Программирование ПЛК: полное руководство для начинающих 

Целью данной статьи является предоставление структурированной, базовой дорожной карты для новичков, экспертов, переходящих с других рынков, и дизайнеров, стремящихся систематизировать свои знания.

Мы обязательно рассмотрим основные знания, необходимые для программирования ПЛК, сравним и оценим традиционные ПЛК продуктов автоматизации на рынке и разработать эффективный путь понимания от концепции до практики, помогая вам получить преимущество в эпоху Сектора 4.0.

Почему PLC — это «твердая валюта» будущего

Когда мы говорим об «Индустрии 4.0», «Интеллектуальном производстве» или «Интернете вещей» (IoT), мы представляем себе максимально автоматизированное, управляемое данными производство будущего. За этим грандиозным событием, молчаливо управляя каждым конкретным процессом на производственной линии, стоит программируемый логический контроллер (ПЛК).

Созданная в 1960-х годах для замены больших и сложных релейных распределительных шкафов, она фактически превратилась в коммерческую компьютерную систему, которая объединяет управление, вычисления и связь.

От сварочных линий в автомобилестроении до упаковочных линий в пищевой промышленности, от систем городского водоснабжения до современных логистических центров — ПЛК встречаются повсеместно.

По данным MarketsandMarkets, ожидается, что мировой рынок ПЛК продолжит стабильное развитие, обусловленное неустанным стремлением мирового производственного сектора к большей производительности, высочайшему качеству и гибкости.

По этой причине понимание программ ПЛК означает, что вы приобрели способность «разговаривать» с современными промышленными устройствами, что делает это незаменимым «наличием» в вашей профессиональной карьере.

Тем не менее, многие испытывают разочарование, впервые сталкиваясь с ПЛК: «У меня нет опыта работы с электротехникой, смогу ли я разобраться в этом?» «Эта информация настолько сложна, с чего мне вообще начать?»

Эта короткая статья наверняка развеет эти вопросы и покажет, что при наличии идеальной методики любой человек может систематически постигать шоу PLC.

I. Создайте прочный фундамент: три краеугольных камня программ PLC.

Точно так же, как изучение любого языка требует сначала усвоения алфавита и грамматики, изучение шоу PLC должно начинаться с самых основных его частей.

1. Язык машин: числовое оборудование

Внутренний мир ПЛК представляет собой двоичный мир, состоящий из нулей и единиц. Все сложные команды и данные неизбежно сводятся к этому простейшему типу электрического сигнала (ВКЛ/ВЫКЛ).

Таким образом, распознавание различных систем счисления и их преобразований является первым шагом в изучении шоу PLC.

• Двоичный: Основной рабочий язык ПЛК, включающий только 0 и 1. Например, видимость или отсутствие входного сигнала или состояние пуска/остановки двигателя могут быть обозначены с помощью 1 и 0.
• Десятичная дробь: Система счета, наиболее знакомая нам в повседневной жизни, состоящая из цифр от 0 до 9.
• Шестнадцатеричный: Создан для более компактного представления длинных двоичных чисел, состоящих из цифр от 0 до 9 и цифр A/F. Он регулярно используется при работе с адресами памяти и взаимодействии с данными.

Хитрость: Вам необходимо уметь преобразовывать десятичные и двоичные числа, поскольку уставки таймеров и счетчиков ПЛК (в десятичной системе счисления) хранятся и уточняются в двоичном формате.

Таблица преобразования систем счисления.

2. Контейнеры информации: типы данных

Если числовые системы — это буквы, то типы данных — это правила, которые точно определяют, как организовать эти буквы в «слова».

В ПЛК информация хранится в различных форматах и объёмах, что позволяет удовлетворить потребности различных приложений. Например, на примере широко распространённых ПЛК Siemens типичные типы данных включают:

• Кусочек: Наименьшая единица данных со значением 0 или 1. Представляет сигнал кнопки или датчика.
• Байт: Состоит из 8 маленьких кусочков.
• Слово: Состоит из 2 байтов (16 маленьких битов). Обычно используется для хранения целых чисел (Int).
• Двойное слово: Состоит из 2 слов (32 бита). Может использоваться для хранения больших целых чисел (DInt) или обычных чисел.
• Действительный/плавающий: число с плавающей запятой, используемое для обозначения определённых значений с десятичными знаками, таких как аналоговые сигналы температуры или напряжения. Занимает 32 бита памяти.

Отношения между типами данных и размерами.

Распознавание этих типов информации имеет решающее значение. Использование неверного типа информации может привести к ошибкам программы или переполнению данных.

Например, сохранение значения температуры, требующего десятичной точности, в целочисленной переменной (Int) наверняка приведет к обрезке дробной составляющей.

3. Регулирование логики: булева алгебра

Булева алгебра — основа программирования на основе лестничных рассуждений. Она определяет базовые рациональные связи, в основном состоящие из «И», «ИЛИ» и «НЕ».

• И: Результат равен 1, только если все условия одновременно выполняются (1). В логике релейно-контактной логики это представляется последовательными вызовами. Пример применения: Машина может запуститься только в том случае, если «Кнопка аварийной остановки не нажата» (Условие A = 1) И «Кнопка запуска нажата» (Условие B = 1).
• ИЛИ: Результат равен 1, если хотя бы одна проблема верна (1). В релейной логике это представлено параллельными вызовами. Обстоятельства применения: Сигнальная лампа системы сигнализации загорается, если «Уровень температуры слишком высок» (Проблема A = 1) ИЛИ «Давление необычно» (Условие B = 1).
• НЕТ: Результат — обратная задача. В релейно-контактной логике это обозначается вызовом «Общезакрыто» (NC). Сценарий применения: Когда «Уровень резервуара не заполнен» (Условие A = 0), насос должен работать (Выход Y = 1). Эта задача применяется в программе с использованием вызова NC, обозначающего «Уровень не заполнен».

Поняв эти 3 стандартные разумные операции, вы сможете читать и создавать значительную часть необходимых программ ПЛК.

II. Сравнение основных продуктов автоматизации ПЛК

После освоения основ следующим важным шагом станет выбор идеального названия бренда ПЛК для тщательного изучения.

Различные бренды имеют разное позиционирование на рынке, программное обеспечение и сферу применения. Ниже представлен сравнительный анализ ряда значимых международных брендов ПЛК.

Рекомендация для начинающих:

• Если ваша цель — крупные заводы или инструменты европейского производства, то лучшим выбором будет Siemens S7-1200 и TIA Portal из-за его высокой доли рынка и технического лидерства.
• Если вы ориентируетесь на небольшие устройства или у вас ограниченный бюджет, серия Mitsubishi FX станет для вас исключительной отправной точкой благодаря обширным ресурсам поиска и сравнительно невысокой стоимости оборудования.

III. От концепции к практике: четырёхэтапный высокоэффективный путь обучения

Академические знания — это фундамент, но только метод может построить небоскреб. 

Шаг 1: Программное моделирование для ознакомления с атмосферой

Загрузите и установите программное обеспечение выбранного вами бренда (например, TIA Site, GX Works3). Не покупая никакого оборудования, воспользуйтесь встроенной функцией моделирования, чтобы создать свою первую задачу «Hello there World» — простую схему запуска-останова-защелки.

Ознакомьтесь с пользовательским интерфейсом программного обеспечения, узнайте, как создавать теги (переменные), как писать релейные рассуждения и как загружать и отслеживать программу.

Действие 2: Освойте основные направления 

Систематически изучайте и практикуйте соблюдение основных функций:.

• Немного логических рекомендаций: И, ИЛИ, НЕ, выходные катушки и т. д.
• Таймеры: Задержка включения (BUNCH), задержка выключения (TOF) для реализации таких функций, как отложенное начало и отложенный выход.
• Счетчики: Прямой отсчет (CTU), обратный отсчет (CTD) для подсчета количества предметов, видеозаписи времени цикла и т. д.
• Руководство по перемещению (MOV): Перемещение данных из одного адреса памяти в другой.

Шаг 3: Проведение стандартных ситуационных исследований

Как только вы поймёте основные указания, попробуйте выполнить несколько традиционных заданий начального уровня, таких как:

• Управление трехфазным двигателем вперед/назад.
• Начало пониженного напряжения звезда-треугольник.
• Управление дорожным движением.
• Автоматическое управление возвратно-поступательной тележкой.

Эти практические примеры, безусловно, помогут вам связать конкретные указания в логическую структуру для решения реальных проблем.

Действие 4: изучение расширенных функций и практического метода

Когда вы освоите базовые программы, вы сможете перейти к более продвинутым областям:

• Аналоговая обработка сигналов: Узнайте, как проверять сигналы с аналоговых датчиков (уровень температуры, давление) и осуществлять ПИД-регулирование.
• Высокоскоростной подсчет и импульсный выход: Используется для соединения энкодеров и управления шаговыми/серводвигателями.
• Коммуникации и сетевое взаимодействие: Узнайте об обмене информацией между ПЛК или между ПЛК и ЧМИ (человеко-машинный интерфейс) или управляющий компьютер.
• Ищите практические возможности: Если возможно, приобретите стартовый комплект ПЛК для практического подключения и отладки электрооборудования. Ничто не даёт большего чувства выполненного долга и более глубокого понимания, чем непосредственное включение света или управление двигателем. Вы также можете ознакомиться с требованиями и передовыми практиками авторитетных организаций, таких как Международная ассоциация автоматизации (ISA), для повышения своей профессиональной компетентности.

Заключение

Знание шоу PLC - это не какая-то недостижимая современная технология, а путь совершенствования навыков с четким путем и обоснованием.

Основные принципы таковы: для начала, необходимо глубоко усвоить три теоретических основополагающих принципа: системы исчисления, типы данных и логические процедуры. Во-вторых, разумно выбрать популярный бренд ПЛК в качестве платформы обучения, исходя из целей вашей работы и требований рынка. В конечном итоге, необходимо следовать структурированному пути от моделирования к практическому применению и от простого к сложному, превращая академические знания в разумные аналитические навыки с постоянной практикой и решением проектных задач.

Наступила волна промышленной автоматизации, и невозможно переоценить роль ПЛК как центральной движущей силы этой революции.

Начало обучения сейчас — это не просто инвестиция в новые навыки, это финансовая инвестиция в будущее, полное возможностей. Мы надеемся, что это руководство станет для вас надежной отправной точкой и надежным помощником на пути к пониманию шоу PLC.