کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر (plc)

مشاهده لینک ها و تصاویر پس از ورود یا عضویت

مقدمه :
امروزه با پدیدار شدن ریزپردازنده ها و پیشرفت فن آوری حالت جامد در عرصه علم و تکنولوژی-که بی شک آن را می توان بزرگترین پدیده در علوم الکترونیک دانست - چهره محیط های صنعتی به کلی دگرگون شده است.
این مهم که به موازات تحول در عرصه کامپیوتر، پا به دنیای الکترونیک گذاشت؛ در نقش پلی بین این دو علم، یعنی الکترونیک و کامپیوتر قرار گرفت و برای اولین بار به راحتی امکان تلفیق سخت افزار توسط مهندسین هر دو فن را ممکن نمود.بدین ترتیب، در یک کاربرد خاص به جای بکارگیری اجزایی متشکل از مدارهای منطقی با سخت افزارهای تقریباً ثابت و تلفیق آن با پدیده مهم نرم افزار، امکان طراحی و ساخت هزاران پروژه کاربردی ممکن گردید. یکی از مهمترین خصوصیات این مدارها در صورت لزوم، انجام تغییر و تصحیح در نرم افزار و برنامه کاربر مورد نظر است که کمتر لزوم تغییرمدارها و سخت افزار را در آن می طلبد.این خواص و سهولت دستیابی به ریزپردازنده ها و اجزای جانبی مربوطه دربازارهای جهانی، این پدیده را به عنوان اهرم بسیار مهمی جهت رشد و شکوفایی صنایع الکترونیک نمایان کرد؛ چرا که غیر از ساخت این نوع مدارهای مجتمع که کماکان تکنولوژی پیشرفته ای را می طلبد، قادر خواهیم بود سایر مراحل انجام یک پروژه کاربردی را خود به انجام برسانیم.

PLC :
«PLC» نیز مولود پدیده ظهور ریزپردازنده هاست و مخفف «Programmable logic controller» می باشد.این سیستم، وسیله ای است که متناسب با برنامه ای که دریافت می کند، وظیفه ای را انجام می دهد.به عبارت دیگر،«PLC» نوعی کامپیوتر است که برنامه ای خاص را اجرا می کند.با ظهور«PLC»تجهیزات و قطعات استفاده شده در کنترل فرآیندهای صنعتی وخطوط تولید تغییر کردند و مدارهای رله کنتاکتوری و سخت افزاری حالت جامد کم کم جای خود را به کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی، یعنی «PLC»ها دادند.امروزه در طراحی مدارهای کنترل کننده خطوط تولید و فرآیندهای صنعتی، استفاده از مدارهای رله کنتاکتوری منسوخ گردیده است و در اکثر کارخانه ها و مراکز صنعتی از سیستم های«PLC»استفاده می شود.

ساختمان «PLC»و اجزای تشکیل دهنده آن :
ساختمان و علمکرد یک «PLC»بسیار شبیه به یک کامپیوتر می باشد؛ لذا بر این اساس یک «PLC»از هفت قسمت تشکیل شده است:
1-منبع تغذیه
2-حافظه
3-واحد پردازنده مرکزی (CPU)
4-ترمینال ورودی
5-ترمینال خروجی
6-مدول ارتباط پروسسوری (CP)
7-مدول رابط (IM)

منبع تغذیه :
منبع تغذیه،ولتاژهای موردنیاز«PLC»را تأمین می کند.این ولتاژها معمولاً 5v+ و 12v+ و 12v-و 24v هستند.برای تولید ولتاژهای یاد شده، منبع تغذیه از برق شهر، 220 ولت را دریافت کرده و پس از کاهش سطح آن به صورت ولتاژ DC تولید می شود.ولتاژ 5+ولت برای تغذیه آی سی های TTL و دیگر قطعات الکترونیک، و ولتاژ 24 ولت DC در ترمینال های ورودی و خروجی مورد استفاده قرار می گیرد.در شرایط خاص که برق شهر از مدار خارج شود، برای حفظ اطلاعات پروسه، از یک ولتاژ اضطراری به مقدار 2/8 تا 3/6 ولت استفاده می کنند که این ولتاژ توسط یک باتری به نام Backup تأمین و به طور خودکار توسط برق شهر شارژ می شود.

حافظه :
حافظه، یکی از بخش های مهم «PLC»است که برنامه های ثابت و قابل تغییر در آنجا ذخیره می شود.دو سیستم «PLC»، دو نوع حافظه EPROM یا EEPROM و Ram مورد استفاده قرار می گیرد، در این حافظه ها، اطلاعات برنامه کنترل و برنامه سیستم عامل که کارش مدیریت کل «PLC»است، ذخیره می شود.در حافظه Ram، اطلاعات موقت همچون فلگ ها، تایمر و شمارنده ها ذخیره می شود، در صورتی که در حافظه EPRom اطلاعات برنامه های کاربردی و سیستم عامل ذخیره می شود.

واحد پردازنده مرکزی (CPU) :
CPU، در حقیقت قلب «PLC»است.کار آن، دریافت اطلاعات از ورودی ها و پردازش این اطلاعات، مطابق دستورات برنامه وصدور فرمان هایی به خروجی می باشد.توان افزایش سرعت پردازش اطلاعات در یک «PLC»دقیقاً وابسته به CPU مورد استفاده در سیستم سخت افزاری است.

ترمینال ورودی :
معمولاً به وسیله حسگرها، سیگنال های ورودی به ترمینال های موردنظر وصل می شوند که این سیگنال ها به صورت سیگنال 24 ولت است.برای ارسال سیگنال فوق به «PLC»باید سطح ولتاژ را به 5 ولت رساند و سپس به ورودی «PLC»وصل کرد.سیگنال های ورودی به صورت آنالوگ بین 10v+-تا 0 و 4-20 maو 0-20 ma در پروسه ها وجود دارد.

ترمینال خروجی :
از این قسمت، فرمانهای سیستم کنترل به اجرا کننده فرمان یعنی محرکها ارسال می شوند. سیگنالهای خروجی معمولاً 24 ولت و صفر می باشد که در صورت مناسب نبودن برای تحریک محرک ها، به وسیله تقویت کننده ها تقویت می شوند.شایان ذکر است که سطح ولتاژ خروجی در «PLC»، حداکثر 5 ولت است که بایستی به 24 ولت تبدیل شود تا مناسب تحریک، رله ها و ...باشد. از آنجایی که در ساختار داخلی CPU، ارتباط بین قسمت ها توسط باس انجام می گیرد؛ لذا بر این اساس اتصالات در «PLC»به شدت کاهش می یابد.

مسیرهای اتصالی در داخل CPU شامل قسمت های زیر می باشد :
1-مسیر آدرس:هشت خط که به هشت بیت آدرس وصل می شود و آدرس ورودی، خروجی و حافظه را انتقال می دهد.
2-مسیر داده:هشت خط است که اطلاعات را وارد سیستم کرده، یا اطلاعات پردازش شده را به خروجی انتقال می دهد.
3-مسیر کنترل:مسیری است که سیگنال های کنترل به قسمت های مختلف سخت افزاری «PLC»ارسال می گردد.

مدول ارتباط پروسسوری (CP) :
این مدول، ارتباط بین CPU مرکزی را با CPUهای جانبی برقرار می سازد.

مدول رابط (IM) :
در صورت نیاز به اضافه کردن واحدهای دیگر ورودی و خروجی به «PLC»یا برای اتصال پانل اپراتوری و پروگرامر به «PLC» از این مدول ارتباطی استفاده می شود.در صورتی که چندین «PLC»به صورت شبکه به یکدیگر متصل شوند، از واحد IM جهت ارتباط آنها استفاده می گردد.

تفاوت ها و مزایای مهم «PLC» نسبت به مدارات فرمان رله ای :
1-استفاده از«PLC»موجب کاهش حجم تابلوی فرمان می شود.
2-استفاده از«PLC»مخصوصاً در فرآیندهای عظیم موجب صرفه جویی قابل توجهی در هزینه لوازم و قطعات می شود.
3-«PLC»ها، استهلاک مکانیکی ندارند؛ بنابراین، علاوه بر عمر بیشتر، نیازی به تعمیرات و سرویس های دوره ای نخواهند داشت.
4-«PLC»ها، انرژی کمتری مصرف می کنند.
5-«PLC»ها برخلاف مدارات رله کنتاکتوری، نویزهای الکتریکی و صوتی ایجاد نمی کنند.
6-استفاده از یک «PLC»منحصر به پروسه و فرآیند خاص نیست و با تغییر برنامه می توان به آسانی، از آن برای کنترل پروسه های دیگر استفاده کرد.
7-طراحی و اجرای مدارهای کنترل و فرمان با استفاده از «PLC»ها، بسیار سریع و آسان است.
8-برای عیب یابی مدارات فرمان الکترومکانیکی، الگوریتم و منطق خاصی را نمی توان پیشنهاد نمود.این امر، بیشتر تجربی بوده و بستگی به سابقه آشنایی فرد تعمیرکار با سیستم دارد.در صورتی که عیب یابی در مدارات فرمان کنترل شده توسط «PLC»به آسانی و با سرعت بیشتری انجام می شود.
9-«PLC»ها می توانند با استفاده از برنامه های مخصوص، وجود نقص و اشکال در پروسه تحت کنترل را به سرعت تعیین و اعلام کنند.

انواع زبان های برنامه نویسی و امکانات نرم افزاری :
امروزه، استانداردهای خاص بین المللی مثل IEC1131 برای برنامه نویسی و کار با «PLC»ها وجود دارد که اغلب شرکت های سازنده و طراح «PLC»که معمولاً نرم افزارهای مخصوص «PLC»های خودشان را نیز تولید می کنند، از این روشهای استانداردشده پیروی می کنند.
به طور کلی، می توانیم زبان های برنامه نویسی را در«PLC»به پنج دسته تقسیم کنیم:
1-زبان SFC
2-زبان FBD
3-زبان LD
4-زبان ST
5-زبان IL
پنج زبان یاد شده، زبانهای استاندارد و شناخته شده در «PLC»ها هستند و کمپانی های سازنده سخت افزار و نرم افزار «PLC»ها نیز با وجود اختلاف های جزئی که ممکن است در نام یا ظاهر نرم افزارهایشان با نمونه های اصلی باشد، همگی براساس همین روش های استاندارد شده حرکت می کنند. از شرکت های سازنده «PLC»به طور مثال می توان به OMROM، ALLEN BRADLEY، AEG، SIEMENS و MITSUBISHI اشاره کرد.

کاربردهای «PLC» :
امروزه کاربرد«PLC»در صنایع و پروسه های مختلف صنعتی فراوان به چشم می خورد.برخی از این کاربردها عبارت است از:
1-صنایع اتومبیل سازی:شامل عملیات سوراخ کاری خودکار، اتصال قطعات سیستم رنگ پاش و شکل دادن بدنه به وسیله پرس های خودکار و...
2-صنایع پلاستیک سازی : شامل ذوب و قالبگیری و آنالیز پلاستیک.
3-صنایع سنگین : کوره های صنعتی، سیستم های کنترل دمای خودکار
4-صنایع شیمیایی : سیستم های مخلوط کننده و ترکیب کننده مواد.
5-صنایع غذایی : سیستم های سانتریفیوژ، سیستم های عصاره گیری و بسته بندی
6-صنایع ماشینی : بسته بندی، سوراخ کاری، اعلام خطر و جوش فلزات
7-صنایع تبدیل انرژی : ایستگاه های تولید نیرو و کنترل پمپ های آب و تصفیه آب و هوای صنعتی


منابع :
1-مرجع کامل PLC، مهندس فربد قابوسی
2-کنترل صنعتی، مهندس سورنا مرآت
3-PLC مقدماتی، مهندس اسدالله کاظمی
4-اصول و اجزاء کنترل صنعتی، سید حجت سبزپوشان
5- وبسایت تخصصی تاسیسات و تهویه مطبوع
6- طلاعات علمی، شماره 9.