برنامه نویسی PLC چیست؟ آموزش، زبان‌ها و نرم افزارهای PLC

برنامه نویسی PLC یکی از مهم‌ترین مراحل در طراحی و اجرای سیستم‌های اتوماسیون صنعتی است. PLC یا کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی، وظیفه دریافت اطلاعات از سنسورها و تجهیزات ورودی، پردازش برنامه کنترلی و ارسال فرمان به تجهیزات خروجی را بر عهده دارد. بنابراین، برنامه‌ای که داخل PLC اجرا می‌شود، نقش مهمی در نحوه عملکرد یک ماشین یا خط تولید دارد.

در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، برنامه نویسی PLC می‌تواند برای کنترل موتور، پمپ، شیر، نوار نقاله، تجهیزات اندازه‌گیری و بسیاری از فرایندهای صنعتی استفاده شود. در میان تجهیزات اتوماسیون، PLCهای خانواده SIMATIC زیمنس از جمله S7-1200 و S7-1500 از خانواده‌هایی هستند که برای اجرای پروژه‌های کنترلی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در ادامه بررسی می‌کنیم که برنامه نویسی PLC دقیقاً چیست، چه مراحلی دارد، با چه نرم افزارهایی انجام می‌شود و زبان‌های برنامه نویسی PLC چه تفاوتی با یکدیگر دارند.

برنامه نویسی PLC چیست؟

برنامه نویسی PLC به فرایند طراحی و ایجاد دستورالعمل‌هایی گفته می‌شود که PLC بر اساس آن‌ها تجهیزات یک سیستم صنعتی را کنترل می‌کند. این برنامه مشخص می‌کند PLC در برابر هر ورودی چه واکنشی نشان دهد و چه فرمانی برای خروجی‌ها ارسال کند.

برای مثال، فرض کنید در یک خط تولید سنسوری وجود دارد که حضور یک قطعه را تشخیص می‌دهد. برنامه PLC می‌تواند به گونه‌ای نوشته شود که پس از دریافت سیگنال سنسور، موتور نوار نقاله را متوقف کند و سپس فرمان لازم را برای مرحله بعدی فرایند ارسال کند.

در نتیجه، برنامه نویسی PLC فقط وارد کردن چند دستور نیست؛ بلکه شامل تحلیل فرایند، تعریف ورودی‌ها و خروجی‌ها، طراحی منطق کنترلی، برنامه نویسی، آزمایش و در نهایت راه‌اندازی سیستم است.

PLC چگونه برنامه را اجرا می‌کند؟

PLC به صورت مداوم وضعیت ورودی‌ها را بررسی می‌کند و بر اساس برنامه ذخیره‌شده، عملیات پردازش را انجام می‌دهد. سپس نتیجه پردازش برای کنترل خروجی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به زبان ساده، روند کار را می‌توان به شکل زیر در نظر گرفت:

ورودی‌ها → پردازش در PLC → اجرای منطق برنامه → خروجی‌ها

ورودی‌ها می‌توانند اطلاعاتی مانند وضعیت سنسورها، کلیدها و تجهیزات اندازه‌گیری را به PLC منتقل کنند. PLC این اطلاعات را بر اساس برنامه بررسی می‌کند و در ادامه، خروجی مناسب را فعال یا غیرفعال می‌کند.

به همین دلیل، طراحی صحیح برنامه اهمیت زیادی دارد؛ زیرا کوچک‌ترین اشتباه در منطق کنترلی می‌تواند عملکرد ماشین یا فرایند را تحت تأثیر قرار دهد.

مراحل برنامه نویسی PLC

برنامه نویسی PLC معمولاً با یک مرحله طراحی و تحلیل شروع می‌شود. پیش از نوشتن برنامه، باید مشخص شود سیستم دقیقاً چه کاری انجام می‌دهد و چه تجهیزاتی در آن وجود دارد.

1. بررسی فرایند صنعتی

ابتدا عملکرد ماشین یا خط تولید بررسی می‌شود. در این مرحله باید مشخص شود چه اتفاقی باید رخ دهد و ترتیب اجرای عملیات چگونه است.

2. مشخص کردن ورودی‌ها و خروجی‌ها

در مرحله بعد، تجهیزات متصل به PLC مشخص می‌شوند. برای مثال، سنسورها و شستی‌ها می‌توانند در بخش ورودی قرار بگیرند و کنتاکتورها، شیرها یا تجهیزات کنترلی در بخش خروجی قرار داشته باشند.

3. طراحی منطق کنترلی

پس از شناخت ورودی و خروجی‌ها، منطق عملکرد سیستم طراحی می‌شود. در این مرحله مشخص می‌شود هر ورودی چه تأثیری بر خروجی‌ها دارد.

4. انتخاب زبان برنامه نویسی

بسته به PLC، نرم افزار و نوع پروژه، زبان مناسب برای نوشتن برنامه انتخاب می‌شود. در پروژه‌های مختلف ممکن است از زبان‌های گرافیکی یا متنی استفاده شود.

5. ایجاد برنامه

در این مرحله منطق طراحی‌شده در نرم افزار برنامه نویسی پیاده‌سازی می‌شود. سپس برنامه برای PLC آماده می‌شود.

6. تست و عیب‌یابی

بعد از ایجاد برنامه، عملکرد آن باید بررسی شود. خطاهای منطقی یا مشکلات مربوط به ورودی و خروجی‌ها در این مرحله شناسایی و اصلاح می‌شوند.

7. راه‌اندازی و پایش

در نهایت برنامه روی کنترلر اجرا شده و عملکرد سیستم در شرایط واقعی بررسی می‌شود. همچنین قابلیت‌های مانیتورینگ و تشخیص خطا می‌توانند برای نگهداری و عیب‌یابی سیستم مورد استفاده قرار بگیرند.

نرم افزار برنامه نویسی PLC زیمنس چیست؟

در محصولات SIMATIC زیمنس، STEP 7 یکی از نرم افزارهای اصلی مهندسی و برنامه نویسی کنترلرها محسوب می‌شود.

بر اساس کاتالوگ SIMATIC ST 70، STEP 7 Professional V18 در TIA Portal برای مهندسی و برنامه نویسی کنترلرهای SIMATIC از جمله S7-1200، S7-1500، S7-300 و S7-400 و همچنین WinAC و Software Controller استفاده می‌شود. این نرم افزار بر پایه محیط یکپارچه TIA Portal قرار دارد.

بنابراین، هنگام صحبت درباره برنامه نویسی PLC زیمنس، آشنایی با STEP 7 و TIA Portal اهمیت زیادی دارد.

TIA Portal چیست؟

TIA Portal یا Totally Integrated Automation Portal یک محیط مهندسی یکپارچه برای انجام وظایف مختلف اتوماسیون است.

در کاتالوگ زیمنس، STEP 7 در محیط TIA Portal به عنوان راهکاری یکپارچه برای مهندسی و برنامه نویسی کنترلرهای SIMATIC معرفی شده است. این ساختار باعث می‌شود پیکربندی، برنامه نویسی و برخی فعالیت‌های مرتبط با پروژه در یک محیط مهندسی انجام شوند.

برای PLCهای S7-1200 نیز زیمنس STEP 7 Basic را در TIA Portal ارائه کرده است. طبق کاتالوگ، STEP 7 Basic V18 به طور مشخص برای سیستم SIMATIC S7-1200 در نظر گرفته شده است.

در پروژه‌های گسترده‌تر، STEP 7 Professional امکان کار با خانواده‌های بیشتری از کنترلرهای SIMATIC را فراهم می‌کند.

زبان های برنامه نویسی PLC کدامند؟

یکی از نکات مهم در آموزش برنامه نویسی PLC، شناخت زبان‌های مختلف برنامه نویسی است. انتخاب زبان به نوع پروژه، PLC و روش طراحی سیستم بستگی دارد.

در مستندات زیمنس، زبان‌هایی مانند LAD، FBD، STL، Sequential Function Chart و Structured Text برای محیط‌های برنامه نویسی معرفی شده‌اند.

LAD چیست؟

LAD یا Ladder Diagram یکی از زبان‌های شناخته‌شده در برنامه نویسی PLC است. ساختار آن به منطق مدارهای کنترلی شباهت دارد و به همین دلیل برای بسیاری از تکنسین‌ها و مهندسان برق صنعتی قابل فهم است.

FBD چیست؟

FBD یا Function Block Diagram از بلوک‌های عملکردی برای ایجاد منطق برنامه استفاده می‌کند. در این روش، ارتباط میان بلوک‌ها بخش مهمی از طراحی برنامه است.

STL چیست؟

STL یا Statement List یک روش متنی برای نوشتن دستورهای PLC است که در نسل‌های قدیمی‌تر سیستم‌های SIMATIC نیز مورد استفاده قرار گرفته است.

Structured Text چیست؟

Structured Text یک زبان متنی ساختاریافته است که برای پیاده‌سازی منطق‌های پیچیده‌تر و برنامه‌های دارای ساختار مناسب می‌تواند کاربرد داشته باشد.

Sequential Function Chart چیست؟

این روش برای نمایش و طراحی فرایندهای ترتیبی استفاده می‌شود و زمانی که سیستم دارای مراحل متوالی باشد، می‌تواند در طراحی منطق کنترلی مفید باشد.

تفاوت برنامه نویسی PLC با برنامه نویسی کامپیوتر چیست؟

هر دو فرایند شامل ایجاد دستورالعمل برای اجرای عملیات هستند، اما هدف و محیط استفاده آن‌ها تفاوت دارد.

در برنامه نویسی PLC، تمرکز اصلی روی کنترل تجهیزات و فرایندهای صنعتی است. برنامه باید بتواند وضعیت ورودی‌ها را دریافت کند، منطق کنترلی را اجرا کند و خروجی‌های مورد نیاز را مدیریت کند.

در مقابل، برنامه نویسی کامپیوتر معمولاً برای توسعه نرم افزارها، سرویس‌ها، وب‌سایت‌ها و کاربردهای عمومی‌تر انجام می‌شود.

به همین دلیل، برنامه نویسی PLC علاوه بر دانش نرم افزاری، به شناخت برق صنعتی، تجهیزات کنترلی، سنسورها، عملگرها و فرایند صنعتی نیز نیاز دارد.

چرا برنامه نویسی PLC اهمیت دارد؟

یک PLC بدون برنامه مناسب نمی‌تواند منطق کنترلی مورد نیاز یک ماشین یا فرایند را اجرا کند. بنابراین، برنامه نویسی بخش اساسی اتوماسیون صنعتی است.

برنامه صحیح می‌تواند باعث شود:

• عملکرد ماشین منظم‌تر شود.
• کنترل فرایند دقیق‌تر انجام شود.
• عیب‌یابی سیستم آسان‌تر شود.
• تغییرات عملکردی با اصلاح برنامه امکان‌پذیر باشد.
• کنترل تجهیزات مختلف در یک سیستم یکپارچه انجام شود.
• امکان پایش و تشخیص خطا بهتر شود.