Blog circa Lo standard IEC 61131 migliora l'efficienza dei PLC nell'automazione industriale

Immaginate se ogni marchio automobilistico richiedesse le proprie stazioni di servizio proprietarie: uno scenario inefficiente e caotico. Questa era precisamente la sfida che l'automazione industriale doveva affrontare prima dell'avvento dello standard IEC 61131 per la programmazione dei controllori logici programmabili (PLC). Stabilendo linguaggi e specifiche unificate, questo standard internazionale ha rivoluzionato i sistemi di automazione industriale, migliorando notevolmente l'efficienza e l'interoperabilità.

IEC 61131, formalmente intitolato "Controllori programmabili", rappresenta un punto di riferimento internazionale per i linguaggi di programmazione PLC e i processi di sviluppo software. Spesso chiamato "standard di programmazione PLC", il suo obiettivo principale è la standardizzazione dello sviluppo software PLC a beneficio sia dei produttori di apparecchiature che delle aziende utenti finali. Mantenuto dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC), lo standard subisce aggiornamenti continui per tenere il passo con i progressi dell'automazione industriale.

Il significato di IEC 61131 si manifesta in diversi aspetti critici:

• Portabilità e riutilizzo del codice: Prima della standardizzazione, il software PLC era specifico del fornitore, creando barriere di compatibilità. IEC 61131 consente l'esecuzione del codice su diverse piattaforme hardware, riducendo i costi e i tempi di sviluppo.
• Riduzione dei costi hardware e dei tempi di sviluppo: Linguaggi e processi standardizzati semplificano lo sviluppo software consentendo al contempo una selezione flessibile dei fornitori di hardware.
• Integrazione senza soluzione di continuità dei componenti: Interfacce unificate consentono l'integrazione senza sforzo di PLC, sensori e attuatori di diversi produttori in sistemi di automazione complessi.
• Errori di comunicazione minimizzati: Protocolli standardizzati tra gli strumenti software migliorano l'affidabilità del sistema riducendo gli errori di scambio dati.

Per gli stakeholder dell'automazione industriale, la conformità a IEC 61131 offre sostanziali vantaggi tecnici ed economici, consentendo guadagni di produttività, riduzione dei costi e differenziazione competitiva.

Nato negli anni '90 attraverso gli sforzi dell'organizzazione europea PLCopen, IEC 61131 ha affrontato l'assenza di standard di programmazione PLC unificati che ostacolavano la compatibilità multipiattaforma. Lo standard ha stabilito:

• Un modello di programmazione PLC universale
• Linguaggi di programmazione grafici e testuali compatibili
• Terminologia e concetti standardizzati

Dalla sua versione iniziale del 1993, lo standard ha subito molteplici revisioni, con l'attuale terza edizione (2013) che incorpora modelli di programmazione contemporanei.

IEC 61131 comprende dieci sezioni, con queste particolarmente significative:

• Parte 3: Definisce i linguaggi di programmazione PLC universali
• Parte 4: Linee guida per l'utente
• Parte 5: Protocolli di comunicazione
• Parte 7: Programmazione del controllo fuzzy
• Parte 8: Guida alla gestione del ciclo di vita

La Parte 3 funge da pietra angolare, armonizzando lo sviluppo software PLC attraverso cinque linguaggi standardizzati:

• Diagramma a scala (LD): Rappresentazione grafica delle funzioni sequenziali
• Diagramma a blocchi funzionali (FBD): Linguaggio grafico per la combinazione di dati e funzioni
• Testo strutturato (ST): Linguaggio testuale simile al Pascal
• Elenco istruzioni (IL): Linguaggio testuale simile all'assembly
• Grafico delle funzioni sequenziali (SFC): Linguaggio grafico per le unità di organizzazione del programma

Questo approccio multilingue consente agli ingegneri di selezionare i metodi ottimali per applicazioni specifiche, anche combinando linguaggi all'interno dei programmi: LD per il controllo logico di base contro ST per algoritmi complessi, ad esempio.

L'implementazione di IEC 61131-3 produce molteplici vantaggi:

• Portabilità: Esecuzione del codice indipendente dall'hardware
• Riutilizzo del codice: I blocchi funzionali eliminano la programmazione ridondante
• Riduzione degli errori: Le variabili fortemente tipizzate prevengono errori di corrispondenza dei dati
• Produttività: Diverse opzioni linguistiche si adattano alle preferenze del programmatore
• Applicazione standard: Le strutture di modellazione definite migliorano la qualità del codice

Ulteriori vantaggi includono la formazione semplificata, la risoluzione dei problemi semplificata e l'integrazione migliorata tra fornitori diversi. Ad esempio, gli HMI conformi a IEC 61131 si integrano perfettamente con i programmi di controllo, mentre i blocchi funzionali incapsulano processi complessi come il controllo PID.

L'utilizzo efficace richiede la comprensione degli elementi di programmazione di base:

• Tipi di dati: Valori booleani, stringhe di bit, interi, reali, timer
• Variabili: Memorizzazione dei dati tipizzati
• POU: Unità di organizzazione del programma (funzioni/blocchi funzionali)
• Funzioni: Blocchi di codice senza memoria
• Blocchi funzionali: Blocchi di codice con memoria persistente

Questi elementi consentono una programmazione modulare e gestibile. I blocchi funzionali ne sono un esempio attraverso segmenti logici configurabili e riutilizzabili con interfacce definite, che incarnano i principi della programmazione orientata agli oggetti.

Le suite di programmazione 61131-3 fornite dal fornitore facilitano:

• Configurazione I/O hardware
• Impostazione della comunicazione
• Visualizzazione del flusso del programma
• Monitoraggio delle variabili
• Debug degli errori di runtime

Questi pacchetti basati su Windows combinano editor a scala, funzionalità di simulazione e connettività PLC, supportando attività che vanno dai test di verifica al debug di sequenze complesse. La conformità agli standard garantisce la trasferibilità delle competenze e del codice tra le piattaforme.

Sebbene essenziale per lo sviluppo di software funzionale, IEC 61131 esclude:

• Sicurezza elettrica (coperta da IEC 61131-2)
• Requisiti EMC (serie IEC 61326)
• Metriche di prestazione (ISO 13849/IEC 61508)

La certificazione completa del sistema richiede quindi standard supplementari.

IEC 61131 ha stabilito un linguaggio di programmazione PLC universale, offrendo vantaggi senza pari in termini di riutilizzo, portabilità e integrazione. I linguaggi della Parte 3 come il Diagramma a scala godono ora di riconoscimento globale, mentre i blocchi funzionali promuovono la codifica modulare. Gli strumenti di sviluppo standardizzati semplificano sia i processi di programmazione che di debug. In definitiva, questo framework guida la riduzione dei costi, il miglioramento della sicurezza e i guadagni di produttività nell'automazione industriale.