انواع لغات البرمجة في ال PLC

بسم الله الرحمن الرحيم

انواع لغات البرمجة في ال PLC

ان لغات البرمجة المستخدمة في الPLC لها مميزاتها و مساوؤها, و مما يجب معرفته انه لا توجد لغة واحدة مناسبة لجميع العمليات الصناعية, و انما يتم استخدام عدة لغات للوصول الى النتيجة المطلوبة باسهل طريقة.
ساحاول ان شاء الله في هذه المشاركة تبينة الفروق بين هذه اللغات.

ان اللغات المستخدمة في برمجة ال PLC و المتوافقة مع IEC 61131-3 standard (ارجو ان تكون الترجمة مناسبة), هي:

1) لغة رسومات الاقترانات المقولبة Function block Diagram
2) لغة البرمجة المهيكلة Structured Text
3) لغة السلم Ladder logic
4) لغة التعليمات Instruction list
5) لغة الرسوم البيانية المتتابعةSequential Function Charts

كبداية, يمكن التنويه عن النقاط الثلاث التالية:

1) في التطبيقات البسيطة و التي لا تحتوي على عدد كبير من الشروط,تكون الحاجة الى التنظيم الجيد غير مطلوبة بشكل كبير كما هي في الانظمة الكبيرة.
2) ان لغتي ST و IL هما لغتان كتابيتان, بينما لغات FBD,LD, و SFC هي لغات رسومية.
3) ان لغتي LD و IL ليستا بقوة لغتي FBD و ST.

نبدا الان بتعريف مصطلح مهم و هو الاقتران المقولب Function Block
و هو طريقة لوضع البيانات على شكل قالب مكون من مداخل و مخارج.
و هذا المصطلح يمكن استخدامه في اللغات الخمسة.

و ساقوم الان بعرض شرح مبسط عن مزايا و مساوىء كل لغة, و متى يتم استخدامها باذن الله.

اولا: لغة البرمجة المهيكلة:

هي لغة برمجة شبيهة بالباسكال و C, صممت خصيصا لاستخدامها في ال PLC, و هي لغة مدمجة,تستخدم تنظيما هيكليا عالي الجودة, و هي مناسبة بشكل اساسي لتحديد المتغيرات(assignments) و استخدام الاقترانات (Functions) و الاقترانات المقولبة (Function blocks) و الجمل الشرطية (conditional statements).

و بالتالي فهي مناسبة للانظمة المعقدة التي تحتوي على معادلات رياضية صعبة, و بالنسبة للمهنسين الصناعيين الذين لديهم خبرة في برمجة الكمبيوتر فانها تعتبر الخيار الاول, كما ان اغلب انظمة ال PLC تدعم هذه اللغة, و لعلها اللغة الانسب لاستخامها كلغة برمجة داخل نظام الSFC.

الاقترانات داخل لغة ST :

التصريحات Statements

تحتوي لغة ST على العديد من التصريحات, مثل:
تحديد المتغيرات (Variable:=expression)
التصريحات الشرطية (Conditional statements, if, else, then, case)
التصريحات التكرارية (iteration Statements, for, while, repeat)
تصريحات التحكم (Control Statements, exit, return)
التصريحات التي تحتوي على متغيرات, و التي يمكن من خلالها تشكيل بيانات متراكبة.
و تكتب التصريحات بطريقة مهيكلة مشابهة لباسكال او C

التعبيرات(Expressions)

تستخدم لغة ST التعبيرات المنطقية (and, or, not, xor), التعبيرات الحسابية
(+,-, *, **,mod), تعبيرات المقارنة (=, >=, >, <=, <, <>) .
ان التعبير باستخدام هذة الادوات دائما يعطي متغيير ذو قيمة واحدة.
اما بالنسبة للتعبيرات التي تحتوي على اقترانات فان النتيجة قد تكون قيمة, متغير, اقتران, او تعبير اخر.

الاقترانات المقولبة (Function blocks)

يتم استدعاء هذه الاقترانات من خلال استدعاء اسم هذا الاقتران اولا, و من ثم ادراج اسماء المدخلات و المخرجات ذات القيمة المحددة.
مثال:
Timer ( IN := switch3,
PT: = delay1,
Q => lamp;

لغة رسومات الاقترانات المقولبة Function block Diagram

هي لغة رسومية عالية المستوى, و تقسم اقترانات التحكم فيها الى قسمين:
اقترانات و اقترانات مقولبة, قد يحتوي الاقتران على شروط منطقية بسيطة, مؤقتات او عدادات, و قد يحتوي على اقترانات معقدة جدا.

من المهم في هذه اللغة فهم مصلح وحدة البرمجة المنظمة
POU: Programming Organization Unit, معناه انه يتم اتنعامل مع اي اقتران على شكل قالب مكون من مداخل و مخارج, و بهذه الطريقة يمكن الاستفادة من الاقترانات المعقدة بطريقة سهلة, فلا يهم ما بداخل الاقتران, و بذلك يمكن توفير الكثير من الجهد, و يعطي يهولة في استخدام الاقترانات.
اما اذا اراد المبرمج ان يعدل على هذا الاقتران فانه يقوم بذلك من خلال ما يسمى بالمكتبات(Libraries) و يقوم بحفظ الاقتران الخاص به على شكل قالب, فيحصل على اقتران معقد و يستحدمه بسهولة دون الحاجة الى اعادة كتابته كاملا.
و بذلك يسهل تتبع الاعطال.
ان ال FBD تربط بين وحدات ال POUs و التي تكون على شكل مربعات ذات مداخل و مخارج شبيهة بالمخططات الالكترونية, فتربط بينها بالاشارات على شكل خطوط.

ميزات و مساوىء لغة رسومات الاقترانات المقولبة:
1) شبيهة بالمخططات الالكترونية.
ففي كثير من الاحيان يمكن مقارنتها بالدوائر الالكترونية Integrated Circuits IC , حيث من الممكن استغلال مبدا عمل هذه الدوائر في دوائر التحكم, فهي مثلها تماما, فالاقترانات تعبر عن حلول سريعة لمختلف وظائف التحكم, و التوصيلات بين هذه الرموز تعبر عن تدفق الاشارات في هذا النظام.
2) من السهولة استخدام دوائر التحكم المنطقي فيها.
فهي مناسبة جدا لدوائر التحكم المنطقي و ما يتبعها من تايمرات و عدادات, كما انها تحنوي على العديد من دوائر التحكم الجاهزة مثل PID , حيث تتميز هذه اللغة بعرضها للتغذية الراجعة بطريقة سهلة.
3) ليست مناسبة للجمل الشرطية:
هذه الطريقة ضعيفة جدا امام الجمل الشرطية و التي تتطلب اعادة تكرار عمل معين اكثر من مرة, ان هذا النظام يمكن تطبيقه بصورة اسهل من خلال لغة ST

ثالثا: لغة السلم Ladder logic

لغة السلم هي لغة مشابهة للطريقة المستخدمة في مخططات المرحلاتRelay logic, حيث يعتمد المنطق فيها على تدفق الكهرباء من ما يسمى السكةPower rail و ذلك خلال الملامسات contacts و الملفات coils, الى الجهة الاخرى من السكة.ان هذه اللغة مناسبة جدا للانظمة البسيطة, و اذا كنت متعودا على استخدام المخططات الكهربائية الخاصة بالمرحلات.

تمثل الملامسات في هذه اللغة مداخل, و تمثل الملفات مخارج, و تحدد المخططات من كلا الجهتين بخطوط مستقيمة تسمى السكةPower Rail , و هي تعبر عن تدفق الطاقة الكهربائية من خلال عناصر المخطط المنتشرة على شكل درجات افقية Rungs.
يمثل كل ملامس حالة متغير منطقي, و الذي يعبر عادة عن حساس معين, و لكنه قد يكون متغير داخلي ايضا, عندما تصبح حالة جميع الملامسات صحيحة على سبيل المثال, فان الكهرباء ستتدفق الى السكة الاخرى. اما الملف فيعبر عادة عن جسم فيزيائي, مثل ماتور او لمبة, و كما هو الحال بالنسبة للملامسات, من الممكن ان يكون متغيرا داخليا ايضا.

ميزات و مساوىء لغة السلم:
1) من السهل فهمها:
ان تعلم هذه اللغة سهل جدا و يمكن القول انه من السهولة بمكان تتبع المخططات, و بالذات من الاشخاص الذين لهم خبرة في التعامل مع المخططات الكهربائية. حيث يمكن تتبع الاخطاء بسهولة, بالاضافة الى ميزة تتبع اي العناصر فاعلة و ايها غير فاعلة للتبع الاخطاء بينما تكون المتحكمات المنطقية في طور العمل.
2) ضعيفة البناء الهيكلي:
ان لغة السلم لغة مناسبة للانظمة الصغيرة, و ليس الانظمة المعقدة, حيث انه من الصعب في هذه النظمة تقسيم البرنامج الى قطع صغيرة بحيث يكون هناك تواصل بين المداخل و المخارج بشكل واضح.و من هنا لا يمكن القيام بتضمين البيانات داخل بعضها البعض كما هو الحال في اللغات السابقة.
يتسبب عدم تضمين البيانات في العديد من المشاكل, و ذلك انه في البرامج الكبيرة غالبا ما تتسبب بيانات داخل تنظيم معين بالتأثير على بيانات اخرى,و بالتالي فإن تضمين البيانات سيضمن تغير البيانات المتاثرة تلقائيا.
كما ان هناك مشكلة في استخدام البيانات المهيكلة, حيث ان لغة السلم تخزن البيانات في بت ذاكرة واحد, بينما يتطلب العديد من انظمة التحكم حمع البيانات داخل مجموعة واحدة. حيث تعالج جميع البيانات المتعلقة بحساس معين داخل تنظيم واحد و تخزن مدرجة تحت اسم واحد.
3) لا تدعم الانظمة المتتابعة بشكل قوي:
ان اغلب انظمة التحكم تتطلب تقسيم الوظائف المطلوبة الى انظمة متتابعة, تعبر كل حالة عن شرط معين يتم تحقيقه من ثم الانتقال الى بقية الشروط بشكل متتابع.
لتحقيق هذا النظام داخل لغة السلم لا بد من استخدام بت ذاكرة داخلي في كل شرط, و من ثم يتم تفعيل كل حالة ببت داخلي اخر.
ان استخدام هذه الطريقة يصبح صعبا في الأنظمة المعقدة, فيصبح من الصعب تتبع البرنامج و فهم الشروط المطلوبة في كل حالة.
4) من الصعب اعادة استخدام البرنامج مرة اخرى:
و هو امر شائع جدا في الانظمة المعقدة, مما يقلل من رغبة المبرمجين من استخدام لغة السلم في هذه الأنظمة.

رابعا: لغة التعليمات Instruction list

لغة التعليمات هي لغة منخفضة المستوى تكتب فيها التعليمات على شكل عمود, و هي مشابهة الى حد كبير للغة الالة Assembly code.
يستخدم الكثير من مصنعي الحاكمات المنطقية هذه اللغة في انظمتهم الصغيرة و المتوسطة, ان ضعف الهيكلة و ادوات التنقيح debugging يجعل من هذه اللغة قليلة الاستخدام في الانظمة الكبيرة.
لقد كانت هذه اللغة مستخدمة قديما في الحاكمات المنطقية بسسب عدم توافر اجهزة اللابتوب و الحاسوب بشكل عام, حيث كان يتم استخدام اللوحات Key bad لادخال التعليمات, الا ان انتشار اجهزة الحاسوب قد حد كثيرا من استخدام هذه اللغة.
مسجل النتيجة Result register or Accumulator
هذا المفهوم مهم جدا في هذه اللغة, تتغير قيم هذا المسجل عند تنفيذ اي عملية منطقية او عملية مقارنة او تحميل بيانات.

ميزات و مساوىء لغة التعليمات:
1) افضل اداء وظيفي:
تمتلك هذه الطريقة اسرع اداء وظيفي حيث يمكن ان تعطي نتائج قوية في الانظمة الصغيرة.
2) ضعيفة البناء الهيكلي:
بما ان هذه اللغة هي لغة متدنية المستوى فانه من الواجب اخذ الحذر عند هيكلة البرنامج العام, و ذلك ان كثرة استخدام تعليمة القفز المنطقية Conditional Jump ستؤدي الى عدم القدرة على تتبع البرنامج بشكل صحيح.
كما ان مفهوم مسجل النتيجة الناتج عن العمليات المنطقية, و الذي يتحمل قيمة واحدة فقط, يجعل من الصعب استخدام البيانات المضمنة.
3) تعتمد في سلوكها على منطق الالة:
فالطريقة التي تعطي بها التعليمات النتائج ليست موحدة ضمن نظام واضح, فان الأنظمة المختلفة قد تعطي نتائج مختلفة فيما يتعلق بشروط الخطأ و نتائج المسجلات.

جزاكم الله خيرا اخى الكريم

واعانك الله فى اكمال الموضوع

_________________
I am so far behind, I think i am first

الله عليك يا باشمهندس بجد موضوع رائع وياريت ان تكتب اكثر في هذا الموضوع
وشكرا لك

خامسا: لغة الرسوم البيانية المتتابعة Sequential Function Charts

تسمح هذه الغة للمستخدم بالتعبير عن السلوك التتابعي لانظمة التحكم بشكل رسومي, مما يسمح باستخدام جميع وظائف التحكم ضمن نظام تتابعي واحد, حتى لو كان هناك اكثر من سلسلة متوازية في هذا النظام, اي انه يمكن تقديم عرض رسومي واضح و سهل للنظام التتابعي و ما فيه من سلاسل متوازية ضمن مجموعات.

ان النظام التتابعي هو وحدة تشكل حلقة مغلقة, ان الخطوة الاولى هي اعادة تشغيل النظام عند انتهاء الحلقة, و يمكن تقسيمه الى مجموعة متنوعة من الانظمة:
النظام التتابعي الاختياري, و النظام التتابعي المتزامن, كما يمكن استخدام انظمة فرعية داخل الانظمة الرئيسية.

تتشكل لغة ال SFC عادة من درجات Steps و انتقالات Transitions, تمثل الخطوات الاوامر المطلوب تنفيذها خلال مرحلة معينة من المشروع,فمثلا ان تعمل المضخة رقم كذا لمدة معينة من الزمن, و ان يفتح البلف رقم كذا, و هكذا.و تكون على شكل مربعات تربط بينها خطوط.

و تمثل الانتقالات الشروط اللازم توافرها للانتقال الى المرحلة التالية, و عادة ما يقوم المبرمجون بوضع عداد لمدة معينة في كل مرحلة, بحيث انه اذا لم يتم تنفيذ بعض الاوامر او لم تتحقق الشروط اللازمة للانتقال الى مرحلة اخرى, يتوقف النظام و يعطي انذار.

ميزات و مساوىء لغة الرسوم البيانية المتتابعة:
1) اداة قوية للتصميم و الهيكلة:
تعتبر لغة SFC اداة تصميم رائعة في مراحل المشروع الاولى, كما يمكن استخدامها ايضا لوصف المشاريع الفرعية بشكل مفصل.
بما ان هذه اللغة ذات طابع رسومي, يمكن استخدامها كلغة وصل بين المبرمجين و الزبائن, للوصول الى تصور عن المشروع.
2) الحاجة الى لغات برمجة اخرى:
بالرغم من ان لهذه اللغة ميزات كثيرة على مستوى التصميم و التنظيم, الا انها ليست لغة متكاملة بحد ذاتها و لا بد من استخدام لغة اخرى مع هذه اللغة. يفضل المبرمجون المتمرسون استخدام لغة ST كلغة متكاملة مع لغة ال SFC, و لذلك تعتبر هذه اللغة هي اللغة الرسمية للتعامل مع الSFC عند كثير من موردي ال PLC.

جزاكم الله خيرا اخى العزيز

_________________
I am so far behind, I think i am first

تحية طيبة
وموقف اعجاب لكل الجهود التي تبذل من قبل جميع الاعضاء مع التقدير

اريد برمجة دوائر التحكم الموجودة في كتاب دوائر التحكم الالي بسيمنس

شكرا كثيرا و بارك الله فيكم

السلام عايكم ورحمة الله وبركاته

جزاكم الله خيرا زميلنا الفاضل

وجعل الله هذا العمل فى ميزان حسناتك ان شاء الله

جزاكم الله خيرا اخى العزيز على هدا التوضيح

» التمهيد لإنشاء متحكم مبرمج خاص بك : لغات البرمجة للمتحكم المنطقى القابل للبرمجة PLC :
» تبادل خبرات البرمجة وحل مشاكل البرمجة للمحترفين
» أساسيات البرمجة بلغة الأسمبلى : 3- الفكرة الرئيسية لسبب البرمجة بلغة الأسمبلى
» السيرة النبوية ب 10 لغات اجنبية
» اسطوانة فيزياء - لغات : المرحلة الثانوية - الجزء الأول