходы" и "блоки операций", которые могут быть использованы для организации "операций", написанных на любом языке, для получения алгоритмов последовательного управления. Основой элементов SFC служит стандарт IEC 848. который является международной версией хорошо известного французского стандарта "Grafcet".

В IEC 1131-3 определяется также  два стандартных текстовых языка: "Список команд" (IL) и "Структурированный текст" (ST). IL - это язык низкого уровня, аналогичный германскому стандарту "Anwelsungsliste", в то время как ST - это язык высокого уровня, разработанный для структурного программирования. Язык ST предоставляет булевы и арифметические операторы, а также конструкции структурного программирования, такие, как IF... THEN ELSE, CASE, WHILE DO, а также REPEAT...UNTIL.

Одной из задач, появившихся  у подразделения экспертов, было гармоничное использование функциональных блоков в среде четырTх стандартных языков.

Традиционным использованием функциональных блоков в языке LD было программное замещение простых  электромеханических элементов, таких как счетчики и таймеры, в то время как их использование в FBD оказалось более сложным, напоминающим разводку кросс-плат в стационарных управляющих системах.

Использование функциональных блоков в языке IL и LD примерно одинаково, в то время как совсем нет никакого механизма их использования в  традиционных структурированных языках, таких как Паскаль или СИ. Много  усилий было затрачено на определение того, как использование функциональных блоков может быть согласовано со всеми четырьмя языками.

Группа экспертов понимала, что она, скорее всего, не сможет определить все типы данных и операции для  решения всех возможных проблем управления. Поэтому в IЕС 1131-3 детально описываются механизмы, посредством которых производители и пользователи могут определить новые типы данных, функции и функциональные блоки. Таким образом, данный стандарт является "саморасширяющимся", и можно ожидать, что он будет в состоянии обслуживать много поколений новых технологий управления.

Такая инкапсуляция дает возможность упрятать детали реализации блока от его пользователя, которому необходимо иметь представление  только о его применении.

Такой подход ведет к созданию высококачественного, общедоступного и экономичного программного обеспечения для управляющих систем.

 

2.3 Польза и важность  стандарта PLC: IEC 1131-3 (МЭК 1131-3

 

От применения стандартов IEC 1131 выигрывают и пользователи, и  создатели

программируемых контроллеров. Что касается пользователей, теперь они

смогут определить характеристики программируемых контроллеров,

построенных на базе стандартов, используя универсальные термины.

Универсальные наборы языковых стандартов будут означать, что для

обучения всех желающих писать программы для программируемых  контроллеров

может быть использована одна обучающая программа. Те, кто  пишет и

использует в своей  работе программы для контроллеров, будут использовать

эти стандарты постоянно. Это те люди, которые по роду своей работы

должны не только читать руководство, а еще и знать особенности языка.

Чтобы лучше понять эти  новые стандарты, необходимо некоторое  время

поработать с ними. Тем не менее опыт, уже накопленный  при работе с

существующими языками для программируемых контроллеров, тоже пригодится

для изучения языков, удовлетворяющих  стандартам.

Еще одна категория людей, которая выиграет от применения этих стандартов

- инженеры, системные  интеграторы и администраторы. Им  придется изучить

много языков, но это обучение будет стандартизовано. Такое обучение

повысит уровень знаний людей, которые ежедневно поддерживают работу

таких систем, что, в свою очередь, окажется полезным для производства

самих контроллеров. Обучение, как правило, будет проводиться

производителями программируемых контроллеров.

Поскольку производители  предлагают не только ту продукцию, которая

соответствует стандартам, им придется тратить больше усилий на обучение.

Производителям предстоит  долгий путь по стандартизации своей  продукции.

В таких странах, как США, где нет жестких сроков введений стандартов,

производители будут  уступать требованиям пользователей  по стандартизации

оборудования постепенно. Однако европейские страны, такие, как  Германия

и Франция, заменят свои государственные стандарты серией IEC 1131 и,

таким образом, потребуют  от производителей сразу после замены

стандартизировать оборудование. После принятия стандарта в Европе

пользователи смогут пройти обучение на месте не только у производителей,

но и их партнеров. Это позволит пользователям строить заводы в любой

стране. Имея стандартизированную  систему языков, производители

программируемых контроллеров выиграют в цене и производительности при

поставке таких контроллеров в любую точку планеты по сравнению  с

контроллерами, в которых используются нестандартные языки. В США, где

отношение к стандартам менее жесткое, стандарты больше используются как

предмет дискуссии между  производителями и пользователями. Естественно,

во время переходного  периода потребуется время как  для обучения

пользователей, так и  для обучения производителей, но вместе с тем

стандарты обеспечат  для программируемых контроллеров большую гибкость в адаптации быстрым изменениям в технологии производства, не увеличивая

затрат на обучение и  разработку программного обеспечения.

Когда производитель  предлагает к продаже программируемый  контроллер,

который отвечает стандартам, он должен прилагать список поддерживаемых

возможностей.

3.3 Будущее  стандарта PLC: IEC 1131-3 (МЭК 1131-3).

 

В будущем появится общий  формат файлов, что даст возможность

обмениваться программами  между различными системами. С помощью  такого

формата можно будет  разрабатывать пакеты функциональных блоков для

конкретных прикладных программ и с легкостью добавлять их в существующие

системы.

 Для применения концепции стандарта IEC 1131-3 к пользовательским

требованиям к стандарту Fieldbus, разрабатываемому подкомитетом IEC SC