kategória: Začiatočníci elektrikári, Knihy a video kurzy o elektrotechnike a elektronike, Priemyselný elektrikár, Programovateľné ovládače
Počet zobrazení: 32688
Komentáre k článku: 5

Programovacie jazyky PLC a automatizačná softvérová platforma CoDeSys

PLC, programovacie jazyky a automatizačná softvérová platforma CoDeSys Zoberme si najjednoduchšiu úlohu ako príklad: musíte stlačiť 1 sekundu potom, čo operátor súčasne drží dve tlačidlá v stlačenom stave. Zaručujeme teda, že obe ruky obsluhy sú zaneprázdnené a dávame mu čas na kontrolu pripravenosti stroja. Najjednoduchším riešením je zapojiť kontakty oboch tlačidiel do série a dať elektronické relé s časovačom. Ak časovač umožňuje nastavenie času oneskorenia, potom takáto schéma poskytne určitú flexibilitu systému, ale nie príliš vysokú.

Akékoľvek ďalšie podmienky, napríklad požiadavka na kontrolu postupnosti stlačení tlačidiel, nás dostanú do zložitej situácie - budeme musieť zmeniť obvod zavedením ďalších relé. Toto nie je zložitý problém za predpokladu, že takáto potreba vzniká veľmi zriedka.

Avšak v podmienkach konkurencieschopnej výroby je čas potrebný na vstup nového výrobku na trh rozhodujúci, a preto pokiaľ ide o flexibilnú automatizovanú výrobu, je potrebné vykonať rýchle prispôsobenie zariadenia s minimálnymi nákladmi.

Ďalším problémom je zvýšenie zložitosti riadiaceho systému pri vývoji výroby a objavovaní ďalších funkcií (komplikácie operačného algoritmu).

Každý špecialista na automatizáciu čelil problému vybudovania kontrolného systému pre zariadenia v tejto oblasti, ktorej nie je dostatočne oboznámený: nedostatok jasného vyhlásenia problému, vznik nových podmienok pri zavádzaní zariadenia môže znemožniť úspešnú realizáciu projektu.

Bolo potrebné vytvoriť riadiace zariadenie, ktorého operačný algoritmus by sa mohol zmeniť bez redistribuovania schémy zapojenia riadiaceho systému, a tak vznikla logická myšlienka nahradiť riadiace systémy „tvrdou“ logikou činnosti (sada relé, regulátorov, časovačov atď.) automaty s programovateľnou logikou práce. Tak narodený programovateľné logické radiče (PLC), Prvýkrát boli PLC používané v USA na automatizáciu výroby montážnych liniek v automobilovom priemysle (1969).

Pretože definícia „programovateľného logického ovládača“ bola „programovateľná“, vyvstala takmer okamžite otázka, ako programovať PLC?

Algoritmické programovacie jazyky počítačov tej doby boli zamerané na riešenie výpočtových problémov. Povolanie programátora bolo považované za mimoriadne zriedkavé a ťažké, na žiadnom výrobnom mieste neboli takíto odborníci. Ideálnou možnosťou by bolo automatické preloženie schém zapojenia reléových strojov do programov PLC.

Prečo nie? Takže v PLC sa objavil jazyk reléových kontaktných obvodov (RCS alebo LD v rebríčku anglických zdrojov Ladder Diagram), Technológ by mohol „prekresliť“ riadiaci obvod na displeji programovacej stanice PLC. Schéma nebolo prirodzene znázornené graficky, ale pomocou podmienených symbolov.

Napríklad vyššie opísaná úloha by sa mohla naprogramovať takto:

Vľavo a vpravo v takomto programe vidíme vertikálne napájacie autobusy spojené horizontálnymi obvodmi. Obvody môžu pozostávať z ich kontaktov a niektorých doplnkových prvkov (napríklad časovača) zapojených paralelne alebo v sérii. Vpravo končí každý obvod reléovou cievkou. Kontakty tohto relé môžu byť zase prítomné v iných obvodoch. Je teda možné vyrobiť pomerne zložitý obvod, ktorý má podobnú funkčnosť ako skutočný reléový obvod.

Prvé programovacie stanice boli veľmi objemné zariadenia prepravované niekoľkými ľuďmi. Avšak PLC začali aktívne nahrádzať ešte objemnejšie, a čo je najdôležitejšie, reléové automatizačné skrinky s „rigidnou“ logikou.

Fyzicky je PLC jedna alebo viac jednotiek, ktoré majú špecifickú sadu výstupov a vstupov na pripojenie senzorov a akčných členov (pozri obr. 1).

Logika jeho činnosti je popísaná v softvéri a vykonáva ju zabudovaný mikroprocesor. Výsledkom je, že presne tie isté PLC môžu vykonávať úplne odlišné funkcie. Na zmenu algoritmu operácie nie sú potrebné žiadne zmeny hardvéru.

Obr. 1. Princíp činnosti PLC

Vývoj elektroniky viedol k ohromujúcej miniaturizácii PLC. Dnes existujú miniatúrne programovateľné ovládače vybavené malým displejom a zabudovanými programovacími schopnosťami, ktoré sa nazývajú programovateľné relé. Typické úlohy programovateľných relé sú veľmi jednoduché lokálne systémy s až tuctom vstupov a niekoľkými výkonovými reléovými výstupmi.

Písanie zložitejších programov pomocou vstavaného diaľkového ovládača nie je ľahké. Podobne môžeme ľahko písať text SMS na klávesnici mobilného telefónu, ale aj zadávanie niekoľkých stránok textu, nehovoriac o veľkých objemoch, sa zdá byť problematické. Na tento účel existujú osobné počítače (počítače), ktoré ľuďom poskytujú oveľa pohodlnejšie pracovné podmienky.

Jedna moderná PLC môže nahradiť desiatky regulátorov, stovky časovačov a tisíce relé. Použitie PC na programovanie takéhoto systému nie je vôbec ťažké. Použitie PC ako programovacej stanice PLC je dnes dominantným riešením. To nielen zjednodušuje programovanie, ale tiež rieši problémy archivácie projektov, prípravy dokumentácie, vizualizácie a modelovania. Počítač poskytuje pohodlný univerzálny nástroj na programovanie najjednoduchších miestnych úloh na PLC, ako aj na automatický systém riadenia procesov.

Vezmite prosím na vedomie, že keď hovoríme o programovaní PLC, vždy sa vraciame k tomu, ako tento proces zjednodušiť a pre človeka pohodlný. Zdá sa, že akonáhle bude naprogramované PLC fungovať roky a nie je veľmi dôležité, či jeho program bude vyzerať krásne, hlavná vec je, že funguje dobre.

Bohužiaľ to tak nie je. Potreba zmeny programu v PLC vzniká niekedy a neočakávane. Preto by malo byť napísané tak, aby mu každá osoba, nielen jej autor, mohla rýchlo porozumieť a rýchlo vykonať potrebné zlepšenia. To, že programy sú napísané pre PLC, nie je úplne správne.

Všetky programy sú napísané človekom a sú určené na čítanie ľuďmi. Akékoľvek programovacie nástroje napokon dávajú mikroprocesorovým pokynom svoje strojové kódy. Neexistuje žiadny rozdiel v tom, v akom jazyku je program napísaný.

Uvedené vyššie Jazyk LD bol vynájdený v USA v období automatizácie relé. Móda pre PLC prišla do Európy o niečo neskôr, keď boli reléové rozvádzače úspešne nahradené rozvádzačmi s logickými obvodmi. Preto vznikla potreba vyvinúť ďalšie programovacie jazyky zrozumiteľné pre novú generáciu inžinierov.

Takže v Nemecku sa objavili jazyky jednoduchých textových inštrukcií pripomínajúcich assembler (IL). Vo Francúzsku, grafický jazyky funkčných blokových schém (FBD) a diagramy na vysokej úrovni opisujúce fázy a podmienky prechodov (Graphset, moderný SFC). Boli tiež použité jazyky používané na programovanie počítačov (Pascal, Basic). Koncom sedemdesiatych rokov sa vyvinula mimoriadne ťažká situácia.

Každý výrobca PLC (vrátane v ZSSR) vyvinul svoj vlastný programovací jazyk, a preto PLC rôznych výrobcov boli softvérovo nekompatibilné, navyše tu bol problém hardvérovej nekompatibility. Výmena PLC produktom iného výrobcu sa stala veľkým problémom.Kupujúci v PLC bol nútený používať výrobky iba jednej spoločnosti alebo investovať energiu do výučby rôznych jazykov a prostriedkov na získavanie vhodných nástrojov.

Výsledkom bolo, že v roku 1979 bola v rámci Medzinárodnej elektrotechnickej komisie (IEC) vytvorená špeciálna skupina technických expertov na problémy PLC. Bola poverená vývojom štandardných požiadaviek na hardvér, softvér, inštalačné pravidlá, testovanie, dokumentáciu a komunikáciu PLC.

V roku 1982 bola zverejnená prvá verzia normy, ktorá dostala názov IEC 1131. Vzhľadom na zložitosť výsledného dokumentu sa rozhodlo o jeho rozdelení na niekoľko častí, tretia časť normy „Programovacie jazyky PLC“ sa venuje programovacím problémom.

Pretože IEC od roku 1997 prešla na 5 digitálnych notácií, správny názov pre medzinárodnú verziu časti normy venovanej programovacím jazykom PLC je IEC 61131-3. Pracovná skupina IEC urobila skôr originálne rozhodnutie. Z celej škály programovacích jazykov PLC, ktoré existovali v čase vývoja normy, bolo identifikovaných 5 najpoužívanejších jazykov.

Jazykové špecifikácie boli finalizované, aby bolo možné používať štandardizovaný súbor prvkov a typov údajov v programoch napísaných v ktoromkoľvek z týchto jazykov. Tento prístup IEC bol kritizovaný viackrát, ale čas preukázal správnosť tohto rozhodnutia.

Zavedenie takéhoto prístupu umožnilo prilákať odborníkov z rôznych oblastí znalostí (a čo je obzvlášť dôležité, rôznych kvalifikácií) na programovanie toho istého PLC: programátorov špecializovaných na reléovú automatizáciu (a dokonca aj elektrikárov) v LD, odborníkov v oblasti polovodičových obvodov a automatického riadenia, pre ktorých zvyčajným jazykom je FBD, programátori so skúsenosťami s písaním programov pre počítače v jazyku zostavy (zodpovedá jazyku IL pre PLC), vo vyšších jazykoch (jazyk ST), dokonca aj v tých, ktoré sú ďaleko od Programátori získali programovací nástroj - jazyk SFC.

Aj keď zavedenie programovacích systémov IEC nezbavilo služby profesionálnych programátorov úplne (avšak tento cieľ nebol stanovený), umožnilo to znížiť kvalifikačné požiadavky, a teda aj náklady na prácu programátorov PLC. Normalizácia jazykov umožnila (aspoň čiastočne) vyriešiť problém závislosti používateľa PLC od konkrétneho výrobcu.

Všetky moderné PLC sú vybavené programovacími nástrojmi IEC 61131-3, ktoré zjednodušujú prácu používateľov radiča (môžete používať PLC rôznych spoločností bez nákladov na preškoľovanie) a zároveň odstraňujú množstvo problémov pre výrobcov PLC (komponenty PLC môžete používať od iných výrobcov).

Norma výrazne rozšírila príležitosti na trhu práce pre špecialistu na programovanie PLC. Rovnako ako automechanik so štandardnou sadou nástrojov môže vykonať opravu ktorejkoľvek časti (okrem neštandardného) stroja akejkoľvek spoločnosti, odborník, ktorý študoval jazyky IEC 61131-3, bude schopný zistiť program akýchkoľvek moderných PLC. To umožnilo znížiť závislosť spoločnosti od programátora špecialistu PLC a špecialistu od spoločnosti.

Dnes má vedúce postavenie na trhu programovacích systémov IEC Komplex CoDeSys Nemecká spoločnosť 3S-Smart Software Solutions GmbH. Používa ho 190 spoločností na celom svete, väčšina z nich je poprednými výrobcami zariadení a / alebo automatizačných systémov v priemysle.

V Rusku sú PLC s CoDeSys odborníkmi dobre známe, rozsah produktov vyrábaných pod kontrolou týchto PLC je obrovský. CoDeSys obsahuje 5 špecializovaných editorov pre každý zo štandardných programovacích jazykov:

Zoznam pokynov (IL),
Funkčné blokové schémy (FBD),
Reléové kontaktné obvody (LD),
Štruktúrovaný text (ST),
Grafy postupných funkcií (SFC).

Editory sú podporované veľkým počtom pomocných nástrojov, ktoré urýchľujú zadávanie programov. Ide o pomocníka pri vstupe, automatické deklarovanie premenných, inteligentnú korekciu vstupu, zvýraznenie farby a kontrolu syntaxe počas zadávania, zmenu mierky, automatické umiestnenie a pripojenie grafických prvkov.

V jednom projekte môžete kombinovať programy napísané vo viacerých jazykoch IEC alebo použiť jeden z nich. Na výber jazyka nie sú kladené žiadne špeciálne požiadavky. Je to spôsobené výlučne osobnými preferenciami.

Najobľúbenejším jazykom v Rusku je ST. Toto je textový jazyk, čo je mierne prispôsobený Pascal. Druhým najobľúbenejším grafickým jazykom je FBD, za ktorým nasleduje LD. CoDeSys obsahuje okrem nástrojov na prípravu programov integrovaný nástroj na ladenie, emulátor, vizualizáciu a riadenie projektov, PLC a konfigurátory siete.

Stelesnením ďalšej nečakanej myšlienky, ktorú spoločne vytvorili používatelia CoDeSys, bolo dobrovoľné združenie výrobcov PLC podporujúcich CoDeSys do neziskovej organizácie CoDeSys Automation Alliance (CAA). Cieľom je zmeniť výrobcov priemyselných automatizačných produktov, ktoré podporujú CoDeSys, na partnerov (čo najviac na konkurenčnom trhu) a neutralizovať účinky konkurencie medzi výrobcami na používateľov PLC.

Členovia CAA namiesto úmyselného vytvárania technických prekážok, ktoré bránia používateľom ľahko používať produkty inej spoločnosti, úmyselne prijímajú opatrenia na zabezpečenie kompatibility svojich výrobkov.

Užívateľ si môže byť istý, že jeho aplikácia CoDeSys bude fungovať v ľubovoľnom kontrolóri akejkoľvek spoločnosti, ktorá je členom CAA. Používateľ si môže byť istý, že nástroje, ktoré používajú (CoDeSys), boli overené tisíckami používateľov po celom svete. Užívateľ môže vždy diskutovať o svojich problémoch a získať skutočnú pomoc od širokého spektra kolegov, ktorí majú skúsenosti s riešením takýchto problémov.

Brokarev A.Zh., Petrov I.V. Spoločnosť „PROLOGUE“