Linguagens de programação PLC e plataforma de software de automação CoDeSys

Tome a tarefa mais simples como exemplo: você deve ativar a impressora 1 segundo depois que o operador pressionar simultaneamente os dois botões no estado pressionado. Assim, garantimos que as duas mãos do operador estão ocupadas e oferecemos tempo para monitorar a prontidão da máquina. A solução mais simples é conectar os contatos dos dois botões em série e colocar um relé eletrônico com um temporizador. Se o temporizador permitir o ajuste do tempo de atraso, esse esquema fornecerá alguma flexibilidade do sistema, mas não muito alto.

Quaisquer condições adicionais, por exemplo, a necessidade de controlar a sequência de pressionamentos de botão nos colocam em uma situação difícil - seremos forçados a mudar o circuito, introduzindo relés adicionais. Este não é um problema difícil, desde que essa necessidade surja extremamente raramente.

Porém, em condições de produção competitiva, o tempo que leva para um novo produto entrar no mercado é crucial e, portanto, quando se trata de produção automatizada flexível, o reajuste do equipamento deve ser realizado rapidamente, com custos mínimos.

Um problema adicional é o aumento da complexidade do sistema de controle à medida que a produção se desenvolve e funções adicionais aparecem (complicações do algoritmo de operação).

Qualquer especialista em automação também enfrentou o problema de construir um sistema de controle para equipamentos nessa área de assunto que ele não está familiarizado o suficiente: a falta de uma declaração clara do problema, o surgimento de novas condições à medida que o equipamento é introduzido, pode tornar impossível a implementação bem-sucedida de um projeto.

Era necessário criar um dispositivo de controle, cujo algoritmo de operação pudesse ser alterado sem refazer o diagrama de fiação do sistema de controle e, como resultado, surgiu uma idéia lógica para substituir os sistemas de controle pela lógica de operação "rígida" (um conjunto de relés, reguladores, temporizadores, etc.) por autômatos com lógica de trabalho programável. Tão nascido controladores lógicos programáveis ​​(PLCs). Pela primeira vez, os CLPs foram usados ​​nos Estados Unidos para automatizar a produção de linhas de montagem na indústria automotiva (1969).

Como a definição de “controlador lógico programável” era “programável”, surgiu a questão quase imediatamente, como programar o CLP?

As linguagens de programação algorítmica dos computadores da época eram orientadas para a solução de problemas computacionais. A profissão de programador era considerada extremamente rara e difícil; não havia especialistas em nenhum local de produção. Uma opção ideal seria converter automaticamente diagramas de circuitos de máquinas de relés em programas de CLP.

Porque não Então, no PLC apareceu idioma dos circuitos de contato com relé (RCS ou LD nas fontes inglesas). O tecnólogo pode "redesenhar" o circuito de controle no visor da estação de programação do PLC. Naturalmente, o diagrama foi representado não graficamente, mas por meio de símbolos condicionais.

Por exemplo, a tarefa descrita acima pode ser programada da seguinte maneira:

À esquerda e à direita, nesse programa, vemos barramentos verticais conectados por circuitos horizontais. Os circuitos podem consistir em seus contatos e alguns elementos adicionais (por exemplo, um timer) conectados em paralelo ou em série. À direita, cada circuito termina com uma bobina de relé. Os contatos deste relé podem estar presentes em outros circuitos. Assim, é possível criar um circuito bastante complexo, semelhante em funcionalidade a um circuito de relé real.

As primeiras estações de programação eram dispositivos muito volumosos transportados por várias pessoas. No entanto, os CLPs começaram a substituir ativamente os gabinetes de automação ainda mais volumosos e, o mais importante, dos retransmissores pela lógica "rígida".

Fisicamente, um CLP é uma ou mais unidades com um conjunto específico de saídas e entradas para conectar sensores e atuadores (veja a Fig. 1).

A lógica de sua operação é descrita em software e é executada pelo microprocessador embutido. Como resultado, exatamente os mesmos PLCs podem executar funções completamente diferentes. Para alterar o algoritmo de operação, nenhuma alteração de hardware é necessária.

Fig. 1. O princípio de operação do PLC

O desenvolvimento da eletrônica levou à miniaturização impressionante de PLCs. Atualmente, existem controladores programáveis ​​em miniatura equipados com uma tela pequena e recursos de programação embutidos, chamados de relés programáveis. Tarefas típicas de relés programáveis ​​são sistemas locais muito simples, com até uma dúzia de entradas e várias saídas de relé de potência.

Escrever um programa mais complexo usando o controle remoto embutido não é fácil. Da mesma forma, podemos digitar facilmente o texto SMS no teclado de um telefone celular, mas até mesmo inserir várias páginas de texto, sem mencionar grandes volumes, parece problemático. Para isso, existem computadores pessoais (PCs) que oferecem condições de trabalho muito mais confortáveis ​​para as pessoas.

Um CLP moderno pode substituir dezenas de reguladores, centenas de temporizadores e milhares de relés. Usar um PC para programar esse sistema não é nada difícil. Usar o PC como uma estação de programação PLC é a solução dominante hoje. Isso não apenas simplifica a programação, mas também resolve os problemas de arquivamento de projetos, preparando a documentação, visualizando e modelando. O computador fornece uma ferramenta universal conveniente para programar as tarefas locais mais simples em um CLP, bem como para sistemas de controle de processos.

Observe que, ao falar sobre programação de CLP, sempre retornamos a como tornar esse processo simples e conveniente para os seres humanos. Parece que uma vez que um CLP programado funcione por anos e não é muito importante se seu programa ficará bonito, o principal é que ele funcione bem.

Infelizmente, isso não é verdade. A necessidade de alterar o programa no PLC surge regularmente, às vezes e inesperadamente. Portanto, ele deve ser escrito para que qualquer pessoa, e não apenas seu autor, possa entendê-lo rapidamente e fazer as melhorias necessárias rapidamente. Dizer que os programas foram escritos para o PLC não está totalmente correto.

Todos os programas são escritos pelo homem e são destinados à leitura humana. Em última análise, qualquer ferramenta de programação fornece ao microprocessador instruções em seus códigos de máquina. Não há diferença para ele em que idioma o programa está escrito.

Mencionado acima Linguagem LD foi inventado nos EUA durante o período de automação do relé. A moda dos CLPs chegou à Europa um pouco mais tarde, quando os gabinetes de revezamento já foram substituídos com sucesso pelos gabinetes com circuitos lógicos. Portanto, surgiu a necessidade de inventar outras linguagens de programação compreensíveis para uma nova geração de engenheiros.

Então, na Alemanha, apareceram idiomas de instruções de texto simples semelhantes a assembler (IL). Na França, gráfico linguagens de diagrama de blocos funcionais (FBD) e diagramas de alto nível descrevendo estágios e condições das transições (Graphset, SFC moderno). Também foram utilizadas as linguagens utilizadas na programação de computadores (Pascal, Basic). No final dos anos setenta, uma situação extremamente difícil se desenvolveu.

Cada fabricante de CLP (inclusive na URSS) desenvolveu sua própria linguagem de programação, portanto CLPs de diferentes fabricantes eram incompatíveis com software, além de haver um problema de incompatibilidade de hardware. Substituir um CLP por um produto de outro fabricante tornou-se um grande problema.O comprador do PLC foi forçado a usar produtos de apenas uma empresa ou gastar energia aprendendo idiomas diferentes e dinheiro na aquisição de ferramentas apropriadas.

Como resultado, em 1979, no âmbito da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC), foi criado um grupo especial de especialistas técnicos em problemas de CLP. Ela foi incumbida de desenvolver requisitos padrão para hardware, software, regras de instalação, testes, documentação e comunicações de PLC.

Em 1982, foi publicada a primeira versão preliminar da norma, que recebeu o nome IEC 1131. Devido à complexidade do documento resultante, foi decidido dividi-lo em várias partes, a terceira parte da norma “Linguagens de programação PLC” é dedicada a questões de programação.

Como a IEC mudou para 5 notações digitais desde 1997, o nome correto para a versão internacional da parte da norma dedicada às linguagens de programação do PLC é IEC 61131-3. O grupo de trabalho da IEC tomou uma decisão bastante original. De toda a variedade de linguagens de programação PLC existentes no momento do desenvolvimento do padrão, foram identificadas 5 linguagens mais amplamente usadas.

As especificações de idioma foram finalizadas para que fosse possível usar um conjunto padronizado de elementos e tipos de dados em programas escritos em qualquer um desses idiomas. Essa abordagem da IEC foi criticada mais de uma vez, mas o tempo provou a exatidão dessa decisão.

A implementação dessa abordagem tornou possível atrair especialistas de várias áreas do conhecimento (e, o que é especialmente importante, de diferentes qualificações) para programar o mesmo PLC: especialistas em automação de relés (e até eletricistas), programadores em LD, especialistas na área de circuitos semicondutores e controle automático para quem a linguagem usual é o FBD, programadores com experiência em escrever programas para computadores em linguagem assembly (corresponde à linguagem IL para PLCs), em idiomas de alto nível (linguagem ST), mesmo aqueles longe de Os tecnólogos de programação obtiveram sua ferramenta de programação - a linguagem SFC.

Embora a introdução dos sistemas de programação IEC não tenha abandonado completamente os serviços de programadores profissionais (no entanto, esse objetivo não foi definido), permitiu reduzir os requisitos de qualificação e, consequentemente, o custo da mão-de-obra para programadores de CLP. A padronização de idiomas permitiu (pelo menos parcialmente) resolver o problema da dependência do usuário do CLP em um fabricante específico.

Todos os CLPs modernos estão equipados com ferramentas de programação IEC 61131-3, o que simplifica o trabalho dos usuários do controlador (você pode usar CLPs de várias empresas sem custos de reciclagem) e ao mesmo tempo remove vários problemas para os fabricantes de CLPs (você pode usar componentes de CLPs de outros fabricantes).

O padrão expandiu significativamente as possibilidades no mercado de trabalho de um especialista em programação de CLP. Assim como um mecânico de automóveis com um conjunto padrão de ferramentas pode realizar o reparo de qualquer peça (exceto fora do padrão) de uma máquina de qualquer empresa, um especialista que estudou os idiomas da IEC 61131-3 poderá descobrir o programa de qualquer CLP moderno. Isso tornou possível reduzir a dependência da empresa no especialista em programação de PLC e do especialista na empresa.

Hoje, a posição de liderança no mercado de sistemas de programação IEC é Complexo CoDeSys Empresa alemã 3S-Smart Software Solutions GmbH. É usado por 190 empresas em todo o mundo, a maioria delas é fabricante líder de equipamentos e / ou sistemas de automação industrial.

Na Rússia, os PLCs com CoDeSys são bem conhecidos pelos especialistas; a gama de produtos fabricados sob o controle desses PLCs é enorme.O CoDeSys inclui 5 editores especializados para cada uma das linguagens de programação padrão:

• Lista de instruções (IL),

• Diagramas de blocos funcionais (FBD),

• Circuitos de contato de relé (LD),

• Texto estruturado (ST),

• Gráficos de funções sequenciais (SFCs).

Os editores são suportados por um grande número de ferramentas auxiliares que aceleram a entrada do programa. São assistente de entrada, declaração automática de variáveis, correção inteligente de entrada, destaque de cores e controle de sintaxe durante a entrada, dimensionamento, posicionamento automático e conexão de elementos gráficos.

Em um projeto, você pode combinar programas escritos em várias linguagens IEC ou usar uma delas. Não há requisitos especiais para escolher um idioma. É devido apenas a preferências pessoais.

O idioma mais popular na Rússia é o ST. Esta é uma linguagem de texto, que é um Pascal ligeiramente adaptado. A segunda linguagem gráfica mais popular é o FBD, seguido pelo LD. Além das ferramentas de preparação de programas, o CoDeSys inclui um depurador integrado, emulador, ferramentas de visualização e gerenciamento de projetos, PLC e configuradores de rede.

A personificação de outra ideia inesperada, gerada coletivamente pelos usuários do CoDeSys, foi a associação voluntária de fabricantes de CLPs que apoiavam o CoDeSys na organização sem fins lucrativos CoDeSys Automation Alliance (CAA). A essência da idéia é transformar os fabricantes de produtos de automação industrial que oferecem suporte ao CoDeSys em parceiros (na medida do possível em um mercado competitivo) e neutralizar as conseqüências da competição entre fabricantes pelos usuários de PLC.

Em vez de criar deliberadamente obstáculos técnicos que impedem os usuários de usar produtos de outra empresa com facilidade, os membros da CAA tomam deliberadamente medidas para garantir a compatibilidade de seus produtos.

O usuário pode ter certeza de que seu aplicativo CoDeSys funcionará em qualquer controlador de qualquer empresa que seja membro da CAA. O usuário pode ter certeza de que as ferramentas que eles usam (CoDeSys) foram verificadas por milhares de usuários em todo o mundo. O usuário sempre pode discutir suas dificuldades e obter ajuda real de uma ampla gama de colegas com experiência na solução de tais problemas.

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