Γλώσσες προγραμματισμού PLC και πλατφόρμα λογισμικού αυτοματοποίησης CoDeSys

Πάρτε το απλούστερο παράδειγμα: πρέπει να ενεργοποιήσετε την πίεση 1 δευτερόλεπτο αφού ο χειριστής κρατήσει ταυτόχρονα τα δύο κουμπιά σε κατάσταση συμπίεσης. Έτσι, εγγυόμαστε ότι και τα δύο χέρια του χειριστή είναι απασχολημένα και του δίνουν χρόνο για να παρακολουθήσουν την ετοιμότητα του μηχανήματος. Η απλούστερη λύση είναι να συνδέσετε τις επαφές και των δύο κουμπιών σε σειρά και να βάλετε ένα ηλεκτρονικό ρελέ με ένα χρονοδιακόπτη. Εάν ο χρονοδιακόπτης επιτρέπει τη ρύθμιση του χρόνου καθυστέρησης, τότε ένα τέτοιο σχήμα θα προσφέρει κάποια ευελιξία στο σύστημα, αλλά όχι πολύ υψηλό.

Οποιεσδήποτε πρόσθετες προϋποθέσεις, για παράδειγμα, η απαίτηση να ελέγχεται η ακολουθία των πιεστικών πλήκτρων, θα μας φέρει σε μια δύσκολη κατάσταση - θα αναγκαστούμε να αλλάξουμε το κύκλωμα εισάγοντας πρόσθετα ρελέ. Αυτό δεν είναι ένα δύσκολο πρόβλημα, υπό την προϋπόθεση ότι αυτή η ανάγκη προκύπτει εξαιρετικά σπάνια.

Όμως, σε συνθήκες ανταγωνιστικής παραγωγής, ο χρόνος που απαιτείται για ένα νέο προϊόν να εισέλθει στην αγορά είναι κρίσιμος και επομένως, όταν πρόκειται για ευέλικτη αυτοματοποιημένη παραγωγή, η αναπροσαρμογή του εξοπλισμού πρέπει να πραγματοποιείται γρήγορα, με ελάχιστο κόστος.

Ένα επιπλέον πρόβλημα είναι η αύξηση της πολυπλοκότητας του συστήματος ελέγχου καθώς αναπτύσσεται η παραγωγή και εμφανίζονται επιπρόσθετες λειτουργίες (επιπλοκές του αλγόριθμου λειτουργίας).

Οποιοσδήποτε ειδικός αυτοματισμού αντιμετώπισε επίσης το πρόβλημα της κατασκευής ενός συστήματος ελέγχου εξοπλισμού σε αυτόν τον τομέα που δεν είναι αρκετά εξοικειωμένος: η έλλειψη σαφούς δήλωσης του προβλήματος, η εμφάνιση νέων συνθηκών ως εξοπλισμού, μπορεί να καταστήσει αδύνατη την επιτυχή υλοποίηση ενός έργου.

Ήταν απαραίτητο να δημιουργηθεί μια συσκευή ελέγχου, ο αλγόριθμος λειτουργίας της οποίας θα μπορούσε να αλλάξει χωρίς να επαναλάβει το διάγραμμα συνδεσμολογίας του συστήματος ελέγχου και ως εκ τούτου, δημιουργήθηκε μια λογική ιδέα να αντικατασταθούν τα συστήματα ελέγχου με «σκληρή» λογική λειτουργίας (σύνολο ηλεκτρονόμων, ρυθμιστών, χρονιστών κ.λπ. Αυτόματα με προγραμματιζόμενη λογική της εργασίας. Τόσο γεννημένος προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές (PLC). Για πρώτη φορά, οι PLC χρησιμοποιήθηκαν στις ΗΠΑ για την αυτοματοποίηση της συναρμολόγησης της γραμμής συναρμολόγησης στην αυτοκινητοβιομηχανία (1969).

Δεδομένου ότι ο ορισμός του "προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή" ήταν "προγραμματιζόμενος", το ερώτημα προέκυψε σχεδόν αμέσως, πώς να προγραμματίσετε το PLC;

Οι αλγοριθμικές γλώσσες προγραμματισμού των υπολογιστών της εποχής εκείνης ήταν προσανατολισμένες στην επίλυση υπολογιστικών προβλημάτων. Το επάγγελμα ενός προγραμματιστή θεωρήθηκε εξαιρετικά σπάνιο και δύσκολο · δεν υπήρχαν τέτοιοι ειδικοί σε κανένα χώρο παραγωγής. Μια ιδανική επιλογή θα ήταν να μεταφράζονται αυτόματα τα διαγράμματα κυκλωμάτων των ηλεκτρονόμων σε προγράμματα PLC.

Γιατί όχι; Έτσι στο PLC εμφανίστηκε γλώσσα των κυκλωμάτων επαφής ρελέ (RCS ή LD στο διάγραμμα κλίμακας αγγλικών πηγών). Ο τεχνολόγος θα μπορούσε να "επανασχεδιάσει" το κύκλωμα ελέγχου στην οθόνη του σταθμού προγραμματισμού του PLC. Φυσικά, το διάγραμμα απεικονίστηκε όχι γραφικά αλλά με τη βοήθεια συμβόλων υπό όρους.

Για παράδειγμα, η εργασία που περιγράφεται παραπάνω θα μπορούσε να προγραμματιστεί ως εξής:

Στα αριστερά και στα δεξιά σε ένα τέτοιο πρόγραμμα βλέπουμε κάθετους ηλεκτροκινητήρες που συνδέονται με οριζόντια κυκλώματα. Τα κυκλώματα μπορούν να αποτελούνται από τις επαφές τους και ορισμένα επιπλέον στοιχεία (για παράδειγμα, χρονοδιακόπτη) συνδεδεμένα παράλληλα ή σε σειρά. Στα δεξιά, κάθε κύκλωμα τελειώνει με ένα πηνίο ρελέ. Οι επαφές αυτού του ρελέ μπορούν με τη σειρά του να υπάρχουν σε άλλα κυκλώματα. Έτσι, είναι δυνατό να γίνει ένα αρκετά περίπλοκο κύκλωμα παρόμοιο σε λειτουργικότητα με ένα πραγματικό κύκλωμα ρελέ.

Οι πρώτοι σταθμοί προγραμματισμού ήταν πολύ ογκώδεις συσκευές που μεταφέρθηκαν από πολλούς ανθρώπους. Παρ 'όλα αυτά, τα PLC άρχισαν να αντικαθιστούν ενεργά ακόμα πιο ογκώδη και, το σημαντικότερο, ρελέ γραφεία αυτοματοποίησης με "άκαμπτη" λογική.

Φυσικά, ένα PLC είναι ένα ή περισσότερα μπλοκ που έχουν ένα συγκεκριμένο σύνολο εξόδων και εισόδων για τη σύνδεση αισθητήρων και ενεργοποιητών (βλ. Σχήμα 1).

Η λογική της λειτουργίας του περιγράφεται στο λογισμικό και εκτελείται από τον ενσωματωμένο μικροεπεξεργαστή. Ως αποτέλεσμα, ακριβώς τα ίδια PLCs μπορούν να εκτελέσουν τελείως διαφορετικές λειτουργίες. Για να αλλάξετε τον αλγόριθμο λειτουργίας, δεν απαιτούνται αλλοιώσεις υλικού.

Το Σχ. 1. Η αρχή λειτουργίας του PLC

Η ανάπτυξη ηλεκτρονικών συστημάτων οδήγησε στην εκπληκτική μικρογραφία των PLC. Σήμερα υπάρχουν προγραμματιζόμενοι μικροελεγκτές εφοδιασμένοι με μικρή οθόνη και ενσωματωμένες δυνατότητες προγραμματισμού, αυτοί οι ελεγκτές ονομάζονται προγραμματιζόμενα ρελέ. Τυπικά καθήκοντα προγραμματιζόμενων ρελέ είναι πολύ απλά τοπικά συστήματα με έως και δώδεκα εισόδους και μερικές εξόδους ρελέ ισχύος.

Η σύνταξη ενός πιο περίπλοκου προγράμματος χρησιμοποιώντας το ενσωματωμένο τηλεχειριστήριο δεν είναι εύκολο. Ομοίως, μπορούμε να πληκτρολογήσουμε εύκολα κείμενο SMS στο πληκτρολόγιο ενός κινητού τηλεφώνου, αλλά ακόμη και η εισαγωγή πολλών σελίδων κειμένου, για να μην αναφέρουμε μεγάλους όγκους, φαίνεται προβληματική. Για αυτό, υπάρχουν προσωπικοί υπολογιστές (Η / Υ) που παρέχουν πολύ πιο άνετες συνθήκες εργασίας για τους ανθρώπους.

Ένα σύγχρονο PLC μπορεί να αντικαταστήσει δεκάδες ρυθμιστές, εκατοντάδες χρονομετρητές και χιλιάδες ρελέ. Η χρήση ενός υπολογιστή για τον προγραμματισμό ενός τέτοιου συστήματος δεν είναι καθόλου δύσκολη. Η χρήση του PC ως σταθμού προγραμματισμού PLC είναι η κυρίαρχη λύση σήμερα. Αυτό όχι μόνο απλοποιεί τον προγραμματισμό, αλλά και λύνει τα προβλήματα της αρχειοθέτησης έργων, της προετοιμασίας τεκμηρίωσης, της οπτικοποίησης και της μοντελοποίησης. Ο υπολογιστής παρέχει ένα βολικό γενικό εργαλείο για τον προγραμματισμό των απλούστερων τοπικών εργασιών σε ένα PLC, καθώς και για ένα αυτόματο σύστημα ελέγχου της διαδικασίας.

Λάβετε υπόψη ότι όταν μιλάμε για προγραμματισμό PLC, επανερχόμαστε πάντα στο πώς να κάνουμε αυτή τη διαδικασία απλή και βολική για τον άνθρωπο. Φαίνεται ότι όταν ένα προγραμματισμένο PLC θα λειτουργήσει για χρόνια και δεν είναι πολύ σημαντικό αν το πρόγραμμά του θα φανεί όμορφο, το κυριότερο είναι ότι λειτουργεί καλά.

Δυστυχώς, αυτό δεν συμβαίνει. Η ανάγκη αλλαγής του προγράμματος στο PLC προκύπτει συχνά μερικές φορές και απροσδόκητα. Επομένως, πρέπει να γράφεται έτσι ώστε κάθε πρόσωπο, όχι μόνο ο δημιουργός του, να το καταλάβει γρήγορα και να κάνει τις απαραίτητες βελτιώσεις γρήγορα. Το να λέμε ότι τα προγράμματα γράφονται για το PLC δεν είναι απολύτως σωστά.

Όλα τα προγράμματα γράφονται από τον άνθρωπο και προορίζονται για ανθρώπινη ανάγνωση. Οποιοδήποτε εργαλείο προγραμματισμού δίνει τελικά τις οδηγίες του μικροεπεξεργαστή στους κωδικούς μηχανής του. Δεν υπάρχει καμία διαφορά γι 'αυτόν σε ποια γλώσσα γράφεται το πρόγραμμα.

Αναφέρεται παραπάνω Γλώσσα LD εφευρέθηκε στις Η.Π.Α. κατά την περίοδο αυτοματοποίησης αναμετάδοσης. Η μόδα για PLC ήρθε στην Ευρώπη λίγο αργότερα, όταν ντουλάπια ρελέ είχαν ήδη επιτυχώς αντικατασταθεί με ντουλάπια με λογικά κυκλώματα. Ως εκ τούτου, προέκυψε η ανάγκη να επινοηθεί και άλλες γλώσσες προγραμματισμού, κατανοητές από μια νέα γενιά μηχανικών.

Έτσι στη Γερμανία εμφανίστηκαν γλώσσες απλών οδηγιών κειμένου που μοιάζουν με συναρμολογητές (IL). Στη Γαλλία, γραφικό λειτουργικές γλώσσες διαγράμματος μπλοκ (FBD) και διαγράμματα υψηλού επιπέδου που περιγράφουν τα στάδια και τις συνθήκες των μεταβάσεων (Graphset, σύγχρονο SFC). Χρησιμοποιήθηκαν επίσης οι γλώσσες που χρησιμοποιούνται για τον προγραμματισμό υπολογιστών (Pascal, Basic). Στα τέλη της δεκαετίας του '70, αναπτύχθηκε μια εξαιρετικά δύσκολη κατάσταση.

Κάθε κατασκευαστής PLC (συμπεριλαμβανομένης της ΕΣΣΔ) ανέπτυξε τη δική του γλώσσα προγραμματισμού, έτσι ώστε τα PLC των διαφόρων κατασκευαστών ήταν μη συμβατά με το λογισμικό, ενώ υπήρχε πρόβλημα ασυμβατότητας υλικού. Η αντικατάσταση ενός PLC με ένα προϊόν από άλλο κατασκευαστή έχει γίνει ένα τεράστιο πρόβλημα.Ο αγοραστής PLC αναγκάστηκε να χρησιμοποιήσει τα προϊόντα μιας μόνο εταιρείας ή να ξοδέψει ενέργεια για να μάθει διαφορετικές γλώσσες και μέσα για την απόκτηση κατάλληλων εργαλείων.

Ως αποτέλεσμα, το 1979, στο πλαίσιο της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής (IEC), δημιουργήθηκε μια ειδική ομάδα τεχνικών εμπειρογνωμόνων για τα προβλήματα PLC. Έχει επιφορτιστεί με την ανάπτυξη τυποποιημένων απαιτήσεων για υλικό, λογισμικό, κανόνες εγκατάστασης, δοκιμές, τεκμηρίωση και επικοινωνίες PLC.

Το 1982 δημοσιεύθηκε το πρώτο σχέδιο έκδοσης του προτύπου, το οποίο έλαβε το όνομα IEC 1131. Λόγω της πολυπλοκότητας του εγγράφου που προέκυψε, αποφασίστηκε η διάσπασή του σε πολλά τμήματα, το τρίτο μέρος του προτύπου "PLC Programming Languages" είναι αφιερωμένο σε ζητήματα προγραμματισμού.

Δεδομένου ότι το IEC έχει μετατραπεί σε 5 ψηφιακά σύμβολα από το 1997, το σωστό όνομα για τη διεθνή έκδοση του μέρους του προτύπου που είναι αφιερωμένο στις γλώσσες προγραμματισμού PLC είναι το IEC 61131-3. Η Ομάδα Εργασίας IEC έκανε μια μάλλον πρωτότυπη απόφαση. Από την ποικιλία των γλωσσών προγραμματισμού PLC που υπήρχαν κατά την ανάπτυξη του προτύπου εντοπίστηκαν 5 γλώσσες που χρησιμοποιήθηκαν ευρύτερα.

Οι γλωσσικές προδιαγραφές ολοκληρώθηκαν έτσι ώστε να καταστεί δυνατή η χρήση τυποποιημένου συνόλου στοιχείων και τύπων δεδομένων σε προγράμματα γραμμένα σε οποιαδήποτε από αυτές τις γλώσσες. Αυτή η προσέγγιση του IEC έχει επικριθεί περισσότερο από μία φορά, αλλά ο χρόνος έχει αποδείξει την ορθότητα αυτής της απόφασης.

Η εφαρμογή μιας τέτοιας προσέγγισης κατέστησε δυνατή την προσέλκυση ειδικών από διάφορα πεδία γνώσεων (και ιδιαίτερα σημαντικών διαφόρων ειδικοτήτων) στον προγραμματισμό του ίδιου PLC: προγραμματιστές ειδικών αυτοματισμού ρελέ (και ηλεκτρολόγων) LD, ειδικοί στον τομέα των κυκλωμάτων ημιαγωγών και αυτόματος έλεγχος για τους οποίους η συνηθισμένη γλώσσα είναι το FBD, προγραμματιστές με εμπειρία στην καταγραφή προγραμμάτων για υπολογιστές σε γλώσσα συναρμολόγησης (αντιστοιχεί στη γλώσσα IL για PLC), σε γλώσσες υψηλού επιπέδου (γλώσσα ST), ακόμη και σε όσους βρίσκονται μακριά από Οι τεχνολόγοι προγραμματισμού πήραν το εργαλείο προγραμματισμού τους - τη γλώσσα SFC.

Παρόλο που η εισαγωγή των συστημάτων προγραμματισμού IEC δεν εγκατέλειψε εντελώς τις υπηρεσίες των επαγγελματιών προγραμματιστών (ωστόσο, ο στόχος αυτός δεν καθορίστηκε) αλλά μείωσε τις απαιτήσεις για τα προσόντα και, συνεπώς, το κόστος πληρωμής για το έργο των προγραμματιστών PLC. Η τυποποίηση των γλωσσών επέτρεψε (τουλάχιστον εν μέρει) την επίλυση του προβλήματος της εξάρτησης του χρήστη του PLC από έναν συγκεκριμένο κατασκευαστή.

Όλα τα σύγχρονα PLC είναι εξοπλισμένα με εργαλεία προγραμματισμού IEC 61131-3, τα οποία απλοποιούν το έργο των ελεγκτών (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε PLC διαφόρων εταιρειών χωρίς κόστος επανεκπαίδευσης) και ταυτόχρονα απομακρύνει ορισμένα προβλήματα για τους κατασκευαστές PLC (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εξαρτήματα PLC άλλων κατασκευαστών).

Το πρότυπο έχει επεκτείνει σημαντικά τις ευκαιρίες στην αγορά εργασίας για έναν ειδικό στον προγραμματισμό PLC. Ακριβώς όπως ένας μηχανικός αυτοκινήτων με ένα τυποποιημένο σύνολο εργαλείων μπορεί να αναλάβει την επισκευή οποιουδήποτε τμήματος (εκτός από μη τυποποιημένο) μιας μηχανής οποιασδήποτε εταιρείας, ένας ειδικός που έχει μελετήσει τις γλώσσες του IEC 61131-3 θα είναι σε θέση να ασχοληθεί με το πρόγραμμα οποιουδήποτε σύγχρονου PLC. Αυτό επέτρεψε τη μείωση τόσο της εξάρτησης της εταιρείας από τον ειδικό προγραμματιστή PLC όσο και από τον ειδικό στην εταιρεία.

Σήμερα, η ηγετική θέση στην αγορά συστημάτων προγραμματισμού IEC είναι Συγκρότημα CoDeSys Γερμανική εταιρεία 3S-Smart Software Solutions GmbH. Χρησιμοποιείται από 190 εταιρείες παγκοσμίως, οι περισσότερες από αυτές είναι κορυφαίοι κατασκευαστές εξοπλισμού και / ή βιομηχανικών συστημάτων αυτοματισμού.

Στη Ρωσία, τα PLC με CoDeSys είναι γνωστά στους ειδικούς · η γκάμα των προϊόντων που παράγονται υπό τον έλεγχο αυτών των PLCs είναι τεράστια Το CoDeSys περιλαμβάνει 5 εξειδικευμένους επεξεργαστές για κάθε μία από τις τυπικές γλώσσες προγραμματισμού:

• Κατάλογος οδηγιών (IL),

• Διαγράμματα λειτουργικών μονάδων (FBD),

• Τα κυκλώματα επαφής ρελέ (LD),

• Δομημένο κείμενο (ST),

• Διαγράμματα διαδοχικών λειτουργιών (SFC).

Οι επεξεργαστές υποστηρίζονται από ένα μεγάλο αριθμό βοηθητικών εργαλείων που επιταχύνουν την εισαγωγή του προγράμματος. Αυτές είναι βοηθητική είσοδος, αυτόματη δήλωση μεταβλητών, έξυπνη διόρθωση εισόδου, επισημάνσεις χρωμάτων και σύνταξη ελέγχου κατά την εισαγωγή, κλιμάκωση, αυτόματη τοποθέτηση και σύνδεση γραφικών στοιχείων.

Σε ένα έργο, μπορείτε να συνδυάσετε προγράμματα γραμμένα σε πολλές γλώσσες IEC ή να χρησιμοποιήσετε ένα από αυτά. Δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις για την επιλογή μιας γλώσσας. Αυτό οφείλεται αποκλειστικά σε προσωπικές προτιμήσεις.

Η δημοφιλέστερη γλώσσα στη Ρωσία είναι η ST. Αυτή είναι μια γλώσσα κειμένου, η οποία είναι ένα ελαφρώς προσαρμοσμένο Pascal. Η δεύτερη πιο δημοφιλής γραφική γλώσσα είναι η FBD, ακολουθούμενη από το LD. Εκτός από τα εργαλεία προετοιμασίας του προγράμματος, το CoDeSys περιλαμβάνει ένα ενσωματωμένο εργαλείο εντοπισμού σφαλμάτων, εξομοιωτή, οπτικοποίησης και διαχείρισης έργου, διαμορφωτές PLC και δικτύου.

Η ενσωμάτωση μιας άλλης απροσδόκητης ιδέας, που δημιουργήθηκε συλλογικά από τους χρήστες του CoDeSys, ήταν η εθελοντική σύνδεση των κατασκευαστών PLC που υποστηρίζουν το CoDeSys στον μη κερδοσκοπικό οργανισμό CoDeSys Automation Alliance (CAA). Η ουσία της ιδέας είναι να μετατραπούν οι κατασκευαστές προϊόντων βιομηχανικού αυτοματισμού που υποστηρίζουν το CoDeSys σε εταίρους (όσο το δυνατόν περισσότερο σε μια ανταγωνιστική αγορά) και να εξουδετερώσουν τις συνέπειες του ανταγωνισμού μεταξύ των κατασκευαστών για τους χρήστες PLC.

Αντί να δημιουργούν σκόπιμα τεχνικά εμπόδια που εμποδίζουν τους χρήστες να χρησιμοποιούν εύκολα προϊόντα άλλης εταιρείας, τα μέλη της CAA λαμβάνουν σκόπιμα μέτρα για να εξασφαλίσουν τη συμβατότητα των προϊόντων τους.

Ο χρήστης μπορεί να είναι βέβαιος ότι η εφαρμογή του CoDeSys θα λειτουργήσει σε οποιονδήποτε ελεγκτή οποιασδήποτε εταιρείας που είναι μέλος του CAA. Ο χρήστης μπορεί να είναι σίγουρος ότι τα εργαλεία που χρησιμοποιούν (CoDeSys) έχουν επαληθευτεί από χιλιάδες χρήστες σε όλο τον κόσμο. Ο χρήστης μπορεί πάντα να συζητά τις δυσκολίες του και να έχει πραγματική βοήθεια από ένα ευρύ φάσμα συναδέλφων που έχουν εμπειρία στην επίλυση τέτοιων προβλημάτων.

Brokarev A.Zh., Petrov Ι.ν. Εταιρεία "PROLOGUE"