Langages de programmation PLC et plate-forme logicielle d'automatisation CoDeSys

Prenons l'exemple le plus simple: vous devez allumer la presse 1 seconde après que l'opérateur a simultanément maintenu les deux boutons à l'état enfoncé. Ainsi, nous garantissons que les deux mains de l'opérateur sont occupées et lui donnons le temps de surveiller l'état de préparation de la machine. La solution la plus simple est de connecter les contacts des deux boutons en série et de mettre un relais électronique avec une minuterie. Si le temporisateur permet de régler le temps de retard, un tel schéma fournira une certaine flexibilité du système, mais pas trop élevé.

Toute condition supplémentaire, par exemple, l'exigence de contrôler la séquence d'appuis sur les boutons nous mettra dans une situation difficile - nous serons obligés de changer le circuit en introduisant des relais supplémentaires. Ce n'est pas un problème difficile, à condition qu'un tel besoin se présente extrêmement rarement.

Mais dans des conditions de production compétitive, le temps nécessaire à un nouveau produit pour entrer sur le marché est crucial et, par conséquent, lorsqu'il s'agit d'une production automatisée flexible, le réajustement de l'équipement doit être effectué rapidement, avec des coûts minimes.

Un problème supplémentaire est l'augmentation de la complexité du système de contrôle à mesure que la production se développe et que des fonctions supplémentaires apparaissent (complications de l'algorithme de fonctionnement).

Tout spécialiste de l'automatisation a également été confronté au problème de la construction d'un système de contrôle des équipements dans ce domaine qu'il ne connaît pas suffisamment: l'absence de déclaration claire du problème, l'émergence de nouvelles conditions à mesure que l'équipement est introduit, peuvent rendre impossible la réussite de la mise en œuvre d'un projet.

Il était nécessaire de créer un dispositif de contrôle dont l'algorithme de fonctionnement pourrait être modifié sans refaire le schéma de câblage du système de contrôle, et en conséquence, une idée logique est née pour remplacer les systèmes de contrôle par une logique de fonctionnement «dure» (un ensemble de relais, régulateurs, minuteries, etc.) par automates à logique de travail programmable. Si né contrôleurs logiques programmables (API). Pour la première fois, des automates ont été utilisés aux États-Unis pour automatiser la production d'assemblages de chaînes de montage dans l'industrie automobile (1969).

La définition de «contrôleur logique programmable» étant «programmable», la question se pose presque immédiatement, comment programmer l'automate?

Les langages de programmation algorithmique des ordinateurs de cette époque étaient orientés vers la résolution de problèmes informatiques. La profession de programmeur était considérée comme extrêmement rare et difficile; il n'y avait pas de tels spécialistes sur aucun site de production. Une option idéale serait de traduire automatiquement les schémas de circuits des machines relais en programmes PLC.

Pourquoi pas? Donc, dans le PLC est apparu langue des circuits relais-contact (RCS ou LD dans le schéma à contacts des sources anglaises). Le technologue pourrait «redessiner» le circuit de commande sur l'écran de la station de programmation PLC. Naturellement, le diagramme n'a pas été représenté graphiquement mais au moyen de symboles conditionnels.

Par exemple, la tâche décrite ci-dessus pourrait être programmée comme suit:

À gauche et à droite dans un tel programme, nous voyons des bus d'alimentation verticaux connectés par des circuits horizontaux. Les circuits peuvent être constitués de leurs contacts et de certains éléments supplémentaires (par exemple, une minuterie) connectés en parallèle ou en série. A droite, chaque circuit se termine par une bobine relais. Les contacts de ce relais peuvent à leur tour être présents dans d'autres circuits. Ainsi, il est possible de réaliser un circuit assez complexe de fonctionnalités similaires à un circuit relais réel.

Les premières stations de programmation étaient des appareils très encombrants transportés par plusieurs personnes. Néanmoins, les API ont commencé à remplacer activement des armoires d'automatisation encore plus encombrantes et, surtout, à relais par une logique «rigide».

Physiquement, un API est une ou plusieurs unités ayant un ensemble spécifique de sorties et d'entrées pour connecter des capteurs et des actionneurs (voir Fig. 1).

La logique de son fonctionnement est décrite dans le logiciel et est effectuée par le microprocesseur intégré. En conséquence, exactement les mêmes automates peuvent exécuter des fonctions complètement différentes. Pour modifier l'algorithme de fonctionnement, aucune modification matérielle n'est requise.

Fig. 1. Le principe de fonctionnement de l'automate

Le développement de l'électronique a conduit à l'étonnante miniaturisation des automates. Aujourd'hui, il existe des contrôleurs programmables miniatures équipés d'un petit écran et de capacités de programmation intégrées, ces contrôleurs sont appelés relais programmables. Les tâches typiques des relais programmables sont des systèmes locaux très simples ayant jusqu'à une douzaine d'entrées et plusieurs sorties de relais de puissance.

L'écriture d'un programme plus complexe à l'aide de la télécommande intégrée n'est pas facile. De même, on peut facilement taper du texte SMS sur le clavier d'un téléphone portable, mais même saisir plusieurs pages de texte, sans parler des gros volumes, semble problématique. Pour cela, il existe des ordinateurs personnels (PC) qui offrent des conditions de travail beaucoup plus confortables aux personnes.

Un automate moderne peut remplacer des dizaines de régulateurs, des centaines de temporisateurs et des milliers de relais. L'utilisation d'un PC pour programmer un tel système n'est pas du tout difficile. L'utilisation de PC comme station de programmation PLC est la solution dominante aujourd'hui. Cela simplifie non seulement la programmation, mais résout également les problèmes d'archivage des projets, de préparation de la documentation, de visualisation et de modélisation. L'ordinateur fournit un outil universel pratique pour programmer les tâches locales les plus simples sur un automate, ainsi que pour les systèmes de contrôle de processus.

Veuillez noter que lorsque nous parlons de programmation API, nous revenons toujours à la façon de rendre ce processus simple et pratique pour les humains. Il semblerait qu'une fois qu'un automate programmé fonctionnera pendant des années et qu'il ne soit pas très important que son programme soit beau, l'essentiel est qu'il fonctionne bien.

Ce n'est malheureusement pas le cas. La nécessité de modifier le programme dans l'automate se produit régulièrement, parfois de manière inattendue. Par conséquent, il doit être rédigé de sorte que toute personne, et pas seulement son auteur, puisse rapidement le comprendre et apporter rapidement les améliorations nécessaires. Dire que les programmes sont écrits pour l'automate n'est pas tout à fait correct.

Tous les programmes sont écrits par l'homme et sont destinés à la lecture humaine. Tout outil de programmation donne finalement au microprocesseur des instructions dans ses codes machine. Il n'y a aucune différence pour lui dans la langue dans laquelle le programme est écrit.

Mentionné ci-dessus Langage LD a été inventé aux États-Unis pendant la période d'automatisation des relais. La mode des automates est arrivée en Europe un peu plus tard, lorsque les armoires relais étaient déjà remplacées avec succès par des armoires à circuits logiques. Par conséquent, le besoin s'est fait sentir d'inventer d'autres langages de programmation compréhensibles par une nouvelle génération d'ingénieurs.

Ainsi, en Allemagne, des langues d'instructions de texte simples ressemblant à l'assembleur (IL) sont apparues. En France, le graphisme langages de diagramme fonctionnel (FBD) et des diagrammes de haut niveau décrivant les étapes et les conditions des transitions (Graphset, SFC moderne). Les langages utilisés pour la programmation des ordinateurs (Pascal, Basic) ont également été utilisés. À la fin des années 70, une situation extrêmement difficile s'est développée.

Chaque fabricant d'automates (y compris en URSS) a développé son propre langage de programmation, donc les automates de différents fabricants étaient incompatibles avec les logiciels, en plus il y avait un problème d'incompatibilité matérielle. Le remplacement d'un API par un produit d'un autre fabricant est devenu un énorme problème.L'acheteur de PLC a été contraint d'utiliser les produits d'une seule entreprise ou de consacrer de l'énergie à l'apprentissage de différents langages et moyens pour l'acquisition d'outils appropriés.

En conséquence, en 1979, dans le cadre de la Commission électrotechnique internationale (CEI), un groupe spécial d'experts techniques sur les problèmes de PLC a été créé. Elle a été chargée de développer des exigences standard pour le matériel, les logiciels, les règles d'installation, les tests, la documentation et les communications PLC.

En 1982, le premier projet de version de la norme a été publié, qui a reçu le nom CEI 1131. En raison de la complexité du document résultant, il a été décidé de le diviser en plusieurs parties, la troisième partie de la norme "Langages de programmation PLC" est consacrée aux questions de programmation.

La CEI étant passée à 5 notations numériques depuis 1997, le nom correct pour la version internationale de la partie de la norme consacrée aux langages de programmation API est la CEI 61131-3. Le groupe de travail de la CEI a pris une décision assez originale. Parmi l'ensemble des langages de programmation PLC existant au moment de l'élaboration de la norme, 5 langages les plus utilisés ont été identifiés.

Les spécifications linguistiques ont été finalisées de sorte qu'il est devenu possible d'utiliser un ensemble normalisé d'éléments et de types de données dans des programmes écrits dans l'une de ces langues. Cette approche de la CEI a été critiquée plus d'une fois, mais le temps a prouvé la justesse de cette décision.

La mise en œuvre d'une telle approche a permis d'attirer des spécialistes de divers domaines de connaissances (et, ce qui est particulièrement important, de qualifications diverses) à programmer le même automate: spécialistes de l'automatisation des relais (et même des électriciens) programmant en LD, spécialistes du domaine des circuits semi-conducteurs et de la commande automatique pour qui le langage habituel est le FBD, des programmeurs ayant de l'expérience dans l'écriture de programmes pour ordinateurs en langage assembleur (il correspond au langage IL pour les automates), dans des langages de haut niveau (langage ST), même ceux loin de Les technologues en programmation ont obtenu leur outil de programmation - le langage SFC.

Bien que l'introduction des systèmes de programmation CEI n'ait pas complètement abandonné les services de programmeurs professionnels (cependant, cet objectif n'était pas fixé), mais cela a permis de réduire les exigences de qualification et, par conséquent, le coût de la main-d'œuvre pour les programmeurs PLC. La standardisation des langages a permis (au moins partiellement) de résoudre le problème de la dépendance de l'utilisateur de l'automate à un fabricant spécifique.

Tous les automates modernes sont équipés d'outils de programmation CEI 61131-3, ce qui simplifie le travail des utilisateurs de contrôleurs (vous pouvez utiliser des automates de diverses sociétés sans frais de recyclage) et en même temps élimine un certain nombre de problèmes pour les fabricants d'automates (vous pouvez utiliser des composants d'automate d'autres fabricants).

La norme a considérablement élargi les opportunités sur le marché du travail pour un spécialiste de la programmation PLC. Tout comme un mécanicien automobile avec un ensemble d'outils standard peut entreprendre la réparation de n'importe quelle partie (sauf non standard) d'une machine de n'importe quelle entreprise, un spécialiste qui a étudié les langages de la CEI 61131-3 sera en mesure de comprendre le programme de tout automate moderne. Cela a permis de réduire à la fois la dépendance de l'entreprise vis-à-vis du spécialiste de la programmation PLC et celle du spécialiste vis-à-vis de l'entreprise.

Aujourd'hui, la position de leader sur le marché des systèmes de programmation IEC est Complexe CoDeSys Société allemande 3S-Smart Software Solutions GmbH. Il est utilisé par 190 entreprises dans le monde, la plupart de ces entreprises sont des fabricants leaders d'équipements et / ou de systèmes d'automatisation industrielle.

En Russie, les automates programmables avec CoDeSys sont bien connus des spécialistes, la gamme de produits fabriqués sous le contrôle de ces automates est vaste. CoDeSys comprend 5 éditeurs spécialisés pour chacun des langages de programmation standard:

• Liste d'instructions (IL),

• Schémas fonctionnels (FBD),

• Circuits de contact relais (LD),

• Texte structuré (ST),

• Cartes de fonctions séquentielles (SFC).

Les éditeurs sont pris en charge par un grand nombre d'outils auxiliaires qui accélèrent la saisie des programmes. Il s'agit de l'assistant de saisie, de la déclaration automatique des variables, de la correction intelligente de la saisie, de la mise en évidence des couleurs et du contrôle de la syntaxe lors de la saisie, de la mise à l'échelle, du placement automatique et de la connexion des éléments graphiques.

Dans un projet, vous pouvez combiner des programmes écrits dans plusieurs langages CEI ou utiliser l'un d'eux. Il n'y a pas d'exigences particulières pour choisir une langue. Cela est uniquement dû à des préférences personnelles.

La langue la plus populaire en Russie est le ST. Il s'agit d'un langage texte, qui est un Pascal légèrement adapté. Le deuxième langage graphique le plus populaire est le FBD, suivi du LD. En plus des outils de préparation de programme, CoDeSys comprend un débogueur intégré, un émulateur, des outils de visualisation et de gestion de projet, des automates programmables et des configurateurs de réseau.

L'incarnation d'une autre idée inattendue, générée collectivement par les utilisateurs de CoDeSys, était l'association volontaire des fabricants de PLC soutenant CoDeSys dans l'organisation à but non lucratif CoDeSys Automation Alliance (CAA). L'idée est de transformer les fabricants de produits d'automatisation industrielle soutenant CoDeSys en partenaires (dans la mesure du possible sur un marché concurrentiel) et de neutraliser les conséquences de la concurrence entre fabricants pour les utilisateurs d'automates.

Au lieu de créer délibérément des obstacles techniques qui empêchent les utilisateurs d'utiliser facilement les produits d'une autre entreprise, les membres de la CAA prennent délibérément des mesures pour assurer la compatibilité de leurs produits.

L'utilisateur peut être sûr que son programme d'application CoDeSys fonctionnera dans n'importe quel contrôleur d'une entreprise membre de CAA. L'utilisateur peut être sûr que les outils qu'il utilise (CoDeSys) ont été vérifiés par des milliers d'utilisateurs à travers le monde. L'utilisateur peut toujours discuter de ses difficultés et obtenir une aide réelle d'un large éventail de collègues qui ont de l'expérience dans la résolution de tels problèmes.

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