PLCدر یک نگاه


کنترل عبارت است از هدایت یک فرآیند درجهت رسیدن به نقطه ی مورد نظر . هویت کنترل اساساً از سه جز اصلی تشکیل شده است:

1- ورودی ها
2- منطق کنترل
3- خروجی ها

در دهه ی 1960 میلادی با رشد صنعت اتومبیل سازی و به وجود آمدن رقابت شدید بین سازندگان نیاز به سیستم های پیچیده و تغییرات مداوم در خطوط تولید احساس می گردید . از یک طرف برای تعویض هر خط تولید مدت زمان زیادی صرف تغییرات کنترل (سیم کشی و رله ها) می شد و از طرف دیگر یافتن عیب و یافتن رله های معیوب دشوار بود. اولین کنترل کننده ی منطقی برنامه پذیر (PLC
) در سال 1969 در همین راستا یعنی کاهش زمان توقف خطوط تولید بوسیله ی کارخانه ی اتومبیل سازی جنرال موتور (General motor) به کار گرفته شد.




PLC (Progromable Logic Contoroller ):

کنترل کننده ی برنامه پذیری است که از خانواده کامپیوتر ها به شمار می آید این کنترل کننده عمدتا در مقاصد صنعتی به کار می رود . ورودی سیگنالهای متنوع دیجیتال یا آنالوگ را ( از
field ) قبول می کند و سپس آنها را برای cpu به صورت سیگنالهای منطقی (001) سیستم باینری تبدیل می نمایدو cpu مطابق برنامه هایی که در آن ذخیره شده دستورات را اجرا و خروجی را به صورت سیگنالهای منطقی به خروجی می فرستد این سیگنالها می توانند به فرم آنالوگ یا دیجیتال به تجهیزات یا عملگرها ارسال شوند. Plc در جهت اهداف کنترلی و برای استفاده در محیط های صنعتی به کار گرفته شد چون به سادگی قابل برنامه پذیری بود. و تغییر در سیستم کنترل با تغییر در نرم افزار برنامه کنترل به سهولت امکان پذیر بود مزایای فوق به همراه کوچکتر شدن ابعاد سیستم کنترل ، عیب یابی سریع تر ، خرابی کمتر ، توانایی اجرای برنامه ها ی پیچیده تر ، توانایی تبادل اطلاعات با سیستم های دیگر و ... باعث شد که مدارهای رله ای به سرعت میدان را برای حضور PLC ها خالی کنند.

انواع سیستم
PLC :

PLC ها را می توان از نظر اندازه حافظه یا تعداد ورودی و... می توان به انواع زیر تقسیم بندی کرد.
PLC های کوچک: جایگزینی برای کنترل کننده های سنتی است. تابعیت گسترش محدود و حداکثر یک یا دو ورودی/خروجی دارند. و برنامه نویسی آنها ،نردبانی یا با دستورات نمادی صورت می گیرد.
PLC های متوسط: این PLC ها ساختار مدولار دارند در نتیجه توسعه و یا تغییر آنها ساده است و تنها با اضافه نمودن یا تغییر مدولها صورت می گیرد . تعداد ورودی/ خروجی زیاد و توسعه سیستم در آینده متصل می باشد. امکانات ارتباطی زیاد دارند و می توان از آنها در کنترل گسترده استفاده کرد و برنامه نویسی آنها نردبانی یا نمادی و یا دستورات گرافیکی است.
PLC های بزرگ : در مواردی که تعداد ورودی ها/ خرروجی ها زیاد است و یا عملیات کنترلی پیچیده است از PLC های بزرگ استفاده می گردد از این PLC ها برای هدایت تعدادی PLC کوچک نیز استفاده می شود و برنامه نویسی این نوع PLC ها معمولا با استفاده از زبان های سطح بالا صورت می گیرد.


هر
plc از 5 قسمت اصلی تشکیل شده است:

1- مبع تغذیه (
power supply) : ولتاژ AC موجود در سیستم را از برق سیستم به عهده دارد که باعث ایمنی در برابر نویز و نوسانات ولتاژ ورودی در محیط های صنعتی است.
2- واحد پردازنده ی مرکزی (
cpu ) : ریز پردازنده با در نظر گرفتن وضعیت ورودی ها برنامه را که در PLC ذخیره شده است اجرا می کند. و بر اساس آن به خروجی دستور فعال کردن خروجی مورد نظر را می دهد.
3- حافظه (
Memory) : جهت ذخیره سازی برنامه و اطلاعات استفاده می شود.
4- رابطه برنامه نویسی (
programmer) : جهت نوشتن برنامه و انتقال آن به حافظه PLC توسط کاربر استفاده می گردد و از لحاظ شکل ظاهری به دو دسته تقسیم می شوند: 1- یک صفحه کلید کوچک به همراه یک صفحه نمایشگر LCD 2-استفاده از کامپیوتر های شخصی (pc) و یا (LaptoP ( و نصب نرم افزارهای مورد نیاز ویژه ی برنامه نویسی می باشد.
5- واحد ورودی / خروجی (
I/O ) : در ارتباط PLC را با دنیای خارج برقرار می کند و سایل ورودی و خروجی دیجیتال تنها دارای دو وضعیت on/off می باشند.

انواع وسایل ورودی:

سنسورها ابزاری هستند که کمیت های فیزیکی نظیر : دما، فشار ، جریان ثابت و سیال ، سطح مایع در مخزن ، وزن ، حرکت مکانیکی سرعت ، شتاب، رطوبت و... را می توان حس کند و این عکس العمل را می تواند به صورت دیجیتال (باز و بسته شدن یک کنتاکت) و یا آنالوگ (ولتاژ پیوسته ) آشکار کند. در طبیعت کمیت های فیزیکی همه پیوسته می باشند بنابراین برای اندازه گیری آنها از انواع سنسورها به همراه مدارات الکترونیکی مورد نیاز استفاده می کنیم.
کارت های ورودی در سه نوع
Ac، DC ،و یا AC/DC ساخته می شوند.
از انواع سنسورها می توان به انواع لمیت سوئیچ ها ،
LVDT،RTD ، سنسور اثرهال (Hall effect) ، اینکودر (Encoder)کرنش سنج(Stain Guage)و ...

انواع وسایل خروجی :

سو لو نوئید(
solenoid) اساس کار اکثر وسائل خروجی دیجیتال است که سیگنال الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. سولونوئید یک سیم پیچ است که به دور یک هسته توخالی پیچیده می شود و با عبور جریان از سیم پیچ میدان مغناطیسی ویژه ای ایجاد می شود که توسط آن هسته ی متحرک را به داخل می کشد.
و کارت خروجی آْنالوگ
PLC سیگنال4 mA تا 20mA را به مبدل جریان الکتریکی به هوای فشرده تبدیل و به (I/P) یا (I to P) می فرستد و در صنایع شیمیایی برای اینکه بتوانیم کیفیت کار را ثابت نگه داریم ازشیر کنترل استفاده می کنیم . کارت های خروجی در سه نوع رله ای ، ترانزیستوری(مربوط به وسائل خروجی DC) و تریاکی ( مربوط به وسائل خروجی AC) ساخته می شوند.



واحد حافظه (
cpu):

1-
PLC تمام ورودی ها را امتحان می کند کلیدهای قطع معادل 0 و کلیدهای وصل معادل 1 در نظر گرفته می شوند (input scan).
2- ارزش ورودی ها را در داخل قسمتی از حافظه (
Data ram) ذخیره می کند این قسمت را تصویر ماژول ورودی (IIR) Input Image Rejister می گوئیم .
3-
Cpu برنامه ی موجود در User Progrom RAM را خط به خط خوانده و اجرا می کند و در طی برنامه چنانچه تغییری در ورودی ها ایجاد شود PLC متوجه آن نمی شود چون PLC وضعیت را از IIR می خواندو (User Progrom RAM) جهت نگه داری برنامه در داخل PLC استفاده می شود و می تواند به یکی از صورت های CMOSRAM،EPROMوEEPROM باشد.
4-
PLC وضعیت خروجی را در طی اجرای برنامه در (OIR) Image Registe Output تصویر ماژول خروجی ذخیره می کند.
5- پس از پایان اجرای برنامه وضعیت خروجی را از
OIR به خروجی می فرستد. کل زمان این مراحل را ُScan time می نامند. چنانچه این زمان از مقدار یعنی بیشتر شودبیانگر این مطلب است که یکی از قسمت های PLC دچار اشکال شده است بنابراین تایمر سگ نگهبان Watch Dog Time درون PL عمل می کند و تمامی خروجی ها را غیر فعال میکند تا عملکرد اشتباه PLC منجر به حادثه نگردد.
پاسخ زمانی
PLC حاصل جمع تاخیر نرم افزاری و سخت افزاری موجود در آن می باشد.


انواع زبان های برنامه نویسی در نرم افزار
PLC:

IL(Instroction List) : یک زبان سطح پایین و قدیمی است که به صورت متنی می باشد و بیشتر شبیه زبان اسمبلر های میکرو پروسسور است.
FBD( Function Block Diagram) : زبان گرافیکی است که قبلا نیز مورد استفاده قرار می گرفت در FBD برنامه نویسی توسط یک سری بلوک های پایه که در کنار هم قرار می گیرند انجام می شود.
LD(Ladder Diagram) : روش گرافیکی است که قبلا مورد استفاده بوده ولی به صورت پیشرفته تر، روش LD و FBD می توانند به صورت توام در برنامه به کار روند.
ST ( Structured Text ) :یک زبان سطح بالا شبیه C و پاسکال است و کاربردی عالی در الگوریتم های پیچیده ی ریاضی داراست .
SFC( Scquential Function Control): روش جدیدی است در این روش برنامه به مراحلی که ترتیب الگوریتم های کنترلی را نشان می دهد تقسیم می گردد و شامل Step های مختلف برنامه است.

انواع
PLC:

از لحاظ شکل ظاهری به دو گروه یکپارچه و مدولاتور تقسیم بندی می شوند.
1-
PLC های کوچک معمولا به صورت (Compact) یکپارچه طراحی و ساخته شده اند به این معنا که منبع تغذیه و cpu و ماژول های ورودی و خروجی به صورت یکپارچه در کنار هم متصل هستند و یک واحد تلقی می شوند در این نوع PLC قادر به نگهداری فقط 1000 خط برنامه می باشد اما مکانی جهت اتصال به پروگرام و ورودی و خروجی هی اضافی وجود دارد .
2- در انواع مدولاتور بر خلاف نوع یکپارچه کاربر می تواند ماژول های ورودی و خروجی دلخواه را از آن خانواده بسته به نیاز خود انتخاب و در کنار هم قرار دهد . که شامل کارت های جداگانه منبع تغذیه ،
cpu، وردی و خروجی به تعداد مورد نیاز می باشد که به ترتیب روی RACK و در داخل (SLOTS) شکاف ها نصب می شوند.

مد های کاری
PLC:

STOP: در این در پردازش برنامه متوقف می شود ، دسترسی I/O نداریم و cpu به صورت Reedو Write قابل دسترسی است یعنی می توان برنامه را خواند و یا برنامه جدیدی به آن انتقال داد.

RUN: در این دو برنامه اجرا می شود cpu به I/O (ورودی/خروجی) دسترسی دارد ،برنامه به صورت فقط خواندنی است یعنی نمی توان برنامه جدیدی را به آن (Down Load) وارد کرد.
RUN-P : در این برنامه اجرا می شود cpu به I/O (ورودی/خروجی) دسترسی دارد و cpu هم به صورت خواندنی و نوشتنی قابل دسترسی است.
Mers: این وضعیت برای ری ست کردن حافظه cpu به کار می رود یعنی هم مقادیر متغیر های حافظه و هم برنامه ای توسط کاربر به حافظه ارسال شده پاک می گردد.
در
PLC ها اپراتور تنها با دانستن روش کار با کامپیوتر و نرم افزار مورد نیاز بدون نیاز به اطلاعات تخصصی می تواند سیستم را کنترل کند،از جمله PLC می توان به نمونه های زیر اشاره کرد:

1- خانواده
PLC های S5 و S7 زیمنس آلمان
2- خانواده
PLCهای OMRON ژاپن
3- خانواده
PLC های تله مکانیک فرانسه
4- خانواده
PLCمیتسوبیشی ژاپن
5- خانواده
PLC ،LG کره
6- خانواده
PLC آلن برادلی آمریکا
7- خانواده
PL آلن برادلی آمریکا
8- ...

در این دسته بندی ی توان محصولات
PLC شرکت کنترونیک ایران را نیز طبقه بندی کرد. این شرکت 24 سال پیش توسط سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران تاسیس گردید و در سال 1372 به بخش خصوصی واگذار گردید.
زمینه فعالیت شرکت اتوماسیون صنعتی بوده و در این سالها همواره در جهت گسترش زمینه های مختلف گام برداشته است. مهمترین تولیدات این شرکت عبارتند از سیستم های کنترا صنعتی شامل
PLC ،کنترلرCNC درایو برای موتورهای AC و DC و کنترلرهای خاص صنعتی و زبان برنامه نویسی CSTL جهت سیستم های PLC تولید شده این شرکت ابداع شده و این زبان شباهت زیادی به S5 شرکت زیمنس دارد شرکت کنترونیک معتقد است که توانایی رقابت با نمونه های خارجی PLC خود را دارد .
و البته برای ارزیابی یک
PLC باید به ویژگی هایی نظیر زمان اجرای یک سیکل، سادگی زبانبرنامه نویسی و قابلیت توسعه و ... را در نظر گرفت . اما در اکثر موارد به دلیل فاکتورهایی نظیر استاندارد بودن ،قابلیت پیشرفت و آموختن نحوه ی کار و... در اکثر مواردی نظیر آموزش و کاربرد و... از زیمنس آلمان استفاده می کنند.
در طبقه بندی محصولات زیمنس ،
PLC ها در مجموعه محصولات Simatic قرار می گیرند.
Simatic s5 : این PLC ها نسبتاً قدیمی هستند و انواع مختلفی دارند و در هر دو نوع compact و Modular وجود دارند اما حوزه عملکرد ی محدود دارند و برای سیستم های کنترلی با ابعاد متوسط به کار می روند . برنامه نویسی PLC با نرم افزار step 5 انجام می گیرد.

Simatic s7 :این PLC ها بعد از S5 عرضه شده اند و به سه خانواده مختلف تقسیم می شوند.
S7-200 که به صورت compact و برای سیستم های کنترلی کوچک به کار می رود.
S7-300 که modular است و عملکرد متوسط دارد.
S7-400 نیز modular است ولی می تواند حوزه عملکرد وسیع داشته باشد . این PLC ها با نرم افزار step 7 برنامه نویسی و پیکر بندی می شود. در step 7 علاوه بر برنامه نویسی می توان سخت افزار سیستم و شبکه را از طریق آن پیکر بندی نمود.

Logo!Logic Modules :

Logo کنترل کننده ی ساده و ارزان قدیمی است که برای کارهای کنترلی کوچک (مانند ساختمانها یا ماشینها ی کوچک )کاربرد دارد.این PLC به صورت compact است و برنامه ریزی آن توسط کلیدهای روی آن انجام می شود و این PLC از طریق کامپیوتر باید نرم افزار Comfort Logo!Soft نصب گردد.

Simatic c7 :

C7 ترکیبی است از operator control و s7-300 . علاوه بر این که کارهای کنترلی را انجام می هد بر روی نمایشگر آن می توان پیغام ها ،رخدادها، مقادیر مربوط به فرآیند را دید. برای برنامه نویسی این PLC باید علاوه بر step7 نرم افزار protool نیز روی کامپیوتر نصب شود.

Simatic 505 :

سری 505 که خود انواع مختلفی دارد برای کاربرد در حوزه های کوچک و متوسط است همه اعضای این خانواده به صورت
compact هستند و برنامه نویسی آنها با نرم افزار TI SOFT انجام میگیرد.

PLC های سریs7-400:

PLC های سری s7-400 در نیروگاه اتمی اسفاده می شوند. s7-400 ،کاربرد وسیعی دارد modular است و حجم وسیعی از سیگنالها را می تواند تحت پوشش قرار دهد . در مقایسه با s7-300 سرعت پردازش ،حافظه بیشتر و امکانات وسیع تری را داراست و برنامه نویس آن با step7 انجام می گیرد.
s7-400H : پایه آن همان s7-400 است ولی در جایی که High Availability مورد نیاز است به کار می رود.
s7-400FH : پایه آن همان s7-400 است توانایی s7-400FH را دارد و توانایی F-system را نیز دارد یعنی برای کاربرد هایی که درجه ایمنی بالا نیاز داد مناسب است.

جایگاه نرم افزار
step7 :

در هنگام طراحی معمولاً نیازی به این که
PLC یا ماشین در کنار PCیا PG موجود باشد ، نیست فقط لازم است که قبل از شروع به کار فرآیند به خوبی مطالعه شده ، ورودی و خروجی ها مشخص باشند و منطق کنترل معلوم شده باشد وپس از تکمیل برنامه لازم است آن را به PLC دانلود کنیم و در این حالت PC یا PG نرم افزار و PLC ابزار کار هستند.

اجزای اصلی تشکیل دهنده ی
s7-400:

رک (
Rack) : نگهدارنده ی ماژول ها ، تغذیه کننده ماژول ها و ایجاد ارتباط با آنها
منبع تغذیه (
power supply motules :ps)
واحد پردازشگر مرکزی (
central processing :cpu)
(
Interface module : IM) : ایجاد ارتباط بین چند رک
(
signal module : SM) : اتصال با سیگنالهای ورودی و خروجی( I/O)
commumcation processor :CP ) ) : ایجاد ارتباط با شبکه
(
function module : FM) : ماژول هایی هستند که فانکشن خاصی از cpu را اجرا می کنند و به اصطلاح باری از دوش کارتCPU بر میدارند و در عین حال می توانند با CPU تبادل اطلاعات داشته باشد.
کارت حافظه (
Memory Cards): برای ذخیره برنامه و پارامتر های کاربر.



استاندارد
IEC 1131 :

در سال 1979 یک گروه متخصص در
IEC ،کار بررسی جامع PLC ها را شامل سخت افزار و نرم افزار برعهده گرفت هدف این گروه تدوین روش های خاصی بود که موارد فوق را پوشش دهد و توسط سازندگان PLC به کار گرفته شود این کار 12 سال طول کشید و نهایتاً استاندارد IEC 1131 شکل گرفت و جنبه های مختلف ان وسیله از طراحی سخت افزار گرفته تا نصب ،تست ،برنامه ریزی و ارتباطات آن را زیر پوشش قرار داد.

کاربرد
PLC در صنایع:

امروزه کاربرد
PLC در صنایع در فرآیندهای مختلف صنعتی به وفور به چشم می خورد.
1- صنایع خودرو سازی : از قبیل عملیات سوراخ کاری خودکار ، اتصال قطعات ، همچنین آزمودن قطعات و تجهیزات اتومبیل ، سیستم های رنگ پاش وشکل دادن بدنه به وسیله پرس های خودکار و....
2- صنایع پلاستیک سازی : از قبیل ماشینهای ذوب و قالب گیری تزریقی ، دمش هوا سیستم های تولید و آنالیز پلاستیک.
3- صنایع سنگین: از قبیل کولرهای صنعتی ،سیستم های کنترل خودکار وسایل و تجهیزات که ذوب فلزات استفاده می شود.
4- صنایع شیمیایی: از قبیل سیستم های مخلوط کننده دستگاههای ترکیب کننده مواد با نسبت های متفاوت و غیره ...
5- صنایع غذایی: از قبیل سیستم های سانتر فیوژ ، سیستم های عصاره گیری و بسته بندی و ...
6- صنایع ماشینی: ازقبیل صنایع بسته بندی ،صنایع چوب ، سیستم های سوراخ کاری ، سیستم های اعلان خطر و هشدار ، سیستم های مورد استفاده در جوش فلزات و...
7- خدمات ساختمانی : از قبیل آسانسور ها کنترل هوا و تهویه ی مطبوع ،سیستم های روشنایی خودکارو...
8- سیستم های حمل و نقل : از قبیل جرثقیل ها ، سیستم های نوار نقاله و تجهیزات حمل و نقل و ...
9- صنایع تبدیل انرژی(برق ، گاز ،آب) : از قبیل استگاههای تویت فشار گاز ، ایستگاههای توید نیرو، کنترل پمپ های آب ، سیستم های آب و هوای صنعتی ، سیستم های تصفیه و باز یافت گازو...