Программируемые логические контроллеры
Языки стандарта МЭК 61131-3
Аннотация.
Традиционно системы управления технологическими процессами строились на дискретных компонентах: реле, таймерах, счетчиках, логических элементах и др.
Появление первого микропроцессора положило начало разработке нового поколения систем управлении. В конце 70-х годов ХХ века были созданы и успешно применены на производстве первые микропроцессорные устройства управления. Эти устройства стали называться программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) или промышленными контроллерами.
Важнейшее отличие ПЛК от релейных схем заключается в том, что в нем все алгоритмы управления реализованы программно. Для их выполнения задействуется встроенный в ПЛК микроконтроллер. При этом на надежность работы схемы не влияет сложность выполняемого алгоритма. Один ПЛК позволяет заменить большое количество дискретных элементов автоматики. Это существенно сокращает расходы на ввод в эксплуатацию и обслуживание всего оборудования.
Конструктивно ПЛК представляют собой устройство, состоящее, как правило, из нескольких модулей (рисунок).
Рисунок. Модульный ПЛК АС 500 компании ABB
ПЛК имеют определенный набор входов и выходов. Они могут обрабатывать дискретные и аналоговые сигналы, поступающие на вход с датчиков, управлять различными исполнительными механизмами (электромеханическими реле и контакторами, сервоприводами, преобразователями частоты и другими устройствами) обеспечивать обмен данными с системами другого иерархического уровня. Имеется возможность расширить возможности ПЛК путем подключения дополнительных блоков.
Особенно большой популярностью для автоматизации промышленного производства ПЛК стали пользоваться уже в конце ХХ века. В этой связи число производителей этих устройств стало быстро расти. Вместе с тем росло количество всевозможных языков программирования. Такое разнообразие существенно затрудняло использование оборудования разных производителей, а сами производители лишались возможности увеличить свою долю на рынке.
Стандартизация языков программирования сулила на этом фоне существенную экономию. Причем в выигрыше оставались как производители ПЛК, так и их потребители.
В 1993 г Международная электротехническая комиссия выпустила в свет группу стандартов МЭК 61131, посвященных ПЛК:
часть 1 – общая информация;
часть 2 – требования к оборудованию и испытаниям;
часть 3 – языки программирования;
часть 4 – руководство для пользователей;
часть 5 – технические характеристики средств обмена сообщениями.
В группу разработчиков стандарта вошли представители крупнейших фирм-производителей ПЛК. Было принято решение включить в третью часть стандарта описание пяти языков. Два из них относятся к текстовым языкам, а три – к графическим :
1. IL (Instruction List – список инструкций) – текстовый язык низкого уровня. По набору команд и синтаксису напоминает ассемблер. На его основе можно создавать высокоэффективные программы, поэтому он часто применяется для создания отдельных блоков, требующих тщательной проработки.
2. ST (Structured Text – структурированный текст) – текстовый язык высокого уровня. Был разработан на основе языка Паскаль. Обладая достоинствами языка высокого уровня, он позволяет реализовывать в программе сложные алгоритмы обработки данных. Язык ST является основным для программирования шагов языка SFC.
3. LD (Ladder Diagram – релейные диаграммы) – графический язык, являющийся стандартизованным вариантом класса языков релейно-контактных схем. Логические выражения на этом языке описываются в виде цепей, содержащих электромеханические реле, которые широко применялись в области автоматизации в 60-х годах. Предусматривает использование, помимо основных элементов программирования ("контакт" и "обмотка"), блоков с всевозможными логическими функциями.
4. FBD (Functional Block Diagram – функциональные блоковые диаграммы) – графический язык, основанный на использовании функциональных блоков. Напоминает язык LD, в котором электромеханические реле заменены функциональными блоками. Полученные FBD-схемы дают полное понимание о взаимосвязи входов и выходов диаграммы, не давая представления о внутренней структуре используемых функциональных блоков. При этом процедура программирования сводиться к соединению готовых компонентов.
5. SFC (Sequential Function Chart – последовательные функциональные схемы) – графический язык, позволяющий описать алгоритм в виде набора связанных пар "шаг-переход". Шаг представляет собой набор операций над переменными, а переход – набор выражений, определяющий закон передачи управления следующему шагу. Язык SFC имеет возможность распараллеливания алгоритма. В то же время он не имеет средств для описания шагов и переходов, которые могут быть выражены только средствами других языков стандарта. Основным достоинством SFC является высокая выразительность графического представления алгоритма.
Стандарт МЭК предполагает использование для программирования конкретного ПЛК любого языка или комбинацию из нескольких языков.
Благодаря этому инженеры получили выбор, позволяющий найти наилучшее решение конкретной задачи. В их распоряжении появились типовые решения, которые с минимальными переделками могут применяться в новых проектах, реализуемых на иных платформах.
Кроме того, стало возможным организовать обучение программированию ПЛК. При этом новый специалист получает общие навыки программирования ПЛК любых производителей.
Для создания программ на языках стандарта МЭК используются специализированные компьютерные пакеты программ, ядром которых являются отдельные для каждого языка редакторы. Они обладают широкими возможностями, облегчающими работу программистов.
Пособие дает начальные сведения о программируемых логических контроллерах. Большое внимание уделено языкам программирования стандарта МЭК 61131-3.
Доцент кафедры «ЭиЭА»
Контактный адрес E-mail: *****@***ru
.
