PLC programmēšanas valodas un CoDeSys automatizācijas programmatūras platforma

Kā piemēru ņemiet vienkāršāko uzdevumu: jums jāieslēdz spiediens 1 sekundi pēc tam, kad operators vienlaikus tur abas pogas nospiestā stāvoklī. Tādējādi mēs garantējam, ka abas operatora rokas ir aizņemtas, un dodam viņam laiku uzraudzīt mašīnas gatavību. Vienkāršākais risinājums ir savienot abu pogu kontaktus virknē un ievietot elektronisko releju ar taimeri. Ja taimeris ļauj pielāgot kavēšanās laiku, tad šāda shēma nodrošinās zināmu sistēmas elastību, bet ne pārāk augstu.

Visi papildu nosacījumi, piemēram, prasība kontrolēt pogu nospiešanas secību mūs nonāks sarežģītā situācijā - mēs būsim spiesti mainīt ķēdi, ieviešot papildu relejus. Tā nav sarežģīta problēma, ja šāda vajadzība rodas ārkārtīgi reti.

Bet konkurētspējīgas ražošanas apstākļos izšķirošs ir laiks, kas vajadzīgs jauna produkta ienākšanai tirgū, un tāpēc, runājot par elastīgu automatizētu ražošanu, aprīkojuma pielāgošana jāveic ātri, ar minimālām izmaksām.

Papildu problēma ir vadības sistēmas sarežģītības palielināšanās, attīstoties ražošanai un parādoties papildu funkcijām (darbības algoritma sarežģījumi).

Jebkurš automatizācijas speciālists saskārās arī ar problēmu vadības ierīces izveidošanu iekārtām tajā mācību priekšmetā, kuru viņš pietiekami labi nepārzina: ja nav skaidra problēmas izklāsta, jaunu apstākļu parādīšanās, ieviešot iekārtas, var padarīt neiespējamu veiksmīgu projekta īstenošanu.

Bija nepieciešams izveidot vadības ierīci, kuras darbības algoritmu varēja mainīt, nepārveidojot vadības sistēmas vadu shēmu, un rezultātā radās loģiska ideja vadības sistēmas aizstāt ar “cieto” darbības loģiku (releju, regulatoru, taimeru utt. Kopumu) automātika ar programmējamu darba loģiku. Tātad dzimis programmējamie loģiskie kontrolieri (PLC). Pirmo reizi PLC tika izmantoti Amerikas Savienotajās Valstīs, lai automatizētu montāžas līniju montāžu automobiļu rūpniecībā (1969).

Tā kā “programmējamā loģiskā kontroliera” definīcija bija “programmējama”, gandrīz uzreiz radās jautājums, kā ieprogrammēt PLC?

Tā laika datoru algoritmiskās programmēšanas valodas bija orientētas uz skaitļošanas problēmu risināšanu. Programmētāja profesija tika uzskatīta par ārkārtīgi retu un grūtu; nevienā ražošanas vietā šādu speciālistu nebija. Ideāls risinājums būtu automātiski pārveidot releju mašīnu shēmas PLC programmās.

Kāpēc ne? Tātad PLC parādījās releju-kontaktu ķēžu valoda (RCS vai LD angļu avotu kāpņu diagrammā). Tehnologs varēja “pārzīmēt” vadības shēmu uz PLC programmēšanas stacijas displeja. Dabiski, ka diagramma tika attēlota nevis grafiski, bet ar nosacītu simbolu palīdzību.

Piemēram, iepriekš aprakstīto uzdevumu var ieprogrammēt šādi:

Kreisajā un labajā pusē šādā programmā mēs redzam vertikālas jaudas kopnes, kas savienotas ar horizontālām ķēdēm. Ķēdes var sastāvēt no to kontaktiem un dažiem papildu elementiem (piemēram, taimera), kas savienoti paralēli vai virknē. Pa labi, katra ķēde beidzas ar releja spoli. Šī releja kontakti savukārt var būt citās ķēdēs. Tādējādi ir iespējams izgatavot diezgan sarežģītu shēmu, kas pēc funkcionalitātes būtu līdzīga reālai releja ķēdei.

Pirmās programmēšanas stacijas bija ļoti apjomīgas ierīces, kuras pārvadāja vairāki cilvēki. Neskatoties uz to, PLC sāka aktīvi aizstāt vēl apjomīgākus un, pats galvenais, releju automātikas skapjus ar “stingru” loģiku.

Fiziski PLC ir viens vai vairāki bloki, kuriem ir īpašs izeju un ieeju komplekts sensoru un izpildmehānismu savienošanai (sk. 1. att.).

Tās darbības loģika ir aprakstīta programmatūrā, un to veic iebūvētais mikroprocesors. Rezultātā tieši tie paši PLC var veikt pilnīgi atšķirīgas funkcijas. Lai mainītu darbības algoritmu, aparatūras izmaiņas nav vajadzīgas.

Att. 1. PLC darbības princips

Elektronikas attīstība ir izraisījusi satriecošu PLC miniatūru. Mūsdienās ir miniatūri programmējami kontrolieri, kas aprīkoti ar nelielu displeju un iebūvētām programmēšanas iespējām, šādus kontrolierus sauc par programmējamiem relejiem. Raksturīgi programmējamu releju uzdevumi ir ļoti vienkāršas vietējās sistēmas ar līdz pat ducim ieeju un vairākām jaudas releju izejām.

Rakstīt sarežģītāku programmu, izmantojot iebūvēto tālvadības pulti, nav viegli. Līdzīgi mēs mobilā tālruņa tastatūrā varam viegli ierakstīt SMS tekstu, taču pat vairāku teksta lappušu ievadīšana, nemaz nerunājot par lieliem apjomiem, šķiet problemātiska. Šim nolūkam ir personālie datori (PC), kas cilvēkiem nodrošina daudz ērtākus darba apstākļus.

Viens moderns PLC var aizstāt desmitiem regulatoru, simtiem taimeru un tūkstošiem releju. Izmantojot datoru, lai ieprogrammētu šādu sistēmu, nepavisam nav grūti. Mūsdienās dominējošais risinājums ir datora lietošana kā PLC programmēšanas stacija. Tas ne tikai vienkāršo programmēšanu, bet arī atrisina projektu arhivēšanas, dokumentācijas sagatavošanas, vizualizācijas un modelēšanas problēmas. Dators nodrošina ērtu universālu rīku vienkāršāko lokālo uzdevumu programmēšanai PLC, kā arī automātiskai procesa vadības sistēmai.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka, runājot par PLC programmēšanu, mēs vienmēr atgriežamies pie tā, kā padarīt šo procesu vienkāršu un ērtu cilvēkiem. Šķiet, ka reiz ieprogrammētais PLC darbosies gadiem ilgi un nav īpaši svarīgi, vai tā programma izskatīsies skaisti, galvenais, lai tā darbotos labi.

Diemžēl tas tā nav. Nepieciešamība mainīt programmu PLC rodas regulāri un negaidīti. Tāpēc tas jāraksta tā, lai jebkurš cilvēks, ne tikai tā autors, varētu ātri to saprast un ātri veikt nepieciešamos uzlabojumus. Teikt, ka programmas ir rakstītas PLC, nav pilnīgi pareizi.

Visas programmas ir rakstījis cilvēks, un tās ir domātas lasīšanai. Jebkuri programmēšanas rīki galu galā mikroprocesoram dod norādījumus tā mašīnu kodos. Viņam nav atšķirības, kādā valodā programma ir uzrakstīta.

Iepriekš minēts LD valoda tika izgudrots ASV releju automatizācijas periodā. PLC mode ieradās Eiropā nedaudz vēlāk, kad releju skapīši jau tika veiksmīgi aizstāti ar skapjiem ar loģiskās shēmas. Tāpēc radās vajadzība izgudrot citas programmēšanas valodas, kas saprotamas jaunai inženieru paaudzei.

Tātad Vācijā parādījās vienkāršu tekstu instrukciju valodas, kas atgādina montētāju (IL). Francijā grafika funkcionālās blokshēmas valodas (FBD) un augsta līmeņa diagrammas, kas apraksta pāreju posmus un apstākļus (grafiks, mūsdienu SFC). Tika izmantotas arī valodas, kas tika izmantotas datoru programmēšanai (Pascal, Basic). Septiņdesmito gadu beigās izveidojās ārkārtīgi sarežģīta situācija.

Katrs PLC ražotājs (ieskaitot PSRS) izstrādāja savu programmēšanas valodu, tāpēc dažādu ražotāju PLC nebija saderīgi ar programmatūru, turklāt radās aparatūras nesaderības problēma. PLC aizstāšana ar cita ražotāja produktu ir kļuvusi par milzīgu problēmu.PLC pircējs bija spiests izmantot tikai viena uzņēmuma produktus vai tērēt enerģiju dažādu valodu un naudas apgūšanai, lai iegādātos atbilstošus rīkus.

Tā rezultātā 1979. gadā Starptautiskās elektrotehnikas komisijas (IEC) ietvaros tika izveidota īpaša PLC problēmu risināšanas tehnisko ekspertu grupa. Viņai tika uzdots izstrādāt standarta prasības aparatūrai, programmatūrai, instalēšanai, testēšanai, dokumentācijai un PLC sakariem.

1982. gadā tika publicēta pirmā standarta versijas versija, kurai tika piešķirts nosaukums IEC 1131. Tā rezultātā iegūtā dokumenta sarežģītības dēļ tika nolemts sadalīt to vairākās daļās, standarta “PLC programmēšanas valodu” trešā daļa ir veltīta programmēšanas jautājumiem.

Tā kā IEC kopš 1997. gada ir pārslēdzies uz 5 ciparu apzīmējumiem, PLC programmēšanas valodām veltītās standarta daļas starptautiskās versijas pareizais nosaukums ir IEC 61131-3. IEC darba grupa pieņēma diezgan oriģinālu lēmumu. No visām dažādajām PLC programmēšanas valodām, kas pastāvēja standarta izstrādes laikā, tika identificētas 5 valodas, kuras tika plaši izmantotas.

Valodu specifikācijas tika pabeigtas, lai programmās, kas rakstītas kādā no šīm valodām, būtu iespējams izmantot standartizētu elementu un datu tipu kopu. Šī IEC pieeja ir ne reizi vien kritizēta, taču laiks ir pierādījis šī lēmuma pareizību.

Šādas pieejas ieviešana ļāva piesaistīt dažādu zināšanu jomu (un kas ir īpaši svarīgi, dažādu kvalifikāciju) speciālistus viena un tā paša PLC programmēšanai: releju automātikas speciālisti (un pat elektriķi), programmētāji LD, pusvadītāju ķēžu un automātiskās vadības jomas speciālisti, kuriem parastā valoda ir FBD, programmētāji ar pieredzi programmu rakstīšanā datoriem montāžas valodā (tas atbilst IL valodai PLC), augsta līmeņa valodās (ST valoda), pat tajās, kas tālu no Programmēšanas tehnologi ieguva savu programmēšanas rīku - SFC valodu.

Lai arī IEC programmēšanas sistēmu ieviešana pilnībā neatteicās no profesionālu programmētāju pakalpojumiem (tomēr šis mērķis netika izvirzīts), tomēr tas ļāva samazināt kvalifikācijas prasības un attiecīgi PLC programmētāju darbaspēka izmaksas. Valodu standartizācija ļāva (vismaz daļēji) atrisināt problēmu, kas saistīta ar PLC lietotāja atkarību no konkrēta ražotāja.

Visi mūsdienu PLC ir aprīkoti ar IEC 61131-3 programmēšanas rīkiem, kas vienkāršo kontrolieru lietotāju darbu (jūs varat izmantot dažādu uzņēmumu PLC bez pārkvalifikācijas izmaksām) un vienlaikus novērš vairākas PLC ražotāju problēmas (varat izmantot citu ražotāju PLC komponentus).

Standarts ir ievērojami paplašinājis PLC programmēšanas speciālista iespējas darba tirgū. Tāpat kā automehāniķis ar standarta instrumentu komplektu var veikt jebkura uzņēmuma mašīnu jebkuras daļas (izņemot nestandarta) remontu, speciālists, kurš ir apguvis IEC 61131-3 valodas, varēs izdomāt jebkura mūsdienu PLC programmu. Tas ļāva samazināt gan uzņēmuma atkarību no PLC programmēšanas speciālista, gan speciālista atkarību no uzņēmuma.

Mūsdienās vadošā pozīcija IEC programmēšanas sistēmu tirgū ir CoDeSys komplekss Vācu uzņēmums 3S-Smart Software Solutions GmbH. To izmanto 190 uzņēmumi visā pasaulē, vairums no šiem uzņēmumiem ir vadošie iekārtu un / vai rūpniecisko automatizācijas sistēmu ražotāji.

Krievijā PLC ar CoDeSys ir labi zināmi speciālistiem; produktu klāsts, ko ražo šo PLC kontrolē, ir milzīgs. CoDeSys ietver 5 specializētus redaktorus katrai no standarta programmēšanas valodām:

• Instrukciju saraksts (IL),

• Funkcionālās bloķēšanas diagrammas (FBD),

• Releju kontaktu shēmas (LD),

• Strukturēts teksts (ST),

• Secīgās funkciju diagrammas (SFC).

Redaktorus atbalsta liels skaits palīginstrumentu, kas paātrina programmas ievadi. Tie ir ievades palīgs, automātiska mainīgo deklarēšana, inteliģenta ievades korekcija, krāsu izcelšana un sintakse kontrole ievades laikā, mērogošana, automātiska izvietošana un grafisko elementu savienošana.

Vienā projektā jūs varat apvienot programmas, kas rakstītas vairākās IEC valodās, vai izmantot vienu no tām. Valodas izvēlei nav īpašu prasību. Tas ir saistīts tikai ar personīgajām vēlmēm.

Vispopulārākā valoda Krievijā ir ST. Šī ir teksta valoda, kas ir nedaudz pielāgota Paskāla. Otra populārākā grafiskā valoda ir FBD, kurai seko LD. Papildus programmu sagatavošanas rīkiem CoDeSys ietver integrētu atkļūdotāju, emulatoru, vizualizācijas un projektu pārvaldības rīkus, PLC un tīkla konfigurētājus.

Citas negaidītas idejas iemiesojums, ko kopīgi ģenerēja CoDeSys lietotāji, bija PLC ražotāju brīvprātīga asociācija, kas atbalstīja CoDeSys bezpeļņas organizācijā CoDeSys Automation Alliance (CAA). Ideja ir pārvērst rūpnieciskās automatizācijas produktu ražotājus, kas atbalsta CoDeSys, par partneriem (cik vien iespējams konkurences tirgū) un neitralizēt ražotāju konkurences ietekmi uz PLC lietotājiem.

Tā vietā, lai apzināti radītu tehniskus šķēršļus, kas neļauj lietotājiem viegli izmantot cita uzņēmuma produktus, CAA locekļi apzināti veic pasākumus, lai nodrošinātu savu produktu savietojamību.

Lietotājs var būt pārliecināts, ka viņa CoDeSys lietojumprogramma darbosies jebkura uzņēmuma kontrolierī, kurš ir CAA loceklis. Lietotājs var būt drošs, ka viņu izmantotie rīki (CoDeSys) ir pārbaudījuši tūkstošiem lietotāju visā pasaulē. Lietotājs vienmēr var apspriest savas grūtības un saņemt reālu palīdzību no plaša kolēģu loka, kuriem ir pieredze šādu problēmu risināšanā.

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