کنترل کننده منطقی برنامه پذیر یا PLC چیست؟

سیستم کنترلی PLC یکی از پر کاربرد ترین سیستم های کنترلی در صنایع می باشد. در این مقاله در ارتباط با این سیستم صحبت شده است.

کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) چیست؟

یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی که PLC یا کنترل کننده قابل برنامه ریزی نیز نامیده می شود، یک دستگاه کامپیوتری است که برای کنترل تجهیزات در یک مرکز صنعتی استفاده می شود. انواع تجهیزاتی که PLC ها می توانند کنترل کنند به اندازه خود تاسیسات صنعتی متنوع هستند. کارخانه های سودمند، برنامه کنترل دسته ای، پردازش شیمیایی، سیستم های نوار نقاله، ماشین آلات پردازش مواد غذایی، خطوط مونتاژ خودرو و غیره … احتمالاً یک PLC وجود دارد که آن را کنترل می کند. در ادامه در ارتباط با این تجهیز پرکاربرد در صنایع صحبت شده است.

در یک سیستم کنترل صنعتی سنتی، تمام دستگاه های کنترلی بر اساس نحوه عملکرد سیستم به طور مستقیم به یکدیگر متصل می شوند. اما در این سیستم، سیم کشی بین دستگاه ها را جایگزین می کند. بنابراین، به جای سیم کشی مستقیم به یکدیگر، تمام تجهیزات به PLC سیم کشی می شوند. سپس، برنامه کنترل داخل PLC، اتصال “سیم کشی” بین دستگاه ها را فراهم می کند.

برنامه کنترل، برنامه کامپیوتری ذخیره شده در حافظه PLC است که به آن می گوید که قرار است در سیستم چه اتفاقی بیفتد. استفاده از PLC برای تامین اتصالات سیم کشی بین دستگاه های سیستم، سیم کشی نرم نامیده می شود.

انواع اصلی PLC چیست؟

انواع اصلی PLC ها PLC های فشرده و PLC های مدولار هستند که در ادامه توضیحات مختصری درباره ی آن ها داده شده است.

۱- سیستم های فشرده

در این نوع PLC، ورودی و خروجی فشرده PLC (I/O) در خود میکروکنترلر ادغام شده است. هر نوع ورودی یا خروجی ثابت است، بنابراین قابلیت گسترش ماژول ها را ندارد.

۲- سیستم های مدولار

یک PLC مدولار به طور کلی شبیه یک قفسه است که می توان چندین ماژول را در آن نصب کرد. این کار، امکان گسترش چندگانه سیستم را فراهم می کند و ویژگی های اضافی مانند افزایش تعداد واحدهای ورودی/خروجی را به PLC می دهد. استفاده از PLC های مدولار معمولا آسان تر است زیرا هر جزء مستقل از یکدیگر است، به این معنی که اپراتورها می توانند با جداسازی ماژول ها عیب یابی کنند.

علاوه بر ماژول های I/O، این نوع PLC ها عموما دارای منبع تغذیه مستقل و همچنین ماژول ارتباطی هستند. به این ترتیب، PLC های مدولار نسبت به PLC های فشرده انعطاف پذیری بیشتری را ارائه می دهند.

PLC چگونه کار می کند؟

حال بیایید نگاهی به آنچه در داخل یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی می گذرد بیاندازیم. به یاد داشته باشید که پی ال سی یک سیستم ورودی-خروجی است، به این معنی که هر واحد هم ورودی ها را می پذیرد و هم خروجی ها را کنترل می کند. بین ورودی ها و خروجی ها سومین المان سیستم وجود دارد. این المان، به عنوان برنامه نویسی منطقی که در CPU اتفاق می افتد و ارتباط بین ورودی ها و خروجی ها را کنترل می کند؛ شناخته می شود.

در ادامه نحوه عملکرد هر المان آمده است:

۱- مانیتورینگ ورودی

 PLC ورودی داده های مربوطه را نظارت می کند و داده ها را به CPU ارسال می کند. برخی از PLC ها فقط از ورودی های داده با ورودی های گسسته (روشن/خاموش) استفاده می کنند، اما PLC هایی با قابلیت آنالوگ می توانند ورودی های آنالوگ را برای متغیرهای پیوسته بپذیرند. ورودی‌ها ممکن است از دستگاه‌های اینترنت اشیا، ربات‌ها، حسگرهای ایمنی، رابط‌های انسان و ماشین یا تقریباً هر نوع دیگری از نقطه ورود داده باشد.

۲- برنامه نویسی منطقی

هر PLC با یک CPU ریزپردازنده، ۱۶ بیتی یا ۳۲ بیتی ساخته شده است. مهندسان و تکنسین ها CPU را طوری برنامه ریزی می کنند که شرایط و مقادیر خاصی را تشخیص دهد و بر اساس قوانین برنامه ریزی شده آن، در خروجی ها تغییراتی ایجاد کند. CPU دائماً وضعیت متغیرها را بررسی می کند و بر اساس شرایط برنامه ریزی شده تصمیم می گیرد. این فرض ساده، تنوع گسترده ای از طرح ها و عملکردها را امکان پذیر می کند.

۳- کنترل خروجی

بر اساس منطق برنامه ریزی شده، پی ال سی کلیدهای مختلف، استارت موتور، رله و سایر دستگاه های متصل به خروجی های خود را کنترل می کند. این به PLC ها اجازه می دهد تا کنترل فرآیندهای مکانیکی مانند عملکرد یک ماشین را در دست بگیرند. مهندسان همچنین می‌توانند چندین بخش سیستم را با برنامه‌ریزی PLC‌ها به یکدیگر متصل کنند تا سیگنال خروجی خود را به پی ال سی دیگر در یک زنجیره ارسال کنند.

واحدهای فشرده این سیستم کنترلی عموماً شامل CPU، ورودی ها و خروجی های یک واحد هستند. در سیستم‌های PLC مدولار رک که بسیاری از امکانات صنعتی از آن استفاده می‌کنند، ورودی‌ها و خروجی‌های PLC با هم در ماژول I/O قرار دارند، در حالی که عملیات منطقی در یک ماژول CPU جداگانه انجام می‌شود. ماژول‌های ورودی/خروجی ممکن است نزدیک به CPU قرار داشته باشند، اما می‌توانند کاملاً دور حتی در ساختمان‌های مختلف باشند.

نحوه ی انتخاب PLC

هنگام تعیین یک مدل PLC برای واحد صنعتی شما، عوامل زیادی بر انتخاب شما تأثیر می گذارد. برخی از ملاحظات کلیدی عبارتند از:

۱- ظرفیت الکتریکی: PLC ها برای منابع تغذیه خود نیاز به ولتاژ متفاوتی دارند، بنابراین بررسی کنید که انتخاب شما حتما با سیستم الکتریکی شما سازگار باشد.

۲- سرعت پردازش: سرعت پردازنده یک مدل PLC را بررسی کنید تا مشخص شود که آیا نیازهای واحد شما را برآورده می کند یا خیر.

۳- سازگاری: مطمئن شوید که مدل PLC شما با هر سخت افزار سیستم جدید یا موجود، چه منبع تغذیه یا ریل DIN سازگار است.

۴- تحمل دما: اکثر PLC ها برای عملکرد ایمن در محدوده ۰ تا ۶۰ درجه سانتی گراد طراحی شده اند. با این حال، برخی از مدل‌های تخصصی PLC می‌توانند در دماهای شدید کار کنند، که برای تاسیساتی با شرایط تولید سرد یا گرم غیرمعمول مهم است.

۵- حافظه: یک PLC به ROM و RAM کافی برای اجرای فرآیندهای مورد نظر برای خودکارسازی نیاز دارد. کنترلر از ROM برای ذخیره سیستم عامل و دستورالعمل ها و RAM برای اجرای عملکردهای خود استفاده می کند.

۶- قابلیت اتصال: مطمئن شوید که PLC شما دارای پورت های ورودی و خروجی کافی است و مطمئن شوید که می تواند به انواع لوازم جانبی مورد نیاز سیستم شما متصل شود.

۷- I/O آنالوگ: اگرچه PLC ها عمدتاً برای توابع گسسته استفاده می شوند، برخی از مدل ها دارای ورودی و خروجی آنالوگ نیز هستند که می توانند فرآیندها را با متغیرهای پیوسته کنترل کنند.

اجزای PLC چیست؟

طبق NIST، اجزای PLC عبارتند از:

۱- واحد پردازشگر یا واحد پردازش مرکزی (CPU)، یا واحدی که حاوی ریزپردازنده است که سیگنال های ورودی را تفسیر می کند و اقدامات کنترلی را انجام می دهد.

۲- واحد منبع تغذیه که ولتاژ AC شبکه را به ولتاژ DC پایین تبدیل می کند.

۳- دستگاه برنامه نویسی که برای وارد کردن برنامه مورد نیاز به حافظه پردازنده استفاده می شود.

۴- واحد حافظه، جایی که برنامه در آن ذخیره می شود و قرار است برای اعمال کنترلی که توسط ریزپردازنده انجام می شود و داده ها از ورودی برای پردازش و برای خروجی برای خروجی ذخیره می شوند.

۵- بخش ورودی و خروجی، جایی که پردازنده اطلاعات را از دستگاه های خارجی دریافت می کند و اطلاعات را به دستگاه های خارجی ارسال می کند.

۶- رابط ارتباطی که برای دریافت و انتقال داده ها در شبکه های ارتباطی به دیگر PLC های راه دور استفاده می شود.

در ادامه برای برخی از بخش های اصلی این سیستم توضیحاتی داده شده است.

۱- واحد پردازش مرکزی

واحد پردازش مرکزی (CPU) بخشی از یک کنترل کننده قابل برنامه ریزی است که اطلاعات را بازیابی، رمزگشایی، ذخیره و پردازش می کند. همچنین برنامه کنترل ذخیره شده در حافظه PLC را اجرا می کند. در اصل، CPU “مغز” یک کنترل کننده قابل برنامه ریزی است. عملکرد آن تقریباً به همان روشی است که CPU یک رایانه معمولی انجام می دهد، با این تفاوت که از دستورالعمل ها و کدگذاری خاصی برای انجام وظایف خود استفاده می کند.

CPU دارای سه بخش است:

• پردازنده
• سیستم حافظه
• منبع تغذیه

پردازنده بخشی از CPU است که داده ها را کدگذاری، رمزگشایی و محاسبه می کند.

سیستم حافظه بخشی از CPU است که هم برنامه کنترل و هم داده های تجهیزات متصل به PLC را ذخیره می کند.

منبع تغذیه بخشی است که ولتاژ و جریان مورد نیاز PLC را برای کار کردن فراهم می کند.

۲- سیستم ورودی/خروجی

سیستم ورودی/خروجی (I/O) بخشی از یک PLC است که تمام دستگاه های میدانی به آن متصل هستند. اگر بتوان CPU را به عنوان مغز یک PLC در نظر گرفت، پس سیستم I/O را می توان به عنوان بازوها و پاها در نظر گرفت. سیستم ورودی/خروجی همان چیزی است که به طور فیزیکی دستورات کنترلی برنامه ذخیره شده در حافظه PLC را انجام می دهد. سیستم I/O از دو بخش اصلی تشکیل شده است:

• قفسه (Rack)
• ماژول های ورودی/خروجی

رک یک محفظه با شکاف هایی در آن است که به CPU متصل است.

ماژول‌های ورودی/خروجی دستگاه‌هایی با پایانه‌های اتصال هستند که دستگاه‌های میدانی به آنها سیم‌کشی شده‌اند. رک و ماژول های I/O با هم رابط بین دستگاه های میدانی و PLC را تشکیل می دهند. هنگامی که به درستی راه اندازی شود، هر ماژول ورودی/خروجی هم به طور ایمن به دستگاه های میدان مربوطه خود متصل می شود و هم به طور ایمن در شکافی در قفسه نصب می شود. این باعث ایجاد ارتباط فیزیکی بین تجهیزات میدانی و PLC می شود. در برخی PLC های کوچک، رک و ماژول های ورودی/خروجی به صورت یک واحد از پیش بسته بندی می شوند.

دستگاه های ورودی و خروجی

تمام دستگاه های میدانی متصل به PLC را می توان در یکی از دو دسته طبقه بندی کرد:

• ورودی ها
• خروجی ها

ورودی ها دستگاه هایی هستند که سیگنال/داده ای را به PLC می دهند. نمونه های معمولی ورودی ها دکمه های فشاری، سوئیچ ها و دستگاه های اندازه گیری هستند.

خروجی ها دستگاه هایی هستند که برای انجام عملکردهای کنترلی خود منتظر سیگنال/داده از PLC هستند. چراغ ها، بوق ها، موتورها و شیر ها همگی نمونه های خوبی از دستگاه های خروجی هستند.

دستگاه های آنالوگ و گسسته

دو نوع اصلی دستگاه ورودی و خروجی وجود دارد:

• گسسته
• آنالوگ

دستگاه های گسسته ورودی و خروجی هایی هستند که فقط دو حالت دارند: روشن و خاموش. در نتیجه، سیگنال‌های ساده را به/از یک PLC ارسال/دریافت می‌کنند. این سیگنال ها فقط از ۱ و ۰ تشکیل شده اند. ۱ به معنای روشن بودن دستگاه و ۰ به معنای خاموش بودن دستگاه است.

دستگاه های آنالوگ ورودی و خروجی هایی هستند که می توانند بی نهایت حالت داشته باشند. این دستگاه ها نه تنها می توانند روشن و خاموش باشند، بلکه می توانند مقدار کم روشن، تقریباً کاملاً روشن، نه کاملاً خاموش و غیره باشند. این دستگاه‌ها سیگنال‌های پیچیده را به/از یک PLC ارسال/دریافت می‌کنند. لازم به ذکر است که ارتباطات آنها از سیگنال های مختلفی تشکیل شده است، نه فقط ۱ و ۰.

مزایای استفاده از PLC ها

PLC ها برای چندین دهه المان استاندارد طراحی ماشین آلات صنعتی بوده اند. اما سوالای که مطرح است این است که PLC ها چه مزایایی ارائه می دهند که آنها را به انتخابی محبوب تبدیل می کند؟

PLC ها برای برنامه ریزی نسبتاً شهودی هستند. زبان برنامه نویسی آنها در مقایسه با سایر سیستم های کنترل صنعتی ساده است، که PLC ها را برای مشاغلی که می خواهند پیچیدگی و هزینه ها را به حداقل برسانند انتخاب عالی می باشد.

PLC ها یک فناوری بالغ با سال ها آزمایش و تجزیه و تحلیل پشتیبان آن ها هستند. یافتن تحقیقات قوی در مورد انواع مختلف PLC و آموزش های جامع برای برنامه نویسی و ادغام آنها آسان است.

PLC ها در طیف گسترده ای از قیمت ها در دسترس هستند، از جمله بسیاری از مدل های اولیه بسیار مقرون به صرفه که مشاغل کوچک و استارت آپ ها اغلب از آنها استفاده می کنند.

PLC ها بسیار متنوع هستند و اکثر مدل های PLC برای کنترل طیف گسترده ای از فرآیندها و سیستم ها مناسب هستند.

PLC ها دستگاه های کاملاً جامد هستند، به این معنی که هیچ قطعه متحرکی ندارند. این باعث می‌شود که آنها فوق‌العاده قابل اعتماد باشند و بتوانند در شرایط چالش برانگیز موجود در بسیاری از تاسیسات صنعتی دچار فرسایش نشوند.

PLC ها اجزای نسبتا کمی دارند که عیب یابی آنها را آسان تر می کند و به کاهش زمان تعمیر و نگهداری کمک می کند.

PLC ها کارآمد هستند و انرژی الکتریکی زیادی مصرف نمی کنند. این به صرفه جویی در انرژی کمک می کند و ممکن است ملاحظات سیم کشی را ساده کند.

معایب استفاده از PLC ها

هیچ فناوری برای هر سناریویی کامل نیست و برخی از برنامه‌ها وجود دارند که PLC بهترین انتخاب برای آنها نیست. در ادامه برخی از مهم ترین اشکالات احتمالی استفاده از PLC بیان شده است.

PLC ها ظرفیت کمتری برای رسیدگی به داده های بسیار پیچیده یا تعداد زیادی فرآیند که شامل ورودی های آنالوگ به جای گسسته هستند، دارند. همانطور که تاسیسات تولیدی یکپارچه تر و درگیرتر می شوند، تعداد فزاینده ای از آنها ممکن است به سمت یک سیستم کنترل توزیع شده (DCS) یا یک روش دیگر کنترل صنعتی جایگزین تغییر کند.

PLC های تولید کنندگان مختلف، اغلب از نرم افزار برنامه نویسی اختصاصی استفاده می کنند. این باعث می شود که رابط های برنامه نویسی PLC کمتر از آنچه که ممکن است با یکدیگر کار کنند، به ویژه با توجه به اینکه زبان های برنامه نویسی آنها استانداردهای مشترکی دارند.

PLC ها مانند بسیاری از انواع دیگر تجهیزات الکترونیکی، در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) آسیب پذیر هستند. آنها همچنین می توانند انواع دیگری از نقص های رایج الکترونیکی مانند حافظه خراب و خرابی های ارتباطی را تجربه کنند.

قیمت و خرید PLC

PLC ها بنابر شرکت های سازنده ی آن ها دارای قیمت های متفاوتی می باشند. در ادامه برای اطلاع از انواع و قیمت پی ال سی با واحد فروش شرکت پترو پردا تماس حاصل فرمایید.