کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی برای کنترل و مدیریت درست و دقیق فرآیندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. صنعتگران و واحدهای تولیدی و کارخانجات مختلف استفاده از این سیستم را متناسب با نوع نیاز خود و در جهت اجرای صحیح فرآیندهای خود بر نیروهای انسانی و سیستمهای قدیمی ترجیح می‌دهد. در این مقاله، به بررسی انواع سیستم PLC، مزایا و نحوه عملکرد آن می‌پردازیم.
Plc مخفف چیست؟
PLC یا کنترلر منطقی قابل برنامه‌ریزی، مخفف عبارت Programmable Logic Controller است به عنوان یک کامپیوتر صنعتی به هم پیوسته برای کنترل فرآیندهای سیستم از محلی مشخص طراحی شده است.
PLC به عنوان هسته مرکزی تجهیزات اتوماسیون صنعتی شناخته می‌شود. به جای استفاده از چندین ماشین یا پرسنلی برای مدیریت سیستم‌ها و تجهیزات مختلف، کنترل کننده‌های PLC فعالیت‌های مختلفی را به صورت همزمان با استفاده از یک ماژول ورودی / خروجی داخلی انجام می‌دهند.
تاریخچه PLC
برای درک هدف کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی باید به گذشته آن، دهه 1960 میلادی بازگردیم. در این دوران فرآیندهای ماشین آلات با استفاده از رله‌های الکترومکانیکی کنترل می‌شدند. سیستم‌هایی که تمام صنعت را اشغال می‌کردند. این سیستم‌ها معایبی داشتند:
- الزام سیم‌کشی به ترتیبی خاص
- زمان‌بر بودن عیب یابی سیستم
- فرسوده شدن اجزای رله و نیاز به عیب یابی مدام
- نیاز به برنامه نگهداری دقیق
- بزرگ بودن و دست و پاگیر بودن سیستم
طولی نکشید که مهندسین با عرضه راه‌حل‌های ایده پردازانه، تلاش کردند این نقاط ضعف را برطرف کنند. اولین نسخه از PLC با ورود کنترلرهای رایانه‌ای به صنایع توسعه یافت. اختراع کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی به ریچارد مورلی و شرکت وی، بدفورد و همکاران نسبت داده می‌شود.
انواع plc
پی ال سی ها به دسته های مختلفی تقسیم بندی می‌شوند که در ادامه انواع پی ال سی را معرفی خواهیم کرد.
- Modular PLC
- Compact PLC
- mini PLC
- Rack PLC
مزایای سیستم PLC
مخترعین این سیستم تمام تمرکز خود را بر درک درست آن توسط مهندسین برق و کارخانه‌های مختلف معطوف کردند. با آزمایشات فراوان و پس از آزمون و خطای بسیار در نهایت به یک کنترلری که بتواند نقاط ضعف سیستم قبلی را رفع کنند و در عین حال کاربرپسند باشد رسیدند. این نرم‌افزار نسخه MODICON 184 بود.
امروزه، PLCها نسبت به رله‌های سخت افزاری گذشته، مزایای بسیاری را عرضه می‌کنند که از جمله آن‌ها می‌توان به قابلیت اطمینان، انعطاف‌پذیری، مقرون به صرفه بودن، سرعت، ارتباط بهتر و عملکردهای پیشرفته پردازش داده را نام برد. با این‌حال امکان برنامه ریزی مجدد منحصر به فردترین ویژگی سیستمهای PLC است. این مزیت این سیستم‌ها را کاملا متناسب با تغییرات فرآیندها یا نظارت بر نیازهای برنامه می‌کند.
کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی چندین ابزار تشخیصی برای عیب یابی آسان دارند؛ از جمله:
- گزارشات تولید
- گزارشات خطا
- شبیه سازی گام به گام برنامه‌ای
- اجرای دستی ورودی‌ها / خروجی‌ها
تک ولتاژ عرضه کننده انواع پی ال سی ال اس می‌باشد.
کاربرد سیستمهای PLC
کنترلرهای منطقی قابل برنامه‌ریزی توانایی نظارت بر انواع مکان‌ها را دارند و در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. PLC کاربردهای زیادی دارد و در دستگاه‌های اتوماسیون فرآیند، صنعت شیشه، صنعت کاغذ، تولید سیمان، در نیروگاه‌های بخار – حرارتی و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اجزای کلیدی سازنده یک سیستم PLC
ساختار PLC تقریبا مشابه با معماری رایانه است. سیستمهای PLC مدرن امروزه، توانایی انجام بسیاری از کارها را دارند. کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی به طور مداوم مقادیری از ورودی دستگاه‌های مختلف سنجش ورودی (مانند شتاب سنجف سیگنال‌های سیم‌کشی و …) را کنترل کرده و متناسب با تولید صنعت مورد استفاده، خروجی متناظری را تولید می‌کنند. یک سیستم معمولی 5 قسمت اساسی دارد:
- شاسی
- منبع تغذیه
- واحد پذیرش مرکزی (CPU)
- ماژول ورودی و خروجی
- ماژول رابط ارتباطی
رک یا شاسی
تمامی سیستمهای کنترلر منطقی قابل برنامه‌ریزی، دارای رک یا شاسی هستند. این جز مهم‌ترین بخش سیستم است و به عنوان ستون اجرایی آن عمل می‌کند. PLCها را می‌توان در اندازه‌ها و شکل‌های متفاوت مورد استفاده قرار داد. هر چه سیستمهای کنترل بزرگ‌تر شوند، شاسی‌های بزرگ‌تری برای به کارگیری در PLC نیاز است.
در اندازه‌های کوچک PLC، یک پیکربندی ثابت برای ماژول ورودی / خروجی در نظر گرفته می‌شود. بنابراین نوع رک مورد نیاز، ماژولار است و متناسب با استفاده انواع مختلفی از ماژول‌های ورودی / خروجی را در خود جای می‌دهد. شاسی، محل قرار گیری تمامی ماژول‌های ورودی و خروجی خواهد بود.
منبع تغذیه
ماژول منبع تغذیه، وظیفه تامین توان مورد نیاز کل سیستم PLC را بر عهده دارد. این ماژول با تبدیل برق AC به جریان DC مورد نیاز برای CPU و ماژول ورودی / خروجی کار خود را انجام می‌دهد. منبع تغذیه PLC معمولا 24 ولت DC است. تعداد اندکی از PLCها، به صورت جداگانه از منبع تغذیه استفاده می‌کنند.
ماژول CPU و حافظه
ماژول CPU از یک پردازنده مرکزی، ROM و حافظه RAM تشکیل می‌شود. یک سیستم عامل، درایورهای مختلف و برنامه‌های کاربردی در حافظه ROM قرار گرفته‌اند. ذخیره برنامه‌ها و اطلاعات در حافظه RAM انجام می‌شود. CPU به عنوان مغزی PLC عمل می‌کند و با ریز پردازنده هشت هشتی یا شانزده شانزدهی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
به جای تایمرها، رلهها (رله زیمنس و رله اشنایدر) و شمارنده‌ها از یک پردازنده مبتنی بر ریز پردازنده استفاده می‌شود. برای ترکیب با PLC می‌توان از دو نوع پردازنده تک بیتی یا کلمه‌ای استفاده کرد. پردازنده تک بیتی مناسب برای انجام توابع منطقی است و CPUهای کلمه‌ای برای پردازش داده‌های عددی، پردازش متن، کنترل و ضبط داده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
CPU داده‌های ورودی سنسورها را می‌خواند، پردازش می‌کند و در در نهایت دستور لازم را به دستگاه‌های کنترل ارسال می‌کند. یک منبع تغذیه DC برای تامین سیگنال ولتاژ مورد استفاده قرار می‌گیرد. قطعات الکترونیکی دیگری نیز در این ماژول برای اتصال کابل‌های مورد استفاده دیگر واحدها، به کار گرفته می‌شوند.
ماژول‌های ورودی و خروجی
در کنترلرهای منطقی قابل برنامه‌ریزی از ماژول‌های ورودی و خروجی به عنوان رابط ورودی خروجی استفاده می‌گردد. کلیدهای فشار، سوئیچ و غیره از جمله دستگاه‌هار ورودی و بخاری برقی، سوپاپ، رلهها و غیره از جمله دستگاه‌های خروجی هستند. ماژول ورودی / خروجی به ارتباط میان دستگاه‌های ورودی و خروجی با ریز پردازنده‌ای کمک می‌کند.
چهار عملکرد اصلی برای ماژول ورودی PLC تعریف شده است:
- دریافت کردن سیگنال از دستگاه‌های فرآیندی پردازشگر با ولتاژ 220 ولت AC توسط رابط ماژول ورودی
- تبدیل سیگنال ورودی به جریان DC 5 ولت که قابل استفاده توسط PLC است.
- استفاده از بلوک ایزولاتور (جداکننده) برای جداسازی / جلوگیری از نوسان و اختلال PLC
- در نهایت، ارسال نمودن سیگنال به انتهای خروجی PLC
در هر ماژول ورودی دو بخش اصلی وجود دارد: بخش تغذیه و بخش منطقی. این دو بخش به لحاظ الکتریکی مستقل از هم هستند که در ابتدا دکمه فشاری بسته است. جریان برق 220 جریان متناوب از طریق مقاومت‌های R1 و R2 به مدار پل داده می‌شود. یکسوکننده پل به منظور تبدیل سیگنال AC به DC و دیود زنر برای تامین ولتاژ فضار پایین به LED به کار می‌روند. زمانی که نور از LED بر روی فوتوترانزیستور می‌افتد، فعالیت در ناحیه هدایت انجام می‌شود. در نهایت یک جریان 5 ولت DC به پردازنده داده می‌شود.
ماژول خروجی مشابه با ماژول ورودی است اما با روند وارونه عمل می‌کند. این ماژول برای ایجاد ارتباط بین بار خروجی و پردازنده استفاده می‌شود. بنابراین در این ماژول اولین بخش منطقی و بخش دوم تغذیه است.
LED هنگامی روشن می‌شود که سیگنال منطقی بالایی از پردازنده ایجاد گردد. در ادامه اجازه می‌دهد که نور بر روی فوتو ترانزیستور بیفتد. زمانی که ترانزیستور به منطقه هدایت می‌رود، یک پالس به گیت ترایاک تولید می‌کند. در اینجا بلوک جداکننده به منظور جداسازی بخش منطقی از بخش کنترل مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ماژول رابط ارتباطی
جهت انتقال ارتباطات بین پردازنده (CPU) و شبکه‌های ارتباطی، ماژول‌های هوشمند ورودی و خروجی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ماژول‌های ارتباطی به برقراری ارتباط با سایر PLC و رایانه‌هایی که در یک مکان دور قرار گرفته‌اند کمک می‌کند.
انواع PLC
PLC دارای دو نوع اصلی PLC کامپکت (ثابت) و PLC ماژولار است.
PLC کامپکت یا ثابت
ماژول‌های زیادی در یک حالت واحد وجود خواهد داشت. در این حالت تعداد ثابتی از ماژول‌های I / O و کارت‌های I / O خارجی وجود دارد. این ماژول‌ها قابلیت گسترش ندارند و هر یک از ورودی و خروجی‌ها توسط سازنده تعیین می‌شود.
PLC ماژولار
در PLC ماژولار، می‌توان چندین PLC را از طریق ماژول‌ها توسعه داد و همچنین اجزای ورودی / خروجی را افزایش داد. از این رو به آن PLC ماژولار می‌گویند. از آن‌جایی که اجزا مستقل از هم عمل می‌کنند، استفاده از این نوع آسان‌تر است.
از سوی دیگر، PLCها با توجه به اندازه فیزیکی در سه اندازه مینی، میکرو، نانو دسته بندی می‌شوند. براساس خروجی نیز 3 نوع PLC داریم: خروجی رله، خروجی ترانزیستور و PLC خروجی ترایاک. نوع خروجی رله برای دستگاه‌های خروجی AC و DC مناسب‌تر است. نوع خروجی ترانزیستور PLC از عملیات سویئیچینگ استفاده می‌کند و از آن در داخل ریز پردازنده‌ها استفاده می‌شود.
برخی تولیدکنندگان PLC عبارتند از: آلن بردلی، ABB، زیمنس، میتسوبیشی PLC، PLC هیتاچی، دلتا PLC، جنرال الکتریک (GE) PLC و هانی ول PLC.
همچنین می‌توانید برای آشنایی با انواع کنتاکتور و نحوه نصب کنتاکتور مقاله دیگر ما با این موضوع را بخوانید.
برنامه ریزی PLC
استفاده از PLC و طراحی و پیاده سازی آن، وابسته به نوع استفاده است. برای انجام آن، ابتدا باید در خصوص برنامه ریزی PLC اطلاعاتی داشته باشیم. یک برنامه PLC مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های متنی یا گرافیکی است که نشان‌دهنده منطق حاکم بر فرآیند کنترل PLC هستند.
در زبان‌های برنامه نویسی PLC دو نوع طبقه بندی اصلی وجود دارد که بیشتر داره طبقه بندی زیر هستند:
- زبان متنی
- لیست دستورالعمل‌ها
- متن ساختاریافته
- فرم گرافیکی
- نمودارهای نردبانی (LD) (یعنی منطق نردبانی)
- نمودار بلوک عملکردی (FBD) Function Block Diagram
- نمودار تابع متوالی (SFC) Sequential Function Chart
اگرچه تمامی این زبان‌های برنامه نویسی ذکر شده قابل استفاده در برنامه نویسی PLC هستند، زبان‌های گرافیکی (مانند منطق نردبانی) معمولا به زبان‌های متنی (مانند برنامه نویسی متن ساختار یافته) ارجحیت دارند؛ زیرا ویژگی‌هایی ساده و آسان دارند.
منطق نردبانی
ساده‌ترین شکل برنامه ریزی PLC منطق نردبانی است که همچنین به عنوان منطق رله شناخته می‌شود. کنتاکت‌های رله‌ای که در سیستمهای کنترل شده رله استفاده می‌شوند، با استفاده از منطق نردبان نشان داده می‌شوند. شکل زیر نمونه‌ای ساده از نمودار نردبانی را نشان می‌دهد:
در مثال بالا، از دو کلید فشار برای کنترل بار لامپ یکسان استفاده شده است. با بسته شده هر یک از کلید‌ها، لامپ روشن می‌شود. دو خط افقی پله و دو خط عمودی ریل نامیده می‌شوند. هر پله اتصال الکتریکی بین ریل مثبت (Positive) و ریل منفی (Negative) ایجاد می‌کند. این موضوع به ایجاد جریان بین دستگاه‌های ورودی و خروجی منجر می‌شود.
نمودارهای بلوک عملکردی
نمودار بلوک عملکردی (FBD) روشی ساده و گرافیکی برای برنامه ریزی چندین تابع در PLC است. PLCOpen با استفاده از دیاگرام بلوک عملکردی در استاندارد IEC 61131-3 شرح داده است. بلوک عملکرد یک واحد دستورالعمل برنامه‌ای است که در صورت اجرا، یک یا چند مقدار خروجی ارائه می‌دهد.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، بلوک عملکرد توسط یک بلوک نشان داده می‌شود. بدین صورت که ورودی‌هایی از سمت چپ وارد یک بلوک مستطیل شکل می‌شوند؛ خروجی‌های مذکور در سمت راست قرار گرفته‌اند. شرایط بین وضعیت ورودی و خروجی بین شکل نشان داده شده است.
مزیت استفاده از FBD این است که می‌توان از هر تعداد دلخواه ورودی و خروجی در بلوک عملکردی استفاده کرد. هنگام استفاده از ورودی و خروجی‌های متعدد، می‌توان خروجی یک بلوک عملکردی را به ورودی بلوک دیگر ربط داد و از این طریق یک نمودار بلوک عملکردی ایجاد کرد.
بلوک‌های مختلف عملکردی که قابل استفاده در برنامه نویسی FBD هستند در شکل زیر نشان داده شده‌اند.
نمودار نردبانی و معادل بلوک عملکرد را در نمادگذاری زیمنس در شکل زیر نمایش داده شده‌اند:
برنامه نویسی متنی ساختار یافته
متن ساختار یافته، یک زبان برنامه نویسی متنی است که با استفاده از دستورالعمل‌ها، آن‌چه باید اجرا شود را تعیین می‌کند، بر اساس پروتکل‌های برنامه نویسی مرسوم‌تری اجرا می‌شود و به حروف بزرگ و کوچک حساس نیست. یک سری عبارات از بیان وظایف و روابط میان آن‌ها با استفاده از چندین عملگر مختلف تشکیل شده‌اند. عملگرهای متنی در تصویر زیر نشان داده شده‌اند.
نحوه عیب یابی plc
اولین کاری که در عیب یابی پی ال سی باید انجام داد، این است که محدوده مشکل را با استفاده از نرم افزارهای مختلف شناسایی کرد.
نحوه عملکرد PLC
برای درک بهتر یک سیستم PLC بهتر است نحوه کار یک کنترل کننده PLC را پس از نوشتن برنامه و انتخاب ماژول‌های I / O مناسب را یاد بگیرید. کنترلر منطقی قابل برنامه ریزی داده‌های وارد شده (ورودی‌ها) را پردازش می‌کند، دستورالعمل‌ها را از برنامه اجرا می‌کند و در نهایت نتایج (خروجی‌ها) را بر اساس اطلاعات ارائه شده و منطق نوشته شده نشان می‌دهد. کاربر پس از تعیین ورودی‌ها و خروجی‌ها، PLC را وارد یک حلقه تکرار می‌کند.
عملکرد PLC دارای چهار مرحله اصلی است:
- اسکن ورودی (Input Scan): برای تشخیص وضعیت دستگاه‌های ورودی متصل به PLC
- اسکن برنامه (Program Scan): اجرای برنامه ایجاد شده توسط کاربر
- اسکن خروجی (Output Scan): راه‌اندازی و کنترل تمامی دستگاه‌های خروجی متصل به PLC
- نگهداری (Housekeeping): ایجاد ارتباط میان سایر دستگاه‌ها و اجرای موارد تشخیص داده شده
Plc در اتوماسیون صنعتی
کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی مشابه با رایانه‌‌های صنعتی هستند. plcها می‌توانند به عنوان واحدهایی مستقل کار کنند و به صورت مداوم عملکرد خاص دستگاه را کنترل کرده و به صورت خودکار درآورند. PLCها می‌توانند به عنوان یک شبکه عمل کنند. چنین شبکه‌ای می‌تواند کل خط تولید را مدیریت و کنترل کند. همچنین می‌توانند برای نظارت و کنترل بسیاری از سنسورها و محرک‌ها سازگاری یابند. آن‌ها سیگنال‌هایی الکتریکی را پردازش می‌کنند و تقریبا برای هر برنامه‌ای از آن‌ها برای انجام دستورالعمل‌های از پیش برنامه ریزی شده استفاده می‌کنند. PLCها در اتوماسیون صنعتی برای افزایش قابلیت اطمینان، پایداری و عملکرد سیستم، به حداقل رساندن نیاز به اپراتورهای انسانی و احتمال خطاهای انسانی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
به عنوان مثال در صنعت شیشه برای کنترل نسبت مواد و تولید شیشه‌های صاف و مسطح، در صنعت کاغذ برای کنترل ماشین‌هایی که با سرعت بالا کاغذ تولید می‌کنند و در صنعت تولید سیمان برای کنترل بال میل، کوره زغال و کوره‌های عمودی از آن استفاده می‌کنند.
نحوه انتخاب نوع PLC مورد نیاز خود
اکنون با درک اجزای اساسی PLC و انواع موجود آن، باید روش‌های انتخاب یک پی ال سی را بدانید تا یکی از انواع آن را متناسب با نیاز خود انتخاب کنید. اولین موضوعی که باید در نظر بگیرید این است که آیا شما سیستمی جدید را پیاده سازی می‌کنید یا نیاز به تغییر سیستم فعلی دارید؟ اگر نیاز به سیستمی جدید دارید، گزینه‌های متنوعی پیش روی شما هست؛ در غیر این صورت باید مطابق با الزامات خود سیستم فعلی خود را تغییر دهید. پیش از خرید یک کنترلر منطقی قابل برنامه ریزی، سوالات زیر را از خود بپرسید:
- آیا شما این PLC را در یک سیستم جدید اجرا می‌کنید یا سیستمی که از قبل وجود داشته است؟
- PLC در چه محیطی اجرا خواهد شد؟
- سیستم شما به چه نوع و چند نقطه ورودی / خروجی نیاز دارد؟
- فرآیندهایی که نیاز به کنترل دارند، چقدر پیچیده هستند؟
- ارتباط PLC شما با سایر شبکه‌ها، سیستم‌ها یا دستگاه‌های میدانی چگونه خواهد بود؟
- برای الزام فرآیندهای PLC از چه زبان برنامه نویسی استفاده خواهید کرد؟
سخن نهایی
در این مقاله، مفهوم PLC، انواع آن و نحوه عملکرد کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی مورد بررسی قرار گرفته است. برای انتخاب یک PLC متناسب با نوع سازمان و صنعت باید انواع آن را به خوبی بشناسید و براساس نیاز خود یکی از آن‌ها را برگزینید.
برای اطلاع از لیست قیمت plc زیمنس و خرید plc زیمنس می‌توانید با شماره 02133928000 تماس بگیرید و با کارشناسان تک ولتاژ در ارتباط باشید.