Programski jezici PLC-a i softverska platforma za automatizaciju CoDeSys

Uzmimo za primjer najjednostavniji zadatak: potrebno je uključiti pritisnite 1 sekundu nakon što istovremeno operater zadrži dva gumba u pritisnutom stanju. Dakle, jamčimo da su obje ruke operatera zauzete i daćemo mu vremena da nadzire spremnost stroja. Najjednostavnije rješenje je spajanje kontakata oba gumba u nizu i postavljanje elektroničkog releja s timerom. Ako mjerač vremena omogućuje podešavanje vremena kašnjenja, tada će takva shema pružiti određenu fleksibilnost sustava, ali ne previsoku.

Svi dodatni uvjeti, na primjer, zahtjev za kontrolom slijeda pritiska tipki, dovest će nas u tešku situaciju - bit ćemo prisiljeni mijenjati krug uvođenjem dodatnih releja. To nije težak problem, pod uvjetom da se takva potreba javlja izuzetno rijetko.

No, u uvjetima konkurentne proizvodnje, vrijeme potrebno za ulazak novog proizvoda na tržište je presudno, pa se, kad je riječ o fleksibilnoj automatiziranoj proizvodnji, prilagodba opreme mora obaviti brzo, s minimalnim troškovima.

Dodatni problem je povećavanje složenosti upravljačkog sustava kako se proizvodnja razvija i pojavljuju se dodatne funkcije (komplikacije algoritma rada).

Bilo koji stručnjak za automatizaciju također se suočio s problemom izgradnje kontrolnog sustava za opremu u tom predmetnom području o kojem nije dovoljno upoznat: nedostatak jasne izjave o problemu, pojava novih uvjeta pri uvođenju opreme može onemogućiti uspješnu provedbu projekta.

Bilo je potrebno stvoriti upravljački uređaj, čiji se algoritam rada mogao mijenjati bez ponovnog ožičenja dijagrama ožičenja upravljačkog sustava, i kao rezultat nastala je logična ideja zamijeniti upravljačke sustave s „teškom“ logikom rada (skup releja, regulatora, tajmera itd.) automati s programibilnom logikom rada. Tako rođen programibilni logički kontroleri (PLC-ovi), Prvi put su PLC-i korišteni u Sjedinjenim Državama za automatizaciju proizvodnje montažnih vodova u automobilskoj industriji (1969.).

Budući da je definicija "programibilnog logičkog kontrolera" bila "programabilna", gotovo se odmah postavilo pitanje, kako programirati PLC?

Algoritmički programski jezici tadašnjih računala bili su orijentirani na rješavanje računarskih problema. Posao programera smatran je izuzetno rijetkim i teškim: takvih stručnjaka nije bilo ni na jednom mjestu proizvodnje. Idealna opcija bi bila automatski prevesti sheme kruga relejnih strojeva u PLC programe.

Zašto ne? Tako se u PLC pojavio jezik sklopa relejskih kontakata (RCS ili LD u ljestvičkome dijagramu na engleskim izvorima), Tehnolog bi mogao „nacrtati“ upravljački krug na zaslonu programske stanice PLC. Dijagram je, naravno, prikazan ne grafički, već pomoću uvjetnih simbola.

Na primjer, gore opisani zadatak može se programirati na sljedeći način:

S lijeve i desne strane takvog programa vidimo vertikalne magistrale povezane vodoravnim krugovima. Krugovi se mogu sastojati od njihovih kontakata i nekih dodatnih elemenata (na primjer, tajmera) spojenih paralelno ili u nizu. Desno, svaki krug završava s relejskom zavojnicom. Kontakti ovog releja zauzvrat mogu biti prisutni i u ostalim krugovima. Dakle, moguće je napraviti prilično složen krug sličan u funkciji kao pravi relejni krug.

Prve programske stanice bili su vrlo glomazni uređaji koje je prevozilo nekoliko ljudi. Unatoč tome, PLC-ovi su počeli aktivno zamjenjivati ​​još glomaznije i, što je najvažnije, relejne ormariće za automatizaciju "krute" logike.

Fizički, PLC je jedna ili više jedinica s određenim skupom izlaza i ulaza za spajanje senzora i aktuatora (vidi Sliku 1).

Logika njegovog rada opisana je u softveru, a izvodi ga ugrađeni mikroprocesor. Kao rezultat toga, potpuno isti PLC-ovi mogu obavljati potpuno različite funkcije. Za promjenu algoritma rada nisu potrebne promjene hardvera.

Sl. 1. Načelo rada PLC-a

Razvoj elektronike doveo je do zapanjujuće minijaturizacije PLC-ova. Danas postoje minijaturni programibilni kontroleri opremljeni malim zaslonom i ugrađenim programskim mogućnostima, takvi se kontroleri nazivaju programibilni releji. Tipični zadaci programabilnih releja su vrlo jednostavni lokalni sustavi s desetak ulaza i nekoliko izlaza snage releja.

Pisanje složenijeg programa pomoću ugrađenog daljinca nije lako. Slično tome, možemo lako upisati SMS tekst na tipkovnicu mobitela, ali čak i unošenje nekoliko stranica teksta, da ne spominjemo velike sveske, izgleda problematično. Za to postoje osobna računala (računala) koja ljudima pružaju puno ugodnije uvjete rada.

Jedan moderni PLC može zamijeniti desetine regulatora, stotine tajmera i tisuće releja. Korištenje računala za programiranje takvog sustava uopće nije teško. Korištenje računala kao PLC programske stanice je danas dominantno rješenje. To ne samo da pojednostavljuje programiranje, nego i rješava probleme arhiviranja projekata, pripreme dokumentacije, vizualizacije i modeliranja. Računalo pruža prikladan univerzalni alat za programiranje najjednostavnijih lokalnih zadataka na PLC-u kao i za sustave upravljanja procesima.

Imajte na umu da, kada govorimo o PLC programiranju, uvijek se vraćamo na to kako ovaj postupak učiniti jednostavnim i prikladnim za ljude. Čini se da će jednom programirani PLC raditi godinama i nije jako važno hoće li njegov program izgledati lijepo, glavno je da dobro funkcionira.

Nažalost, to nije tako. Potreba za promjenom programa u PLC-u javlja se redovito ponekad i neočekivano. Stoga ga treba napisati tako da ga svaka osoba, a ne samo njezin autor, može brzo razumjeti i brzo izvršiti potrebna poboljšanja. Reći da su programi napisani za PLC nije sasvim ispravno.

Sve programe napisao je čovjek i namijenjeni su ljudskom čitanju. Bilo koji programski alat u konačnici daje upute mikroprocesoru u njihovim strojnim kodovima. Nema razlike za njega na kojem je jeziku program napisan.

Spomenuto gore LD jezik izumljen je u SAD-u tijekom perioda automatizacije releja. Moda za PLCs došla je u Europu nešto kasnije, kada su relejni ormarići već uspješno zamijenjeni ormarićima s logičkim krugovima. Stoga se pojavila potreba za izumom drugih programskih jezika razumljivih novoj generaciji inženjera.

Tako su se u Njemačkoj pojavili jezici jednostavnih tekstualnih uputa nalik asembleru (IL). U Francuskoj grafika jezici funkcionalnih blok dijagrama (FBD) i dijagrami na visokoj razini koji opisuju faze i uvjete prijelaza (Graphset, moderni SFC). Također su korišteni i jezici koji se koriste za programiranje računala (Pascal, Basic). Krajem sedamdesetih razvila se izuzetno teška situacija.

Svaki proizvođač PLC-a (uključujući SSSR) razvio je vlastiti programski jezik, pa su PLC-ovi različitih proizvođača softverski nespojivi, a osim toga postojao je problem nespojivosti hardvera. Zamjena PLC-a proizvodom drugog proizvođača postala je ogroman problem.Kupac PLC-a bio je prisiljen koristiti proizvode samo jedne tvrtke ili trošiti energiju za učenje različitih jezika i sredstava za nabavu odgovarajućih alata.

Kao rezultat toga, 1979. godine, u okviru Međunarodne elektrotehničke komisije (IEC), stvorena je posebna skupina tehničkih stručnjaka za probleme PLC-a. Bila je zadužena za razvoj standardnih zahtjeva za hardver, softver, pravila instalacije, testiranje, dokumentaciju i PLC komunikacije.

1982. godine objavljena je prva verzija nacrta norme koja je dobila naziv IEC 1131. Zbog složenosti rezultirajućeg dokumenta odlučeno je da se probije na nekoliko dijelova, treći dio standarda "PLC programski jezici" posvećen je programskim pitanjima.

Budući da je IEC od 1997. prešao na 5 digitalnih zapisa, točan naziv za međunarodnu verziju dijela standarda posvećenog programskim jezicima PLC-a je IEC 61131-3. Radna skupina IEC-a donijela je prilično originalnu odluku. Iz čitave raznolikosti programskih jezika PLC-a koji su postojali u vrijeme razvoja standarda identificirano je 5 jezika koji su najviše korišteni.

Specifikacije jezika dovršene su tako da je bilo moguće koristiti standardizirani skup elemenata i vrsta podataka u programima napisanim na bilo kojem od ovih jezika. Ovaj pristup IEC-a kritizirao je više puta, ali vrijeme je dokazalo ispravnost ove odluke.

Primjena takvog pristupa omogućila je privlačenje stručnjaka iz različitih područja znanja (i, što je osobito važno, različitih kvalifikacija) za programiranje istog PLC-a: stručnjaci za automatizaciju releja (pa čak i električari), programeri u LD-u, stručnjaci iz područja poluvodičkih krugova i automatskog upravljanja za koga uobičajeni jezik je FBD, programeri s iskustvom pisanja programa za računala na jeziku sklapanja (odgovara IL jeziku za PLC-ove), na visokim jezicima (ST jezik), čak i onima koji su daleko od Tehnologi programiranja dobili su svoj programski alat - SFC jezik.

Iako uvođenje IEC programskih sustava nije u potpunosti napuštalo usluge profesionalnih programera (međutim, taj cilj nije postavljen), već je omogućilo smanjenje kvalifikacijskih zahtjeva i, u skladu s tim, troškove rada za PLC programere. Standardizacija jezika omogućila je (barem djelomično) rješenje problema ovisnosti korisnika PLC-a o konkretnom proizvođaču.

Svi suvremeni PLC-ovi opremljeni su programskim alatima IEC 61131-3, koji pojednostavljuju rad korisnika kontrolera (možete koristiti PLC-ove raznih tvrtki bez troškova ponovnog usavršavanja) i istodobno uklanja niz problema za proizvođače PLC-ova (možete koristiti PLC komponente drugih proizvođača).

Standard je značajno proširio mogućnosti na tržištu rada za stručnjaka za PLC programiranje. Kao što automehaničar sa standardnim setom alata može popraviti bilo koji dio (osim nestandardnog) stroja bilo koje tvrtke, tako će i specijalista koji je proučavao jezike IEC 61131-3 moći dokučiti program bilo kojeg modernog PLC-a. To je omogućilo smanjenje i ovisnosti poduzeća o stručnjaku za PLC programiranje i stručnjaka o tvrtki.

Danas je vodeća pozicija na tržištu za IEC programske sustave CoDeSys kompleks Njemačka tvrtka 3S-Smart Software Solutions GmbH. Koristi ga 190 tvrtki širom svijeta, a većina tih tvrtki vodeći su proizvođači opreme i / ili industrijskih automatizacijskih sustava.

U Rusiji, PLC-i s CoDeSys-om su dobro poznati stručnjacima; asortiman proizvoda proizvedenih pod kontrolom ovih PLC-ova je ogroman. CoDeSys uključuje 5 specijaliziranih urednika za svaki od standardnih programskih jezika:

• Popis uputa (IL),

• Dijagrami funkcionalnih blokova (FBD),

• Kontaktni krugovi releja (LD),

• Strukturirani tekst (ST),

• Grafikon sekvencijalnih funkcija (SFC).

Uređivače podržava veliki broj pomoćnih alata koji ubrzavaju unos programa. To su pomoćnik unosa, automatska varijabla deklaracije, inteligentna korekcija unosa, označavanje boja i kontrola sintakse tijekom unosa, skaliranje, automatsko postavljanje i povezivanje grafičkih elemenata.

U jednom projektu možete kombinirati programe napisane na nekoliko IEC jezika ili koristiti jedan od njih. Ne postoje posebni zahtjevi za odabir jezika. To je isključivo zbog osobnih sklonosti.

Najpopularniji jezik u Rusiji je ST. Ovo je tekst teksta, koji je pomalo prilagođeni Pascal. Drugi najpopularniji grafički jezik je FBD, a slijedi LD. Uz alate za pripremu programa, CoDeSys uključuje integrirani program za uklanjanje pogrešaka, emulator, alate za vizualizaciju i upravljanje projektima, PLC i mrežne konfiguratore.

Utjelovljenje druge neočekivane ideje, koju su zajednički stvorili korisnici CoDeSys-a, bilo je dobrovoljno udruživanje proizvođača PLC-a koji podržavaju CoDeSys u neprofitnu organizaciju CoDeSys Automation Alliance (CAA). Ideja je pretvoriti proizvođače proizvoda za industrijsku automatizaciju koji podržavaju CoDeSys u partnere (koliko je to moguće na konkurentnom tržištu) i neutralizirati učinke konkurencije proizvođača na PLC korisnike.

Umjesto da namjerno stvaraju tehničke prepreke koje onemogućavaju korisnicima da lako koriste proizvode druge tvrtke, članovi CAA-e namjerno poduzimaju mjere kako bi osigurali kompatibilnost svojih proizvoda.

Korisnik može biti siguran da će njegova CoDeSys aplikacija raditi u bilo kojem kontroloru bilo koje tvrtke koja je članica CAA-e. Korisnik može biti siguran da su alate koje koristi (CoDeSys) provjerile tisuće korisnika širom svijeta. Korisnik uvijek može razgovarati o svojim poteškoćama i dobiti pravu pomoć širokog kruga kolega koji imaju iskustva u rješavanju takvih problema.

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