Programovací jazyky PLC a automatizační softwarová platforma CoDeSys

Jako příklad vezměte nejjednodušší úkol: musíte stisknout 1 sekundu poté, co operátor současně drží dvě tlačítka ve stlačeném stavu. Zaručujeme tedy, že obě ruce obsluhy jsou zaneprázdněny a dáváme mu čas na sledování připravenosti stroje. Nejjednodušším řešením je spojit kontakty obou tlačítek do série a dát elektronické relé s časovačem. Pokud časovač umožňuje nastavení doby zpoždění, pak takové schéma poskytne určitou flexibilitu systému, ale ne příliš vysokou.

Jakékoli další podmínky, například požadavek na kontrolu posloupnosti stisknutí tlačítek, nás dostanou do obtížné situace - budeme nuceni změnit obvod zavedením dalších relé. Toto není obtížný problém za předpokladu, že taková potřeba vyvstává velmi zřídka.

Avšak v podmínkách konkurenceschopné výroby je doba potřebná pro vstup nového výrobku na trh rozhodující, a proto pokud jde o flexibilní automatizovanou výrobu, musí být nastavení zařízení provedeno rychle, s minimálními náklady.

Dalším problémem je zvyšování složitosti řídicího systému při vývoji výroby a objevování dalších funkcí (komplikace operačního algoritmu).

Kterýkoli odborník na automatizaci také čelil problému vybudování řídicího systému pro zařízení v dané oblasti, které není dostatečně obeznámen: nedostatek jasného prohlášení o problému, vznik nových podmínek při zavedení zařízení může znemožnit úspěšnou realizaci projektu.

Bylo nutné vytvořit řídicí zařízení, jehož operační algoritmus by mohl být změněn bez opakování schématu zapojení řídicího systému, a v důsledku toho vznikla logická myšlenka nahradit řídicí systémy „tvrdou“ logikou provozu (sadou relé, regulátorů, časovačů atd.) automaty s programovatelnou logikou práce. Tak narozený programovatelné logické regulátory (PLC). Poprvé byly PLC použity ve Spojených státech k automatizaci výroby montážní linky v automobilovém průmyslu (1969).

Protože definice „programovatelného logického kontroléru“ byla „programovatelná“, vyvstala otázka téměř okamžitě, jak programovat PLC?

Algoritmické programovací jazyky počítačů té doby byly orientovány na řešení výpočetních problémů. Povolání programátora bylo považováno za mimořádně vzácné a obtížné, na žádném místě výroby nebyli žádní takoví odborníci. Ideální možností by bylo automatické převedení obvodových schémat reléových strojů do programů PLC.

Proč ne? Takže v PLC se objevil jazyk reléových kontaktních obvodů (RCS nebo LD ve zdrojích anglického žebříčku). Technolog by mohl „překreslit“ řídicí obvod na displeji programovací stanice PLC. Schéma bylo přirozeně znázorněno nikoli graficky, ale pomocí podmíněných symbolů.

Například výše popsaná úloha může být naprogramována následovně:

Vlevo a vpravo v takovém programu vidíme vertikální energetické sběrnice spojené horizontálními obvody. Obvody se mohou skládat z jejich kontaktů a některých dalších prvků (například časovače) zapojených paralelně nebo v sérii. Vpravo končí každý obvod reléovou cívkou. Kontakty tohoto relé mohou být zase přítomny v jiných obvodech. Je tedy možné vyrobit poměrně složitý obvod podobný funkčností skutečnému reléovému obvodu.

První programovací stanice byly velmi objemná zařízení přepravovaná několika lidmi. Nicméně PLC začaly aktivně nahrazovat ještě objemnější a hlavně reléové automatizační skříně „rigidní“ logikou.

Fyzicky je PLC jeden nebo více bloků majících specifickou sadu výstupů a vstupů pro připojení senzorů a akčních členů (viz obr. 1).

Logika jeho činnosti je popsána v softwaru a je prováděna vestavěným mikroprocesorem. Výsledkem je, že přesně stejné PLC mohou provádět zcela odlišné funkce. Pro změnu algoritmu operace nejsou nutné žádné hardwarové změny.

Obr. 1. Princip činnosti PLC

Vývoj elektroniky vedl k ohromující miniaturizaci PLC. Dnes existují miniaturní programovatelné ovladače vybavené malým displejem a vestavěnými programovacími schopnostmi, které se nazývají programovatelná relé. Typickými úkoly programovatelných relé jsou velmi jednoduché lokální systémy, které mají až tucet vstupů a několik výkonových reléových výstupů.

Psaní složitějšího programu pomocí vestavěného dálkového ovladače není snadné. Podobně můžeme snadno napsat text SMS na klávesnici mobilního telefonu, ale i zadávání několika stránek textu, nemluvě o velkých objemech, se zdá problematické. K tomu existují osobní počítače (PC), které lidem poskytují mnohem pohodlnější pracovní podmínky.

Jeden moderní PLC může nahradit desítky regulátorů, stovky časovačů a tisíce relé. Použití PC k programování takového systému není vůbec obtížné. Použití PC jako programovací stanice PLC je dnes dominantním řešením. To nejen zjednodušuje programování, ale také řeší problémy archivace projektů, přípravy dokumentace, vizualizace a modelování. Počítač poskytuje pohodlný univerzální nástroj pro programování nejjednodušších místních úkolů v PLC a také pro automatický systém řízení procesů.

Vezměte prosím na vědomí, že když mluvíme o programování PLC, vždy se vracíme k tomu, jak tento proces usnadnit a pro člověka pohodlný. Zdá se, že jakmile naprogramované PLC bude fungovat roky a není důležité, zda jeho program bude vypadat krásně, hlavní věc je, že funguje dobře.

Bohužel to tak není. Potřeba změnit program v PLC vyvstává pravidelně a nečekaně. Proto by mělo být napsáno tak, aby ji kdokoli, nejen jeho autor, rychle pochopil a rychle provedl nezbytná vylepšení. To, že jsou programy psány pro PLC, není úplně správné.

Všechny programy jsou psány člověkem a jsou určeny k lidskému čtení. Jakékoli programovací nástroje nakonec dávají mikroprocesorové instrukce ve svých strojových kódech. Není pro něj žádný rozdíl v tom, v jakém jazyce je program napsán.

Zmíněné výše Jazyk LD byl vynalezen v USA v období automatizace relé. Móda pro PLC přišla do Evropy o něco později, když byly reléové skříně již úspěšně nahrazeny skříněmi s logickými obvody. Proto vznikla potřeba vyvinout jiné programovací jazyky srozumitelné pro novou generaci inženýrů.

Takže v Německu se objevily jazyky jednoduchých textových instrukcí připomínajících assembler (IL). Ve Francii, grafika jazyky funkčních blokových schémat (FBD) a diagramy na vysoké úrovni popisující fáze a podmínky přechodů (Graphset, moderní SFC). Byly také použity jazyky používané pro programování počítačů (Pascal, Basic). Koncem sedmdesátých let se vyvinula velmi obtížná situace.

Každý výrobce PLC (včetně v SSSR) vyvinul svůj vlastní programovací jazyk, proto PLC různých výrobců byly softwarově nekompatibilní, navíc zde byl problém hardwarové nekompatibility. Nahrazení PLC produktem jiného výrobce se stalo velkým problémem.Kupující PLC byl nucen používat produkty pouze jedné společnosti nebo utrácet energii za učení různých jazyků a peněz za pořízení vhodných nástrojů.

V důsledku toho byla v roce 1979 v rámci Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) vytvořena zvláštní skupina technických odborníků na problematiku PLC. Byla pověřena vývojem standardních požadavků na hardware, software, instalační pravidla, testování, dokumentaci a komunikaci PLC.

V roce 1982 byla vydána první verze této normy, která získala název IEC 1131. Vzhledem ke složitosti výsledného dokumentu bylo rozhodnuto jej rozdělit na několik částí, třetí část standardu „Programovací jazyky PLC“ je věnována problematice programování.

Protože se IEC od roku 1997 přepne na 5 digitálních notací, je správným názvem pro mezinárodní verzi části normy věnované programovacím jazykům PLC IEC 61131-3. Pracovní skupina IEC učinila spíše originální rozhodnutí. Z celé škály programovacích jazyků PLC, které existovaly v době vývoje standardu, bylo identifikováno 5 nejpoužívanějších jazyků.

Jazykové specifikace byly finalizovány, takže bylo možné použít standardizovanou sadu prvků a datových typů v programech psaných v kterémkoli z těchto jazyků. Tento přístup IEC byl kritizován více než jednou, ale čas prokázal správnost tohoto rozhodnutí.

Realizace takového přístupu umožnila přilákat odborníky z různých oborů znalostí (a, což je zvláště důležité, různých kvalifikací), k programování stejného PLC: specialisté na automatizaci relé (a dokonce i elektrikáři), programátoři v LD, specialisté v oblasti polovodičových obvodů a automatického řízení, pro koho obvyklým jazykem je FBD, programátoři se zkušenostmi s psaní programů pro počítače v jazyce assembleru (odpovídá jazyku IL pro PLC), ve vyšších jazycích (jazyk ST), dokonce i daleko od Programovací technologové dostali svůj programovací nástroj - jazyk SFC.

Přestože zavedení programovacích systémů IEC zcela neopustilo služby profesionálních programátorů (tento cíl však nebyl stanoven), ale umožnilo snížit kvalifikační požadavky a tím i náklady na práci pro programátory PLC. Standardizace jazyků umožnila (alespoň částečně) vyřešit problém závislosti uživatele PLC na konkrétním výrobci.

Všechny moderní PLC jsou vybaveny programovacími nástroji IEC 61131-3, které zjednodušují práci uživatelů řadičů (můžete používat PLC různých společností bez rekvalifikačních nákladů) a zároveň odstraňovat řadu problémů pro výrobce PLC (komponenty PLC můžete používat od jiných výrobců).

Standard výrazně rozšířil možnosti odborníka na programování PLC na trhu práce. Stejně jako může automechanik se standardní sadou nástrojů provést opravu kterékoli části (kromě nestandardního) stroje jakékoli společnosti, odborník, který studoval jazyky IEC 61131-3, bude schopen zjistit program jakéhokoli moderního PLC. To umožnilo snížit závislost společnosti na programátorovi PLC a specialisty na společnost.

Dnes je vedoucí postavení na trhu programovacích systémů IEC Komplex CoDeSys Německá společnost 3S-Smart Software Solutions GmbH. Používá ji 190 společností na celém světě, většina z nich je předními výrobci zařízení a / nebo průmyslových automatizačních systémů.

V Rusku jsou PLC s CoDeSys odborníky dobře známy, řada produktů vyráběných pod kontrolou těchto PLC je obrovská. CoDeSys zahrnuje 5 specializovaných editorů pro každý ze standardních programovacích jazyků:

• Seznam pokynů (IL),

• Funkční blokové diagramy (FBD),

• Reléové kontaktní obvody (LD),

• Strukturovaný text (ST),

• Schémata sekvenčních funkcí (SFC).

Editory jsou podporovány velkým počtem pomocných nástrojů, které urychlují vstup programu. Jedná se o pomocníka při vstupu, automatické deklarace proměnných, inteligentní korekci vstupu, zvýraznění barev a ovládání syntaxe během zadávání, změny měřítka, automatické umístění a připojení grafických prvků.

V jednom projektu můžete kombinovat programy napsané v několika jazycích IEC nebo použít jeden z nich. Pro výběr jazyka neexistují žádné zvláštní požadavky. Je to způsobeno výhradně osobními preferencemi.

Nejoblíbenějším jazykem v Rusku je ST. Toto je textový jazyk, což je mírně přizpůsobený Pascal. Druhým nejoblíbenějším grafickým jazykem je FBD, následovaný LD. Kromě nástrojů pro přípravu programu zahrnuje CoDeSys integrovaný debugger, emulátor, vizualizační a projektové nástroje, PLC a síťové konfigurátory.

Ztělesněním další neočekávané myšlenky společně vytvořené uživateli CoDeSys bylo dobrovolné sdružení výrobců PLC podporujících CoDeSys do neziskové organizace CoDeSys Automation Alliance (CAA). Cílem je proměnit výrobce průmyslových automatizačních produktů, které podporují CoDeSys, na partnery (pokud možno na konkurenčním trhu) a neutralizovat účinky konkurence mezi výrobci na uživatele PLC.

Členové CAA namísto záměrného vytváření technických překážek, které brání uživatelům snadno používat produkty jiné společnosti, záměrně přijímají opatření k zajištění kompatibility svých produktů.

Uživatel si může být jist, že jeho aplikace CoDeSys bude fungovat v libovolném kontroléru jakékoli společnosti, která je členem CAA. Uživatel si může být jist, že nástroje, které používají (CoDeSys), byly ověřeny tisíci uživatelů po celém světě. Uživatel může vždy diskutovat o svých problémech a získat skutečnou pomoc od široké škály kolegů, kteří mají zkušenosti s řešením takových problémů.

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