فئات: كهربائيين المبتدئين, كتب ودورات فيديو عن الهندسة الكهربائية والإلكترونية, كهربائي صناعي, وحدات تحكم قابلة للبرمجة
مرات المشاهدة: 32688
تعليقات على المقال: 5

لغات برمجة PLC ومنصة برمجيات أتمتة CoDeSys

PLC ، لغات البرمجة ومنصة برمجيات أتمتة CoDeSys خذ أبسط المهمة كمثال: يجب عليك تشغيل الصحافة لمدة ثانية واحدة بعد أن يحتفظ المشغل في وقت واحد بالزرين في حالة الضغط. وبالتالي ، فإننا نضمن أن كلتا يدي المشغل مشغولة ومنحه وقتًا لمراقبة استعداد الماكينة. إن أبسط الحلول هو توصيل جهات اتصال كلا الزرين في سلسلة ووضع مرحل إلكتروني مع مؤقت. إذا كان المؤقت يسمح بضبط زمن التأخير ، فإن مثل هذا المخطط سوف يوفر بعض المرونة للنظام ، ولكن ليس بدرجة عالية.

أي شروط إضافية ، على سبيل المثال ، شرط التحكم في تسلسل مكابس الأزرار سوف يضعنا في موقف صعب - سنضطر إلى تغيير الدائرة عن طريق إدخال مرحلات إضافية. هذه ليست مشكلة صعبة ، شريطة أن تكون هذه الحاجة نادرة للغاية.

ولكن في ظل ظروف الإنتاج التنافسي ، فإن الوقت الذي يستغرقه دخول منتج جديد إلى السوق يعد أمرًا بالغ الأهمية ، وبالتالي عندما يتعلق الأمر بالإنتاج الآلي المرن ، يجب أن يتم تعديل المعدات بسرعة ، بأقل تكلفة.

هناك مشكلة إضافية تتمثل في زيادة تعقيد نظام التحكم مع تطور الإنتاج وظهور وظائف إضافية (مضاعفات خوارزمية التشغيل).

واجه أي أخصائي في الأتمتة أيضًا مشكلة بناء نظام تحكم للمعدات في هذا المجال الذي لم يكن على دراية به بما فيه الكفاية: عدم وجود بيان واضح بالمشكلة ، وظهور ظروف جديدة عند إدخال المعدات ، قد يجعل من المستحيل تنفيذ المشروع بنجاح.

كان من الضروري إنشاء جهاز تحكم ، يمكن تغيير خوارزمية التشغيل دون إعادة رسم مخطط الأسلاك لنظام التحكم ، ونتيجة لذلك ، نشأت فكرة منطقية لاستبدال أنظمة التحكم بمنطق التشغيل "الصعب" (مجموعة من المرحلات والمنظمين وأجهزة ضبط الوقت وما إلى ذلك) بواسطة automata مع منطق العمل للبرمجة. ولد هكذا وحدات تحكم المنطق القابلة للبرمجة (PLC). لأول مرة ، تم استخدام PLCs في الولايات المتحدة لأتمتة إنتاج تجميع خط التجميع في صناعة السيارات (1969).

نظرًا لأن تعريف "التحكم المنطقي القابل للبرمجة" كان "قابلاً للبرمجة" ، فقد نشأ السؤال على الفور تقريبًا ، كيف يتم برمجة PLC؟

كانت لغات البرمجة الخوارزمية لأجهزة الكمبيوتر في ذلك الوقت موجهة نحو حل المشكلات الحسابية. اعتُبرت مهنة المبرمج نادرة وصعبة للغاية ؛ ولم يكن هناك أي اختصاصيين في أي موقع إنتاج. سيكون الخيار المثالي هو ترجمة المخططات الدائرية لآلات الترحيل تلقائيًا إلى برامج PLC.

لم لا؟ حتى في PLC ظهر لغة دوائر اتصال الترحيل (RCS أو LD في المصادر الإنجليزية سلم مخطط). يمكن للتقني "إعادة رسم" دائرة التحكم على شاشة محطة برمجة PLC. وبطبيعة الحال ، لم يُصور الرسم التخطيطي بشكل بياني ولكن عن طريق الرموز الشرطية.

على سبيل المثال ، يمكن برمجة المهمة الموضحة أعلاه على النحو التالي:

على اليسار وعلى اليمين في مثل هذا البرنامج ، نرى حافلات طاقة رأسية متصلة بواسطة دوائر أفقية. يمكن أن تتكون الدوائر من جهات الاتصال الخاصة بها وبعض العناصر الإضافية (على سبيل المثال ، جهاز توقيت) متصلة على التوازي أو في سلسلة. إلى اليمين ، تنتهي كل دائرة بملف ترحيل. يمكن أن تكون جهات اتصال هذا التتابع موجودة في دوائر أخرى. وبالتالي ، فمن الممكن جعل دائرة معقدة إلى حد ما مماثلة في وظيفة لدائرة الترحيل الحقيقية.

كانت محطات البرمجة الأولى عبارة عن أجهزة ضخمة جدًا تم نقلها بواسطة العديد من الأشخاص. ومع ذلك ، بدأت PLCs في الاستعاضة عن الخزانات الأتمتة ذات الترحيل الأكثر ضخامة والأهم من ذلك ، بمنطق "صلب".

ماديًا ، PLC عبارة عن كتلة واحدة أو أكثر تحتوي على مجموعة محددة من النواتج والمدخلات لتوصيل أجهزة الاستشعار والمحركات (انظر الشكل 1).

يتم وصف منطق تشغيله في البرنامج ويتم تنفيذه بواسطة المعالج الدقيق المدمج. نتيجة لذلك ، يمكن أن تؤدي وظائف PLC نفسها وظائف مختلفة تمامًا. لتغيير خوارزمية التشغيل ، لا يلزم إجراء تعديلات على الأجهزة.

التين. 1. مبدأ تشغيل PLC

أدى تطوير الإلكترونيات إلى التصغير المذهل للـ PLCs. اليوم هناك وحدات تحكم صغيرة قابلة للبرمجة مجهزة بشاشة صغيرة وقدرات برمجة مدمجة ، تسمى وحدات التحكم هذه مرحلات قابلة للبرمجة. المهام النموذجية للمرحلات القابلة للبرمجة هي أنظمة محلية بسيطة للغاية لها ما يصل إلى 12 مدخلات والعديد من مخرجات ترحيل الطاقة.

إن كتابة برنامج أكثر تعقيدًا باستخدام جهاز التحكم عن بُعد المدمج ليس بالأمر السهل. وبالمثل ، يمكننا بسهولة كتابة نص SMS على لوحة مفاتيح الهاتف الخلوي ، ولكن حتى إدخال عدة صفحات من النص ، ناهيك عن الكميات الكبيرة ، يبدو مشكلة. لهذا ، توجد أجهزة كمبيوتر شخصية (PC) توفر ظروف عمل أكثر راحة للناس.

يمكن لشركة PLC الحديثة أن تحل محل العشرات من الهيئات التنظيمية ، ومئات أجهزة ضبط الوقت وآلاف المرحلات. إن استخدام جهاز كمبيوتر لبرمجة مثل هذا النظام ليس بالأمر الصعب على الإطلاق. استخدام الكمبيوتر كمحطة برمجة PLC هو الحل السائد اليوم. هذا ليس فقط يبسط البرمجة ، ولكن يحل أيضا مشاكل أرشفة المشاريع ، وإعداد الوثائق والتصور والنمذجة. يوفر الكمبيوتر أداة عالمية مريحة لبرمجة أبسط المهام المحلية على PLC ، وكذلك لنظام التحكم التلقائي في العمليات.

يرجى ملاحظة أنه عند الحديث عن برمجة PLC ، نعود دائمًا إلى كيفية جعل هذه العملية بسيطة ومريحة للبشر. يبدو أنه بمجرد أن تعمل PLC المبرمجة لسنوات وليس من المهم للغاية ما إذا كان برنامجها سيبدو جميلًا ، فإن الشيء الرئيسي هو أنه يعمل بشكل جيد.

لسوء الحظ ، هذا ليس كذلك. الحاجة إلى تغيير البرنامج في PLC تنشأ بانتظام في بعض الأحيان وبشكل غير متوقع. لذلك ، يجب كتابته حتى يتمكن أي شخص ، وليس مؤلفه فقط ، من فهمه بسرعة وإجراء التحسينات اللازمة بسرعة. القول بأن البرامج مكتوبة لـ PLC غير صحيح تمامًا.

تتم كتابة جميع البرامج من قبل الرجل وتهدف للقراءة البشرية. أي أدوات برمجة تعطي في النهاية تعليمات المعالج الدقيق في رموز الآلة الخاصة بها. لا يوجد فرق بينه وبين اللغة المكتوبة في البرنامج.

المذكورة أعلاه لغة LD تم اختراعه في الولايات المتحدة الأمريكية خلال فترة أتمتة الترحيل. جاءت الأزياء الخاصة بـ PLCs إلى أوروبا بعد ذلك بقليل ، عندما تم بالفعل استبدال خزانات الترحيل بالفعل بخزائن بدارات منطقية. لذلك ، نشأت الحاجة لابتكار لغات برمجة أخرى مفهومة لدى جيل جديد من المهندسين.

لذلك ظهرت في ألمانيا لغات لتعليمات نصية بسيطة تشبه المجمّع (IL). في فرنسا ، الرسم لغات رسم تخطيطي وظيفي (FBD) ورسومات تخطيطية عالية المستوى تصف مراحل وظروف التحولات (Graphset ، SFC الحديثة). تم استخدام اللغات المستخدمة في برمجة أجهزة الكمبيوتر (Pascal، Basic). في أواخر السبعينيات ، تطور وضع صعب للغاية.

طورت كل شركة تصنيع PLC (بما في ذلك في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) لغة البرمجة الخاصة بها ، وبالتالي فإن برامج PLC الخاصة بمصنعين مختلفين كانت غير متوافقة مع البرامج ، بالإضافة إلى وجود مشكلة عدم توافق الأجهزة. أصبح استبدال PLC بمنتج من شركة تصنيع أخرى مشكلة كبيرة.واضطر المشتري PLC لاستخدام منتجات شركة واحدة فقط أو إنفاق الطاقة على تعلم لغات مختلفة والوسائل في الحصول على الأدوات المناسبة.

نتيجة لذلك ، في عام 1979 ، في إطار اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) ، تم إنشاء مجموعة خاصة من الخبراء التقنيين حول مشاكل PLC. تم تكليفها بتطوير المتطلبات القياسية للأجهزة والبرامج وقواعد التثبيت والاختبار والتوثيق واتصالات PLC.

في عام 1982 ، تم نشر المسودة الأولى للمعيار ، والتي حصلت على اسم IEC 1131. نظرًا لتعقد الوثيقة الناتجة ، تقرر تقسيمها إلى عدة أجزاء ، الجزء الثالث من "لغات برمجة PLC" القياسية مخصص لقضايا البرمجة.

نظرًا لأن IEC قد تحولت إلى 5 ترميزات رقمية منذ عام 1997 ، فإن الاسم الصحيح للنسخة الدولية من الجزء من المعيار المخصص للغات برمجة PLC هو IEC 61131-3. اتخذت مجموعة عمل IEC قرارًا أصليًا إلى حد ما. من بين مجموعة كاملة من لغات البرمجة PLC التي كانت موجودة وقت تطوير المعيار ، تم تحديد 5 لغات كانت تستخدم على نطاق واسع.

تم الانتهاء من مواصفات اللغة بحيث أصبح من الممكن استخدام مجموعة موحدة من العناصر وأنواع البيانات في البرامج المكتوبة بأي من هذه اللغات. لقد تم انتقاد هذا النهج الذي تتبعه اللجنة الانتخابية المستقلة أكثر من مرة ، ولكن الوقت أثبت صحة هذا القرار.

مكّن تنفيذ مثل هذا النهج من جذب متخصصين من مختلف مجالات المعرفة (وهو أمر مهم بشكل خاص ، من مؤهلات متنوعة) إلى برمجة نفس PLC: متخصصون في أتمتة الترحيل (وحتى كهربائيين) في LD ، والمتخصصين في مجال دوائر أشباه الموصلات والتحكم التلقائي لمن اللغة المعتادة هي FBD ، المبرمجون الذين لديهم برامج كتابة خبرة لأجهزة الكمبيوتر بلغة التجميع (تتوافق مع لغة IL الخاصة بـ PLCs) ، باللغات عالية المستوى (لغة ST) ، حتى تلك البعيدة عن حصل تقنيو البرمجة على أداة البرمجة الخاصة بهم - لغة SFC.

على الرغم من أن إدخال أنظمة البرمجة IEC لم يتخل بالكامل عن خدمات المبرمجين المحترفين (ومع ذلك ، لم يتم تحديد هذا الهدف) ، لكنه سمح بتقليل متطلبات التأهيل ، وبالتالي تكلفة العمالة لمبرمجي PLC. يسمح توحيد اللغات (جزئيًا على الأقل) بحل مشكلة اعتماد مستخدم PLC على شركة تصنيع محددة.

جميع PLCs الحديثة مجهزة بأدوات برمجة IEC 61131-3 ، والتي تعمل على تبسيط عمل مستخدمي جهاز التحكم (يمكنك استخدام PLCs لشركات مختلفة دون إعادة تدريب التكاليف) وفي نفس الوقت تزيل عددًا من المشكلات لمصنعي PLC (يمكنك استخدام مكونات PLC من الشركات المصنعة الأخرى).

وسع المعيار بشكل كبير الفرص المتاحة في سوق العمل لمتخصص في برمجة PLC. مثلما يستطيع ميكانيكي السيارات مع مجموعة قياسية من الأدوات إجراء إصلاح لأي جزء (باستثناء ما هو غير قياسي) في أي شركة ، فإن أخصائي درس لغة IEC 61131-3 سيكون قادرًا على معرفة برنامج أي PLC حديث. هذا جعل من الممكن الحد من اعتماد الشركة على أخصائي البرمجة PLC ، والمتخصص في الشركة.

اليوم ، المركز الرائد في السوق لأنظمة البرمجة IEC هو CoDeSys معقدة الشركة الألمانية 3S-Smart Software Solutions GmbH. يتم استخدامه من قبل 190 شركة في جميع أنحاء العالم ، معظم هذه الشركات الرائدة في مجال تصنيع المعدات و / أو أنظمة الأتمتة الصناعية.

في روسيا ، PLCs مع CoDeSys معروفون جيدًا للمتخصصين ؛ مجموعة المنتجات المصنعة تحت سيطرة هذه PLCs ضخمة ، ويشمل CoDeSys 5 محررين متخصصين لكل من لغات البرمجة القياسية:

قائمة التعليمات (IL) ،
مخططات الكتلة الوظيفية (FBD) ،
دوائر الاتصال التتابع (LD) ،
نص منظم (ST) ،
الرسوم البيانية وظيفة متتابعة (SFCs).

يتم دعم المحررين من خلال عدد كبير من الأدوات المساعدة التي تسرع إدخال البرنامج. هذه هي مساعد المدخلات ، والإعلان التلقائي المتغير ، وتصحيح المدخلات الذكية ، وتسليط الضوء على اللون والتحكم في بناء الجملة أثناء المدخلات ، والتدرج ، والموضع التلقائي واتصال عناصر الرسوم.

في مشروع واحد ، يمكنك الجمع بين البرامج المكتوبة بعدة لغات IEC أو استخدام واحدة منها. لا توجد متطلبات خاصة لاختيار اللغة. هذا يرجع فقط إلى التفضيلات الشخصية.

اللغة الأكثر شعبية في روسيا هي ST. هذه هي لغة النص ، والتي هي باسكال تكييفها قليلا. اللغة الرسومية الأكثر شعبية الثانية هي FBD ، تليها LD. بالإضافة إلى أدوات إعداد البرنامج ، يتضمن CoDeSys مصحح أخطاء متكاملًا ومضاهاة وتصور وأدوات لإدارة المشروع و PLC وتكوينات الشبكة.

تجسيد فكرة أخرى غير متوقعة ، تم إنشاؤها بشكل جماعي من قبل مستخدمي CoDeSys ، كان الارتباط التطوعي لمصنعي PLC الذين يدعمون CoDeSys في منظمة CoDeSys Automation Alliance (CAA) غير الربحية. جوهر الفكرة هو تحويل الشركات المصنعة لمنتجات الأتمتة الصناعية التي تدعم CoDeSys إلى شركاء (إلى أقصى حد ممكن في سوق تنافسية) وتحييد عواقب المنافسة بين الشركات المصنعة لمستخدمي PLC.

بدلاً من إنشاء عوائق تقنية تمنع المستخدمين من استخدام منتجات شركة أخرى بسهولة ، يتخذ أعضاء CAA عمداً تدابير لضمان توافق منتجاتهم.

يمكن للمستخدم أن يتأكد من أن تطبيق CoDeSys الخاص به سيعمل في أي وحدة تحكم لأي شركة عضو في الجهاز المركزي للمحاسبات. يمكن للمستخدم أن يتأكد من أن الأدوات التي يستخدمونها (CoDeSys) قد تم التحقق منها من قبل الآلاف من المستخدمين في جميع أنحاء العالم. يمكن للمستخدم دائمًا مناقشة الصعوبات التي يواجهونها والحصول على مساعدة حقيقية من مجموعة واسعة من الزملاء الذين لديهم خبرة في حل هذه المشكلات.

Brokarev A.Zh.، Petrov I.V. شركة "برولوج"