Языки программирования CODESYS: LD, FBD, IL и ST

При разработке программ для промышленных контроллеров инженер может решать совершенно разные задачи.

Где-то требуется реализовать простую логику включения оборудования. В другой задаче необходимо обработать большое количество данных или реализовать сложный математический алгоритм.

Поэтому использование только одного способа программирования не всегда удобно.

Среда CODESYS предоставляет возможность работать с несколькими языками программирования, среди которых LD, FBD, IL и ST.

Разберемся, чем они отличаются, где применяются и какой язык может быть удобнее для конкретной задачи.

Какие языки программирования есть в CODESYS

В рамках курса программирования в среде CODESYS рассматриваются четыре языка:

  • LD — Ladder Diagram;
  • FBD — Function Block Diagram;
  • IL — Instruction List;
  • ST — Structured Text.

Условно их можно разделить на графические и текстовые способы представления программы.

LD и FBD позволяют визуально представить алгоритм.

IL и ST используют текстовое представление.

При этом выбор языка зависит не только от предпочтений разработчика, но и от характера задачи.

LD — Ladder Diagram

Что такое LD

LD расшифровывается как Ladder Diagram — язык лестничных диаграмм.

Программа представляется в виде графической логики, напоминающей электрическую схему.

Это особенно удобно для задач, связанных с дискретным управлением.

Например, необходимо реализовать запуск двигателя только при выполнении нескольких условий:

  • нажата кнопка «Пуск»;
  • отсутствует авария;
  • имеется разрешение на работу;
  • двигатель не заблокирован.

Логика может быть представлена визуально.

Условно:

Пуск + Разрешение + Нет аварии → Двигатель

Где применяется LD

LD может быть удобен для:

  • управления оборудованием;
  • обработки дискретных сигналов;
  • реализации блокировок;
  • пуска и остановки механизмов;
  • логических условий;
  • простых последовательностей управления.

Главное преимущество LD — наглядность.

Инженер может визуально проследить, при каких условиях формируется определенный сигнал.

Преимущества LD

К основным особенностям можно отнести:

  • наглядное представление логики;
  • удобство работы с дискретными сигналами;
  • понятность для специалистов по автоматизации;
  • удобство визуального анализа программы.

Для начинающего специалиста LD часто становится одним из наиболее понятных способов знакомства с программированием контроллеров.

FBD — Function Block Diagram

Что такое FBD

FBD расшифровывается как Function Block Diagram — функционально-блочная диаграмма.

В этом случае программа создается из функциональных блоков, соединенных между собой.

Каждый блок выполняет определенную функцию.

Например:

датчик → обработка сигнала → сравнение → логическая функция → исполнительный механизм.

Где применяется FBD

FBD удобно использовать для алгоритмов, которые естественным образом можно представить в виде последовательности функциональных блоков.

Например:

  • обработки сигналов;
  • логических операций;
  • математических вычислений;
  • сравнения значений;
  • формирования управляющих сигналов;
  • алгоритмов регулирования.

Графическое представление позволяет быстро увидеть связи между различными функциями программы.

LD и FBD: в чем разница

Оба языка позволяют визуально представлять программу, однако делают это по-разному.

LD больше напоминает электрическую схему и особенно удобен для логики дискретного управления.

FBD строится вокруг функциональных блоков и связей между ними.

Условно можно представить выбор следующим образом:

LD → логика и дискретное управление

FBD → функциональные блоки и обработка сигналов

На практике инженер может использовать оба подхода в зависимости от структуры проекта.

IL — Instruction List

Что такое IL

IL — Instruction List, язык инструкций.

В отличие от LD и FBD, программа представляется в текстовом виде.

Алгоритм описывается последовательностью инструкций.

Такой подход отличается от графического программирования и требует понимания принципов выполнения инструкций.

Особенности IL

При работе с IL важно понимать:

  • последовательность выполнения инструкций;
  • работу с операндами;
  • формирование результата;
  • переходы между операциями;
  • логику выполнения программы.

IL представляет отдельный подход к описанию алгоритмов и входит в набор языков, рассматриваемых при изучении программирования в CODESYS.

ST — Structured Text

Что такое ST

ST — Structured Text, или структурированный текст.

Это текстовый язык программирования, который позволяет создавать более сложные алгоритмы.

Если графические языки удобно использовать для визуального представления логики, то ST позволяет описывать алгоритм в виде последовательности программных конструкций.

Переменные в ST

Любая программа работает с данными.

Например, в системе автоматизации могут использоваться:

  • температура;
  • давление;
  • уровень;
  • состояние оборудования;
  • заданное значение;
  • аварийный сигнал.

Для работы с ними используются переменные.

Упрощенно:

имя переменной → тип данных → значение.

Правильное объявление и использование переменных является одной из базовых задач при программировании контроллера.

Выражения в ST

ST позволяет создавать выражения, в которых выполняются различные операции с данными.

Например, программа может рассчитать разницу между заданным и фактическим значением:

ошибка = заданное значение − фактическое значение.

Полученный результат далее может использоваться в алгоритме управления.

Условные конструкции

Одной из важных возможностей ST являются условные конструкции.

Например, логика может быть сформулирована следующим образом:

если температура выше допустимого значения — сформировать аварийный сигнал.

Или:

если оборудование разрешено и аварий нет — разрешить запуск.

Такие конструкции позволяют создавать более сложные алгоритмы управления.

Циклы

Еще одна возможность ST — использование циклов.

Они необходимы, когда определенная операция должна выполняться многократно.

Это особенно актуально при обработке массивов, списков и других наборов данных.

Где особенно полезен ST

ST может применяться для:

  • сложных алгоритмов;
  • математических расчетов;
  • обработки данных;
  • работы с массивами;
  • работы со структурами;
  • реализации условий;
  • циклической обработки;
  • алгоритмов регулирования.

Поэтому знание ST особенно полезно специалистам, которым приходится работать не только с простой логикой управления, но и со сложными прикладными задачами.

Какой язык CODESYS выбрать

Однозначного ответа на этот вопрос нет.

Выбор зависит от задачи.

Если нужно реализовать простую дискретную логику

Можно использовать LD.

Если алгоритм удобно представить в виде функциональных блоков

Подойдет FBD.

Если необходимо работать с текстовым представлением инструкций

Используется IL.

Если требуется сложная программная логика

Удобным вариантом может стать ST.

При этом специалисту АСУ ТП необязательно ограничиваться одним языком.

Можно ли использовать разные языки в одном проекте

Да, при разработке прикладной программы разные задачи могут решаться разными способами.

Например:

LD можно использовать для логики управления механизмом.

FBD — для обработки определенного набора сигналов.

ST — для сложного алгоритма расчета.

Такой подход позволяет выбирать наиболее подходящее представление для каждой части программы.

Именно поэтому при обучении программированию контроллеров важно изучать не только синтаксис конкретного языка, но и понимать, какой инструмент лучше подходит для определенной задачи.

Типы данных в CODESYS

По мере усложнения проекта возрастает значение правильной организации данных.

Помимо обычных переменных, в CODESYS можно работать с различными структурами данных.

В программе курса рассматриваются:

  • массивы;
  • структуры;
  • списки;
  • пользовательские типы данных.

Массивы

Массив позволяет хранить набор однотипных данных.

Например, если в системе необходимо обработать значения нескольких датчиков, использование массива позволяет организовать эти данные более структурированно.

Структуры

Структура позволяет объединить несколько связанных параметров.

Например, состояние оборудования может включать:

  • состояние;
  • аварийный сигнал;
  • разрешение;
  • текущий режим;
  • значение параметра.

Вместо разрозненных переменных связанные данные можно представить в виде единой структуры.

Зачем нужна отладка программы

Написать программу — только часть работы инженера.

Необходимо убедиться, что алгоритм действительно работает так, как задумано.

Для этого используется отладка.

Инженер может анализировать:

  • значения переменных;
  • состояние программы;
  • последовательность выполнения;
  • результаты вычислений;
  • реакцию системы на входные сигналы.

Отладка особенно важна при создании программ для реального оборудования.

Что такое режим Online в CODESYS

Режим Online позволяет работать с программой в связке с контроллером.

Это дает возможность не только разработать программу, но и анализировать ее работу непосредственно в процессе выполнения.

Для инженера автоматизации это особенно важно, поскольку многие ошибки невозможно обнаружить только путем просмотра исходного кода.

Необходимо увидеть, как программа взаимодействует с реальными входными и выходными сигналами.

Языки программирования и HMI

Программа контроллера тесно связана с визуализацией.

Например:

датчик → переменная → программа → HMI.

Датчик формирует значение.

Контроллер получает его и записывает в переменную.

Программа обрабатывает значение.

HMI отображает результат оператору.

Таким образом, программирование и визуализация являются частями одной системы автоматизации.

Пример: контроль температуры

Рассмотрим простой пример.

Необходимо поддерживать температуру оборудования на заданном уровне.

У нас есть:

  • датчик температуры;
  • переменная фактической температуры;
  • заданное значение;
  • алгоритм управления;
  • нагреватель;
  • экран HMI.

Программа должна:

  1. получить значение температуры;
  2. сравнить его с заданным значением;
  3. определить необходимое управляющее воздействие;
  4. управлять нагревателем;
  5. передать информацию в визуализацию.

Для разных частей такой системы могут использоваться различные программные конструкции.

Если задача простая, можно использовать LD или FBD.

Если алгоритм содержит сложные вычисления, может быть удобнее ST.

Какой язык CODESYS изучать новичку

Начинающему специалисту не обязательно сразу пытаться освоить все возможности среды.

Лучше последовательно разобраться:

переменные → простая логика → LD/FBD → ST → типы данных → отладка → Online → практические алгоритмы.

При этом понимание нескольких языков дает специалисту более широкие возможности.

Главная цель — не просто научиться писать отдельные фрагменты программы, а понимать, как из них формируется работающая система управления.

Нужно ли знать программирование до начала обучения

Для начала обучения непосредственно в CODESYS опыт программирования этой среды не является обязательным.

При этом желательно иметь базовые знания в области систем управления и опыт работы с Windows.

В процессе обучения можно последовательно перейти от базовых понятий к практической работе с программами, переменными, языками программирования, визуализацией и отладкой.

Курс «Программирование в среде CODESYS»

В Учебном центре СИНЕТИК разработан курс для слушателей, которые хотят получить базовые знания по программированию в среде CODESYS.

В программу входят:

  • CODESYS и визуализация технологического процесса;
  • языки LD/FBD/IL;
  • структурированный текст ST;
  • выражения, условия и циклы;
  • переменные;
  • массивы и структуры;
  • пользовательские типы данных;
  • RS-485;
  • Modbus ASCII/RTU;
  • Modbus TCP;
  • визуализация и HMI;
  • отладка;
  • работа в режиме Online;
  • релейное регулирование;
  • ПИД-регулирование.

Продолжительность курса — 5 дней.

Итоги

LD, FBD, IL и ST — это разные способы описания алгоритмов управления.

Нельзя сказать, что один из них полностью заменяет остальные.

LD удобен для наглядной логики.

FBD — для работы с функциональными блоками.

IL представляет программу в виде инструкций.

ST позволяет создавать сложные текстовые алгоритмы.

Для специалиста промышленной автоматизации полезно понимать особенности каждого подхода и уметь выбирать подходящий инструмент в зависимости от поставленной задачи.

Именно поэтому изучение CODESYS лучше строить не вокруг одного языка программирования, а вокруг полного цикла разработки прикладной программы контроллера.

Хотите освоить CODESYS на практике?

Курс «Программирование в среде CODESYS» в Учебном центре СИНЕТИК — 5 дней обучения.

На курсе слушатели знакомятся с языками программирования, работой с переменными и типами данных, визуализацией, промышленными протоколами, отладкой и алгоритмами регулирования.