Языки программирования контроллеров

Общие принципы программирования контроллеров

Для эффективного использования контроллеров необходимо установить в его память программное обеспечение ("прошить" контроллер). Для этого разработчикам предоставляются следующие средства:

1. готовые программные библиотеки, процедуры, шаблоны; их применение ускоряет написание прошивок;
2. средства отладки прошивок без загрузки в ПЛК (эмуляторы, симуляторы);
3. средства документирования; программы, предназначенные для промышленного использования, должны быть оснащены комментариями в соответствии с международными стандартами.

Современные IDE для программирования контроллеров могут поддерживать сразу несколько языков разработки. Стандартом Международной Электротехнической Комиссии IEC 61131 такие языки были унифицированы. Целью этого шага было обеспечение переносимости ПО между различными аппаратными платформами. На практике такая совместимость наблюдается далеко не всегда, хотя корпорации-поставщики ПЛК и стараются придерживаться установленных правил.

Промышленные языки для программирования ПЛК

Язык релейных диаграмм (LD, LAD, Ladder)

Язык позволяет вести разработку в графическом режиме, т.е. формировать программу из визуальных блоков, а не писать ее в виде текста. Недостаток: большие и сложные алгоритмы, выраженные в графическом виде посредством LAD, становятся еще менее понятными, чем текст.

Functional Block Diagram FBD

Язык FBD также изображает проектируемую прошивку не в виде текста, а в виде схемы, напоминающую принципиальную электрическую схему. Диаграмма FBD состоит из соединенных линиями блоков (functional flocks, FBs). Связи символизируют собой переменные, через которые передается информация между блоками. Блоки символизируют арифметические и логические операции. Входные и выходные линии могут быть при этом связаны с физическими входами/выходами контроллера.

Рисунок 1. Пример Functional Block Diagram. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Sequential Function Chart

Язык SFC (используется обычно в связке с языками ST и IL) - еще одно средство визуализации, описывающее программу в виде последовательности шагов и переходов. В SFC используется принцип конечного автомата. На этом языке удобно описывать параллельно выполняемые последовательности технологических шагов с возможностью ветвления и слияния.

Рисунок 2. Пример Sequential Function Chart. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Structured Text

Язык ST обладает синтаксисом, напоминающим универсальные языки программирования Pascal и Basic. С его помощью легко реализуются математические и логические операции, переходы, циклы. Имеется возможность задействования библиотечных и пользовательских функций. Язык легок в освоении, хотя и уступает по наглядности языкам с графическим выражением алгоритмов.

Instruction List

Язык IL по синтаксису напоминает ассемблер, хотя и не слишком сложен, благодаря небольшому количеству команд процессора в контроллерах (сравнительно с компьютерными). Его достоинством является высокое быстродействие написанных на нем программ, недостатком - относительная сложность, отпугивающая персонал, имеющий отношение к составлению программ для контроллеров (например, технологов), но не являющихся специалистами в области программирования.

Continuous Flow Chart

Язык CFC - еще один язык визуального программирования, который можно считать расширением языка FBD. Разработка представляет собой по большей части выбор из готовых решений, оформленных в виде функциональных блоков, рассчитанных на использование технологическими объектами: моторами, насосами, осветительными приборами. Такие блоки умеют обрабатывать исключительные ситуации (перегрев, короткое замыкание, затопление и т. п.) и сигнализировать о них.

Рисунок 3. Пример Continuous Flow Chart. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Среда разработки CODESYS

CODESYS (Controller Development System) — комплекс программных и аппаратных средств для промышленной автоматизации. Разрабатывается в Германии компанией 3S-Smart Software Solutions GmbH с 1994 г. Широко распространен в Российской Федерации, где фактически является отраслевым стандартом для программирования ПЛК, в частности, для популярных промышленных контроллеров ОВЕН.

В CODESYS по умолчанию поддерживаются следующие стандартные языки:

• Instruction List;
• Structured Text;
• Ladder Diagram;
• Function Block Diagram;
• Sequential Function Chart.

При дополнительной настройке поддерживаются и другие средства разработки, соответствующие IEC 61131-3.

Домашние и образовательные контроллеры

Для автоматизации в домашних условиях широко применяются контроллеры Arduino. Для их программирования используется относительно легкий для освоения Си-подобный язык, хотя наиболее эффективные прошивки для них лучше писать с помощью низкоуровневых средств, требующих, однако, больших затрат при освоении.

Учебные контроллеры для использования в игрушечных роботах, предлагаемые для детского творчества компаниями LEGO (линейка WeDO) и VEX Robotics, программируются на визуальных языках, позволяющих собирать алгоритмы из блоков - объявление переменных, условные переходы, циклы и т.п. Примером такого языка может служить Scratch, используемый в LEGO. VEX Robotics предоставляет для разработки IDE ROBOTC, имеющую возможность переключаться между графическим режимом и режимом разработки на Си-подобном языке.