Categories: Electricistes novells, Llibres i cursos de vídeo sobre enginyeria elèctrica i electrònica, Electricista industrial, Controladors programables
Nombre de visualitzacions: 32688
Comentaris sobre l'article: 5

Llenguatges de programació PLC i plataforma de programari d'automatització CoDeSys

PLC, llenguatges de programació i plataforma de programari d'automatització CoDeSys Preneu l’exemple més senzill: heu d’encendre la premsa 1 segon després que l’operador mantingui simultàniament els dos botons en estat prement. Així, garantim que les dues mans de l’operador estan ocupades i li donem temps per supervisar la preparació de la màquina. La solució més senzilla és connectar els contactes dels dos botons en sèrie i posar un relé electrònic amb un temporitzador. Si el temporitzador permet ajustar el temps de retard, aquest esquema proporcionarà certa flexibilitat del sistema, però no massa elevat.

Qualsevol altra condició addicional, per exemple, el requisit de controlar la seqüència de premses de botons ens situarà en una situació difícil: ens veurem obligats a canviar el circuit introduint relés addicionals. No es tracta d’un problema difícil, sempre que aquesta necessitat sorgeixi rarament.

Però, en condicions de producció competitiva, el temps que triga un nou producte a entrar al mercat és crucial i, per tant, quan es tracta d’una producció automatitzada flexible, cal ajustar ràpidament els equips amb uns costos mínims.

Un problema addicional és l'augment de la complexitat del sistema de control a mesura que es desenvolupa la producció i apareixen funcions addicionals (complicacions de l'algorisme de l'operació).

Qualsevol especialista en automatització també s’ha enfrontat al problema de construir un sistema de control d’equips en aquesta àrea temàtica que no coneix prou: la manca d’una declaració clara del problema, l’aparició de noves condicions a mesura que s’inicia l’equip, pot fer impossible la implementació amb èxit d’un projecte.

Calia crear un dispositiu de control, l'algoritme de funcionament del qual es pogués canviar sense refer el diagrama de cablejat del sistema de control i, com a resultat, va sorgir una idea lògica de substituir els sistemes de control per una lògica de funcionament "dura" (un conjunt de relés, reguladors, temporitzadors, etc.) per autòmats amb lògica de treball programable. Així neix controladors lògics programables (PLCs). Per primera vegada, es van utilitzar els PLC als EUA per automatitzar la producció de muntatges de la línia de muntatge a la indústria de l’automoció (1969).

Atès que la definició de "controlador lògic programable" era "programable", la qüestió va sorgir gairebé immediatament, com programar el PLC?

Els llenguatges de programació algoritmics d’ordinadors d’aquella època estaven orientats a la resolució de problemes computacionals. La professió d’un programador es considerava extremadament rara i difícil; no hi havia especialistes d’aquest tipus en cap lloc de producció. Una opció ideal seria traduir automàticament els esquemes de circuits de les màquines de relé en programes de PLC.

Per què no? Així, en el PLC va aparèixer llenguatge de circuits de contacte de relé (RCS o LD a les fonts angleses Ladder Diagram). El tecnòleg podria "redibuixar" el circuit de control a la pantalla de l'estació de programació del PLC. Naturalment, el diagrama no es representava gràficament sinó mitjançant símbols condicionals.

Per exemple, la tasca descrita anteriorment es pot programar de la manera següent:

A l'esquerra i a la dreta en un programa d'aquest tipus, veiem autobusos d'alimentació verticals connectats per circuits horitzontals. Els circuits poden consistir en els seus contactes i alguns elements addicionals (per exemple, un temporitzador) connectats en paral·lel o en sèrie. A la dreta, cada circuit acaba amb una bobina de relé. Al seu torn, els contactes d'aquest relé poden estar presents en altres circuits. Així, és possible fer un circuit bastant complex similar en funcionalitat a un circuit de relé real.

Les primeres estacions de programació eren dispositius molt voluminosos transportats per diverses persones. Tot i això, els PLC van començar a substituir activament encara més voluminosos i, el més important, els gabinets d'automatització per relleus per una lògica "rígida".

Físicament, un PLC és un o més blocs que tenen un conjunt específic de sortides i entrades per connectar sensors i actuadors (vegeu Fig. 1).

La lògica del seu funcionament es descriu al programari i està realitzada pel microprocessador incorporat. Com a resultat, els mateixos PLC poden exercir funcions completament diferents. Per modificar l'algorisme de l'operació, no calen modificacions de maquinari.

Fig. 1. El principi de funcionament del PLC

El desenvolupament de l'electrònica ha comportat una impressionant miniaturització de PLCs. Avui en dia hi ha controladors programables en miniatura equipats amb una pantalla petita i capacitats de programació integrada, els controladors s’anomenen relés programables. Les tasques típiques dels relés programables són sistemes locals molt senzills amb fins a una dotzena d'entrades i diverses sortides de relés d'alimentació.

No és fàcil escriure un programa més complex amb el comandament integrat. De la mateixa manera, podem escriure fàcilment text SMS al teclat d’un telèfon mòbil, però fins i tot introduir diverses pàgines de text, per no dir grans volums, sembla problemàtic. Per això, hi ha ordinadors personals (PC) que proporcionen unes condicions de treball molt més còmodes per a les persones.

Un PLC modern pot substituir desenes de reguladors, centenars de temporitzadors i milers de relés. L'ús d'un ordinador per programar aquest sistema no és gens difícil. L'ús de PC com a estació de programació de PLC és la solució dominant avui en dia. Això no només simplifica la programació, sinó que també soluciona els problemes d’arxivar projectes, preparar documentació, visualitzar i modelar. L’ordinador proporciona una còmoda eina universal per programar les tasques locals més senzilles d’un PLC, així com per a un sistema de control de processos automàtic.

Tingueu en compte que, quan parlem de programació de PLC, sempre tornem a la manera de fer aquest procés senzill i convenient per als humans. Sembla que una vegada que un PLC programat funcionarà durant anys i no és gaire important si el seu programa tindrà un aspecte bell, el principal és que funcioni bé.

Malauradament, no és així. De vegades i de manera inesperada, la necessitat de canviar el programa en el PLC sorgeix regularment. Per tant, s’ha d’escriure de manera que qualsevol persona, no només el seu autor, pugui entendre-la ràpidament i fer les millores necessàries. Dir que els programes estan escrits per al PLC no és del tot correcte.

Tots els programes estan escrits per l'home i estan destinats a la lectura humana. Qualsevol eina de programació dóna, al final, instruccions al microprocessador en els seus codis de màquina. Per a ell no hi ha diferència en el llenguatge escrit del programa.

Esmentat anteriorment Llenguatge LD es va inventar als EUA durant el període d'automatització de relés. La moda dels PLC va arribar a Europa una mica més tard, quan els gabinets de relé ja van ser substituïts amb èxit per armaris amb circuits lògics. Per tant, va sorgir la necessitat d’inventar altres llenguatges de programació comprensibles per a una nova generació d’enginyers.

Així, a Alemanya apareixien idiomes d’instruccions de text simples que s’assemblen a assembler (IL). A França, gràfic llenguatges de diagrama de blocs funcionals (FBD) i diagrames d’alt nivell que descriuen etapes i condicions de les transicions (Graphset, SFC moderna). També s’utilitzaven els llenguatges utilitzats per a la programació d’ordinadors (Pascal, Basic). A finals dels anys setanta es va desenvolupar una situació extremadament difícil.

Cada fabricant de PLC (inclòs a l’URSS) va desenvolupar un llenguatge de programació propi, per tant, els PLC de diferents fabricants eren incompatibles amb el programari, a més hi havia un problema d’incompatibilitat de maquinari. La substitució d’un PLC amb un producte d’un altre fabricant ha esdevingut un problema enorme.El comprador del PLC es va veure obligat a utilitzar productes d’una sola empresa o a gastar energia en l’aprenentatge de diferents idiomes i diners en l’adquisició d’eines adequades.

Com a resultat, el 1979, en el marc de la Comissió Electrotècnica Internacional (IEC), es va crear un grup especial d’experts tècnics sobre problemes de PLC. A ella se li va encarregar desenvolupar els requisits estàndard de maquinari, programari, normes d’instal·lació, proves, documentació i comunicacions de PLC.

El 1982 es va publicar el primer esborrany de la norma, que va rebre el nom d'IEC 1131. Degut a la complexitat del document resultant, es va decidir dividir-lo en diverses parts, la tercera part de l'estàndard "Llenguatges de programació PLC" està dedicada a problemes de programació.

Atès que l'IEC ha canviat a 5 notacions digitals des de 1997, el nom correcte per a la versió internacional de la part de l'estàndard dedicada als llenguatges de programació PLC és IEC 61131-3. El grup de treball de l'IEC va prendre una decisió força original. De tota la varietat de llenguatges de programació de PLC que existien en el moment del desenvolupament de l’estàndard, es van identificar 5 llenguatges més àmpliament utilitzats.

Les especificacions d’idiomes es van finalitzar de manera que es va fer possible utilitzar un conjunt normalitzat d’elements i tipus de dades en programes escrits en qualsevol d’aquests idiomes. Aquest plantejament de l’IEC ha estat criticat més d’una vegada, però el temps ha demostrat la correcció d’aquesta decisió.

La implementació d’aquest enfocament va permetre atreure especialistes de diversos àmbits del coneixement (i, especialment important, de diverses qualificacions) a la programació d’un mateix PLC: especialistes en automatització de relleus (i fins i tot electricistes) programant en LD, especialistes en el camp dels circuits de semiconductors i control automàtic per a qui el llenguatge habitual és FBD, programadors amb programes d’escriptura d’experiència per a ordinadors en llenguatge de muntatge (correspon al llenguatge IL dels PLC), en llenguatges d’alt nivell (llenguatge ST), fins i tot aquells allunyats Els tecnòlegs de programació tenen la seva eina de programació: el llenguatge SFC.

Tot i que la introducció dels sistemes de programació de l’IEC no va abandonar per complet els serveis dels programadors professionals (tot i això, aquest objectiu no es va fixar), però va permetre reduir els requisits de qualificació i, en conseqüència, el cost de la mà d’obra per als programadors de PLC. L’estandardització d’idiomes permetia (almenys parcialment) resoldre el problema de la dependència de l’usuari del PLC d’un fabricant específic.

Tots els PLC moderns estan equipats amb eines de programació IEC 61131-3, que simplifica el treball dels usuaris del controlador (podeu utilitzar PLC de diverses empreses sense tornar a costar) i al mateix temps elimina diversos problemes per als fabricants de PLC (podeu utilitzar components de PLC d'altres fabricants).

La norma ha ampliat notablement les oportunitats del mercat de treball per a un especialista en programació de PLC. De la mateixa manera que un mecànic automàtic amb un conjunt estàndard d’eines pot realitzar la reparació de qualsevol part (excepte la no estàndard) d’una màquina de qualsevol empresa, un especialista que ha estudiat els idiomes de la CEI 61131-3 podrà conèixer el programa de qualsevol PLC modern. Això va permetre reduir tant la dependència de l'empresa de l'especialista en programació de PLC, com de l'especialista de l'empresa.

Avui, la posició de lideratge en el mercat dels sistemes de programació IEC és Complex CoDeSys Empresa alemanya 3S-Smart Software Solutions GmbH. És utilitzat per 190 empreses de tot el món, la majoria d’aquestes empreses són els principals fabricants d’equips i / o sistemes d’automatització industrial.

A Rússia, els PLC amb CoDeSys són molt coneguts pels especialistes, la gamma de productes fabricats sota el control d’aquests PLC és enorme. CoDeSys inclou 5 editors especialitzats per a cadascun dels llenguatges de programació estàndard:

Llista d'instruccions (IL),
Diagrames de bloc funcional (FBD),
Circuits de contacte de relé (LD),
Text estructurat (ST),
Gràfics de funcions seqüencials (SFC).

Els editors compten amb un gran nombre d'eines auxiliars que acceleren l'entrada dels programes. Es tracta d’assistent d’entrada, declaració de variables automàtiques, correcció d’introducció intel·ligent, realçament de colors i control de sintaxi durant l’entrada, l’escalació, la col·locació automàtica i la connexió d’elements gràfics.

En un projecte, podeu combinar programes escrits en diversos idiomes IEC o utilitzar-ne un. No hi ha requisits especials per escollir un idioma. Es deu exclusivament a preferències personals.

La llengua més popular a Rússia és la ST. Es tracta d’un llenguatge de text, que és un Pascal lleugerament adaptat. El segon llenguatge gràfic més popular és FBD, seguit de LD. A més de les eines de preparació de programes, CoDeSys inclou un depurador, emulador, eines de visualització i gestió de projectes integrats, PLC i configuradors de xarxa.

La realització d'una altra idea inesperada, generada col·lectivament pels usuaris de CoDeSys, va ser l'associació voluntària de fabricants de PLC que dona suport a CoDeSys a l'organització sense ànim de lucre CoDeSys Automation Alliance (CAA). L’essència de la idea és convertir els fabricants de productes d’automatització industrial donant suport a CoDeSys en socis (en la mesura del possible en un mercat competitiu) i neutralitzar les conseqüències de la competència entre els fabricants per als usuaris de PLC.

En lloc de crear deliberadament obstacles tècnics que impedeixin als usuaris utilitzar fàcilment productes d’una altra empresa, els membres de la CAA adopten deliberadament mesures per assegurar la compatibilitat dels seus productes.

L'usuari pot estar segur que la seva aplicació CoDeSys funcionarà en qualsevol controlador de qualsevol empresa que sigui membre de CAA. L’usuari pot estar segur que milers d’usuaris de tot el món han verificat les eines que utilitzen (CoDeSys). L’usuari sempre pot discutir les seves dificultats i obtenir ajuda real d’una àmplia gamma de companys que tenen experiència en la resolució d’aquests problemes.

Brokarev A.Zh., Petrov I.V. Empresa "PROLOGLEG"