PLC-ohjelmointikielet ja CoDeSys-automaatio-ohjelmistoalusta

Otetaan esimerkki yksinkertaisimmasta tehtävästä: sinun on kytkettävä painike päälle 1 sekunnin kuluttua siitä, kun käyttäjä on samanaikaisesti pitänyt kahta painiketta painettuna. Siksi takaamme, että käyttäjän molemmat kädet ovat kiireisiä ja annamme hänelle aikaa valvoa koneen valmiutta. Yksinkertaisin ratkaisu on kytkeä molempien painikkeiden kontaktit sarjaan ja laittaa ajastimeen elektroninen rele. Jos ajastin sallii viiveajan säätämisen, niin tällainen menetelmä tarjoaa järjestelmän jonkin verran joustavuutta, mutta ei liian korkeaa.

Mahdolliset lisäedellytykset, esimerkiksi vaatimus painikkeiden järjestyksen ohjaamisesta, asettavat meidät vaikeaseen tilanteeseen - meidän on pakko vaihtaa piiri lisäämällä uusia releitä. Tämä ei ole vaikea ongelma, jos tällainen tarve syntyy erittäin harvoin.

Kilpailukykyisen tuotannon olosuhteissa uuden tuotteen markkinoille tuloon kuluva aika on ratkaisevan tärkeä, ja siksi joustavan automatisoidun tuotannon yhteydessä laitteiden säätö on suoritettava nopeasti, minimoimalla kustannukset.

Lisäongelma on ohjausjärjestelmän monimutkaisuuden lisääntyminen tuotannon kehittyessä ja lisätoimintojen esiintyessä (toimintaalgoritmin komplikaatiot).

Jokainen automaatiosuunnittelija on kohdannut laitteiden ohjausjärjestelmän rakentamisen ongelman sillä aihealueella, jota hän ei tunne riittävästi: ongelman selkeän lausunnon puuttuminen, uusien olosuhteiden syntyminen laitteiden käyttöönoton yhteydessä voi estää projektin onnistuneen toteuttamisen.

Oli tarpeen luoda ohjauslaite, jonka toimintaalgoritmia voidaan muuttaa muuttamatta ohjausjärjestelmän kytkentäkaaviota uudelleen, ja seurauksena syntyi looginen idea korvata ohjausjärjestelmät “kovalla” toimintalogiikalla (joukko releitä, säätimiä, ajastimia jne.) automaatit ohjelmoitavalla logiikalla. Niin syntynyt ohjelmoitavat logiikkaohjaimet (PLC). Ensimmäistä kertaa PLC: itä käytettiin Yhdysvalloissa automatisoimaan kokoonpanolinjojen kokoonpanon tuotantoa autoteollisuudessa (1969).

Koska ”ohjelmoitavan logiikkaohjaimen” määritelmä oli ”ohjelmoitava”, nousi kysymys melkein heti, kuinka ohjelmoida PLC?

Tuon ajan tietokoneiden algoritmiset ohjelmointikielet oli suunnattu laskennallisten ongelmien ratkaisemiseen. Ohjelmoijan ammattia pidettiin erittäin harvinaisena ja vaikeana; tällaisia ​​asiantuntijoita ei ollut missään tuotantolaitoksessa. Ihanteellinen vaihtoehto olisi kääntää releiden koneiden piirikaaviot automaattisesti PLC-ohjelmiksi.

Miksi ei? Joten PLC ilmestyi relekoskettimien kieli (RCS tai LD englanninkielisissä lähteissä Ladder Diagram). Teknikko pystyi “piirtämään uudelleen” ohjauspiirin PLC-ohjelmointiaseman näytölle. Kaavaa ei luonnollisestikaan kuvattu graafisesti, vaan ehdollisten symbolien avulla.

Esimerkiksi yllä kuvattu tehtävä voidaan ohjelmoida seuraavasti:

Vasemmalla ja oikealla puolella tällaisessa ohjelmassa näemme pystysuorat voimaväylät, jotka on kytketty vaakapiireillä. Piirit voivat koostua niiden koskettimista ja joistakin lisäelementeistä (esimerkiksi ajastin), jotka on kytketty rinnakkain tai sarjaan. Oikealla, jokainen piiri päättyy relekelalla. Tämän releen koskettimet voivat puolestaan ​​olla läsnä muissa piireissä. Siten on mahdollista tehdä melko monimutkainen piiri toiminnallisesti samanlainen kuin todellinen relepiiri.

Ensimmäiset ohjelma-asemat olivat erittäin tilaa vieviä laitteita, joita useat ihmiset kuljettivat. Siitä huolimatta, PLC: t alkoivat aktiivisesti korvata entistä tilavammat ja mikä tärkeintä, releautomaatiokaapit “jäykällä” logiikalla.

Fyysisesti PLC on yksi tai useampi lohko, jolla on erityinen lähtö- ja tulojoukko antureiden ja toimilaitteiden kytkemistä varten (katso kuva 1).

Sen toiminnan logiikka on kuvattu ohjelmistossa, ja sen suorittaa sisäänrakennettu mikroprosessori. Seurauksena on, että täsmälleen samat PLC: t voivat suorittaa täysin erilaisia ​​toimintoja. Toimintaalgoritmin muuttamiseksi ei tarvita laitteiston muutoksia.

Kuva 1. PLC: n toimintaperiaate

Elektroniikan kehitys on johtanut PLC: ien upeaan miniatyrointiin. Nykyään on olemassa pienoisohjelmoitavia ohjaimia, jotka on varustettu pienellä näytöllä ja sisäänrakennetulla ohjelmointikyvyllä. Niitä kutsutaan ohjelmoitaviksi releiksi. Ohjelmoitavien releiden tyypilliset tehtävät ovat hyvin yksinkertaisia ​​paikallisia järjestelmiä, joissa on jopa tusina tuloa ja useita tehoreleitä.

Monimutkaisemman ohjelman kirjoittaminen sisäänrakennetun kaukosäätimen avulla ei ole helppoa. Samoin voimme tyypillisesti kirjoittaa tekstiviestitekstejä matkapuhelimen näppäimistölle, mutta jopa useiden tekstisivujen syöttäminen, puhumattakaan suurista määristä, vaikuttaa ongelmalliselta. Tätä varten on henkilökohtaisia ​​tietokoneita, jotka tarjoavat ihmisille paljon mukavammat työolot.

Yksi nykyaikainen PLC voi korvata kymmeniä säätimiä, satoja ajastimia ja tuhansia releitä. Tietokoneen käyttäminen tällaisen järjestelmän ohjelmointiin ei ole ollenkaan vaikeaa. PC: n käyttö PLC-ohjelmointiasemana on nykyään hallitseva ratkaisu. Tämä ei vain yksinkertaista ohjelmointia, vaan myös ratkaisee projektien arkistoinnin, dokumentoinnin valmistelun, visualisoinnin ja mallinnuksen ongelmat. Tietokone tarjoaa kätevän universaalin työkalun yksinkertaisimpien paikallisten tehtävien ohjelmointiin PLC: llä sekä automaattiseen prosessinohjausjärjestelmään.

Huomaa, että puhuttaessa PLC-ohjelmoinnista palaamme aina takaisin siihen, kuinka tehdä tästä prosessista yksinkertainen ja kätevä ihmisille. Vaikuttaa siltä, ​​että kun ohjelmoitu PLC toimii vuosia, eikä ole kovin tärkeää näyttääkö sen ohjelma kaunis, tärkeintä on, että se toimii hyvin.

Valitettavasti tämä ei ole niin. Tarve muuttaa ohjelmaa PLC: ssä syntyy säännöllisesti toisinaan ja odottamatta. Siksi se tulisi kirjoittaa niin, että kuka tahansa henkilö, paitsi sen laatija, ymmärtää sen nopeasti ja tehdä nopeasti tarvittavat parannukset. Sanoa, että ohjelmat on kirjoitettu PLC: lle, ei ole täysin oikein.

Kaikki ohjelmat ovat ihmisen kirjoittamia, ja ne on tarkoitettu ihmislukemiseen. Kaikki ohjelmointityökalut antavat lopulta mikroprosessorille ohjeet konekoodeihinsa. Hänellä ei ole eroa siitä, millä kielellä ohjelma on kirjoitettu.

Edellä mainittu LD-kieli keksittiin Yhdysvalloissa releautomaation aikana. PLC: n muoti tuli Eurooppaan vähän myöhemmin, kun relekaapit korvattiin jo menestyksekkäästi logiikkapiireillä varustetuilla kaapilla. Siksi syntyi tarve keksitä muita ohjelmointikieliä, jotka ovat ymmärrettäviä uudelle insinöörien sukupolvelle.

Joten Saksassa ilmestyi kieli yksinkertaisista tekstiohjeista, jotka muistuttivat asentajaa (IL). Ranskassa graafinen toiminnalliset lohkokaavion kielet (FBD) ja korkean tason kaaviot, jotka kuvaavat siirtymävaiheita ja -olosuhteita (Graphset, moderni SFC). Käytettiin myös tietokoneiden ohjelmointiin käytettyjä kieliä (Pascal, Basic). 70-luvun lopulla kehittyi erittäin vaikea tilanne.

Jokainen PLC-valmistaja (mukaan lukien Neuvostoliitossa) kehitti oman ohjelmointikielensä, joten eri valmistajien PLC: t olivat ohjelmistojen kanssa yhteensopimattomia, lisäksi laitteistojen yhteensopimattomuudessa oli ongelma. PLC: n korvaamisesta toisen valmistajan tuotteella on tullut valtava ongelma.PLC-ostaja pakotettiin käyttämään vain yhden yrityksen tuotteita tai kuluttamaan energiaa eri kielten ja keinojen oppimiseen sopivien työkalujen hankkimiseksi.

Tämän seurauksena vuonna 1979 perustettiin kansainvälisen sähkötekniikan komitean (IEC) puitteissa erityinen asiantuntijaryhmä, joka käsitteli PLC-ongelmia. Hänelle annettiin tehtäväksi kehittää standardivaatimukset laitteistoa, ohjelmistoja, asennussääntöjä, testausta, dokumentaatiota ja PLC-viestintää varten.

Vuonna 1982 julkaistiin standardin ensimmäinen luonnosversio, joka sai nimen IEC 1131. Tuloksena olevan asiakirjan monimutkaisuuden vuoksi päätettiin jakaa se useisiin osiin, standardin ”PLC Programming Languages” kolmas osa on omistettu ohjelmointiasioille.

Koska IEC on siirtynyt viiteen digitaaliseen symboliin vuodesta 1997 lähtien, PLC-ohjelmointikieleille omistetun standardin sen osan kansainvälisen version oikea nimi on IEC 61131-3. IEC-työryhmä teki melko omaperäisen päätöksen. Kaikista useista PLC-ohjelmointikieleistä, jotka olivat olemassa standardin kehittämisen ajankohtana, tunnistettiin 5 kieltä, joita käytettiin eniten.

Kielivaatimukset viimeisteltiin niin, että standardoituja elementti- ja tietotyyppejä oli mahdollista käyttää ohjelmissa, jotka on kirjoitettu millä tahansa näistä kielistä. Tätä IEC: n lähestymistapaa on kritisoitu useita kertoja, mutta aika on osoittanut päätöksen oikeellisuuden.

Tällaisen lähestymistavan toteuttaminen antoi mahdollisuuden houkutella eri osaamisalueiden (ja mikä on erityisen tärkeätä, erilaisista pätevyyksistä) asiantuntijoita saman PLC: n ohjelmointiin: releautomaatio-asiantuntijat (ja jopa sähköasentajat) ohjelmoimaan LD: ssä, puolijohdepiirien ja automaattisen ohjauksen asiantuntijat, joille tavallinen kieli on FBD, ohjelmoijat, joilla on kokemusta kirjoittaa ohjelmia tietokoneille kokoonpanokielellä (se vastaa IL-kieltä PLC: lle), korkean tason kielillä (ST-kieli), jopa kaukana Ohjelmointiteknikot saivat ohjelmointityökalunsa - SFC-kielen.

Vaikka IEC-ohjelmointijärjestelmien käyttöönotto ei täysin hylännyt ammattimaisten ohjelmoijien palveluita (tätä tavoitetta ei kuitenkaan asetettu), se kuitenkin alensi pätevyysvaatimuksia ja siten PLC-ohjelmoijien työn maksamista. Kielten standardisointi antoi (ainakin osittain) ratkaisun ongelmaan, joka liittyy PLC-käyttäjän riippuvuuteen tietystä valmistajasta.

Kaikki nykyaikaiset PLC-laitteet on varustettu IEC 61131-3 -ohjelmointityökaluilla, mikä yksinkertaistaa ohjaimien käyttäjien työtä (voit käyttää eri yritysten PLC: itä ilman uudelleenkoulutuskustannuksia) ja poistaa samanaikaisesti joukon ongelmia PLC-valmistajille (voit käyttää muiden valmistajien PLC-komponentteja).

Standardi on laajentanut merkittävästi PLC-ohjelmoinnin asiantuntijan mahdollisuuksia työmarkkinoilla. Aivan kuten tavallisilla työkalusarjoilla varustetut automekaanikot voivat suorittaa minkä tahansa yrityksen koneen minkä tahansa osan (paitsi epästandardin) korjaamisen, asiantuntija, joka on opiskellut standardin IEC 61131-3 kielet, pystyy selvittämään minkä tahansa nykyaikaisen PLC: n ohjelman. Tämän ansiosta voidaan vähentää sekä yrityksen riippuvuutta PLC-ohjelmoinnin asiantuntijasta että asiantuntijaa yrityksestä.

Nykyään johtava asema IEC-ohjelmointijärjestelmien markkinoilla on CoDeSys-kompleksi Saksalainen yritys 3S-Smart Software Solutions GmbH. Sitä käyttää 190 yritystä ympäri maailmaa, suurin osa näistä yrityksistä on johtavia laitteiden ja / tai teollisuusautomaatiojärjestelmien valmistajia.

Venäjällä PLC: t, joissa on CoDeSys, ovat asiantuntijoiden hyvin tuntemia; näiden PLC: ien valvonnassa valmistettujen tuotteiden valikoima on valtava. CoDeSys sisältää 5 erikoistunutta toimittajaa kutakin standardiohjelmointikieltä varten:

• Luettelo ohjeista (IL),

• Toiminnalliset lohkokaaviot (FBD),

• Relekosketuspiirit (LD),

• Jäsennelty teksti (ST),

• Järjestysfunktion kaaviot (SFC).

Editoijia tukee suuri joukko aputyökaluja, jotka nopeuttavat ohjelman syöttämistä. Nämä ovat syöttöapuri, automaattinen muuttujien ilmoittaminen, älykäs tulojen korjaus, värin korostaminen ja syntaksiohjaus syöttön aikana, skaalaaminen, automaattinen sijoittelu ja graafisten elementtien kytkeminen.

Yhdessä projektissa voit yhdistää useilla IEC-kielillä kirjoitettuja ohjelmia tai käyttää yhtä niistä. Kielen valinnalle ei ole erityisiä vaatimuksia. Se johtuu yksinomaan henkilökohtaisista mieltymyksistä.

Venäjän suosituin kieli on ST. Tämä on tekstikieli, joka on hiukan mukautettu Pascal. Toiseksi suosituin graafinen kieli on FBD, jota seuraa LD. Ohjelmien valmistelutyökalujen lisäksi CoDeSys sisältää integroidun virheenkorjaus-, emulaattori-, visualisointi- ja projektinhallintatyökalut, PLC- ja verkkokonfiguraattorit.

CoDeSys-käyttäjien yhdessä tuottaman toisen odottamattoman idean toteutusmuoto oli CoDeSys-järjestelmää tukevien PLC-valmistajien vapaaehtoinen yhdistys voittoa tavoittelemattomaan organisaatioon CoDeSys Automation Alliance (CAA). Idean tarkoitus on muuttaa CoDeSys-järjestelmää tukevien teollisuusautomaatiotuotteiden valmistajista kumppaneita (mahdollisuuksien mukaan kilpailluilla markkinoilla) ja neutraloida valmistajien välisen kilpailun vaikutukset PLC-käyttäjiin.

Sen sijaan, että tekisi tarkoituksellisesti teknisiä esteitä, jotka estävät käyttäjiä käyttämästä helposti toisen yrityksen tuotteita, CAA: n jäsenet toteuttavat tietoisesti toimenpiteitä tuotteidensa yhteensopivuuden varmistamiseksi.

Käyttäjä voi olla varma, että hänen CoDeSys-sovelluksensa toimii minkä tahansa CAA: n jäsenen yrityksen ohjaimessa. Käyttäjä voi olla varma, että tuhannet käyttäjät ympäri maailmaa ovat todenneet käyttämänsä työkalut (CoDeSys). Käyttäjä voi aina keskustella vaikeuksistaan ​​ja saada todellista apua monilta kollegoilta, joilla on kokemusta tällaisten ongelmien ratkaisemisesta.

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