PLC programavimo kalbos ir „CoDeSys“ automatizavimo programinės įrangos platforma

Paimkite paprasčiausią užduotį kaip pavyzdį: turite įjungti paspaudimą 1 sekundę po to, kai operatorius vienu metu laiko du mygtukus paspaustoje būsenoje. Taigi mes garantuojame, kad abi operatoriaus rankos yra užimtos, ir suteikiame jam laiko stebėti mašinos pasirengimą. Paprasčiausias sprendimas yra sujungti abiejų mygtukų kontaktus nuosekliai ir uždėti elektroninę relę su laikmačiu. Jei laikmatis leidžia koreguoti vėlavimo laiką, tada tokia schema užtikrins tam tikrą sistemos lankstumą, bet ne per aukštą.

Bet kokios papildomos sąlygos, pavyzdžiui, reikalavimas kontroliuoti mygtukų paspaudimų seką, pateks į keblią situaciją - būsime priversti pakeisti grandinę įvesdami papildomas reles. Tai nėra sudėtinga problema, jei toks poreikis kyla ypač retai.

Konkurencingos gamybos sąlygomis naujo produkto įvedimas į rinką yra labai svarbus laikas, todėl, kai kalbama apie lanksčią automatizuotą gamybą, įranga turi būti sureguliuota greitai ir su kuo mažesnėmis sąnaudomis.

Papildoma problema yra padidėjęs valdymo sistemos sudėtingumas, vystantis gamybai ir atsirandant papildomoms funkcijoms (operacijos algoritmo komplikacijos).

Bet kuris automatizavimo specialistas susidūrė su problema, kuriančia įrangos valdymo sistemą toje dalyko srityje, su kuria jis nėra pakankamai susipažinęs: nesant aiškaus problemos aprašymo, atsiradus naujoms sąlygoms, kai diegiama įranga, gali būti neįmanoma sėkmingai įgyvendinti projektą.

Reikėjo sukurti valdymo įtaisą, kurio veikimo algoritmą būtų galima pakeisti neperdarant valdymo sistemos laidų schemos, ir dėl to kilo logiška idėja pakeisti valdymo sistemas „kieta“ veikimo logika (relių, reguliatorių, laikmačių ir kt. Rinkiniu) automatai su programuojama darbo logika. Taigi gimęs programuojami loginiai valdikliai (PLC). Pirmą kartą PLC buvo naudojami JAV automatizuoti surinkimo linijų surinkimą automobilių pramonėje (1969).

Kadangi „programuojamo loginio valdiklio“ apibrėžimas buvo „programuojamas“, beveik iškart iškilo klausimas, kaip programuoti PLC?

To meto kompiuterių algoritminės programavimo kalbos buvo orientuotos į skaičiavimo problemų sprendimą. Programuotojo profesija buvo laikoma nepaprastai reta ir sunkia; jokioje gamybos vietoje tokių specialistų nebuvo. Idealus pasirinkimas būtų automatiškai paversti relių mašinų schemas į PLC programas.

Kodėl gi ne? Taigi PLC pasirodė relių-kontaktinių grandinių kalba (RCS arba LD anglų kalbų kopėčių diagramoje). Technologas galėjo „perbraižyti“ valdymo grandinę PLC programavimo stoties ekrane. Natūralu, kad schema buvo pavaizduota ne grafiškai, o sąlyginiais simboliais.

Pavyzdžiui, aukščiau aprašytą užduotį galima užprogramuoti taip:

Kairėje ir dešinėje tokioje programoje matome vertikalias galios magistralės jungtis horizontaliomis grandinėmis. Grandines gali sudaryti jų kontaktai ir kai kurie papildomi elementai (pavyzdžiui, laikmatis), sujungti lygiagrečiai arba nuosekliai. Dešinėje kiekviena grandinė baigiasi relės ritė. Šios relės kontaktai savo ruožtu gali būti kitose grandinėse. Taigi įmanoma padaryti gana sudėtingą grandinę, savo funkcionalumu panašų į realios relės grandinę.

Pirmosios programavimo stotys buvo labai didelių gabaritų prietaisai, kuriuos gabeno keli žmonės. Nepaisant to, PLC pradėjo aktyviai pakeisti dar didesnes ir, svarbiausia, relinės automatikos spinteles su „griežta“ logika.

Fiziškai PLC yra vienas ar keli blokai, turintys specialų išėjimų ir įėjimų rinkinį, skirtą jutikliams ir pavaroms prijungti (žr. 1 pav.).

Jos veikimo logika aprašyta programinėje įrangoje ir vykdoma įmontuoto mikroprocesoriaus. Dėl to lygiai tie patys PLC gali atlikti visiškai skirtingas funkcijas. Norint pakeisti veikimo algoritmą, nereikia atlikti jokių aparatūros pakeitimų.

Fig. 1. PLC veikimo principas

Elektronikos plėtra paskatino stulbinamą PLC miniatiūrizavimą. Šiandien yra miniatiūrinių programuojamų valdiklių, turinčių mažą ekraną ir įmontuotas programavimo galimybes, tokie valdikliai vadinami programuojamomis relėmis. Tipiškos programuojamų relių užduotys yra labai paprastos vietinės sistemos, turinčios iki keliolikos įėjimų ir keletą galios relių išėjimų.

Parašyti sudėtingesnę programą naudojant įmontuotą nuotolinio valdymo pultą nėra lengva. Panašiai galime lengvai įvesti SMS tekstą mobiliojo telefono klaviatūroje, tačiau net įvesti kelis teksto puslapius, jau nekalbant apie didelius kiekius, atrodo problematiška. Tam yra asmeniniai kompiuteriai (PC), kurie žmonėms suteikia daug patogesnes darbo sąlygas.

Vienas modernus PLC gali pakeisti dešimtis reguliatorių, šimtus taimerių ir tūkstančius relių. Naudoti kompiuterį tokiai sistemai programuoti nėra visai sudėtinga. Šiandien PC naudojimas kaip PLC programavimo stotis yra svarbiausias sprendimas. Tai ne tik supaprastina programavimą, bet ir išsprendžia projektų archyvavimo, dokumentacijos rengimo, vizualizacijos ir modeliavimo problemas. Kompiuteris suteikia patogų universalų įrankį, skirtą programuoti paprasčiausias vietines užduotis PLC, taip pat automatinei proceso valdymo sistemai.

Atminkite, kad kalbėdami apie PLC programavimą, visada grįžtame prie klausimo, kaip šį procesą padaryti paprastą ir patogų žmonėms. Atrodytų, kad kartą užprogramuotas PLC veiks metus ir nėra labai svarbu, ar jo programa atrodys gražiai, svarbiausia, kad jis veiktų gerai.

Deja, taip nėra. Poreikis keisti programą PLC kyla reguliariai ir netikėtai. Todėl jis turėtų būti parašytas taip, kad bet kuris asmuo, ne tik jo autorius, galėtų greitai tai suprasti ir greitai atlikti būtinus patobulinimus. Sakyti, kad programos yra parašytos PLC, nėra visiškai teisinga.

Visos programos yra parašytos žmogaus ir yra skirtos skaitymui žmonėms. Bet kurios programavimo priemonės mikroprocesoriui nurodo savo mašinų kodus. Jam nėra skirtumo, kokia kalba parašyta programa.

Minėta aukščiau LD kalba buvo išrastas JAV relės automatizavimo laikotarpiu. PLC mada į Europą atėjo šiek tiek vėliau, kai relinės spintelės jau buvo sėkmingai pakeistos spintelėmis su loginėmis grandinėmis. Todėl iškilo poreikis išrasti kitas programavimo kalbas, suprantamas naujai inžinierių kartai.

Taigi Vokietijoje atsirado paprastų teksto instrukcijų, primenančių montuotoją (IL), kalbos. Prancūzijoje - grafika funkcinės blokinės diagramos kalbos (FBD) ir aukšto lygio diagramos, apibūdinančios perėjimų pakopas ir sąlygas („Graphset“, modernioji SFC). Taip pat buvo naudojamos kompiuterių programavimo kalbos (Pascal, Basic). 7-ojo dešimtmečio pabaigoje susiklostė nepaprastai sudėtinga padėtis.

Kiekvienas PLC gamintojas (taip pat ir SSRS) sukūrė savo programavimo kalbą, todėl skirtingų gamintojų PLC buvo programinės įrangos nesuderinami, be to, iškilo aparatinės įrangos nesuderinamumo problema. PLC pakeitimas kito gamintojo produktu tapo didžiule problema.PLC pirkėjas buvo priverstas naudoti tik vienos įmonės gaminius arba eikvoti energiją įvairių kalbų ir priemonių mokymuisi, įsigydamas tinkamas priemones.

Todėl 1979 m. Tarptautinėje elektrotechnikos komisijoje (IEC) buvo sukurta speciali PLC problemų ekspertų grupė. Jai buvo pavesta sukurti standartinius aparatūros, programinės įrangos, diegimo taisyklių, testavimo, dokumentacijos ir PLC ryšių reikalavimus.

1982 m. Buvo išleista pirmoji standarto projekto versija, gavusi pavadinimą IEC 1131. Dėl gauto dokumento sudėtingumo buvo nuspręsta jį suskaidyti į keletą dalių, trečioji standartinio „PLC programavimo kalbų“ dalis skirta programavimo klausimams.

Kadangi nuo 1997 m. IEC perėjo prie 5 skaitmeninių ženklų, teisingas standartinės dalies, skirtos PLC programavimo kalboms, tarptautinės versijos pavadinimas yra IEC 61131-3. IEC darbo grupė priėmė gana originalų sprendimą. Iš daugybės PLC programavimo kalbų, egzistavusių standarto kūrimo metu, buvo išskirtos 5 plačiausiai vartojamos kalbos.

Kalbos specifikacijos buvo parengtos taip, kad būtų galima naudoti standartizuotą elementų ir duomenų tipų rinkinį programose, parašytomis bet kuria iš šių kalbų. Šis IEC požiūris buvo ne kartą kritikuojamas, tačiau laikas įrodė šio sprendimo teisingumą.

Tokio požiūrio įgyvendinimas leido pritraukti įvairių žinių sričių (o tai ypač svarbu, skirtingos kvalifikacijos) specialistus į to paties PLC programavimą: relės automatikos specialistams (ir net elektrikams), programuotojams LD, puslaidininkių grandinių ir automatinio valdymo srities specialistams, kuriems įprasta kalba yra FBD, programuotojai, turintys patirties rašyti programas kompiuteriams surinkimo kalba (ji atitinka IL kalbą PLC), aukšto lygio kalbomis (ST kalba), net tomis, kurios toli gražu nėra Programavimo technologai gavo savo programavimo įrankį - SFC kalbą.

Nors įdiegus IEC programavimo sistemas nebuvo visiškai atsisakyta profesionalių programuotojų paslaugų (vis dėlto šis tikslas nebuvo iškeltas), tačiau tai leido sumažinti kvalifikacijos reikalavimus ir atitinkamai PLC programuotojų darbo sąnaudas. Kalbų standartizavimas leido (bent iš dalies) išspręsti PLC vartotojo priklausomybės nuo konkretaus gamintojo problemą.

Visuose šiuolaikiniuose PLC yra įrengtos IEC 61131-3 programavimo priemonės, kurios supaprastina valdiklių vartotojų darbą (galite naudoti įvairių kompanijų PLC be perkvalifikavimo išlaidų) ir tuo pačiu pašalina nemažai PLC gamintojų problemų (galite naudoti kitų gamintojų PLC komponentus).

Standartas žymiai išplėtė PLC programavimo specialisto galimybes darbo rinkoje. Kaip ir mechanikas, turintis standartinį įrankių rinkinį, gali remontuoti bet kurios įmonės mašinos dalis (išskyrus nestandartines), specialistas, ištyręs IEC 61131-3 kalbas, galės išsiaiškinti bet kurio šiuolaikinio PLC programą. Tai leido sumažinti tiek įmonės priklausomybę nuo PLC programavimo specialisto, tiek specialisto nuo įmonės.

Šiandien IEC programavimo sistemų rinkoje pirmauja „CoDeSys“ kompleksas Vokietijos įmonė 3S-Smart Software Solutions GmbH. Jį naudoja 190 kompanijų visame pasaulyje, dauguma šių įmonių yra pirmaujančios įrangos ir (arba) pramoninių automatikos sistemų gamintojos.

Rusijoje PLC su „CoDeSys“ yra gerai žinomi specialistams; produktų, pagamintų kontroliuojant šiuos PLC, asortimentas yra didžiulis. „CoDeSys“ apima 5 specializuotus redaktorius kiekvienai iš standartinių programavimo kalbų:

• Instrukcijų sąrašas (IL),

• Funkcinių blokų diagramos (FBD),

• Relių kontaktinės grandinės (LD),

• Struktūrizuotas tekstas (ST),

• Eilės funkcijų diagramos (SFC).

Redaktorius palaiko daugybė pagalbinių priemonių, kurios pagreitina programos įvedimą. Tai yra įvesties asistentas, automatinis kintamojo deklaravimas, intelektuali įvesties korekcija, spalvų paryškinimas ir sintaksės valdymas įvesties metu, mastelio keitimas, automatinis grafinių elementų išdėstymas ir sujungimas.

Viename projekte galite sujungti programas, parašytas keliomis IEC kalbomis, arba naudoti vieną iš jų. Nėra jokių specialių reikalavimų renkantis kalbą. Tai lemia tik asmeninės nuostatos.

Populiariausia Rusijos kalba yra ST. Tai teksto kalba, kuri yra šiek tiek pritaikyta Paskalio kalba. Antroji populiariausia grafikos kalba yra FBD, po jos eina LD. Be programos paruošimo įrankių, „CoDeSys“ turi integruotą derintuvą, emuliatorių, vizualizacijos ir projektų valdymo įrankius, PLC ir tinklo konfigūratorius.

Dar vienos netikėtos idėjos, kurią kartu sukūrė „CoDeSys“ vartotojai, įkūnijimas buvo savanoriška PLC gamintojų asociacija, remianti „CoDeSys“, į ne pelno siekiančią organizaciją „CoDeSys Automation Alliance“ (CAA). Idėjos esmė - paversti „CoDeSys“ palaikančius pramoninės automatikos produktų gamintojus partneriais (kiek įmanoma konkurencinėje rinkoje) ir neutralizuoti gamintojų konkurencijos pasekmes PLC vartotojams.

Užuot sąmoningai sukūrę technines kliūtis, trukdančias vartotojams lengvai naudotis kitos įmonės produktais, CAA nariai sąmoningai imasi priemonių savo produktų suderinamumui užtikrinti.

Vartotojas gali būti tikras, kad jo programa „CoDeSys“ veiks bet kuriame įmonės, priklausančios CAA, valdytojui. Vartotojas gali būti tikras, kad jų naudojamus įrankius (CoDeSys) patikrino tūkstančiai vartotojų visame pasaulyje. Vartotojas visada gali aptarti savo sunkumus ir gauti realią pagalbą iš daugybės kolegų, turinčių patirties sprendžiant tokias problemas.

Brokarevas A.Ž., Petrovas I.V. Įmonė "PROLOGUE"