7 کاربرد AI در PLC: از Ladder تا SCL

1. تولید منطق PLC از توضیحات متنی

یکی از مهم‌ترین کاربردهای AI در PLC،
تبدیل توضیحات متنی مهندس به منطق کنترلی است.

در واقع AI در PLC می‌تواند توضیحی که مهندس درباره عملکرد یک تجهیز یا فرآیند ارائه می‌کند
را به یک ساختار منطقی اولیه تبدیل کند.

فرض کنید بخواهیم یک نوار نقاله را کنترل کنیم:

به‌جای اینکه مهندس تمام منطق را از ابتدا ایجاد کند،
می‌تواند این نیازمندی را در اختیار AI قرار دهد تا یک ساختار اولیه برای برنامه ایجاد شود.

این روش برای منطق‌های تکراری مانند موارد زیر کاربرد زیادی دارد:

• Motor Control
• Conveyor
• Pump
• Valve
• Tank
• Interlock
• Alarm
• Sequence Control

2. تولید Ladder و Structured Text یا SCL

آیا ChatGPT می‌تواند Ladder بنویسد؟

یکی از مزیت‌های AI در PLC این است که می‌تواند یک منطق کنترلی را
از توضیح متنی به ساختار Ladder یا زبان‌های متنی مانند SCL تبدیل کند.

برای مثال، منطق ساده یک موتور می‌تواند شامل Start، Stop و Overload باشد:

|----[/STOP]----[/OVERLOAD]----+----[START]----(MOTOR)
| |
| +----[MOTOR]----

این ساختار یک مدار Self-Hold یا Seal-in متداول است.
AI می‌تواند چنین منطق‌هایی را توضیح دهد یا ساختار اولیه آن‌ها را تولید کند.

از طرف دیگر، در زبان‌های متنی مانند
Structured Text و SCL
معمولاً تولید کد برای AI ساده‌تر است.

برای مثال:

IF Start AND NOT Stop AND NOT Overload THEN
    Motor := TRUE;
END_IF;

IF Stop OR Overload THEN
    Motor := FALSE;
END_IF;

در پروژه‌های بزرگ‌تر نیز AI می‌تواند در تولید بخش‌هایی مانند
State Machine، Sequence Control، مدیریت Alarm و پردازش داده کمک کند.

Siemens نیز قابلیت تولید SCL با ابزارهای هوش مصنوعی صنعتی خود را توسعه داده
و در نسل‌های جدیدتر، AI را بیشتر با محیط مهندسی TIA Portal یکپارچه کرده است.

3. تبدیل Specification به برنامه PLC

یکی دیگر از کاربردهای مهم AI در PLC،
تبدیل Specification یا توضیحات فرآیند به ساختار اولیه برنامه است.

در این حالت AI در PLC می‌تواند نیازمندی‌های نوشته‌شده توسط مهندس را
به بخش‌هایی مانند ورودی‌ها، خروجی‌ها، شرایط آلارم و Sequence تبدیل کند.

برای مثال:

اگر سطح مخزن کمتر از ۳۰ درصد شد، پمپ ورودی روشن شود. وقتی سطح به ۸۰ درصد رسید، پمپ خاموش شود. در صورت High-High Level نیز آلارم فعال شود.

AI می‌تواند این توضیح را به بخش‌های مختلف تقسیم کند:

• Variable List
• Logic
• Alarm Conditions
• State Description
• Interlock
• Sequence

در نتیجه مهندس به‌جای شروع برنامه از یک صفحه خالی،
یک ساختار اولیه و قابل توسعه برای ادامه کار خواهد داشت.

هرچه Specification یا مشخصات فنی پروژه دقیق‌تر و کامل‌تر باشد،
خروجی AI در PLC نیز با نیازهای واقعی پروژه
مطابقت بیشتری خواهد داشت.

4. توضیح و تحلیل کد PLC موجود

گاهی مسئله اصلی نوشتن برنامه جدید نیست؛ بلکه باید یک برنامه قدیمی را فهمید.

فرض کنید یک پروژه PLC مربوط به چند سال قبل در اختیار شما قرار گرفته،
اما Documentation مناسبی ندارد.

در این شرایط AI در PLC می‌تواند برای تحلیل برنامه بسیار مفید باشد.

یکی از کاربردهای ارزشمند AI در PLC در چنین شرایطی،
توضیح ساختار برنامه برای مهندسی است که قبلاً با پروژه کار نکرده است.

برای مثال می‌توان از AI پرسید:

• این Function Block چه کاری انجام می‌دهد؟
• این Interlock به چه شرایطی وابسته است؟
• چه چیزی باعث Stop شدن ماشین می‌شود؟
• این Routine چه Sequenceای را اجرا می‌کند؟
• ارتباط بین این ورودی‌ها و خروجی‌ها چیست؟

این قابلیت برای نگهداری پروژه‌های قدیمی و انتقال دانش بین مهندسان اهمیت زیادی دارد.

5. پیدا کردن خطا و بررسی Logic

یکی دیگر از کاربردهای مهم AI در PLC،
بررسی برنامه و پیدا کردن خطاهای احتمالی است.

AI می‌تواند Logic را بررسی کرده و مواردی مانند این‌ها را شناسایی کند:

• شرط‌هایی که هیچ‌وقت True نمی‌شوند
• Variableهای تعریف‌نشده
• Timerهای اشتباه
• Interlockهای ناقص
• Sequence ناقص
• Outputهایی که در چند قسمت کنترل می‌شوند
• شرایط متناقض
• Resetهای نامناسب

بنابراین AI می‌تواند یک ابزار کمکی برای Code Review باشد،
نه مرجع نهایی تأیید برنامه.

6. تولید Documentation و مستندسازی پروژه

مستندسازی یکی از بخش‌هایی است که در بسیاری از پروژه‌های صنعتی زمان زیادی می‌گیرد.

AI در PLC می‌تواند از روی کد و اطلاعات پروژه،
بخش زیادی از مستندات اولیه را آماده کند.

AI می‌تواند مواردی مانند زیر را آماده کند:

• توضیح Function Block
• توضیح Tagها
• Sequence Description
• Alarm List
• I/O Description
• Maintenance Notes
• توضیح عملکرد بخش‌های مختلف برنامه

این قابلیت به‌خصوص زمانی ارزشمند است که یک پروژه قدیمی مستندات ضعیفی داشته باشد.

برای مثال، مهندس می‌تواند یک Function Block را در اختیار AI قرار دهد
و از آن بخواهد عملکرد، ورودی‌ها، خروجی‌ها و شرایط خطای آن را به زبان ساده توضیح دهد.

7. کمک به طراحی HMI

AI در PLC فقط به خود برنامه PLC محدود نمی‌شود.
یکی دیگر از کاربردهای مهم آن، کمک به طراحی و توسعه HMI است.

در یک پروژه واقعی، ارتباط بین PLC و HMI اهمیت زیادی دارد و AI در PLC
می‌تواند برای پیشنهاد ساختار صفحات، وضعیت تجهیزات و آلارم‌ها نیز مورد استفاده قرار گیرد.

AI می‌تواند در مواردی مانند موارد زیر کمک کند:

• طراحی Screen
• تعریف Alarm
• ساخت Navigation
• Tag Binding
• ایجاد Objectهای HMI
• نمایش وضعیت تجهیزات

برای مثال اگر یک سیستم شامل سه پمپ، دو مخزن و چند Alarm باشد،
AI می‌تواند بر اساس Specification اولیه پیشنهاد دهد که چه اطلاعاتی
روی صفحه اصلی HMI نمایش داده شود و چه Alarmهایی برای اپراتور تعریف شوند.

در اکوسیستم Siemens نیز ابزارهای جدید AI به سمت پشتیبانی از محیط‌های
مهندسی PLC و HMI مانند TIA Portal و WinCC Unified حرکت کرده‌اند.

ChatGPT برای برنامه‌نویسی PLC بهتر است یا AI تخصصی؟

اینجا یک تفاوت مهم وجود دارد.

ChatGPT و مدل‌های عمومی AI می‌توانند درباره موضوعاتی مانند PLC،
Ladder، SCL، Structured Text، IEC 61131-3، Siemens و Allen-Bradley
اطلاعات زیادی داشته باشند.

اما معمولاً Context کامل پروژه واقعی را در اختیار ندارند.

برای مثال ChatGPT به‌صورت پیش‌فرض نمی‌داند:

• PLC پروژه شما چه مدلی است.
• Tagهای پروژه چه نام‌هایی دارند.
• Hardware Configuration چگونه است.
• چه Function Blockهایی قبلاً ساخته شده‌اند.
• استاندارد نام‌گذاری شرکت چیست.
• HMI چگونه طراحی شده است.
• چه Interlockهایی در پروژه وجود دارد.

آیا AI واقعاً می‌تواند Ladder تولید کند؟

بله، اما باید سه سطح مختلف را از یکدیگر جدا کنیم.

سطح اول: تولید منطق Ladder

AI می‌تواند منطق یک Rung را به‌صورت متنی یا ASCII توضیح دهد.

سطح دوم: تولید کد قابل استفاده

AI می‌تواند منطق را به زبان‌هایی مانند SCL، Structured Text و ST تبدیل کند.

سطح سوم: ایجاد مستقیم Logic در نرم‌افزار

در این حالت AI مستقیماً با محیط مهندسی PLC ارتباط دارد
و می‌تواند در ایجاد یا اصلاح برنامه داخل محیط مهندسی کمک کند.

این همان مسیری است که ابزارهایی مانند Siemens Eigen
و Rockwell FactoryTalk Design Studio Copilot دنبال می‌کنند.

یک مثال واقعی از AI در PLC

در یک سناریوی واقعی، AI در PLC می‌تواند برای طراحی منطق Lead/Standby
در سیستم‌های پمپاژ نیز به مهندس کمک کند.

فرض کنیم دو پمپ داریم.

می‌توانیم از AI بخواهیم:

برای Siemens S7-1500 یک Function Block برای کنترل دو پمپ Lead/Standby طراحی کن. Pump 1 پمپ اصلی باشد. اگر Pump 1 Fault شد و Run Request فعال بود، بعد از سه ثانیه Pump 2 روشن شود. در صورت فعال‌شدن Emergency Stop هر دو پمپ خاموش شوند. کد را با SCL بنویس و منطق برنامه را نیز توضیح بده.

AI می‌تواند ابتدا منطق را تحلیل کند و سپس آن را به SCL یا Structured Text تبدیل کند.

بزرگ‌ترین خطر استفاده از AI در PLC چیست؟

بزرگ‌ترین خطر لزوماً Syntax اشتباه نیست.

به همین دلیل در استفاده از AI در PLC باید خروجی تولیدشده
را با Requirement واقعی، فرآیند، I/O و شرایط ایمنی مقایسه کرد.

برای مثال AI ممکن است:

• یک Interlock مهم را فراموش کند.
• دو خروجی متناقض ایجاد کند.
• State ماشین را اشتباه مدیریت کند.
• شرایط Restart را ناقص در نظر بگیرد.
• Reset یک Fault را بدون شرط مناسب انجام دهد.

به همین دلیل خروجی AI باید توسط مهندس اتوماسیون بررسی،
شبیه‌سازی و Validation شود.

آیا می‌توان از AI برای Safety PLC استفاده کرد؟

استفاده از AI برای
ایده‌پردازی، توضیح، مستندسازی و کمک مهندسی
می‌تواند مفید باشد.

اما در بخش‌های Safety مانند موارد زیر باید بسیار محتاط بود:

• Emergency Stop
• Light Curtain
• Guard Door
• Safety Relay
• Safe Torque Off

منطق Safety باید بر اساس استانداردهای مربوطه طراحی
و توسط افراد واجد صلاحیت بررسی و Validation شود.

آیا AI جای مهندس PLC را می‌گیرد؟

احتمالاً نه؛ اما نقش مهندس PLC تغییر خواهد کرد.

در واقع استفاده گسترده از AI در PLC می‌تواند باعث شود مهندس
بخش بیشتری از زمان خود را به تحلیل فرآیند، معماری، تست و تصمیم‌گیری اختصاص دهد.

بخش‌هایی مانند موارد زیر می‌توانند با کمک AI سریع‌تر انجام شوند:

• Boilerplate Code
• Logicهای تکراری
• Documentation
• Code Explanation
• Debug اولیه
• جست‌وجوی Manual

در مقابل، اهمیت مهارت‌هایی مانند موارد زیر بیشتر خواهد شد:

• درک فرآیند
• طراحی معماری
• Safety
• Commissioning
• Troubleshooting
• Validation
• تصمیم‌گیری مهندسی

چطور از ChatGPT برای برنامه‌نویسی PLC استفاده کنیم؟

به جای اینکه فقط بنویسیم:

برای من Ladder بنویس.

بهتر است اطلاعات پروژه را دقیق مشخص کنیم.

یک Prompt دقیق برای AI در PLC باید مشخص کند
که PLC، نرم‌افزار مهندسی، زبان برنامه‌نویسی، ورودی‌ها، خروجی‌ها
و شرایط عملکرد سیستم چه هستند.

مثلاً:

برای Siemens S7-1500 و TIA Portal یک Function Block با زبان SCL طراحی کن.

ورودی‌ها:
Start
Stop
MotorReady
Overload

خروجی:
MotorRun

موتور با Start روشن شود و با Stop یا Overload خاموش شود.
اگر MotorReady برابر False بود، اجازه Start وجود نداشته باشد.

ابتدا منطق برنامه را توضیح بده و سپس کد SCL را ارائه کن.

این نوع Prompt اطلاعات بیشتری در اختیار AI قرار می‌دهد
و احتمال تولید خروجی مناسب را افزایش می‌دهد.

چه اطلاعاتی را باید در اختیار AI قرار دهیم؟

برای دریافت خروجی بهتر از AI در PLC،
بهتر است موارد زیر مشخص شوند:

• برند PLC
• مدل CPU
• نرم‌افزار مهندسی
• زبان برنامه‌نویسی
• Inputها
• Outputها
• Sequence
• Interlockها
• Fault Conditionها
• Reset Logic
• Auto/Manual
• Safety Requirementها

آینده AI در برنامه‌نویسی PLC

مسیر فعلی صنعت نشان می‌دهد که AI احتمالاً از یک Chatbot ساده
به سمت Engineering Agent حرکت خواهد کرد.

در آینده، AI در PLC می‌تواند از یک Specification اولیه،
بخش بزرگی از ساختار پروژه را پیشنهاد یا تولید کند:

1. ایجاد I/O List
2. تعریف Tagها
3. ایجاد Function Block
4. تولید Sequence
5. طراحی HMI
6. ایجاد Alarm
7. تولید Documentation
8. Simulation
9. ایجاد Test Case
10. بررسی و Validation

در این مدل، نقش مهندس از «نوشتن تک‌تک خطوط کد»
بیشتر به سمت
تعریف Requirement، بررسی خروجی و تأیید نهایی سیستم
حرکت می‌کند.

جمع‌بندی؛ آینده AI در PLC

پس آیا AI در PLC واقعاً کاربردی است؟

اما نباید فراموش کنیم که AI جایگزین دانش فرآیند و مهندسی اتوماسیون نیست.

بهترین مدل استفاده از AI در PLC این است:

Requirement
↓
AI Draft
↓
Engineer Review
↓
Simulation
↓
Validation
↓
Deployment

نه اینکه:

بنابراین آینده برنامه‌نویسی PLC احتمالاً متعلق به مهندسی نیست
که AI را جایگزین خود می‌کند؛ بلکه متعلق به مهندسی است که

PLC را به‌خوبی می‌شناسد و می‌داند چگونه از AI به‌عنوان یک ابزار مهندسی استفاده کند.

سوالات متداول