برنامه نویسی PLC چیست

برنامه نویسی PLC، ساده اما ضروری

دستگاه‌های plc یکی از اصلی‌ترین اجزا و تجهیزات برای اتوماسیون‌سازی فرآیندهای صنعتی هستند. برنامه نویسی PLC یعنی تبدیل ایده‌های مهندسی به دستورات قابل اجرا برای دستگاه‌های پی‌ال‌سی. برنامه‌نویسی پی ال سی در واقع یک پل ارتباطی بین دنیای دیجیتال برنامه‌نویسی و دنیای فیزیکی فرآیندهای صنعتی است. اما برنامه‌نویسی PLC چیست و چرا اهمیت دارد؟ در ادامه قصد داریم ضمن معرفی پی ال سی به عنوان قلب تپنده سیستم اتوماسیون صنعتی درباره برنامه نویسی پی‌‌ال‌سی صبحت کنیم و انواع زبان های مرسوم را معرفی کنیم. اگر شما هم میخواهید بدانید بهترین زبان برنامه نویسی PLC کدام است یا کدام نرم افزار برنامه نویسی PLC برای مبتدی ها پیشنهاد می شود در ادامه با ما همراه باشید.

 

PLC چیست؟

PLC در واقع یک کامپیوتر صنعتی مقاوم است که فرآیندهای صنعتی را به صورت اتوماتیک کنترل و مدیریت می‌کند. این دستگاه بر خلاف کامپیوترهای معمولی نیازی به نمایشگر و کیبورد ندارد و می‌تواند در محیط‌های سخت و پرتنش صنعتی راحت کار کند و گرد و غبار شدید و دمای بالا را راحت تحمل می‌کند. پی ال سی ورودی‌ها را از سنسورهای مختلف دریافت می‌کند و بر اساس برنامه‌ریزی داخلی خروجی‌های مناسب را به موتورها، شیرها یا پمپ‌ها منتقل می‌کند. پی ال سی سه بخش اصلی دارد: ماژول‌های ورودی و خروجی، واحد پردازش مرکزی و دستگاه برنامه‌نویسی.

ماژول‌های ورودی/خروجی در واقع ارتباط بین PLC و دنیای بیرون را برقرار می‌کنند و اطلاعات لازم را از سنسورها گرفته و به دستگاه می‌دهند و در نهایت دستورات را از طریق خروجی‌ها به موتور، لامپ یا پمپ‌ها می‌رسانند. واحد پردازش مرکزی هم همینطور که از اسمش پیداست به عنوان مغز پی ال سی داده‌ها را پردازش کرده و با انجام محاسبات منطقی و ورودی‌هایی که دریافت شده خروجی‌ها را معین می‌کند. بخش سوم دستگاه برنامه‌ریزی است که موضوع اصلی بحث ما در مقاله به شمار می‌رود. این دستگاه وسیله‌ای شبیه به کامپیوتر است که نرم‌افزارهای خاصی روی آن نصب شده که به برنامه‌نویس اجازه کدنویسی، تست و عیب‌یابی می‌دهد. در ادامه با ما همراه باشید تا ببینیم منظور از برنامه‌نویسی PLC چیست؟

تیاش ولتاژ به عنوان نماینده فروش PLC زیمنس آلمان در تهران تمامی محصولات این شرکت از پی ال سی های سری S7-400، S7-1200 و انواع ماژول های ورودی/خروجی و پردازنده های مرکزی را با قیمت مناسب و کیفیت بالا به بازار عرضه می کند. ۰۹۱۲۸۰۴۷۲۷۶

 

برنامه نویسی PLC زیمنس

برنامه‌نویسی PLC یعنی نوشتن یک مجموعه دستورالعمل برای کنترل دستگاه. در این فرآیند یک سری کد نوشته می‌شود که برای دستگاه مشخص می‌کند در برابر هر ورودی چه واکنشی نشان دهد و خروجی چه چیزی باشد. به عبارت ساده‌تر شما برای یک ربات صنعتی یک دستور‌العمل گام به گام می‌نویسید و تمامی وظایف را برایش مشخص می‌کنید.

برنامه‌نویسی PLC با زبان‌های خاصی انجام می‌شود که بر اساس استانداردهای بین‌المللی مانند IEC 61131-3 تعریف شده‌اند. این استانداردها تضمین می‌کنند که برنامه‌ها قابل حمل و سازگار باشند.

برنامه‌ نویسی به طور کلی شامل مراحل زیر می‌شود:

• اول از همه باید نیازهای پروژه را تحلیل کرده و مشخص کنید. ورودی‌ها و خروجی‌ها باید کاملا مشخص باشند. در این مرحله دیاگرام رسم می‌شود تا تمامی فرآیند قبل از اجرا دقیق باشد.
• در ادامه با استفاده از نرم‌افزارهای تخصصی کد را می‌نویسند. این کد می‌تواند به شکل گرافیکی و نمودار باشد یا متنی. پی ال سی این کد را می‌خواند، منطق برنامه را اجرا می‌کند و در نتیجه خروجی نهایی و مناسب را تولید می‌کند.
• برنامه باید قبل از اجرا روی محیط واقعی روی محیط شبیه‌سازی اجرا شود. در این مرحله می‌توانید خطاها را ببینید و اصلاح کنید. این مرحله در برنامه نویسی PLC مهم است چون هر خطای کوچکی می‌تواند منجر به توقف کامل خط تولید یا آسیب به دستگاه‌ها شود.
• در نهایت برنامه بعد از عیب‌یابی روی پی ال سی بارگزاری می‌شود. موقع اولین اجرا کاملا باید عملکرد سیستم را نظارت کنید تا در صورت نیاز به تغییر برنامه را به روزرسانی کنید

برای خرید انواع دستگاه های پی ال سی مثل سری S7-1500 به سایت تیاش ولتاژ مراجعه کنید. ۰۹۱۲۸۰۴۷۲۷۶

 

نرم‌ افزار برنامه نویسی PLC

زبان‌های برنامه‌نویسی PLC بر اساس استاندارد IEC 61131-3 تعریف شده‌اند و به دو دسته متنی و گرافیکی تقسیم می‌شوند. هر زبان مزایا و کاربردهای خاص خود را دارد. اینکه کدام زبان را برای برنامه نویسی پی ال سی انتخاب کنید بستگی به پیچیدگی پروژه و ترجیح شما دارد. در ادامه به پنج زبان برنامه نویسی پی ال سی که بسیار کاربردی و پرطرفدار هستند اشاره می کنیم:

آموزش برنامه‌ نویسی PLC به زبان Ladder

لدر دیاگرام یکی از محبوب‌ترین زبان‌های گرافیکی برای برنامه‌نویسی PLC است. این زبان شبیه به دیاگرام‌های مدارهای رله‌ای قدیمی است و شامل دو خط عمودی (ریل‌ها) و خطوط افقی (پله‌ها) می‌شود که مانند یک نردبان به نظر می‌رسد. هر پله شامل عناصری مانند کنتاکت‌ها و کویل‌ها است. برنامه از چپ به راست و بالا به پایین اسکن می‌شود. ورودی‌ها در سمت چپ قرار می‌گیرند و خروجی‌ها در سمت راست. مثلاً اگر دو ورودی به صورت سری باشند، فقط وقتی هر دو فعال شوند، خروجی فعال می‌شود.

مزایا و معایب لدر دیاگرام

همانطور که گفتیم لدر دیاگرام یکی از ساده‌ترین و محبوب‌ترین برنامه‌هاست بیایید با بررسی مزایا و معایب این برنامه ببینیم چرا بیشتر افراد به کار با آن تمایل دارند.

مزایا	معایب
درک برنامه راحت است، مخصوصاً برای کسانی که با مدارهای الکتریکی آشنایی دارند	نمی‌توانید برنامه‌های پیچیده با محاسبات زیاد بنویسید
عیب‌یابی آسان به دلیل نمایش تصویری وضعیت هر المان (ورودی/خروجی)	محیط برنامه در پروژه‌های بزرگ از نظر بصری شلوغ می‌شود و مدیریت آن سخت است
مناسب برای محیط‌های ساده و متوسط در برنامه‌نویسی PLC	برای محیط‌هایی که زمان‌بندی دقیق و اجرای بدون توقف حیاتی است، زیاد مناسب نیست

زبان برنامه نویسی PLC Structured Text

زبان استراکچرد تکست یک زبان متنی سطح بالا شبیه به زبان‌های برنامه‌نویسی مثل پاسکال یا C است. این زبان از ساختارهایی مانندIF-THEN، LOOP و CASE استفاده می‌کند و برای نوشتن الگوریتم‌های پیچیده مناسب است. در این برنامه کدها و دستورات کاملا به صورت خطی نوشته می‌شوند و ساختار این زبان شامل متغیرها، توابع و حلقه‌هاست. مثلا می‌توانید برای محاسبه میانگین دما یک حلقه تعریف کنید. این زبان امکان استفاده از آرایه‌ها و ساختارهای پیچیده را فراهم می‌کند.

مزایا زبان برنامه‌نویسی استراکچرد تکست

• برای محاسبات ریاضی قدرتمند است
• الگوریتم‌های پیچیده و برنامه‌های بزرگ را می‌توان با آن برنامه‌نویسی کرد.
• می‌توان برنامه نوشته شده به این زبان را بین پلتفرم‌های مختلف جابجا کرد

برای پروژه کوچک خود پی ال سی سری S7-400 را از تیاش ولتاژ تهیه کنید. ۰۹۱۲۸۰۴۷۲۷۶

زبان برنامه‌نویسی Instruction List

اینستراکشن لیست هم یک زبان برنامه‌نویسی متنی است ولی به اندازه زبان استراکچرد تکست سطح بالا نیست و بیشتر شبیه به زبان اسمبلی است. این زبان بر پایه دستورات ساده و مستقیم کار می‌کند. هر خط از برنامه دقیقاً یک عملیات پایه‌ای مانند بارگذاری مقدار در رجیستر، اجرای عملیات منطقی (AND، OR، NOT)، جابجایی داده‌ها یا پرش شرطی را انجام می‌دهد. برنامه به صورت یک لیست متوالی از دستورات نوشته می‌شود؛ مثلاً LD A  مقدار ورودی A را بارگذاری می‌کند، سپس AND B  عملیات AND با ورودی B انجام می‌دهد و در نهایت ST Q  نتیجه را در خروجی Q ذخیره می‌کند. این ساختار کمک می‌کند اسکن برنامه سریع و راحت باشد.

مزایای Instruction List

• یکی از مهمترین مزایای این زبان برنامه‌نویسی مصرف حافظه بسیار کم است.
• سرعت بالایی در اجرای دارد چون به سطح زبان‌های برنامه‌نویسی سخت‌افزار نزدیک است.
• برنامه‌ای که با این زبان نوشته شده را راحت می‌توان بین PLCهای مختلف جابجا کرد.
• برای سیستم‌هایی که منابع محدودی دارند یا با دستگاه‌های دستی کار می‌کنند مناسب است.

معایب زبان برنامه‌نویسی اینستراکشن لیست

برنامه‌نویسی به این زبان برای همه راحت نیست و کدی که یک نفر نوشته ممکن است درکش برای یک نفر دیگر سخت باشد. عیب‌یابی این زبان سخت است چون هیچ نمایش بصری وجود ندارد و این برای برنامه‌نویس‌های مبتدی مشکل است. همچنین برای برنامه‌های پیچیده و بزرگ کدنویسی سخت می‌شود چون شلوغ شده و احتمال خطا بالا می‌رود. این زبان بیشتر در سیستم‌های قدیمی و برای دستگاه‌های دستی به کار می‌رود. معمولا سیستم‌هایی که می‌خواهند فرآیند سریع باشد و همزمان در حافظه صرفه‌جویی کنند از این زبان برنامه‌نویسی استفاده می‌کنند.

 

زبان برنامه‌نویسی Sequential Function Charts (SFC)

Sequential Function Charts یک زبان گرافیکی قدرتمند است که به شما امکان مدلسازی فرآیندهای متوالی و گام‌به‌گام را می‌دهد. این زبان شبیه به فلوچارت‌های مهندسی است و به طور خاص برای کنترل فرآیندهایی طراحی شده که یک توالی مشخص دارند و تکرار می‌شوند. SFC از مراحل (Steps) و انتقال‌ها (Transitions)  تشکیل شده است. هر مرحله یک عمل خاص را انجام می‌دهد، مثلا یک مخزن را پر می کند یا یک چراغ را خاموش می کند و فقط وقتی فعال است که شرایط انتقال قبلی برقرار باشد.

مزایا	معایب
نمایش واضح و بصری جریان فرآیند	برای فرآیندهای کاملاً غیرمتوالی یا منطق‌های پیچیده دیجیتال، بیش از حد ساختاریافته و محدودکننده است
آسان برای نظارت و شبیه‌سازی	در صورت پیچیدگی بیش از حد، نمودار ممکن است بزرگ و پیچیده شود
مقیاس‌پذیری بالا در پروژه‌های بزرگ
بسیار مناسب برای مستندسازی و آموزش اپراتورها
خطاهای منطقی در توالی به راحتی قابل شناسایی هستند

زبان برنامه‌نویسی Function Block Diagram (FBD)

Function Block Diagram یک زبان گرافیکی مبتنی بر بلوک‌های عملکردی است که هر بلوک یک تابع را اجرا می‌کند. این تابع‌ها شامل جمع، مقایسه، تایمر و بعضی دیگر از توابع می‌شوند. خطوطی که بلوک‌ها را با هم متصل می‌کند در واقع جریان داده را نشان می‌دهند. هر بلوک ورودی و خروجی مشخصی دارد. بلوک‌ها می‌توانند تو در تو باشند. این زبان برای نمایش جریان داده و کنترل حلقه‌های بسته مناسب است. این زبان جریان سیگنال را خیلی واضح و بصری نشان می‌دهد و برای کنترل فرآیندهای آنالوک و حلقه‌های کنترلی پیچیده مناسب است. برای فرآیندهای پیچیده پیشنهاد نمی‌شود چون تعداد بلوک‌ها بالا می‌رود و در نهایت یک برنامه خیلی شلوغ دارید که خواندن و عیب‌یابی آن سخت است.

فروش انواع پی ال سی سیماتیک سری S7-1200 در سایت تیاش ولتاژ. ۰۹۱۲۸۰۴۷۲۷۶

مقایسه زبان‌های برنامه‌نویسی PLC

انواع زبان‌های برنامه‌نویسی پی ال سی را با هم بررسی کردیم و ویژگی‌های هر کدام را برشمردیم حال بیایید این برنامه‌ها را کنار هم بگذاریم و ببینیم هرکدام برای چه کاری مفید هستند.

زبان	نوع	مزایا اصلی	معایب اصلی	کاربردهای رایج
لدر دیاگرام	گرافیکی	آسان برای درک، عیب‌یابی بصری، شبیه به مدارهای الکتریکی	شلوغ در برنامه‌های پیچیده، محدود در محاسبات پیشرفته	کنترل خطوط تولید، ماشین‌آلات ساده
استراکچرد تکست	متنی	قدرتمند در محاسبات، ساختارمند، مناسب برای الگوریتم‌های پیچیده	نیاز به دانش برنامه‌نویسی، عیب‌یابی غیربصری	کنترل فرآیندهای شیمیایی، محاسبات
اینستراکشن لیست	متنی	سرعت بالا، مصرف حافظه کم، انتقال‌پذیری بین سخت‌افزارها	خوانایی بسیار کم، عیب‌یابی دشوار، نامناسب برای برنامه‌های بزرگ	دستگاه‌های قدیمی، کنترل‌کننده‌های کوچک
Sequential Function Charts	گرافیکی	نمایش واضح توالی، مناسب برای فرآیندهای گام‌به‌گام، مقیاس‌پذیر	محدود در منطق‌های غیرمتوالی، پیچیدگی در پروژه‌های بزرگ	تولید دسته‌ای، صنایع غذایی و دارویی
Function Block Diagram	گرافیکی	بصری برای جریان داده، استفاده مجدد از بلوک‌ها، عالی برای کنترل PID	شلوغ در پروژه‌های بزرگ، نیاز به برنامه‌ریزی دقیق	سیستم‌های انرژی، HVAC، کنترل فرآیند

بهترین زبان برنامه‌نویسی PLC

اینکه مشخص کدام کدام زبان بهترین زبان برنامه‌ نویسی PLC است کار راحتی نیست. چون هرکدام از این زبان‌ها ویژگی‌های خاصی دارند و می‌توانند نیازهای خاص پروژه‌های مختلف را برآورده کنند. ولی زبان لدر دیاگرام به دلیل سادگی بالا، خوانایی راحت و گسترش راحت نسبت به محیط به عنوان یکی از بهترین‌ها شناخته می‌شود. معمولا می‌تواند 70% پروژه‌های صنعتی را برنامه‌نویسی کند. با این حال برای پروژه‌های خیلی پیچیده و سنگین زبان استراکچرد تکست بیشتر پیشنهاد می‌شود چون قدرت محاسباتی بالاتری دارد. ولی در دنیای مهندسی معمولا چند زبان را با هم ترکیب می‌کنند تا به نتیجه‌ای مطلوب برسند.

 

کدام زبان برنامه نویسی PLC برای کدام سری؟

یکی از موارد مهم و تاثیر گذار در انتخاب زبان برنامه نویسی مناسب نوع پی ال سی است که برای محیط خود انتخاب می کنید. در ادامه بررسی می‌کنیم که کدام زبان برنامه‌نویسی برای کار با کدام نوع پی ال سی مناسب است:

زبان برنامه‌نویسی PLC	سری‌های PLC زیمنس مناسب	توضیحات مختصر
Ladder Diagram – LD	S7-1200، S7-1500، S7-300، S7-400، LOGO	زبان گرافیکی پایه برای منطق‌های دیجیتال؛ در تمام سری‌ها با TIA Portal یا STEP 7 پشتیبانی می‌شود. ایده‌آل برای کنترل‌های ساده تا متوسط.
Function Block Diagram – FBD	S7-1200، S7-1500، S7-300، S7-400	زبان گرافیکی برای بلوک‌های عملکردی؛ مناسب برای کنترل فرآیندهای پیچیده مانند PID. در TIA Portal کاملاً ادغام شده.
Structured Text – ST	S7-1200، S7-1500، S7-300، S7-400	زبان متنی سطح بالا شبیه C؛ برای الگوریتم‌های پیچیده و محاسبات. SCL نسخه زیمنس است و در TIA Portal پشتیبانی می‌شود.
Statement List – STL	S7-300، S7-400، S7-1200، S7-1500	زبان متنی سطح پایین شبیه اسمبلی؛ برای بهینه‌سازی سرعت در سیستم‌های قدیمی. در TIA Portal برای سری‌های جدید grayed out است.
Sequential Function Chart – SFC	S7-300، S7-400، S7-1200، S7-1500	زبان گرافیکی برای فرآیندهای متوالی؛ مناسب برای تولید دسته‌ای. در STEP 7 کامل، اما در TIA Portal محدودتر.

بهترین برندها در برنامه‌ نویسی PLC

برندهای پیشرو در بازار PLC شامل راکول اتوماسیون (سری Allen-Bradley)، زیمنس (سری SIMATIC) و ABB (سری AC500) هستند. این شرکت‌ها نه تنها سخت‌افزار باکیفیت، بلکه نرم‌افزارهای پیشرفته، کتابخانه‌های گسترده، پشتیبانی فنی قوی و جامعه کاربری بزرگ ارائه می‌دهند. انتخاب برند بستگی به عواملی مانند سازگاری با سیستم‌های موجود، نیازهای ارتباطی (مانند EtherNet/IP یا PROFINET) و بودجه دارد. هر سه برند از تمام زبان‌های استاندارد IEC 61131-3 پشتیبانی می‌کنند.

کلام پایانی درباره برنامه نویسی پی ال سی

برنامه ‌نویسی PLC نه تنها یک مهارت فنی به شمار می‌رود بلکه تاثیر زیادی روی عملکرد بهینه فرآیندهای صنعتی دارد. با تسلط بر زبان‌های مناسب، انتخاب ابزارهای درست و درک عمیق از فرآیندهای پیشرفته و نحوه کار برنامه‌ها و الگوریتم‌ها می‌توانید یک سیستم اتوماسیون صنعتی بسیار ایمن و کارآمد داشته باشید. آینده صنعت در دستان کسانی است که امروز شروع به یادگیری می‌کنند. برای خرید انواع محصولات شرکت زیمنس آلمان از جمله پی ال سی سری S7-300، ماژول ورودی/خروجی و ماژول پردازنده می توانید به سایت تیاش ولتاژ مراجعه کنید یا همین حالا با شماره های ما تماس بگیرید.  ۰۹۱۲۸۰۴۷۲۷۶

سوالات متداول درباره برنامه نویسی پی‌ال‌سی

برنامه‌نویسی PLC یعنی چه؟

نوشتن مجموعه‌ای از دستورات برای تعیین واکنش PLC به ورودی‌ها و تولید خروجی مناسب.

مزیت اصلی لدر دیاگرام چیست؟

این زبان ساده است و به دلیل گرافیکی بودن راحت می‌توان آنها را عیب‌یابی کرد.

کدام زبان برای مبتدیان بهترین است؟

زبان لدر دیاگرام به دلیل ویژگی‌های گرافیکی برای یادگیری برنامه‌نویسی پی ال سی مناسب‌تر است.

آیا می‌توان زبان‌های PLC را ترکیب کرد؟

بله، در پروژه‌های حرفه‌ای معمولا برای رسیدن به نتیجه مطلوب چند زبان برنامه‌نویسی را با هم ترکیب می‌کنند.