Współczesne języki programowania PLC, czyli IEC 61131-3 w praktyce

Zakłady produkcyjne coraz częściej opierają swoje procesy na inteligentnych systemach sterowania, które pozwalają nie tylko na zwiększenie efektywności produkcji, lecz również na obniżenie kosztów i lepsze zarządzanie czasem pracowników. Wciąż jednak głównym elementem tych systemów są sterowniki PLC, odpowiedzialne za precyzyjne sterowanie maszynami i zaawansowanymi procesami technologicznymi. Umiejętność ich programowania i konfiguracji jest kluczową kompetencją.

Standard IEC 61131-3 to zbiór zasad określających uniwersalne języki programowania PLC, które pozwalają na efektywne tworzenie kodu, czytelnego dla każdego na całym świecie. W praktyce oznacza to większą elastyczność, łatwiejsze utrzymanie systemów oraz szybsze wdrażanie nowych rozwiązań. W tym artykule sprawdzimy, jakich języków dotyczy ta norma oraz jak może wyglądać ich praktyczne zastosowanie.

IEC 61131-3 definiuje pięć języków programowania, które są szeroko stosowane w automatyce przemysłowej.

Instruction List (IL) – lista instrukcji

Jest to prosty język tekstowy, odpowiednik asemblera. Zbiór instrukcji obejmuje operacje logiczne, arytmetyczne, operacje relacji, jak również funkcje przerzutników, czasomierzy, liczników itp. Wykorzystuje instrukcje liniowe, które są wykonywane w kolejności ich występowania, chyba że zostanie zastosowana instrukcja skoku lub warunkowego przejścia do innej części programu.

Działa na zasadzie stosowego modelu obliczeń, co oznacza, że większość operacji arytmetycznych i logicznych odbywa się poprzez ładowanie wartości na stos, wykonywanie operacji, a następnie zapis wyniku.

Zastosowanie w praktyce:

Prosta logika: algorytmy używane w sytuacjach, w których wymagana jest optymalizacja kodu ze względu na wydajność lub gdy sterownik ma ograniczoną pamięć.

Aplikacje wymagające niskiego poziomu kontroli: Dzięki podobieństwu do asemblera jest wykorzystywany tam, gdzie kluczowa jest pełna kontrola nad instrukcjami.

Obsługa starszych systemów: jest często używany w starszych systemach, które zostały zaktualizowane lub utrzymywane przez długi czas z uwagi na migracje.

Structured Text (ST) – tekst strukturalny

To również język tekstowy, ale przypominający nowoczesne języki programowania wysokiego poziomu, takie jak Pascal, C czy Python. Pozwala na tworzenie skomplikowanych algorytmów, operacji na zmiennych oraz strukturalnego przetwarzania danych. ST jest idealny do realizacji zaawansowanych obliczeń matematycznych, operacji logicznych oraz manipulacji danymi w systemach sterowania.

Zastosowanie w praktyce:

Złożone obliczenia i algorytmy: ST jest preferowany w aplikacjach wymagających skomplikowanych obliczeń, takich jak np.: sterowanie procesami chemicznymi, obróbka danych, HVAC czy kontrola jakości.

Integracja zewnętrznych funkcji: Dzięki składni podobnej do języków wysokopoziomowych, doskonale nadaje się do tworzenia niestandardowych funkcji i bloków.

Ogólnodostępność: Ze względu na małe różnice w sposobie pisania, program zapisany w języku ST można łatwo przekonwertować do innego środowiska.

Więcej o języku ST przeczytasz w tym artykule, pochodzącym z naszego „Kursu programowania w CODESYS”.

Zobacz przykładową aplikację w języku ST oraz LD, pochodzącym z naszego „Kursu programowania w CODESYS”.

Ladder Diagram (LD) – schemat drabinkowy

LD to język graficzny, Najbardziej popularny wśród elektryków i automatyków ze względu na bardzo duże podobieństwo do stykowych obwodów przekaźnikowych. W języku tym, oprócz symboli styków, cewek i połączeń między nimi, dopuszcza się także użycie funkcji (np. arytmetycznych, logicznych, porównań, relacji) oraz bloków funkcjonalnych (np. przerzutniki, czasomierze, liczniki). 

Zastosowanie w praktyce:

Automatyka maszyn: Najczęściej używany w przemyśle do sterowania maszynami i systemami o charakterze sekwencyjnym.

Sterowanie układami elektrycznymi: Dzięki swojej graficznej formie przypominającej schematy przekaźnikowe jest intuicyjny dla elektryków i techników, co ułatwia diagnostykę i serwisowanie.

Systemy bezpieczeństwa Safety: Często stosowany w aplikacjach bezpieczeństwa, takich jak przyciski E-Stop czy kurtyny bezpieczeństwa, w których wizualizacja logicznych warunków jest kluczowa.

Więcej o języku LD przeczytasz w tym artykule, pochodzącym z naszego „Kursu programowania w CODESYS”.

Zobacz przykładową aplikację w języku ST oraz LD, pochodzącym z naszego „Kursu programowania w CODESYS”.

Function Block Diagram (FBD) – diagram bloków funkcyjnych

Język graficzny cechujący się przedstawieniem logiki sterowania za pomocą schematów blokowych, które ułatwiają projektowanie, analizę oraz modyfikację programu. Każdy blok ma swoje wejścia i wyjścia, natomiast przepływ sygnałów między nimi odbywa się poprzez połączenia graficzne typu linia. Jest on najczęściej stosowany przez osoby, które mają mniej doświadczenia w tradycyjnych językach tekstowych.

Zastosowanie w praktyce:

Sterowanie procesowe: Bardzo popularny w branży chemicznej, wod-kan, czy energetycznej, gdzie logika sterowania oparta jest na przetwarzaniu sygnałów z czujników i urządzeń wykonawczych.

Sterowanie modułowe: Dzięki swojej modułowej strukturze pozwala na łatwe budowanie złożonych algorytmów z gotowych bloków, co przyspiesza programowanie.

Sterowanie PID: Używany do implementacji regulatorów PID (proporcjonalno-całkująco-różniczkujących) w systemach kontroli temperatury, ciśnienia, przepływu itp.

Więcej o języku FBD przeczytasz w tym artykule, pochodzącym z naszego „Kursu programowania w CODESYS”.

Sequential Function Chart (SFC) – diagram funkcji sekwencyjnych

Język służący do modelowania procesów sekwencyjnych. Jest szczególnie przydatny w systemach, w których operacje muszą być wykonywane w określonej kolejności, jak np. w złożonych procesach produkcyjnych, cyklach maszyn czy układach sterowania ruchem. Program napisany w tym języku składa się z kroków, przejść oraz akcji. Każdy kolejny krok procesu jest reprezentowany przez blok, natomiast przejścia między nimi są rozpisane konkretnymi warunkami logicznymi.

Zastosowanie w praktyce:

Procesy sekwencyjne: Używany do sterowania procesami o wielu krokach i przejściach, jak linie montażowe czy sekwencyjne maszyny pakujące.

Automatyzacja procesów produkcyjnych: Stosowany w aplikacjach wymagających synchronizacji wielu urządzeń, takich jak linie napełniania butelek czy linie do montażu podzespołów elektronicznych.

Sterowanie wieloetapowe: Pozwala na łatwe modelowanie etapów procesu i ich przejść, co ułatwia zarządzanie złożonymi operacjami.

Więcej o języku SFC przeczytasz w tym artykule, pochodzącym z naszego „Kursu programowania w CODESYS”.

Podsumowanie

Standard IEC 61131-3 stanowi fundament dla zaawansowanego programowania sterowników PLC, oferując elastyczność i możliwość dopasowania języka do specyfiki projektu i preferencji inżyniera. Dzięki niemu automatyzacja jest bardziej efektywna, co zwiększa wydajność produkcji i obniża koszty utrzymania systemów.

Każdy język ma swoje mocne strony. Język LD sprawdzi się w prostych aplikacjach logicznych, FBD przydaje się w zaawansowanych systemach sterowania, ST jest doskonały do algorytmów i analizy danych, a SFC doskonale nadaje się do zarządzania złożonymi procesami wieloetapowymi. Wybór odpowiedniego języka pozwala na efektywne i przejrzyste tworzenie aplikacji dla automatyki przemysłowej.

Sprawdź też nasz Kurs programowania sterowników Horner APG.