Ohjelmakomponentteihin perustuva ohjelmointitapa logiikkaohjelmointiin Siemens TIA-Portal -ohjelmointiympäristössä

Abstract

Teollisuusautomaatioon liittyvät teknologiat ovat kehittyneet viime vuosikymmeninä merkittävästi. Samalla myös järjestelmien ohjaamisesta vastaavat ohjelmoitavat logiikat ja niiden ohjelmointiin tarkoitettujen ohjelmistojen mahdollisuudet ovat kehittyneet, mutta logiikkaohjelmoinnin menetelmät ja käytännöt eivät kuitenkaan ole kehittyneet samassa suhteessa. Tässä opinnäytetyössä selvitettiin, mitä ovat nykypäivän ja tulevaisuuden logiikkaohjelmoinnille asettamat haasteet ja vaatimukset sekä miten niihin voidaan tehokkaasti vastata. Lisäksi perehdyttiin siihen, miten logiikkaohjelmointia pystytään tehostamaan sekä miten voidaan parantaa ohjelmien laatua. Tavoitteena oli kehittää yleispätevä ohjelmointitapa, jota noudattamalla pystytään vastaamaan havaittuihin tarpeisiin ja vaatimuksiin. Ohjelmointitavalla tarkoitetaan tässä tapauksessa yleisiä periaatteita ja sääntöjä ohjelman arkkitehtuurin määrittelyssä sekä ohjelman toteuttamisessa. Työ rajattiin koskemaan Siemens TIA-Portal -ohjelmointiympäristöä ja Siemens S7-1200- ja S7-1500-malliperheiden logiikoita.

Työssä käytettiin konstruktiivista tutkimusotetta. Aihealueesta pyrittiin saamaan syvällinen ymmärrys perehtymällä kattavasti alan kirjallisuuteen, tutkimuksiin ja julkaisuihin. Lähdemateriaaleja valittaessa pyrittiin siihen, että ne ovat vertaisarvioituja, alan arvostettujen asiantuntijoiden tuottamia ja edustavat erilaisia kantoja asioista. Lähdemateriaaleihin perehdyttiin hyödyntäen kirjoittajan kokemusta alalta ja näin saatiin luotua uusi kehittynyt näkemys aiheesta. Tämän perusteella taas määriteltiin kehitettävän ohjelmointitavan pääperiaatteet.

Kehitettävää ohjelmointitapaa työstettiin ohjelmoimalla kirjoittajan hyvin tunteman koneen ohjelma kokonaan uusiksi. Kehitysprosessi oli eräänlainen silmukka, jossa kehittyvän ohjelmointitavan periaatteita sovellettiin käytäntöön ja saatujen kokemusten sekä oivallusten perusteella kehitettiin sitä eteenpäin. Lopputuloksena oli valmis ohjelmointitapa ja sen periaatteilla toteutettu ohjelma. Periaatteiden toimivuuden todentamiseksi ohjelmaa testattiin simuloimalla sitä sekä kehitystyön aikana että sen lopussa.

Kehitetyn ohjelmointitavan laadukkuutta pohdittiin suhteessa opinnäytetyössä havaittuihin tarpeisiin ja vaatimuksiin. Lisäksi pohdittiin sen hyödyllisyyttä ja käytännöllisyyttä yleisellä tasolla. Niistä todettiin, että kehitetty ohjelmointitapa vastaa havaittuihin tarpeisiin ja vaatimuksiin ja että se on monin puolin hyödyllinen sekä käytännöllinen.

Technologies related to industrial automation have developed remarkably during last decades. Meanwhile, programmable logic controllers which are controlling industrial automation systems, and software development tools which are used for creating software to them, have developed as well. However, practices in the software development have not developed at the same pace. This thesis aimed to discover what are requirements and needs of present day and future for PLC-Programming and what are the means to respond to them. Additionally, the aim was also to find out how PLC-programming can be made more efficiently and with higher quality. The purpose of the thesis was to develop a general-purpose method for creating PLC-Programs in a way that discovered requirements and needs are fulfilled. In this case, method means principles and rules for defining software architecture and building up a software. The thesis is limited to cover only the Siemens TIA-Portal software engineering environment and Siemens S7-1200 and S7-1500 programmable logic controllers.

The work was carried out as constructive research. A wide range of literature, studies and publications were studied to gain a profound understanding of the subject. In the selection of source materials it was considered to be important that they are peer-reviewed, are published by respected authors, and represent different points of views. Together with the source materials, the author's experience in the field of PLC-Programming was exploited for achieving new and better understanding of the topic. According to this, basic principles for a new programming method were defined.

The new method for programming was developed while developing new software for a type of machine which is well known by the author. The development process of the new method was a constant loop in which feedback from utilizing already defined principles in practice helped to develop them further. The process eventually led to final principles and method for programming and software which was developed accordingly. To ensure functionality of the new method, the created software was tested by simulating it during the development and at the end of it.

The quality of the developed method was considered in relation to the needs and requirements discovered in the thesis. Additionally, it was considered how beneficial and practical the method is. The conclusion was that the developed method fulfills all discovered needs and requirements and is both beneficial and practical.