Jak zacząć naukę programowania PLC? Zacznij od języka LAD!

controlbyte.pl 2 lat temu

W tym artykule chciałbym przedstawić Ci możliwości i zalety graficznego języka LAD przeznaczonego do programowania sterowników PLC. Ten język powinien być pierwszym wyborem, o ile poważnie myślisz o karierze automatyka i realizacji projektów. Większość programów głównych dla maszyn przemysłowych napisanych jest właśnie w tym języku! Na początek mam jeszcze jedną istotną informację. Język LAD jest bardzo w prosty w nauce i każdy może się tego nauczyć przeznaczając trochę wolnego czasu.

Dlaczego wybrać język LADDER na początek?

Jednym z najlepszych graficznych języków programowania jest język programowania PLC zwany logiką drabinkową lub diagramem drabinkowym (LAD).

Niewątpliwą zaletą w logice drabinkowej jest to, iż jest bardziej intuicyjna niż większość języków programowania, więc ludzie często uważają ją za dużo łatwiejsza do nauki.

Logika drabinkowa wygląda bardzo podobnie do schematu elektrycznego z przekaźnikami. jeżeli wiesz już trochę o sterowaniu przekaźnikami i obwodach elektrycznych, możesz nauczyć się logiki drabinkowej jeszcze szybciej.
Nie jest wymóg, a ja sam nie rozumiałem przekaźników, kiedy po raz pierwszy uczyłem się logiki drabinkowej.

Zapewne zapytasz:

„Czy mogę programować nie mając sterownika PLC? Jak nauczyć się programowania bez sprzętu?”

Dobrze trafiłeś! Naszą misją jest przekazywanie wiedzy na temat programowania PLC w formie online. Opracowaliśmy ścieżki nauki, która pozwala na naukę w różnego rodzaju symulatorach. Nie potrzebujesz rzeczywistego sterownika PLC do rozpoczęcia nauki. Wystarczy Twój komputer, symulator PLC-SIM oraz interaktywna symulacja fabryki (Factory IO). Taki zestaw pozwoli Ci gwałtownie poznać język LAD, który da Ci możliwość znalezienia pracy i dynamiczny rozwój kariery programisty automatyka.
Zaczynajmy!

Czym jest język LAD (drabinka)?

Logika drabinkowa (znana również jako schemat drabinkowy lub LD) to język programowania używany do programowania PLC (Programmable Logic Controller). Jest to graficzny język programowania PLC, który wyraża operacje logiczne dzięki notacji symbolicznej. Logika drabinkowa składa się ze szczebli logiki, tworząc coś, co wygląda jak drabina – stąd nazwa „Logika drabinkowa”.

Logika drabinkowa służy głównie do operacji logicznych bitowych, chociaż możliwe jest także skalowanie wejścia analogowego PLC. choćby proste operacje na logice bitowej mogą być stosowane w bardziej zaawansowanych programach PLC i programowaniu systemów SCADA.

Logika drabinkowa to nie tylko język programowania sterowników PLC. Jest to jeden ze standardowych języków programowania PLC. Oznacza to po prostu, iż logika drabinkowa jest opisana w standardzie. Norma ta nazywa się IEC 61131-3.

Wprowadzenie do języka LAD

Mówiąc żargonem automatyków (wbrew pozorom taki już istnieje) jest to popularna drabina. W końcu tłumacząc z angielskiego Ladder to drabina 🙂 Zresztą sama nazwa języka jest bardzo słuszna z tego względu, iż patrząc na strukturę programu napisanego w tym języku możemy zauważyć podobieństwo do drabinki. Nie znam dokładnie historii programowania, bo jestem trochę futurystą i nie patrzę w przeszłość, ale prawdopodobnie był to pierwszy język stworzony dla nowych fachowców na rynku pracy zwanych automatykami. Pierwsi automatycy wyewoluowali z elektryków i ktoś mądry pomyślał, żeby stworzyć język, który będzie podobny do schematu elektrycznego! Mamy tutaj do dyspozycji styki – ze styczników też możemy stworzyć układy automatyki, mamy do dyspozycji cewki – tak jak stycznikach. To oznacza, iż dotychczas osoba tworząca układy automatyki wyłącznie na stycznikach i przy pomocy schematów elektrycznych mogła bezboleśnie przejść na sterowniki PLC.

Oprócz sterownika PLC ktoś mądry musiał jeszcze opracować graficzny interfejs programowania dla użytkowników. Pamiętasz jeszcze system DOS? Ja jestem z pokolenia lat 90-tych i akurat jeszcze przez chwilę miałem z tym kontakt (nawet można było odpalić tam grę). o ile pamiętasz to wiesz, iż GUI w DOSie było bardzo ubogie, ale to tam powstały pierwsze systemy programowania dla PLC, dlatego wykorzystano znaki, które były dostępne na klawiaturze – kreski, nawiasy, myślniki etc. To wystarczyło, żeby w graficzny sposób przedstawić styk NO, styk NC, cewkę, timer i resztę podstawowych elementów.

Jeżeli otworzysz sobie nowoczesne oprogramowanie przeznaczone do programowania PLC np.: Codesys 3.5 luba TiA Portal to zauważysz, iż ta konwencja pozostała do dzisiaj.

Pamiętam, iż ja też zaczynałem od tego języka i to było po prostu przepisanie wejścia na wyjście PLC, czyli tak naprawdę zapalenie diody dzięki przycisku. Pamiętam tą niesamowitą euforia w momencie gdy podniosłem przełącznik i dioda się zapaliła, a po modyfikacji programu zaczęła migotać. Tak czy siak, język Ladder musi znać każdy automatyk bez znaczenia czy jest starej czy młodej daty – od tego należy zacząć.

W języku Ladder program podzielony jest na tzw. Networki czyli linie programu, które są ponumerowane. Jest to bardzo wygodne rozwiązanie z tego względu, iż możemy podzielić program na sekcje – dużo łatwiej analizować taką strukturę podczas serwisu danej maszyny.

Ciekawostka: największy program napisany w języku Ladder z jakim się spotkałem miał 1200 Networków i nie był podzielony na podprogramy. Była to maszyna importowana z Azji – tam szczególnie upodobali sobie język Ladder. W Europie jest troszkę inne podejście – programy dzieli się na bloki funkcyjne, funkcje, podprogramy – moim zdaniem jest to bardziej czytelne.

Różnicą między schematami logiki drabinkowej a schematami elektrycznymi jest sposób ich rysowania. Schematy elektryczne są często rysowane poziomo, schematy logiki drabinkowej są rysowane pionowo.

Najlepsze wyjaśnienia dotyczące rysowania logiki drabinkowej w pionie zamiast w poziomie są następujące:

LAD jest czytelny
Przede wszystkim ułatwia czytanie logiki drabinkowej, ponieważ naturalne jest, iż oko spogląda od lewej do prawej, a następnie w dół do następnej linii. Tak jak czytasz. Oczywiście dotyczy to tylko osób zamieszkałych w krajach, w których czytanie odbywa się od lewej do prawej (w Japonii komiksy czyta się od tyłu)
LAD rysowany jest na ekranie komputera
Kiedy rysujesz logikę drabinkową na komputerze, tworzysz jedną linię na raz. Gdy rysujesz coraz więcej linii (w logice drabinkowej zwanej szczebelkami), będą one układać się jedna na drugiej, tworząc coś, co wygląda jak drabina. Najlepszym sposobem patrzenia na duży schemat drabinkowy z wieloma liniami jest przewijanie w pionie wraz z ekranem.
Kolejność wykonania instrukcji
Ostatnim powodem rysowania logiki drabinkowej w pionie jest ustalenie kolejności wykonywania. Kolejność wykonywania określa sposób, w jaki PLC będzie obsługiwał logikę drabinkową. Aby być bardziej precyzyjnym, w jakiej kolejności instrukcje logiki drabinkowej będą wykonywane przez PLC. PLC zawsze zaczyna się od szczytu logiki drabinkowej, a następnie wykonuje swoją drogę w dół.

Jak nauczyć się programowania LAD w miesiąc? Uwaga, konkrety!

Teraz uważaj! Mam dla Ciebie kilka jasnych wskazówek jak do zera nauczyć się programować PLC od podstaw bez użycia sprzętu. Nie warto tracić czasu i wybrać to co działa. Moim zdaniem na początek trzeba wybrać swojego mentora (doświadczonego kolegę po fachu), który zjadł zęby na automatyce. Gdzie szukać takich osób? Najczęściej takie osoby będą u Ciebie w firmie z tym, iż najpierw trzeba tam się dostać. Dlatego istnieje inna opcja. Ucz się od specjalistów przez internet poprzez kursy online. Zaoszczędzisz w ten sposób czas co przełoży się na szybkie efekty!

Zacznij programować już dziś w symulatorze! Nie potrzebujesz drogiego sprzętu, żeby pisać proste programy w LAD. Wszystkiego możesz nauczyć się już za chwilę po instalacji odpowiednich narzędzi na Twoim komputerze. Jakie projekty zrealizować na początek? Sam zobacz w kolejnych akapitach.

1. Pomiar i dystrybucja palet

W tym krótkim wpisie chcę skupić się na prostych projektach, które gwałtownie zrealizujesz poznając logikę LAD. Pierwszym przykładem jest układ składający się z trzech przenośników, który odpowiada za pomiar wysokości paczek na palecie i ich dystrybucji. Używane są do tego odpowiednie czujniki oraz podajnik rozdzielający. Może wydawać się, iż jest to prosta maszyna, jednak trzeba tutaj znać zasady projektowania sekwencji.

Wykorzystaj do tego celu cewki ustawiające SET oraz resetujące RESET. Dzięki takiemu podejściu będziesz mógł sprawdzać kroki tranzycji do kolejnych kroków sekwencji oraz uruchamiać odpowiednie urządzenia na Twojej liniii. Język LAD daje możliwość podziału programu na networki co w konsekwencji daje uporządkowaną strukturę projektu. W oddzielnych networkach obsługujesz układ START/STOP/PAUZA, tryb manualny i automatyczny oraz alarmy.

Projekt wykonywany jest w darmowej wersji systemu Factory I/O do symulacji fabryki w 3D. Oprogramowanie daje możliwość komunikacji z symulatorem PLC dla sterowników Siemens – TiA Portal. Wystarczy wywołać odpowiedni blok funkcyjny i przesłać konkretne zmienne. Zrealizowany projekt da Ci niesamowitą satysfakcję i poczucie, iż możesz wykorzystać język LAD w rzeczywistych projektach.

2. Linia sortująca produkty

Kolejnym obiektem często spotykanym w fabrykach są linie sortujące produkty. W tego typu ćwiczeniu dowiesz się jak wykorzystać język LAD do obsługi czujnika wizyjnego oraz obsługi poszczególnych sorterów. Każdy automatyk musi wiedzieć jak wygląda skrzynka sterownicza. To na niej możesz zamontowane są różnego rodzaju przyciski, zadajniki oraz wyświetlacze. Budowę skrzynki poznasz w symulatorze i dowiesz się jakie sygnały przetwarza Twój PLC.

Najprostszy program w LAD składa się ze styku normalnie otwartego -| |- i cewki -( )-. o ile jednak chcesz przetestować działanie takiego programu to należy odnieść się do sygnałów z podłączonych do wejść/wyjść sterownika PLC. Przykładowo: odnosisz się do sygnału pobranego z przycisku START. o ile ten przycisk zostanie wciśnięty, uruchamiasz podajnik podłączony do wyjścia PLC.

Takie podstawy wystarczą, żeby rozwijać logikę programu! Naprawdę wystarczą styki i cewki oraz poznane funkcje i bloki funkcyjne. W projekcie sortera istotną funkcją jest IN_RANGE, która sprawdza czy dany produkt znajduje się we właściwym zakresie. Odczyt produktu realizowany jest przez czujnik wizyjny. Podsumowując, podstawy języka LAD dadzą Ci szybki efekt w postaci kolejnego zrealizowanego projektu którym możesz pochwalić się w swoim CV lub pokazać szefowi przy rozmowie o podwyżce.

3. Regulator proporcjonalny dla zbiornika z cieczą

Oprócz pisania sekwencji dla maszyn, język LAD świetnie nadaje się do obsługi procesów przemysłowych. Jednym z ciekawych programów jest samodzielne napisanie prostego regulatora PI do sterowania poziomem cieczy w zbiorniku. Wykonasz przeliczanie wartości z czujników poziomu i dla zadajników, a następnie dostroisz odpowiednio regulator PI.

W tym ćwiczeniu dochodzi wiedza z zakresu pomiarów analogowych. W języku LAD przetwarzanie tych wartości będzie szybkie i proste. Warto wykorzystać operatory porównania w celu włączenia/wyłączenia działania regulatora. Scenariusze działania regulatora mogą być różne. Przykładowo trzeba uwzględnić sekwencję napełniania oraz opróżniania zbiornika. Jednak Ty posiadasz narzędzie, które ułatwia Ci zadanie. Potrafisz programować w LAD!

4. Program i projekt HMI dla manipulatora 2D

Każda maszyna wyposażona jest w panel HMI. Ważne jest, abyś potrafił zaprojektować wizualizację i odpowiednio połączyć Twoją logikę LAD z tagami wizualizacyjnymi. Moją propozycja projektu jest panelu HMI dla manipulatora 2D.

Stanowisko składa się z dwóch przenośników oraz manipulatora XY. Twoim zadaniem jest napisanie programu piętrującego produkty w skrzynce. Manipulator pobiera produkty z jednej linii i układa je jeden na drugim. Tutaj znów trzeba przemyśleć napisanie kilku networków w LAD do obsługi trybów manual/auto oraz stanów start/stop/pauza. Ułatwieniem mogą być gotowe szablony wizualizacyjne, które można pobrać na naszej platformie. Takie wizualizacji wykorzystujemy w projektach dla naszych klientów.

Pamiętaj, iż Twoim celem jest takie napisanie programu, aby klient był zadowolony. Zwykle oznacza to, iż wybierasz język jaki wymagany jest w danym zakładzie. Musi to być język łatwy w analizie dla utrzymania ruchu oraz serwisu. Z naszych doświadczeń wynika, iż dobrym wyborem do których klient nie będzie miał zastrzeżeń jest język LAD!

Był to wstępny artykuł w którym dowiedziałeś się czym jest język LAD oraz jakie projekty możesz zrealizować dzięki symulatora. Obszerne wprowadzenie do języka LAD znajdziesz poniżej na video!

Maciej Kurantowicz

Programowanie w LAD na prostych przykładach! Obejrzyj zapis transmisji LIVE!