Limbajele de programare PLC și platforma software de automatizare CoDeSys

Ia cel mai simplu exemplu: trebuie să porniți apăsarea 1 secundă după ce operatorul ține simultan cele două butoane în starea apăsată. Astfel, vă garantăm că ambele mâini ale operatorului sunt ocupate și îi oferim timp pentru a monitoriza pregătirea mașinii. Cea mai simplă soluție este să conectați contactele ambelor butoane în serie și să puneți un releu electronic cu un cronometru. Dacă cronometrul permite ajustarea timpului de întârziere, o astfel de schemă va oferi o anumită flexibilitate a sistemului, dar nu prea mare.

Orice condiții suplimentare, de exemplu, cerința de a controla secvența apăsărilor de butoane ne va pune într-o situație dificilă - vom fi obligați să schimbăm circuitul prin introducerea de relee suplimentare. Aceasta nu este o problemă dificilă, cu condiția ca o astfel de nevoie să apară extrem de rar.

Dar, în condiții de producție competitivă, timpul necesar pentru ca un nou produs să intre pe piață este crucial și, prin urmare, atunci când vine vorba de o producție automatizată flexibilă, reajustarea echipamentelor trebuie efectuată rapid, cu costuri minime.

O problemă suplimentară este creșterea complexității sistemului de control pe măsură ce producția se dezvoltă și apar funcții suplimentare (complicații ale algoritmului de operare).

Orice specialist în domeniul automatizării s-a confruntat, de asemenea, cu problema construirii unui sistem de control pentru echipamente în acea temă cu care nu este suficient de familiar: lipsa unei declarații clare a problemei, apariția de noi condiții pe măsură ce echipamentul este introdus, poate face imposibilă implementarea cu succes a unui proiect.

A fost necesară crearea unui dispozitiv de control, al cărui algoritm de funcționare ar putea fi schimbat fără refacerea diagramei de cabluri a sistemului de control și, ca urmare, a apărut o idee logică de a înlocui sistemele de control cu ​​logica „dură” de funcționare (un set de relee, regulatoare, cronometre etc.) de automat cu logica de lucru programabila. Deci născut controlere logice programabile (PLC). Pentru prima dată, automobilele au fost utilizate în SUA pentru a automatiza producția de asamblare a liniei de asamblare în industria auto (1969).

Deoarece definiția „controlerului logic programabil” a fost „programabilă”, întrebarea a apărut aproape imediat, cum să programăm PLC-ul?

Limbajele de programare algoritmice ale calculatoarelor de atunci erau orientate spre rezolvarea problemelor de calcul. Profesia unui programator a fost considerată extrem de rară și dificilă; nu existau astfel de specialiști la niciun loc de producție. O opțiune ideală ar fi traducerea automată a diagramelor de circuit ale mașinilor cu releu în programe PLC.

De ce nu? Așa că în PLC a apărut limba circuitelor de contact releu (RCS sau LD în sursele engleze Ladder Diagram). Tehnologul ar putea „redeschide” circuitul de control de pe afișajul stației de programare PLC. În mod natural, diagrama a fost înfățișată nu grafic, ci prin intermediul simbolurilor condiționale.

De exemplu, sarcina descrisă mai sus poate fi programată după cum urmează:

În stânga și în dreapta într-un astfel de program vedem autobuzele verticale conectate prin circuite orizontale. Circuitele pot consta din contactele lor și unele elemente suplimentare (de exemplu, un cronometru) conectate în paralel sau în serie. În dreapta, fiecare circuit se termină cu o bobină de releu. Contactele acestui releu pot fi la rândul lor prezente în alte circuite. Astfel, este posibil să se facă un circuit destul de complex similar în funcționalitate cu un circuit releu real.

Primele stații de programare au fost dispozitive foarte voluminoase transportate de mai multe persoane. Cu toate acestea, PLC-urile au început să înlocuiască activ și mai voluminoase și, cel mai important, dulapuri de automatizare cu releu cu logică „rigidă”.

Fizic, un PLC este unul sau mai multe blocuri care au un set specific de ieșiri și intrări pentru conectarea senzorilor și a actuatoarelor (a se vedea Fig. 1).

Logica funcționării sale este descrisă în software și este realizată de microprocesorul încorporat. Ca urmare, exact aceleași PLC-uri pot îndeplini funcții complet diferite. Pentru a modifica algoritmul de operare, nu sunt necesare modificări hardware.

Fig. 1. Principiul funcționării automatei

Dezvoltarea electronicelor a dus la uimirea miniaturizării automatei. Astăzi există controloare programabile în miniatură echipate cu un mic afișaj și capacități de programare încorporate, astfel de controlere se numesc relee programabile. Sarcinile obișnuite ale releelor ​​programabile sunt sisteme locale foarte simple având până la o duzină de intrări și mai multe ieșiri ale releului de alimentare.

Nu este ușor să scrieți un program mai complex folosind telecomanda încorporată. În mod similar, putem tasta cu ușurință text SMS pe tastatura unui telefon mobil, dar chiar și introducerea mai multor pagini de text, ca să nu mai vorbim de volume mari, pare problematică. Pentru aceasta, există computere personale (PC-uri) care asigură condiții de muncă mult mai confortabile oamenilor.

Un singur PLC modern poate înlocui zeci de regulatoare, sute de cronometre și mii de relee. Utilizarea unui computer pentru a programa un astfel de sistem nu este deloc dificilă. Utilizarea PC-ului ca stație de programare PLC este soluția dominantă astăzi. Aceasta nu doar simplifică programarea, dar rezolvă și problemele arhivării proiectelor, pregătirea documentației, vizualizarea și modelarea. Computerul oferă un instrument universal convenabil pentru programarea celor mai simple sarcini locale pe un PLC, precum și pentru un sistem de control automat al procesului.

Vă rugăm să rețineți că, atunci când vorbim despre programarea PLC, revenim întotdeauna la modul de a face acest proces simplu și convenabil pentru oameni. S-ar părea că odată ce un PLC programat va funcționa ani de zile și nu este foarte important dacă programul său va arăta frumos, principalul este că funcționează bine.

Din păcate, nu este așa. Nevoia de a schimba programul în PLC apare regulat uneori și neașteptat. Prin urmare, ar trebui să fie scris astfel încât orice persoană, nu doar autorul său, să o înțeleagă rapid și să realizeze rapid îmbunătățirile necesare. A spune că programele sunt scrise pentru PLC nu este complet corect.

Toate programele sunt scrise de om și sunt destinate lecturii umane. Orice instrumente de programare oferă în final instrucțiunile microprocesorului în codurile sale de mașină. Nu există nicio diferență pentru el în ce limbă este scris programul.

Menționat mai sus Limba LD a fost inventat în SUA în perioada automatizării releelor. Moda pentru automate automate a venit în Europa puțin mai târziu, când dulapurile cu releu au fost deja înlocuite cu succes cu dulapuri cu circuite logice. Prin urmare, a apărut nevoia de a inventa alte limbaje de programare inteligibile pentru o nouă generație de ingineri.

Deci, în Germania au apărut limbi de instrucțiuni de text simple asemănătoare cu asamblatorul (IL). În Franța, grafică Limbi diagramă bloc funcțional (FBD) și diagrame la nivel înalt care descriu etapele și condițiile tranzițiilor (Graphset, SFC modern). De asemenea, au fost utilizate limbile utilizate pentru calculatoarele de programare (Pascal, Basic). La sfârșitul anilor șaptezeci, s-a dezvoltat o situație extrem de dificilă.

Fiecare producător de PLC (inclusiv în URSS) și-a dezvoltat propriul limbaj de programare, astfel încât PLC-urile diferiților producători erau incompatibile cu software-ul, în plus, exista o problemă de incompatibilitate hardware. Înlocuirea unui PLC cu un produs de la un alt producător a devenit o problemă uriașă.Cumpărătorul de PLC a fost obligat să folosească produsele unei singure companii sau să cheltuiască energie pentru învățarea diferitelor limbi și mijloace pentru achiziționarea de instrumente adecvate.

Drept urmare, în 1979, în cadrul Comisiei Electrotehnice Internaționale (IEC), a fost creat un grup special de experți tehnici în probleme de PLC. Ea a primit sarcina de a dezvolta cerințe standard pentru hardware, software, reguli de instalare, testare, documentare și comunicații PLC.

În 1982, a fost publicată prima versiune a standardului, care a primit numele IEC 1131. Datorită complexității documentului rezultat, s-a decis să-l împart în mai multe părți, a treia parte a standardului „Limbi de programare PLC” este dedicată problemelor de programare.

Întrucât IEC a trecut la 5 simboluri digitale din 1997, numele corect pentru versiunea internațională a părții standard dedicate limbajelor de programare PLC este IEC 61131-3. Grupul de lucru IEC a luat o decizie destul de originală. Din întreaga varietate de limbaje de programare PLC care existau la momentul dezvoltării standardului, au fost identificate 5 limbaje care au fost utilizate cel mai mult.

Specificațiile lingvistice au fost finalizate astfel încât a devenit posibilă utilizarea unui set standardizat de elemente și tipuri de date în programele scrise în oricare dintre aceste limbi. Această abordare a IEC a fost criticată de mai multe ori, dar timpul a dovedit corectitudinea acestei decizii.

Implementarea unei astfel de abordări a făcut posibilă atragerea specialiștilor din diverse domenii de cunoaștere (și, care este deosebit de important, de calificări diverse) la programarea aceluiași PLC: programarea specialiștilor în automatizare cu releu (și chiar electricieni) în LD, specialiști în domeniul circuitelor cu semiconductor și control automat pentru care limbajul obișnuit este FBD, programatori cu programe de scriere experiență pentru computere în limbaj de asamblare (corespunde limbajului IL pentru PLC), în limbaje de nivel înalt (limbă ST), chiar și cele departe de Tehnologii de programare și-au primit instrumentul de programare - limbajul SFC.

Deși introducerea sistemelor de programare IEC nu a abandonat complet serviciile programatorilor profesioniști (totuși, acest obiectiv nu a fost stabilit), dar a redus cerințele de calificare și, în consecință, costul de plată pentru munca programatorilor PLC. Standardizarea limbilor a permis (cel puțin parțial) rezolvarea problemei dependenței utilizatorului PLC de un anumit producător.

Toate automatele automate sunt echipate cu instrumente de programare IEC 61131-3, care simplifică activitatea utilizatorilor de controler (puteți utiliza PLC-uri ale diferitelor companii, fără costuri de recalificare) și, în același timp, elimină o serie de probleme pentru producătorii de PLC (puteți utiliza componente PLC de la alți producători).

Standardul a extins semnificativ oportunitățile pe piața forței de muncă pentru un specialist în programarea PLC. La fel cum un mecanic auto cu un set standard de instrumente poate efectua repararea oricărei părți (cu excepția celor care nu sunt standard) a unei mașini a oricărei companii, un specialist care a studiat limbile IEC 61131-3 va putea să se ocupe de programul oricărui PLC modern. Acest lucru a făcut posibilă reducerea atât a dependenței companiei de specialistul în programare PLC, cât și a specialistului de companie.

Astăzi, poziția de lider pe piața sistemelor de programare IEC este Complexul CoDeSys Compania germană 3S-Smart Software Solutions GmbH. Este folosit de 190 de companii din întreaga lume, majoritatea acestor companii fiind producători de top de echipamente și / sau sisteme de automatizare industrială.

În Rusia, PLC-urile cu CoDeSys sunt bine cunoscute de specialiști; gama de produse fabricate sub controlul acestor PLC este uriașă CoDeSys include 5 editori specializați pentru fiecare dintre limbajele de programare standard:

• Lista de instrucțiuni (IL),

• Diagrame de bloc funcțional (FBD),

• Circuite de contact releu (LD),

• Text structurat (ST),

• Grafice funcționale secvențiale (SFC).

Editorii sunt susținuți de un număr mare de instrumente auxiliare care accelerează introducerea programului. Acestea sunt asistent de intrare, declarație automată a variabilelor, corecție inteligentă a intrării, evidențierea culorilor și controlul sintaxei în timpul intrării, scalării, plasarea automată și conectarea elementelor grafice.

Într-un singur proiect, puteți combina programe scrise în mai multe limbi IEC sau puteți utiliza unul dintre ele. Nu există cerințe speciale pentru alegerea unei limbi. Se datorează exclusiv preferințelor personale.

Cea mai populară limbă din Rusia este ST. Acesta este un limbaj text, care este un Pascal ușor adaptat. Al doilea limbaj grafic cel mai popular este FBD, urmat de LD. Pe lângă instrumentele de pregătire a programelor, CoDeSys include un depanator integrat, emulator, instrumente de vizualizare și gestionare a proiectelor, PLC și configuratori de rețea.

Întruparea unei alte idei neașteptate, generată colectiv de utilizatorii CoDeSys, a fost asocierea voluntară a producătorilor de PLC care sprijină CoDeSys în organizația non-profit CoDeSys Automation Alliance (CAA). Esența ideii este de a transforma producătorii de produse de automatizare industrială care sprijină CoDeSys în parteneri (pe cât posibil pe o piață concurențială) și de a neutraliza consecințele concurenței între producători pentru utilizatorii de PLC.

În loc să creeze în mod deliberat obstacole tehnice care împiedică utilizatorii să folosească cu ușurință produsele unei alte companii, membrii CAA iau în mod deliberat măsuri pentru a asigura compatibilitatea produselor lor.

Utilizatorul poate fi sigur că programul său de aplicație CoDeSys va funcționa în orice controlor al oricărei companii care este membru al CAA. Utilizatorul poate fi sigur că instrumentele pe care le folosesc (CoDeSys) au fost verificate de mii de utilizatori din întreaga lume. Utilizatorul poate discuta întotdeauna despre dificultățile sale și poate primi ajutor real dintr-o gamă largă de colegi care au experiență în rezolvarea unor astfel de probleme.

Brokarev A.Zh., Petrov I.V. Compania "PROLOGUE"