קטגוריות: חשמלאים מתחילים, ספרים וקורסי וידאו בנושא הנדסת חשמל ואלקטרוניקה, חשמלאי תעשייתי, בקרי לתכנות
מספר צפיות: 32688
הערות לכתבה: 5

שפות תכנות PLC ופלטפורמת תוכנת האוטומציה CoDeSys

PLC, שפות תכנות ופלטפורמת תוכנת אוטומציה של CoDeSys קח דוגמה את המשימה הפשוטה ביותר: עליך להפעיל את הכבישה שניה לאחר שהמפעיל אוחז בו זמנית בשני הכפתורים במצב לחוץ. לפיכך, אנו מתחייבים ששתי ידי המפעיל עסוקות ומעניקות לו זמן לפקח על מוכנות המכונה. הפיתרון הפשוט ביותר הוא לחבר את אנשי הקשר של שני הכפתורים בסדרה ולשים ממסר אלקטרוני עם טיימר. אם הטיימר מאפשר התאמה של זמן העיכוב, אז תוכנית כזו תספק גמישות מסוימת של המערכת, אך לא גבוהה מדי.

כל תנאי נוסף, למשל, הדרישה לשליטה ברצף לחצני הכפתורים תביא אותנו למצב קשה - אנו נאלץ לשנות את המעגל על ידי הצגת ממסרים נוספים. זו אינה בעיה קשה, בתנאי שצורך כזה מתעורר לעיתים רחוקות ביותר.

אך בתנאי ייצור תחרותי, משך הזמן שלוקח כניסה של מוצר חדש לשוק הוא קריטי ולכן כשמדובר בייצור אוטומטי גמיש, יש לבצע התאמה מחדש של ציוד במהירות, בעלויות מינימליות.

בעיה נוספת היא העלייה במורכבות מערכת הבקרה עם התפתחות הייצור ומופיעות פונקציות נוספות (סיבוכים של אלגוריתם הפעולה).

כל מומחה אוטומציה התמודד גם הוא עם בעיית בניית מערכת בקרה לציוד בתחום זה שהוא אינו מכיר מספיק: היעדר הצהרה ברורה של הבעיה, הופעת תנאים חדשים עם הצגת ציוד, עלול לאפשר ביצוע מוצלח של פרויקט בהצלחה.

היה צורך ליצור מכשיר בקרה, אשר ניתן לשנות את אלגוריתם הפעולה מבלי לבצע מחדש את דיאגרמת החיווט של מערכת הבקרה, וכתוצאה מכך עלה רעיון הגיוני להחליף מערכות בקרה בלוגיקה של פעולה "קשה" (סט ממסרים, רגולטורים, טיימרים וכו ') על ידי אוטומטיות עם היגיון לתכנות של עבודה. כל כך נולד בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (PLC). לראשונה שימשו בקרים פלסטיניים בארצות הברית לאוטומציה של ייצור הרכבה של פס הייצור בתעשיית הרכב (1969).

מכיוון שההגדרה של "בקר לוגיקה ניתנת לתכנות" הייתה "לתכנות", עלתה השאלה כמעט מייד, כיצד לתכנת את ה- PLC?

שפות תכנות אלגוריתמיות של מחשבים באותה תקופה היו מכוונות לפתרון בעיות חישוביות. מקצועו של מתכנת נחשב לנדיר וקשה ביותר: לא היו שם מומחים כאלה באתר ייצור כלשהו. אפשרות אידיאלית תהיה לתרגם באופן אוטומטי דיאגרמות מעגלים של מכונות ממסר לתוכניות PLC.

למה לא? אז ב- PLC הופיע שפת מעגלי קשר ממסר (RCS או LD בתרשים הסולם של המקורות). הטכנולוג יכול "לצייר מחדש" את מעגל הבקרה בתצוגה של תחנת התכנות PLC. באופן טבעי, התרשים הוצג לא באופן גרפי אלא באמצעות סמלים מותנים.

לדוגמה, ניתן לתכנת את המשימה שתוארה לעיל:

משמאל ומימין בתוכנית כזו אנו רואים אוטובוסים חשמליים אנכיים המחוברים באמצעות מעגלים אופקיים. מעגלים יכולים להיות מורכבים מאנשי הקשר שלהם וכמה אלמנטים נוספים (למשל טיימר) המחוברים במקביל או בסדרה. מימין, כל מעגל מסתיים בסליל ממסר. אנשי הקשר של ממסר זה יכולים להיות בתור במעגלים אחרים. כך, ניתן ליצור מעגל מורכב למדי הדומה בפונקציונליות למעגל ממסר אמיתי.

תחנות התכנות הראשונות היו מכשירים מגושמים מאוד שהועברו על ידי כמה אנשים. עם זאת, מחשבי בקרה החלו להחליף באופן פעיל עוד יותר מגושם והכי חשוב, ארונות אוטומציה ממסרים בהיגיון "נוקשה".

מבחינה פיזית, PLC הוא בלוק אחד או יותר ובו סט מסוים של תפוקות ותשומות לחיבור חיישנים ומפעילים (ראה איור 1).

ההיגיון בפעולה מתואר בתוכנה ומבוצע על ידי המעבד המיקרו המובנה. כתוצאה, בדיוק אותם PLC יכולים לבצע פונקציות שונות לחלוטין. כדי לשנות את אלגוריתם הפעולה, אין צורך בשינויים בחומרה.

איור. 1. עקרון הפעולה של PLC

התפתחות האלקטרוניקה הביאה למזעור המדהים של PLCs. כיום ישנם בקרי מיניאטור ניתנים לתכנות המצוידים בתצוגה קטנה ויכולות תכנות מובנות, בקרים כאלה נקראים ממסרים הניתנים לתכנות. משימות אופייניות של ממסרים הניתנים לתכנות הם מערכות מקומיות פשוטות ביותר, עם עד תריסר כניסות וכמה תפוקות ממסר כוח.

כתיבת תוכנית מורכבת יותר באמצעות השלט המובנה אינה קלה. באופן דומה, אנו יכולים להקליד בקלות טקסט SMS במקלדת הטלפון הסלולרי, אך אפילו להזין מספר דפי טקסט, שלא לדבר על כרכים גדולים, נראה בעייתי. לשם כך ישנם מחשבים אישיים (מחשבים אישיים) המספקים תנאי עבודה נוחים בהרבה לאנשים.

PLC מודרני אחד יכול להחליף עשרות רגולטורים, מאות טיימרים ואלפי ממסרים. השימוש במחשב לתכנת מערכת כזו אינו קשה כלל. השימוש במחשב כתחנת תכנות PLC הוא הפיתרון הדומיננטי כיום. זה לא רק מפשט את התכנות, אלא גם פותר את הבעיות בארכיון פרויקטים, הכנת תיעוד, הדמיה ודוגמנות. המחשב מספק כלי אוניברסלי נוח לתכנות המשימות המקומיות הפשוטות ביותר ב- PLC, כמו גם למערכת בקרת תהליכים אוטומטית.

שימו לב שכשמדברים על תכנות PLC אנו תמיד חוזרים כיצד להפוך את התהליך לפשוט ונוח לבני אדם. נראה כי ברגע ש PLC מתוכנת יעבוד במשך שנים ולא חשוב מאוד אם התוכנית שלה תיראה יפה, העיקר שהיא תעבוד טוב.

למרבה הצער, זה לא כך. הצורך בשינוי התוכנית ב- PLC מתעורר באופן קבוע לפעמים ולא במפתיע. לכן יש לכתוב כך שכל אדם, ולא רק מחברו, יוכל להבין זאת במהירות ולבצע במהירות את השיפורים הנדרשים. לומר שהתוכניות נכתבות עבור PLC זה לא לגמרי נכון.

כל התוכניות נכתבות על ידי אדם ומיועדות לקריאה אנושית. כל כלי תכנות נותנים בסופו של דבר למעבד את ההוראות בקודי המכונה שלו. אין לו הבדל באיזו שפה כתוב התוכנית.

הוזכר לעיל שפת LD הומצא בארצות הברית בתקופת אוטומציה ממסר. האופנה של מחשבי בקרה הגיעה לאירופה מעט אחר כך, כאשר ארונות ממסר כבר הוחלפו בהצלחה בארונות עם מעגלי היגיון. לפיכך עלה הצורך בהמצאת שפות תכנות אחרות המובנות לדור חדש של מהנדסים.

אז בגרמניה הופיעו שפות של הוראות טקסט פשוטות שדומות למאסף (IL). בצרפת, גרפי שפות תרשים בלוקים פונקציונליים (FBD) ותרשימים ברמה גבוהה המתארים שלבים ומצבים של מעברים (Graphset, SFC מודרני). נעשה שימוש גם בשפות המשמשות לתכנות מחשבים (פסקל, בסיסי). בסוף שנות השבעים התפתח מצב קשה ביותר.

כל יצרן PLC (כולל בברית המועצות) פיתח שפת תכנות משלו, ולכן בקרים של יצרנים שונים לא היו תואמים תוכנה, בנוסף הייתה בעיה של אי התאמה לחומרה. החלפת PLC במוצר מיצרן אחר הפכה לבעיה אדירה.קונה PLC נאלץ להשתמש במוצריה של חברה אחת בלבד או לבזבז אנרגיה על לימוד שפות ואמצעים שונים לרכישת כלים מתאימים.

כתוצאה מכך, בשנת 1979, במסגרת הוועדה הבינלאומית לחשמל (IEC), נוצרה קבוצה מיוחדת של מומחים טכניים לבעיות PLC. היא הוטלה על פיתוח דרישות סטנדרטיות לחומרה, תוכנה, כללי התקנה, בדיקות, תיעוד ותקשורת PLC.

בשנת 1982 פורסמה גרסת הטיוטה הראשונה של התקן שקיבלה את השם IEC 1131. בגלל מורכבות המסמך שהתקבל הוחלט לחלק אותו למספר חלקים, החלק השלישי של "שפות תכנות PLC" המקדיש מוקדש לנושאי תכנות.

מכיוון שחברת החשמל עברה ל -5 סימונים דיגיטליים מאז 1997, השם הנכון עבור הגרסה הבינלאומית של חלק התקן המוקדש לשפות התכנות PLC הוא IEC 61131-3. קבוצת העבודה של חברת החשמל קיבלה החלטה מקורית למדי. מתוך כל מגוון שפות התכנות PLC שהיו קיימות בזמן פיתוח התקן, זוהו 5 שפות שהשתמשו בהן באופן נרחב ביותר.

מפרט השפה הושלם כך שהתאפשר להשתמש בקבוצה סטנדרטית של אלמנטים וסוגי נתונים בתוכניות שנכתבו באחת מהשפות הללו. גישה זו של חברת החשמל זכתה לביקורת לא פעם, אך הזמן הוכיח את נכונותה של החלטה זו.

יישום גישה כזו איפשר למשוך מומחים מתחומי ידע שונים (וזה, חשוב במיוחד, של כישורים שונים) לתכנות אותם PLC: מומחי אוטומציה ממסר (ואפילו חשמלאים) בתכנות ב- LD, מומחים בתחום מעגלי מוליכים למחצה ובקרה אוטומטית עבורם השפה המקובלת היא FBD, מתכנתים עם ניסיון בכתיבת תוכנות למחשבים בשפת הרכבה (זה תואם את שפת IL עבור PLCs), בשפות ברמה הגבוהה ביותר (שפת ST), אפילו אלה רחוקות מ טכנולוגי תכנות קיבלו את כלי התכנות שלהם - שפת ה- SFC.

אמנם הצגת מערכות התכנות של חברת החשמל לא זנחה לחלוטין את שירותיהם של מתכנתים מקצועיים (עם זאת, מטרה זו לא נקבעה), אך היא אפשרה להפחית את דרישות ההסמכה, ובהתאם, את עלות העבודה עבור מתכנתי PLC. סטנדרטיזציה של שפות אפשרה (לפחות באופן חלקי) לפתור את בעיית התלות של משתמש PLC ביצרן ספציפי.

כל ה- PLCs המודרניים מצוידים בכלי תכנות של IEC 61131-3, שמפשטים את עבודתם של משתמשי בקרים (ניתן להשתמש בבקרת בקרים של חברות שונות ללא עלויות הסבה מחדש) ובאותה עת מסלקת מספר בעיות עבור יצרני PLC (ניתן להשתמש ברכיבי PLC מיצרנים אחרים).

התקן הרחיב משמעותית את האפשרויות בשוק העבודה של מומחה לתכנות PLC. כשם שמכונאי רכב עם סט כלים סטנדרטי יכול לבצע תיקון של כל חלק (למעט שאינו סטנדרטי) של מכונה של כל חברה, כך שמומחה שלמד את שפות IEC 61131-3 יוכל להבין את התוכנית של כל PLC מודרני. זה איפשר להפחית הן את התלות של החברה במומחה תכנות PLC והן את המומחה בחברה.

כיום, המיקום המוביל בשוק מערכות תכנות של חברת החשמל הוא מורכב CoDeSys החברה הגרמנית 3S-Smart Software Solutions GmbH. הוא משמש על ידי 190 חברות ברחבי העולם, מרבית החברות הללו הן יצרניות מובילות של ציוד ו / או מערכות אוטומציה תעשייתיות.

ברוסיה PLCs עם CoDeSys מוכרים היטב למומחים, מגוון המוצרים המיוצרים בשליטת בקרים אלה הוא עצום. CoDeSys כולל 5 עורכים מומחים לכל אחת משפות התכנות הסטנדרטיות:

רשימת ההוראות (IL),
דיאגרמות בלוק פונקציונאלי (FBD),
מעגלי קשר ממסר (LD),
טקסט מובנה (ST),
תרשימי פונקציות רציפים (SFC).

עורכים נתמכים על ידי מספר רב של כלי עזר המזרזים את הקלט של התוכנית. מדובר בעוזר קלט, הצהרת משתנה אוטומטית, תיקון קלט חכם, הדגשת צבע ובקרת תחביר במהלך קלט, שינוי גודל, מיקום אוטומטי וחיבור של אלמנטים גרפיים.

בפרויקט אחד תוכלו לשלב תוכניות הכתובות במספר שפות של חברת החשמל או להשתמש באחת מהן. אין דרישות מיוחדות לבחירת שפה. זה נובע אך ורק מהעדפות אישיות.

השפה הפופולרית ביותר ברוסיה היא ST. זוהי שפת טקסט, שהיא פסקל מעט מותאמת. השפה הגרפית השנייה הפופולרית ביותר היא FBD, ואחריה LD. בנוסף לכלי הכנת התוכנית, CoDeSys כולל כלים לאיתור באגים, אמולטור, ויזואליזציה וניהול פרויקטים, PLC ותצורת רשת.

התגלמות רעיון בלתי צפוי נוסף, שנוצר באופן קולקטיבי על ידי משתמשי CoDeSys, היה האגודה ההתנדבותית של יצרני PLC התומכים ב- CoDeSys לארגון ללא כוונת רווח CoDeSys Automation Alliance (CAA). תמצית הרעיון היא להפוך את יצרני מוצרי האוטומציה התעשייתית התומכת ב- CoDeSys לשותפים (ככל האפשר בשוק תחרותי) ולנטרל את השלכות התחרות בין היצרנים על משתמשי PLC.

במקום ליצור במכוון מכשולים טכניים המונעים ממשתמשים להשתמש בקלות במוצרים של חברה אחרת, חברי CAA נוקטים בכוונה בכדי להבטיח את תאימות המוצרים שלהם.

המשתמש יכול להיות בטוח כי יישום CoDeSys שלו יעבוד בכל בקר של כל חברה שהיא חברת CAA. המשתמש יכול להיות בטוח שהכלים שהם משתמשים בהם (CoDeSys) אומתו על ידי אלפי משתמשים ברחבי העולם. המשתמש תמיד יכול לדון בקשייו ולקבל עזרה אמיתית ממגוון רחב של עמיתים שיש להם ניסיון בפתרון בעיות כאלה.

ברוקרב א.ז., פטרוב I.V. חברת "PROLOGUE"