Języki programowania PLC i platforma oprogramowania do automatyzacji CoDeSys

Weźmy najprostszy przykład: musisz włączyć prasę 1 sekundę po tym, jak operator jednocześnie przytrzyma dwa przyciski w stanie wciśniętym. W ten sposób gwarantujemy, że obie ręce operatora są zajęte i dajemy mu czas na monitorowanie gotowości maszyny. Najprostszym rozwiązaniem jest połączenie styków obu przycisków szeregowo i umieszczenie przekaźnika elektronicznego z zegarem. Jeśli zegar pozwala na dostosowanie czasu opóźnienia, taki schemat zapewni pewną elastyczność systemu, ale nie będzie zbyt wysoki.

Wszelkie dodatkowe warunki, na przykład wymóg kontroli sekwencji naciśnięć przycisków, postawią nas w trudnej sytuacji - będziemy zmuszeni zmienić obwód poprzez wprowadzenie dodatkowych przekaźników. Nie jest to trudny problem, pod warunkiem, że taka potrzeba pojawia się niezwykle rzadko.

Jednak w warunkach konkurencyjnej produkcji czas potrzebny na wejście nowego produktu na rynek ma kluczowe znaczenie, dlatego w przypadku elastycznej produkcji zautomatyzowanej dostosowanie sprzętu musi zostać przeprowadzone szybko, przy minimalnych kosztach.

Dodatkowym problemem jest wzrost złożoności systemu sterowania wraz z rozwojem produkcji i pojawieniem się dodatkowych funkcji (komplikacje algorytmu działania).

Każdy specjalista od automatyzacji napotkał także problem budowy systemu sterowania urządzeniami w tej dziedzinie, której nie zna wystarczająco dobrze: brak wyraźnego wyjaśnienia problemu, pojawienie się nowych warunków w miarę wprowadzania sprzętu może uniemożliwić pomyślną realizację projektu.

Konieczne było stworzenie urządzenia sterującego, którego algorytm działania można by zmienić bez ponawiania schematu elektrycznego układu sterowania, w wyniku czego powstał logiczny pomysł zastąpienia układów sterowania „twardą” logiką działania (zestaw przekaźników, regulatorów, timerów itp.) Przez automaty z programowalną logiką pracy. Tak urodzony programowalne sterowniki logiczne (PLC). Po raz pierwszy sterowniki PLC zostały wykorzystane w USA do automatyzacji produkcji montażowej linii montażowej w przemyśle motoryzacyjnym (1969).

Ponieważ definicja „programowalnego sterownika logicznego” była „programowalna”, niemal natychmiast pojawiło się pytanie, jak zaprogramować PLC?

Algorytmiczne języki programowania ówczesnych komputerów były zorientowane na rozwiązywanie problemów obliczeniowych. Zawód programisty uznano za niezwykle rzadki i trudny; w żadnym zakładzie produkcyjnym nie było takich specjalistów. Idealną opcją byłoby automatyczne tłumaczenie schematów obwodów maszyn przekaźnikowych na programy PLC.

Dlaczego nie Więc w PLC pojawił się język obwodów styków przekaźnikowych (RCS lub LD w źródłach angielskich Schemat drabinkowy). Technolog może „przerysować” obwód sterowania na wyświetlaczu stacji programującej PLC. Oczywiście schemat został przedstawiony nie graficznie, ale za pomocą symboli warunkowych.

Na przykład wyżej opisane zadanie można zaprogramować w następujący sposób:

Po lewej i po prawej stronie w takim programie widzimy pionowe szyny zasilające połączone obwodami poziomymi. Obwody mogą składać się z ich styków i niektórych dodatkowych elementów (na przykład timera) połączonych równolegle lub szeregowo. Po prawej każdy obwód kończy się cewką przekaźnika. Styki tego przekaźnika mogą z kolei występować w innych obwodach. W ten sposób możliwe jest wykonanie dość złożonego obwodu podobnego funkcjonalnie do prawdziwego obwodu przekaźnika.

Pierwsze stacje programujące były bardzo nieporęcznymi urządzeniami transportowanymi przez kilka osób. Niemniej jednak sterowniki PLC zaczęły aktywnie zastępować jeszcze bardziej nieporęczne i, co najważniejsze, przekaźniki szaf automatyki „sztywną” logiką.

Fizycznie PLC to jeden lub więcej bloków posiadających określony zestaw wyjść i wejść do podłączenia czujników i elementów wykonawczych (patrz ryc. 1).

Logika jego działania jest opisana w oprogramowaniu i jest realizowana przez wbudowany mikroprocesor. W rezultacie dokładnie te same sterowniki PLC mogą wykonywać całkowicie różne funkcje. Aby zmienić algorytm działania, nie są wymagane żadne zmiany sprzętowe.

Ryc. 1. Zasada działania sterownika PLC

Rozwój elektroniki doprowadził do oszałamiającej miniaturyzacji sterowników PLC. Obecnie istnieją miniaturowe sterowniki programowalne wyposażone w mały wyświetlacz i wbudowane funkcje programowania, takie sterowniki nazywane są przekaźnikami programowalnymi. Typowe zadania przekaźników programowalnych to bardzo proste systemy lokalne posiadające do kilkunastu wejść i kilka wyjść przekaźników mocy.

Pisanie bardziej złożonego programu za pomocą wbudowanego pilota nie jest łatwe. Podobnie możemy z łatwością pisać SMS-y na klawiaturze telefonu komórkowego, ale nawet wprowadzenie kilku stron tekstu, nie wspominając o dużych objętościach, wydaje się problematyczne. W tym celu istnieją komputery osobiste (PC), które zapewniają ludziom znacznie bardziej komfortowe warunki pracy.

Jeden nowoczesny sterownik PLC może zastąpić dziesiątki regulatorów, setki timerów i tysiące przekaźników. Używanie komputera do programowania takiego systemu wcale nie jest trudne. Wykorzystanie PC jako stacji programowania PLC jest obecnie dominującym rozwiązaniem. To nie tylko upraszcza programowanie, ale także rozwiązuje problemy archiwizacji projektów, przygotowywania dokumentacji, wizualizacji i modelowania. Komputer stanowi wygodne uniwersalne narzędzie do programowania najprostszych zadań lokalnych w sterowniku PLC, a także do automatycznego systemu kontroli procesu.

Pamiętaj, że mówiąc o programowaniu PLC, zawsze wracamy do tego, jak uczynić ten proces prostym i wygodnym dla ludzi. Wydaje się, że gdy zaprogramowany PLC będzie działał przez lata i nie jest bardzo ważne, czy jego program będzie wyglądał pięknie, najważniejsze jest to, że działa dobrze.

Niestety tak nie jest. Konieczność zmiany programu w PLC pojawia się regularnie i nieoczekiwanie. Dlatego należy go napisać, aby każda osoba, nie tylko jego autor, mogła go szybko zrozumieć i szybko wprowadzić niezbędne ulepszenia. Stwierdzenie, że programy są napisane dla PLC, nie jest całkowicie poprawne.

Wszystkie programy są pisane przez człowieka i przeznaczone są do czytania przez ludzi. Wszelkie narzędzia programistyczne ostatecznie podają instrukcje mikroprocesora w swoich kodach maszynowych. Nie ma dla niego różnicy w języku, w którym napisany jest program.

Wspomniano powyżej Język LD został wynaleziony w USA w okresie automatyzacji przekaźników. Moda na sterowniki PLC pojawiła się w Europie nieco później, kiedy szafy przekaźnikowe zostały już z powodzeniem zastąpione szafami z obwodami logicznymi. Dlatego pojawiła się potrzeba opracowania innych języków programowania zrozumiałych dla nowej generacji inżynierów.

Tak więc w Niemczech pojawiły się języki prostych instrukcji tekstowych przypominających asembler (IL). We Francji grafika funkcjonalne języki schematów blokowych (FBD) oraz diagramy wysokiego poziomu opisujące etapy i warunki przejść (Graphset, nowoczesny SFC). Użyto także języków używanych do programowania komputerów (Pascal, Basic). Pod koniec lat siedemdziesiątych rozwinęła się niezwykle trudna sytuacja.

Każdy producent PLC (w tym w ZSRR) opracował własny język programowania, dlatego sterowniki PLC różnych producentów były niekompatybilne z oprogramowaniem, a ponadto pojawił się problem niekompatybilności sprzętowej. Zastąpienie sterownika PLC produktem innego producenta stało się ogromnym problemem.Nabywca PLC był zmuszony korzystać z produktów tylko jednej firmy lub wydawać energię na naukę różnych języków i pieniądze na zakup odpowiednich narzędzi.

W rezultacie w 1979 r. W ramach Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) utworzono specjalną grupę ekspertów technicznych ds. Problemów ze sterownikami PLC. Zadaniem jej było opracowanie standardowych wymagań dotyczących sprzętu, oprogramowania, zasad instalacji, testowania, dokumentacji i komunikacji PLC.

W 1982 r. Opublikowano pierwszą szkicową wersję normy, która otrzymała nazwę IEC 1131. Ze względu na złożoność powstałego dokumentu postanowiono podzielić ją na kilka części, trzecia część standardowego „Języków programowania PLC” poświęcona jest zagadnieniom programowania.

Ponieważ IEC zmieniła się na 5 notacji cyfrowych od 1997 r., Prawidłowa nazwa międzynarodowej wersji części normy poświęconej językom programowania PLC to IEC 61131-3. Grupa robocza IEC podjęła dość oryginalną decyzję. Z całej gamy języków programowania PLC, które istniały w momencie opracowywania standardu, zidentyfikowano 5 najczęściej używanych języków.

Specyfikacje językowe zostały sfinalizowane, dzięki czemu stało się możliwe stosowanie standardowego zestawu elementów i typów danych w programach napisanych w dowolnym z tych języków. Takie podejście IEC zostało wielokrotnie skrytykowane, ale czas udowodnił słuszność tej decyzji.

Wdrożenie takiego podejścia umożliwiło przyciągnięcie specjalistów z różnych dziedzin wiedzy (i, co jest szczególnie ważne, o różnych kwalifikacjach) do programowania tego samego sterownika PLC: specjalistów od automatyzacji przekaźników (a nawet elektryków), programistów w LD, specjalistów w dziedzinie obwodów półprzewodnikowych i sterowania automatycznego, dla których zwykłym językiem jest FBD, programiści z doświadczeniem w pisaniu programów dla komputerów w języku asemblera (odpowiada to językowi IL dla sterowników PLC), w językach wysokiego poziomu (język ST), nawet tych dalekich od Technologowie programowania otrzymali swoje narzędzie programistyczne - język SFC.

Wprawdzie wprowadzenie systemów programowania IEC nie całkowicie zrezygnowało z usług profesjonalnych programistów (jednak ten cel nie został ustalony), ale pozwoliło zmniejszyć wymagania kwalifikacyjne, a tym samym koszty pracy programistów PLC. Standaryzacja języków pozwoliła (przynajmniej częściowo) rozwiązać problem zależności użytkownika PLC od konkretnego producenta.

Wszystkie nowoczesne sterowniki PLC są wyposażone w narzędzia programistyczne IEC 61131-3, co upraszcza pracę użytkowników kontrolerów (można używać sterowników PLC różnych firm bez ponoszenia kosztów przekwalifikowania), a jednocześnie usuwa szereg problemów dla producentów sterowników PLC (można używać komponentów PLC innych producentów).

Standard znacznie rozszerzył możliwości na rynku pracy dla specjalisty w zakresie programowania sterowników PLC. Podobnie jak auto mechanik ze standardowym zestawem narzędzi może podjąć się naprawy dowolnej części (z wyjątkiem niestandardowej) maszyny dowolnej firmy, specjalista, który studiował języki IEC 61131-3, będzie w stanie opracować program każdego nowoczesnego sterownika PLC. Umożliwiło to zmniejszenie zarówno zależności firmy od specjalisty ds. Programowania PLC, jak i specjalisty od firmy.

Obecnie wiodącą pozycją na rynku systemów programowania IEC jest Kompleks CoDeSys Niemiecka firma 3S-Smart Software Solutions GmbH. Jest używany przez 190 firm na całym świecie, większość z nich to wiodący producenci urządzeń i / lub systemów automatyki przemysłowej.

W Rosji sterowniki PLC z CoDeSys są dobrze znane specjalistom, zakres produktów wytwarzanych pod kontrolą tych sterowników PLC jest ogromny. CoDeSys zawiera 5 specjalistycznych edytorów dla każdego standardowego języka programowania:

• Lista instrukcji (IL),

• Schematy bloków funkcjonalnych (FBD),

• Obwody kontaktowe przekaźnika (LD),

• Tekst strukturalny (ST),

• Wykresy funkcji sekwencyjnych (SFC).

Edytory są obsługiwane przez wiele dodatkowych narzędzi, które przyspieszają wprowadzanie programu. Są to asystent wprowadzania, automatyczna deklaracja zmiennych, inteligentna korekta wprowadzania, podświetlanie kolorów i kontrola składni podczas wprowadzania, skalowania, automatycznego umieszczania i łączenia elementów graficznych.

W jednym projekcie możesz łączyć programy napisane w kilku językach IEC lub użyć jednego z nich. Nie ma specjalnych wymagań dotyczących wyboru języka. Wynika to wyłącznie z osobistych preferencji.

Najpopularniejszym językiem w Rosji jest ST. Jest to język tekstowy, którym jest nieco dostosowany Pascal. Drugim najpopularniejszym językiem graficznym jest FBD, a następnie LD. Oprócz narzędzi do przygotowania programu, CoDeSys zawiera zintegrowany debugger, emulator, narzędzia do wizualizacji i zarządzania projektami, sterowniki PLC i konfiguratory sieci.

Wcieleniem innego nieoczekiwanego pomysłu, wspólnie wygenerowanego przez użytkowników CoDeSys, było dobrowolne stowarzyszenie producentów PLC wspierających CoDeSys w organizacji non-profit CoDeSys Automation Alliance (CAA). Chodzi o to, aby zmienić producentów produktów automatyki przemysłowej, którzy wspierają CoDeSys, w partnerów (jak najwięcej na konkurencyjnym rynku) i zneutralizować wpływ konkurencji między producentami na użytkowników PLC.

Zamiast celowo tworzyć przeszkody techniczne, które uniemożliwiają użytkownikom łatwe korzystanie z produktów innej firmy, członkowie CAA celowo podejmują środki w celu zapewnienia zgodności swoich produktów.

Użytkownik może mieć pewność, że jego aplikacja CoDeSys będzie działać w dowolnym kontrolerze dowolnej firmy, która jest członkiem CAA. Użytkownik może mieć pewność, że używane przez niego narzędzia (CoDeSys) zostały zweryfikowane przez tysiące użytkowników na całym świecie. Użytkownik może zawsze omawiać swoje trudności i uzyskać prawdziwą pomoc od szerokiego grona współpracowników, którzy mają doświadczenie w rozwiązywaniu takich problemów.

Brokarev A.Zh., Petrov I.V. Firma „PROLOG”