Podstawy programowania PLC

PLC (ang. Programmable Logic Controller) to inaczej programowalne sterowniki logiczne, które są ważną częścią niemal wszystkich współcześnie wykorzystywanych systemów automatyki przemysłowej. Programowanie tego typu sterowników polega na tworzeniu programu umożliwiającego sterowanie konkretnym procesem przemysłowym lub określonym urządzeniem. W tym artykule odpowiemy na pytania – czym dokładnie jest programowanie PLC i jakich języków używa się w trakcie tego procesu? Przedstawimy też wszystkie etapy programowania sterowników. Zapraszamy!

Tym mianem określa się urządzenia, które wykorzystują układy mikroprocesorowe przeznaczone do sterowania pracą maszyn przemysłowych. Złożone są one z procesora, wejść i wyjść analogowych oraz cyfrowych, a także modułów – zasilania, komunikacji i pamięci. Najczęściej sterowniki PLC używane są do obsługi linii produkcyjnych czy oświetlenia. Programowalne sterowniki logiczne zastępują układy stycznikowo-przekaźnikowe, co pozwala na uproszczenie, a nawet całkowite usunięcie okablowania znajdującego się między stycznikami a przełącznikami. Układy sterowania odpowiadają za włączanie i wyłączanie urządzeń, obliczanie czasu ich pracy czy wprowadzanie wartości poszczególnych parametrów. Do sterowników PLC najczęściej dołącza się określoną liczbę układów wejściowych i wyjściowych. Pierwsze z nich odpowiadają za zbieranie informacji o stanie obsługiwanej maszyny, natomiast drugie wykorzystuje się do połączeń z elementami sygnalizacyjnymi i wykonawczymi.

Programiści PLC tworzą tego typu sterowniki niemalże do wszystkich branż przemysłowych, ponieważ urządzenia te wyróżniają się niezwykłą uniwersalnością. Co więcej, PLC można wykorzystywać również w codziennych czynnościach. Mowa tu choćby o sterowaniu sygnalizatorami świetlnymi, windami, schodami ruchomymi czy też systemami, jakie znajdują się w inteligentnych obiektach budowlanych.

Do programowania PLC zwykle używa się specjalnych kodów otrzymanych przez producentów. Do realizacji tego zadania wykorzystuje się także inne sprzęty. Najczęściej są to konsole stacjonarne, komputery z odpowiednim oprogramowaniem oraz mobilne urządzenia programujące. Niezależnie od tego, z jakiej platformy korzystają programiści PLC, stworzone oprogramowanie ładuje się do sterownika za pomocą sieci lub w sposób bezpośredni. Co więcej, może być ono przechowywane w pamięci RAM lub FLASH. Czasami zapisuje się je w wymiennym układzie scalonym.

Programiści PLC w swojej pracy używają jednego spośród wielu środowisk programistycznych. Warto jednak podkreślić, że duża część producentów sterowników wraz z produktami dostarcza dostosowane do nich środowiska pracy, które umożliwiają tworzenie zgodnych aplikacji i programów w jednym z języków, jakie są określone przez normę IEC 61131. Zgodnie z nią mamy do czynienia z językami tekstowymi i graficznymi. Do tych pierwszych zaliczają się:

• Lista Instrukcji (IL – Instruction List) – to język niskiego poziomu. Jego struktura jest zbliżona do asemblera. Na IL składają się instrukcje mnemotechniczne. Język ten wyróżnia się małą przejrzystością kodu. To sprawia, że nie jest on często stosowany do zapisywania całego algorytmu sterowania. Warto jednak zaznaczyć, że Lista Instrukcji świetnie nadaje się w kodowaniu złożonych algorytmów obliczeniowych.
• Tekst Strukturalny (ST – Structured Text) – to język wyższego poziomu. Jego struktura przypomina algorytmiczne języki, w tym Pascal. Składnia ST oparta jest na instrukcjach i wyrażeniach. Dzięki temu kod jest czytelny. W porównaniu do IL Tekst Strukturalny działa wolniej. Wpływ na to ma zwiększone zapotrzebowanie na pamięć operacyjną po kompilacji kodu.

Z kolei graficznymi językami programowania PLC są:

• Schemat Drabinkowy (LD – Ladder Diagram) – to język, który opiera się na symbolach schematów elektrycznych układów sterowania zrobionych w technice stykowo-przekaźnikowej. Podstawowymi symbolami w tym przypadku są cewki i styki. Jeśli zachodzi konieczność opisania bardziej złożonych funkcji, stosuje się bloki funkcyjne. Schemat Drabinkowy to dość łatwy język, w szczególności dla programistów PLC mających doświadczenie w elektryce.
• Schemat Bloków Funkcyjnych (FBD – Function Block Diagram) – język ten bazuje na wizualnych schematach ideowych, jakie używane są w elektronice. Jego składnia opiera się na połączonych liniami blokach oraz elementach sterujących. Stworzenie programu w tym języku powoduje przepływ sygnałów zgodny z topografią obwodu, jednakże sygnał zawsze przepływa z bloku funkcyjnego lub wyjścia funkcji w stronę przyłączonego wejścia innego bloku albo funkcji.

Dodatkowo podczas programowania PLC wykorzystywany jest inny język – Sekwencyjny Schemat Funkcjonalny (SFC – Sequential Function Chart). Stosowany jest on do obrazowego zapisywania kolejności wykonywanych działań. Sprawdzi się on przede wszystkim przy dużych i skomplikowanych układach sterowania charakteryzujących się strukturą sekwencyjną. W języku SFC tworzy się jedynie ogólną strukturę programu, natomiast poszczególne zadania kodowane są za pomocą wcześniej opisanych języków programowania PLC.

Programowanie PLC można podzielić na kilka części. Oto poszczególne etapy tego procesu:

• analiza procesu – każdy programista PLC przed stworzeniem programu dokonuje dokładnej analizy procesu, jaki będzie obsługiwany za pomocą sterowników. Na tym etapie określa się czynniki wpływające na działanie poszczególnych maszyn. Jest to czynność niezbędna do poprawnego programowania, ponieważ pozwala na precyzyjne określenie wejść i wyjść danego procesu.
• tworzenie programu – to kolejny krok w trakcie programowania PLC. Do zrobienia programu specjaliści używają wspomnianych wcześniej języków. Należy je dobrać w taki sposób, aby były zgodne z logiką funkcjonowania urządzeń, a także, by pasowały do warunków działania programowanego procesu.
• symulacja i testowanie programu – na tym etapie przeprowadza się testy programu na symulatorze lub na rzeczywistym obiekcie. W trakcie ich trwania sprawdza się poszczególne funkcje sterownika oraz poprawność i bezpieczeństwo jego działania.
• wprowadzenie poprawek i optymalizacja programu – podczas testowania programu niekiedy pojawiają się problemy, które trzeba wyeliminować przed jego instalacją. Na tym etapie wprowadzane są też wszelkie dodatkowe funkcje lub dokonuje się zmian w istniejących możliwościach. Celem takiego postępowania jest zapewnienie płynnego funkcjonowania programu.

Programowanie sterowników PLC wymaga specjalistycznej wiedzy i doświadczenia. W związku z tym osoby, które zajmują się takimi rzeczami, muszą wykazywać umiejętności programistyczne, a także dobrą znajomość systemów PLC i języków zgodnych z normą IEC 61131. W trakcie realizacji tego typu zadań wskazane jest również dbanie o bezpieczeństwo i właściwe działanie programu. Z tego względu programiści PLC powinni znać wszelkie normy i regulacje związane z automatyką przemysłową.