Блог около Стандарт IEC 61131 повышает эффективность ПЛК в промышленной автоматизации

Представьте себе, что каждый автомобильный бренд требовал бы свои собственные фирменные заправки — неэффективный и хаотичный сценарий. Именно с такой проблемой столкнулась промышленная автоматизация до появления стандарта IEC 61131 для программирования программируемых логических контроллеров (ПЛК). Установив единые языки и спецификации, этот международный стандарт произвел революцию в системах промышленной автоматизации, значительно повысив эффективность и совместимость.

IEC 61131, официально озаглавленный «Программируемые контроллеры», представляет собой международный эталон для языков программирования ПЛК и процессов разработки программного обеспечения. Часто называемый «стандартом программирования ПЛК», его основная цель — стандартизация разработки программного обеспечения ПЛК для выгоды как производителей оборудования, так и конечных пользователей. Поддерживаемый Международной электротехнической комиссией (МЭК), стандарт постоянно обновляется, чтобы идти в ногу с достижениями в области промышленной автоматизации.

Значимость IEC 61131 проявляется в нескольких критических аспектах:

• Переносимость и повторное использование кода: До стандартизации программное обеспечение ПЛК было специфичным для поставщика, что создавало барьеры для совместимости. IEC 61131 обеспечивает выполнение кода на различных аппаратных платформах, снижая затраты и сроки разработки.
• Снижение затрат на оборудование и времени разработки: Стандартизированные языки и процессы упрощают разработку программного обеспечения, обеспечивая при этом гибкий выбор поставщика оборудования.
• Бесшовная интеграция компонентов: Единые интерфейсы позволяют легко интегрировать ПЛК, датчики и исполнительные механизмы от разных производителей в сложные системы автоматизации.
• Минимизация ошибок связи: Стандартизированные протоколы между программными инструментами повышают надежность системы, уменьшая ошибки обмена данными.

Для заинтересованных сторон в области промышленной автоматизации соответствие требованиям IEC 61131 обеспечивает существенные технические и экономические преимущества, позволяя повысить производительность, снизить затраты и добиться конкурентного преимущества.

Возникший в 1990-х годах благодаря усилиям европейской организации PLCopen, IEC 61131 решил проблему отсутствия единых стандартов программирования ПЛК, которые препятствовали кроссплатформенной совместимости. Стандарт установил:

• Универсальную модель программирования ПЛК
• Совместимые графические и текстовые языки программирования
• Стандартизированную терминологию и концепции

С момента первоначального выпуска в 1993 году стандарт претерпел несколько редакций, а текущее третье издание (2013 г.) включает современные модели программирования.

IEC 61131 состоит из десяти разделов, из которых особенно важны следующие:

• Часть 3: Определяет универсальные языки программирования ПЛК
• Часть 4: Руководство пользователя
• Часть 5: Протоколы связи
• Часть 7: Программирование нечеткого управления
• Часть 8: Руководство по управлению жизненным циклом

Часть 3 служит краеугольным камнем, гармонизируя разработку программного обеспечения ПЛК с помощью пяти стандартизированных языков:

• Релейная логика (LD): Графическое представление последовательных функций
• Диаграмма функциональных блоков (FBD): Графический язык для комбинации данных и функций
• Структурированный текст (ST): Текстовый язык, подобный Pascal
• Список инструкций (IL): Текстовый язык, подобный ассемблеру
• Последовательная функциональная схема (SFC): Графический язык для программных организационных единиц

Этот многоязычный подход позволяет инженерам выбирать оптимальные методы для конкретных приложений, даже комбинируя языки в программах — LD для базового логического управления против ST для сложных алгоритмов, например.

Реализация IEC 61131-3 дает множество преимуществ:

• Переносимость: Выполнение кода, не зависящее от оборудования
• Повторное использование кода: Функциональные блоки устраняют избыточное программирование
• Уменьшение ошибок: Строго типизированные переменные предотвращают несоответствия данных
• Производительность: Различные языковые опции соответствуют предпочтениям программиста
• Стандартное применение: Определенные структуры моделирования повышают качество кода

Дополнительные преимущества включают упрощенное обучение, упрощенное устранение неполадок и улучшенную интеграцию между поставщиками. Например, соответствующие требованиям IEC 61131 человеко-машинные интерфейсы (HMI) легко интегрируются с программами управления, а функциональные блоки инкапсулируют сложные процессы, такие как ПИД-регулирование.

Эффективное использование требует понимания основных элементов программирования:

• Типы данных: Логические значения, битовые строки, целые числа, вещественные числа, таймеры
• Переменные: Типизированное хранение данных
• POU: Программные организационные единицы (функции/функциональные блоки)
• Функции: Блоки кода без памяти
• Функциональные блоки: Блоки кода с постоянной памятью

Эти элементы обеспечивают модульное, удобное для обслуживания программирование. Функциональные блоки иллюстрируют это с помощью настраиваемых, многоразовых логических сегментов с определенными интерфейсами, воплощающими принципы объектно-ориентированного программирования.

Предоставляемые поставщиками пакеты программирования 61131-3 облегчают:

• Настройку ввода/вывода оборудования
• Настройку связи
• Визуализацию потока программы
• Мониторинг переменных
• Отладку ошибок во время выполнения

Эти пакеты на основе Windows сочетают в себе редакторы релейной логики, возможности моделирования и подключение к ПЛК, поддерживая задачи от проверочного тестирования до сложной отладки последовательностей. Соответствие стандартам обеспечивает переносимость навыков и кода между платформами.

Хотя IEC 61131 необходим для функциональной разработки программного обеспечения, он исключает:

• Электрическую безопасность (охватывается IEC 61131-2)
• Требования ЭМС (серия IEC 61326)
• Метрики производительности (ISO 13849/IEC 61508)

Поэтому для полной сертификации системы требуются дополнительные стандарты.

IEC 61131 установил универсальный язык программирования ПЛК, обеспечивающий непревзойденные преимущества повторного использования, переносимости и интеграции. Языки части 3, такие как релейная логика, теперь пользуются глобальным признанием, а функциональные блоки способствуют модульному кодированию. Стандартизированные инструменты разработки упрощают как процессы программирования, так и отладки. В конечном итоге эта структура способствует снижению затрат, повышению безопасности и повышению производительности в промышленной автоматизации.