اگر وارد دنیای اتوماسیون صنعتی شده باشید، خیلی زود با واژههایی مثل انواع زبان برنامه نویسی plc ، نردبانی، SFC، FBD، ST یا حتی IL روبهرو میشوید. این زبانها فقط چند ابزار ساده نیستند؛ بلکه قلب تپندهای هستند که دستگاهها، خطوط تولید، سنسورها، رباتها و فرایندهای پیچیده صنعتی را مدیریت میکنند.
اما سؤال اصلی اینجاست که بهترین زبان برنامه نویسی PLC کدام است و هرکدام از این زبانها در چه شرایطی استفاده میشوند؟
در این مقاله، کاملاً از صفر و با زبانی رسمی اما روان و صمیمانه، شما را وارد دنیای زبان plc میکنم. هر بخش با مثالها، مزایا، معایب و کاربردهای واقعی صنعت نوشته شده تا دقیقاً همان چیزی باشد که یک مهندس یا علاقهمند به اتوماسیون نیاز دارد.
برنامه نویسی plc چیست و چه کاربردهایی در صنعت اتوماسیون صنعتی دارد؟
برای اینکه بدانیم زبان PLC چیست، باید یک قدم عقبتر برویم. پیالسی (PLC) یک کنترلکننده صنعتی برنامهپذیر است که فرایندهای کارخانه و تجهیزات اتوماسیون را کنترل میکند. این دستگاه جایگزینی برای سیستمهای قدیمی رله–کنتاکتورهاست و به شما اجازه میدهد عملیات پیچیده را با یک برنامه ساده مدیریت کنید.
اما زبان PLC چیست؟
به زبان ساده:
“زبان برنامه نویسی plc یک روش استاندارد برای نوشتن دستوراتی است که PLC میتواند آن را فهمیده و اجرا کند.”
این زبانها طبق استاندارد بینالمللی IEC 61131-3 تعریف شدهاند و شامل پنج زبان اصلی هستند:
نردبانی (Ladder Diagram – LD)
نمودار بلوک تابع (Function Block Diagram – FBD)
Structured Text – ST
Instruction List – IL
نمودار توابع متوالی (Sequential Function Chart – SFC)
کاربردهای زبان PLC در صنعت اتوماسیون
این زبانها در بخشهای زیر نقشی حیاتی دارند:
کنترل خطوط تولید و مونتاژ
مدیریت ماشینآلات بستهبندی
سیستمهای توزیع و انتقال مواد
کنترل رباتیک
کنترل کوره، بویلر و سیستمهای دما
سیستمهای حفاظتی و اینترلاک
مدیریت تجهیزات نفت، گاز، معادن و فولاد
کنترل موتورهای الکتریکی و درایوها
بدون زبانهای PLC، هیچ کارخانهای با ریتم دقیق و قابل اعتماد امروز کار نمیکرد.
تاریخچه زبانهای برنامهنویسی PLC
از دهه ۱۹۶۰، زمانی که اولین PLC توسط شرکت Modicon ساخته شد، مهندسان نیاز داشتند که سیستمهای کنترل قدیمی را با ساختاری قابل برنامهریزی جایگزین کنند.
آن روزها، رلهها و کنتاکتورهای بزرگ با سیمکشی سنگین، دردسرساز بودند؛ بنابراین زبان نردبانی (LD) ایجاد شد تا مهندس برق بتواند همان مدارهای رلهای را، اما روی یک صفحه دیجیتال طراحی کند.
مراحل تکامل زبانهای PLC:
دهه ۱۹۷۰ – تولد Ladder Diagram
اولین زبان PLC که همچنان محبوبترین است. شبیه مدارهای رلهای و بسیار روان برای مهندسین برق.
دهه ۱۹۸۰ – ایجاد Instruction List و FBD
IL برای برنامهنویسانی که با زبان اسمبلی راحت بودند
FBD برای فرایندهای پیچیده و مدولار
دهه ۱۹۹۰ – Structured Text و SFC
با افزایش نیازهای اتوماسیون و ظهور سیستمهای پیچیده، ST و SFC معرفی شدند تا امکان برنامهنویسی پیشرفته، شرطی، حلقهای و الگوریتمیک فراهم شود.
استاندارد IEC 61131-3
این استاندارد باعث شد همه شرکتها (زیمنس، اشنایدر، دلتا، امرن و …) زبانهای برنامهنویسی PLC را یکپارچه کنند تا کاربران بتوانند روی انواع برندها کار کنند.
معرفی انواع زبان های برنامه نویسی پی ال سی
در استاندارد جهانی IEC 61131-3 پنج زبان اصلی معرفی شده است:
نردبانی (Ladder Diagram – LD)
نمودار بلوک تابع (Function Block Diagram – FBD)
Structured Text – ST
Instruction List – IL
نمودار توابع متوالی یا Sequential Function Chart – SFC
هر کدام مزایا، معایب و کاربردهای خاص خود را دارند و همین موضوع انتخاب بهترین زبان برنامه نویسی plc را کمی چالشبرانگیز میکند. البته در ادامه مقاله ۹ بار به این عبارت اشاره میکنم تا بهترین گزینه برای شرایط مختلف را توضیح دهم.
1. زبان برنامه نویسی plc نردبانی (LD)
زبان نردبانی یا Ladder Diagram معروفترین و پرکاربردترین زبان در تاریخ PLC است. دلیل این محبوبیت روشن است: تشابه زیاد به مدارهای رلهای و سادگی درک.
LD مثل یک نردبان با دو ریل عمودی و اتصالات افقی (Rung) نمایش داده میشود.
مهندسین برق این زبان را بهتر از هر زبان دیگری میفهمند، چون دقیقاً همان چیزی است که سالها با سیمکشی آن کار کردهاند.
| ویژگی | توضیحات |
|---|---|
| نوع زبان | گرافیکی – مشابه مدارهای رلهای |
| سطح سختی | آسان و قابل یادگیری |
| بهترین کاربرد | فرآیندهای منطقی و کنترلهای ساده تا متوسط |
مزایای زبان plc نردبانی (LD)
درک سریع و آسان حتی برای مبتدیها
بهترین زبان برای رفتارهای منطقی ساده یا میانی
مشابه مدارهای رلهای → مناسب برای تکنسینها و مهندسان برق
عیبیابی سریع و قابل پیگیری
سازگاری بالا با برندهای مختلف PLC
بهترین انتخاب برای خطوط تولید ساده و متوسط
مناسب برای آموزش
نمایش گرافیکی واضح
حداقل پیچیدگی در کدنویسی
معایب زبان plc نردبانی (LD)
مناسب نبودن برای الگوریتمهای پیچیده
خوانایی کمتر در پروژههای بسیار بزرگ
عدم شبیهسازی کامل رفتارهای سطح بالا
قابلیت محدود در حلقهها و پردازش داده
حجم کد بیشتر نسبت به ST
کاربرد زبان plc نردبانی (LD)
این زبان تقریباً در همه بخشهای صنعت کاربرد دارد اما مخصوصاً در موارد زیر بیرقیب است:
کنترل موتورهای سهفاز
اینترلاکینگ کارخانهها
کنترل پمپها، ولوها و سنسورها
خطوط بستهبندی
کنترل نوار نقاله
سیستمهای روشنایی
تجهیزات حفاظتی
اگر یک مهندس اتوماسیون باشید، تقریباً محال است با LD کار نکرده باشید.
2. زبان برنامه نویسی نمودار بلوک تابع (PLC Function Block Diagram)
FBD یک زبان گرافیکی است که رفتارهای منطقی و محاسباتی را در قالب بلوکهای تابع نمایش میدهد. هر بلوک میتواند یک دستور، یک محاسبه یا یک تابع مستقل باشد.
این زبان دقیقاً مانند کنار هم چیدن بلوکهاست. بدون اینکه وارد جزییات پیچیده شوید، منطق را با اتصال بلوکها ایجاد میکنید.
| ویژگی | توضیحات |
|---|---|
| نوع زبان | گرافیکی – مبتنی بر بلوکهای عملکردی |
| سطح سختی | متوسط – نیازمند درک تابعها |
| بهترین کاربرد | سیستمهای پیچیده با توابع تکرارپذیر |
مزایای زبان plc نمودار بلوک تابع (FBD)
همانطور که از یک زبان بصری انتظار میرود، FBD مجموعهای از مزیتهای مهم دارد که باعث شده در کارخانهها و فرایندهای بزرگ، بسیار محبوب باشد:
طراحی سریع و بلوکی → بدون نیاز به دستورهای پیچیده
قابلیت استفاده مجدد از بلوکها (Reusable Functions)
مناسب برای پروژههای PID، آنالوگ و کنترل پیوسته
تشخیص خطا در ساختار بلوکی آسانتر است
هماهنگی عالی با سیستمها و تجهیزات پردازش سیگنال
خوانایی بهتر در منطقهای پیچیده نسبت به LD
پشتیبانی قوی در برندهای اروپایی مانند Siemens و Schneider
امکان ادغام بلوکهای محاسباتی، حفاظتی و منطقی در یک نمودار
اگر در واحدهای نفت، گاز، پتروشیمی، کنترل فرایند، نیروگاه کار کرده باشید، میدانید که FBD یک زبان حیاتی و پرکاربرد است.
معایب زبان plc نمودار بلوک تابع
هیچ زبانی کامل نیست و FBD نیز محدودیتهایی دارد:
تبدیل منطقهای بزرگ به بلوکها باعث شلوغ شدن صفحه میشود
یادگیری آن برای افراد تازهکار کمی زمانبر است
در ساختارهای شرطی پیچیده (IF–THEN) شفافیت LD را ندارد
نوشتن محاسبات بسیار سطح بالا در آن سختتر از ST است
نیاز به نرمافزارهای قدرتمند برای اجرای پروژههای بزرگ
با وجود این محدودیتها، FBD همچنان یکی از پنج ستون اصلی استاندارد IEC 61131-3 است.
کاربرد زبان plc نمودار بلوک تابع
FBD مخصوص سیستمهایی است که نیاز به کنترل پیوسته و پردازش منطقی دارند. کاربردهای اصلی:
اجرای حلقههای PID
کنترل دما، فشار، سطح و دبی
کنترل تجهیزات آنالوگ
سیستمهای HVAC
تجهیزات هیدرولیک و پنوماتیک
کنترل فرایندهای نیروگاهی
پروژههای آب و فاضلاب
سیستمهای اسکادا (SCADA) و DCS
اگر پروژهتان بهصورت پیوسته (Continuous Process) کار میکند، FBD میتواند بهترین زبان برنامه نویسی plc در آن شرایط باشد.
3. زبان برنامه نویسی plc با نام Structured Text (ST)
Structured Text یا همان ST پیشرفتهترین زبان برنامهنویسی PLC است. این زبان شبیه زبانهای سطح بالا مثل C، Pascal یا Python است و بیشتر مورد استفاده برنامهنویسان نرمافزار و اتوماسیون حرفهای قرار میگیرد.
ST قدرتی دارد که هیچ زبان دیگری در PLC به این اندازه ندارد:
حلقههای پیچیده
الگوریتمهای ریاضی
ارتباطات صنعتی
کنترل دادههای حجیم
اگر پروژه شما نیاز به منطق پیچیده دارد، ST احتمالاً بهترین زبان برنامه نویسی plc برایتان خواهد بود.
| ویژگی | توضیحات |
|---|---|
| نوع زبان | متنی – مشابه Pascal و C |
| سطح سختی | پیشرفته – نیازمند دانش برنامهنویسی |
| بهترین کاربرد | الگوریتمهای پیچیده، محاسبات و پردازش داده |
مزایای زبان Structured Text
قدرت پردازش و انعطافپذیری فوقالعاده بالا
مناسب برای الگوریتمهای ریاضی، شرطی و منطقی پیشرفته
قابلیت استفاده از توابع، حلقهها و ساختارهای برنامهنویسی مدرن
بسیار مناسب برای پروژههای IoT و Industry 4.0
امکان مدیریت دادهها، Json و پروتکلهای ارتباطی
خوانایی عالی برای کدهای بزرگ
سرعت توسعه بالا پس از تسلط به زبان
در برندهایی مثل زیمنس، بکاف، اشنایدر، ABB این زبان جایگاه ویژهای دارد.
معایب زبان Structured Text
یادگیری آن برای تکنسینها سختتر است
عیبیابی نسبت به LD شفاف نیست
نیازمند تجربه برنامهنویسی است
بدون مستندسازی، خوانایی در تیم کاهش مییابد
در پروژههای بسیار ساده بیش از حد پیشرفته است
کاربرد زبان Structured Text
ST غالباً در پروژههایی استفاده میشود که نیازمند هوش منطقی بالا و ساختارهای پیچیده هستند:
الگوریتمهای کنترل پیشرفته
پروژههای رباتیک
محاسبات سنگین (Compute-Intensive)
سیستمهای هوشمند و هوش مصنوعی صنعتی
پردازش دادههای سریال، اترنت و پروتکلهای ارتباطی
کنترل دقیق در فرایندهای صنایع فولاد، سیمان، انرژی و پتروشیمی
برنامهنویسی مربوط به SCADA و MES
به دلیل قدرت آن، برخی مهندسان ST را بهترین زبان برنامه نویسی plc برای آینده اتوماسیون میدانند.
4. زبان plc Instruction List (IL)
Instruction List یا IL زبان متنی ساده مشابه اسمبلی است.
امروزه کمتر استفاده میشود و حتی در برخی استانداردهای جدید حذف شده، اما هنوز در PLCهای قدیمی یا پروژههای سبک دیده میشود.
IL برای کارهایی مناسب بود که نیاز به سرعت اجرا بدون پیچیدگی ظاهری داشتند.
| ویژگی | توضیحات |
|---|---|
| نوع زبان | متنی – شبیه Assembly |
| سطح سختی | سخت – نیازمند دقت بالا |
| بهترین کاربرد | سیستمهای قدیمی و پروژههای بهینهسازی سرعت |
مزایای زبان Instruction List (IL)
بسیار سبک و سریع
مناسب برای پردازندههای ضعیف PLCهای قدیمی
قابلیت نوشتن دستورالعملهای بسیار ساده
نزدیک به زبان ماشین
حجم کد کم
مناسب برای عملیات تکراری کوچک
معایب زبان Instruction List (IL)
یادگیری سخت برای تازهکارها
خوانایی کم
مناسب نبودن برای پروژههای بزرگ
کاملاً قدیمی و حذف شده در بسیاری از نرمافزارها
عیبیابی دشوار
امروزه این زبان تقریباً جای خود را به ST و LD داده است.
کاربرد زبان Instruction List (IL)
PLCهای قدیمی و نسل اول
عملیات منطقی خیلی ساده
الگوریتمهایی با سرعت بالا در سختافزارهای ضعیف
خطوط کوچک کارگاهی
اگر قصد انتخاب بهترین زبان برنامه نویسی plc را دارید، IL تقریباً هیچوقت در صدر گزینهها قرار نمیگیرد.
5. زبان plc نمودار توابع متوالی یا Sequential Function Chart (SFC)
در پروژههایی که عملیات صنعتی بهصورت مرحله به مرحله (Step by Step) اجرا میشود—مثل یک ربات صنعتی، خط رنگ، یا سیستم انتقال مواد—زبان SFC میتواند نجاتدهنده باشد. این زبان به شکلی ساختاریافته، فرایند را به چندین مرحله تقسیم میکند که هر مرحله شرایط و دستورات مخصوص خود را دارد.
SFC معمولاً به شکل یک فلوچارت صنعتی نمایش داده میشود:
یک Step فعال میشود
شرطها بررسی میشوند
سپس به Step بعدی انتقال پیدا میکنیم
این ساختار باعث میشود شما دقیقاً بدانید در هر لحظه، سیستم در کدام مرحله است.
| ویژگی | توضیحات |
|---|---|
| نوع زبان | گرافیکی – مبتنی بر Step و Transition |
| سطح سختی | متوسط تا پیشرفته |
| بهترین کاربرد | فرآیندهای ترتیبی، خطوط تولید مرحلهای |
مزایای زبان plc نمودار توابع متوالی (SFC)
قابلیت تقسیم فرایند به مراحل قابل کنترل
خوانایی بسیار بالا در پروژههای Step-Based
ساختار منطقی منظم و استاندارد
هماهنگی عالی با زبانهای LD، FBD و ST
مناسب برای فرایندهای Batch و Sequential
مدیریت ساده حالات و انتقال بین Steps
کاهش پیچیدگی در پروژههای طولانی
مناسب برای سیستمهای خودکار چندمرحلهای
مهندسان کنترل فرایند (Process Control) خیلی خوب میدانند که در پروژههای سطح بالا، SFC یکی از دو گزینه اصلی برای نوشتن منطق است.
معایب زبان plc نمودار توابع متوالی
یادگیری آن نسبتاً زمانبر است
برای پروژههای بسیار ساده گزینه ایدهآلی نیست
نیازمند مستندسازی قوی است
وابستگی زیاد به ساختار منطقی صحیح
در شرایط موازیسازی پیچیدهتر از FBD میشود
کاربرد زبان plc نمودار توابع متوالی
اگر پروژه شما شامل مراحل تعریفشده و قابل ردیابی باشد، SFC میتواند بهترین زبان برنامه نویسی plc برایتان باشد.
مثالهای رایج:
رباتیک صنعتی
فرایندهای Batch
سیستمهای شیرینسازی، اختلاط و میکس
خطوط رنگکاری
خطوط مونتاژ خودرو
سیکلهای شستوشو و CIP در صنایع غذایی
سیستمهای انتقال مواد
کنترل شروع/توقفهای مرحلهای
بهترین زبان برنامه نویسی PLC کدام است؟
خب، مهمترین سؤال مقاله اینجاست.
آیا واقعاً بهترین زبان برنامه نویسی PLC وجود دارد؟
پاسخ کوتاه:
بهترین زبان برنامه نویسی PLC یک زبان ثابت و همیشگی نیست؛ بلکه به نوع پروژه، برند PLC، سطح تجربه برنامهنویس و نیازهای فرایند بستگی دارد.
اما توضیح کاملتر:
۱. اگر پروژه ساده و منطقی است → LD بهترین زبان برنامه نویسی PLC است
مثل کنترل موتور، سنسورها، نوار نقاله، اینترلاکها.
۲. اگر پروژه پیوسته و آنالوگی است → FBD بهترین زبان برنامه نویسی PLC است
مثل سیستمهای PID، دما، فشار، آب و فاضلاب.
۳. اگر پروژه پیچیده و الگوریتمی است → ST بهترین زبان برنامه نویسی PLC محسوب میشود
به خصوص در پروژههای رباتیک، کنترل پیشرفته، پردازش داده و ارتباطات.
۴. اگر پروژه مرحلهبهمرحله است → SFC بهترین زبان PLC است
در فرایندهای Batch، خطوط مونتاژ، مراحل مختلف رباتیک و سیکلها.
۵. IL دیگر بهترین زبان نیست و فقط در PLCهای قدیمی کاربرد دارد.
نتیجه کلی :
اگر بخواهیم از بین همه زبانها یک زبان را بهعنوان بهترین زبان برنامه نویسی PLC معرفی کنیم، باید بگوییم:
ST و LD دو ستون اصلی اتوماسیون صنعتی در جهان امروز هستند.
LD برای پروژههای سختافزاری و ساده
ST برای پروژههای هوشمند و مدرن
البته باید اشاره کرد که بسیاری از برندها پیشنهاد میکنند که برای پروژههای واقعی، ترکیبی از ۲ یا ۳ زبان استفاده شود.
| زبان PLC | مناسب برای | مزایا | در چه پروژههایی بهترین است؟ |
|---|---|---|---|
| Ladder Diagram (LD) | پروژههای ساده، منطقی و صنعتی | خوانایی بالا، عیبیابی سریع، مناسب برقکارها | کنترل موتور، نوار نقاله، سیستمهای حفاظتی |
| Function Block Diagram (FBD) | فرایندهای آنالوگ و پیوسته | قابلیت پردازش PID، مناسب کنترل پیوسته | تصفیهخانه، دما، فشار، آب و فاضلاب |
| Structured Text (ST) | پروژههای پیچیده و الگوریتمی | قویترین زبان PLC، مناسب محاسبات و IoT | رباتیک، هوش مصنوعی صنعتی، ارتباطات |
| Sequential Function Chart (SFC) | فرایندهای چندمرحلهای | ساختار مرحلهای، مناسب Batch و Process | خطوط رنگ، مونتاژ، سیستمهای مرحلهای |
| Instruction List (IL) | سیستمهای قدیمی و سبک | کدهای کوچک، سبک و سریع | PLCهای قدیمی، پروژههای ساده |
نکات مهم انتخاب انواع برنامه نویسی PLC
حالا که زبانها را شناختیم، بیایید ببینیم چه معیارهایی به ما کمک میکند بهترین زبان برنامه نویسی PLC را انتخاب کنیم.
۱. نوع پروژه
مهمترین عامل همین است.
پروژه ساده → LD
پروژه الگوریتمی → ST
پروژه کنترل فرایند → FBD
پروژه مرحلهای → SFC
۲. برند PLC
هر برند اولویتهای خود را دارد:
زیمنس → LAD، FBD، SCL (ST)
اشنایدر → FBD، ST
دلتا → LAD
بکاف → ST و SFC
امرون → LAD و ST
۳. میزان تجربه برنامهنویس
افرادی که نرمافزار کار کردهاند → ST
افرادی که برق صنعتی کار کردهاند → LD
۴. سرعت و حجم پروژه
در پروژههای سریع و کوچک، LD بهترین است.
در پروژههای بزرگ، ST و SFC ساختار بهتر ارائه میدهند.
۵. قابلیت عیبیابی
LD و FBD در عیبیابی فوقالعادهاند.
ST نیاز به تجربه بیشتر دارد.
۶. پشتیبانی نرمافزار و سختافزار
بسیاری از PLCها از IL پشتیبانی نمیکنند.
بعضیها هم SFC را محدود اجرا میکنند.
۷. آیندهنگری
صنعت جهانی به سمت ST + FBD + SFC حرکت میکند.
دانستن این سه زبان یعنی داشتن مهارتی آیندهدار.
۸. نوع فرایند
فرایند لحظهای و حساس → FBD و LD
فرایند الگوریتمی و هوشمند → ST
فرایند مرحلهای → SFC
سوالات متداول درباره زبانهای برنامه نویسی PLC
۱) آیا یادگیری زبان LD کافی است؟
خیر. گرچه LD پایه و اساس کار است، اما برای طراحی پروژههای مدرن باید حداقل ST و FBD را نیز یاد بگیرید.
۲) سختترین زبان PLC کدام است؟
بدون شک ST؛ زیرا به برنامهنویسی سطح بالا نزدیک است.
۳) سادهترین زبان PLC چیست؟
قطعاً LD. بهخصوص برای مهندسان برق.
۴) آیا IL هنوز کاربرد دارد؟
در PLCهای قدیمی بله، در پروژههای جدید خیر.
۵) بهترین زبان برنامه نویسی PLC برای مبتدیها چیست؟
LD، چون بصری و قابل فهم است.
۶) صنعت جهانی بیشتر از چه زبانهایی استفاده میکند؟
LD
ST
FBD
۷) آیا ترکیب چند زبان در یک پروژه ممکن است؟
بله، و حتی توصیه میشود.
۸) آیا SFC جای LD را میگیرد؟
خیر، اما در پروژههای مرحلهای، کارایی LD را چندبرابر میکند.
۹) آیا میتوان گفت ST بهترین زبان برنامه نویسی PLC است؟
برای پروژههای هوشمند بله،
برای پروژههای ساده نه.
نتیجهگیری
اگر قصد دارید سیستمهای صنعتیتان را هوشمندتر، ایمنتر و کمهزینهتر مدیریت کنید، وقت آن رسیده که با یک متخصص واقعی در اتوماسیون وارد گفتگو شوید. اتوماسیون صنعتی کوروش طاهری همراهی است که از انتخاب بهترین زبان برنامهنویسی PLC تا اجرای کامل پروژه، قدمبهقدم کنار شما میایستد. کافی است همین حالا تماس بگیرید تا یک مشاوره دقیق، شفاف و کاربردی برای انجام پروژه های اتوماسیون صنعتی دریافت کنید؛ مشاورهای که میتواند مسیر اتوماسیون کارخانهتان را برای همیشه متحول کند.