PLCدر يك نگاه


كنترل عبارت است از هدايت يك فرآيند درجهت رسيدن به نقطه ي مورد نظر . هويت كنترل اساساً از سه جز اصلي تشكيل شده است:

1- ورودي ها
2- منطق كنترل
3- خروجي ها

در دهه ي 1960 ميلادي با رشد صنعت اتومبيل سازي و به وجود آمدن رقابت شديد بين سازندگان نياز به سيستم هاي پيچيده و تغييرات مداوم در خطوط توليد احساس مي گرديد . از يك طرف براي تعويض هر خط توليد مدت زمان زيادي صرف تغييرات كنترل (سيم كشي و رله ها) مي شد و از طرف ديگر يافتن عيب و يافتن رله هاي معيوب دشوار بود. اولين كنترل كننده ي منطقي برنامه پذير (PLC) در سال 1969 در همين راستا يعني كاهش زمان توقف خطوط توليد بوسيله ي كارخانه ي اتومبيل سازي جنرال موتور (General motor) به كار گرفته شد.

PLC (Progromable Logic Contoroller ):

كنترل كننده ي برنامه پذيري است كه از خانواده كامپيوتر ها به شمار مي آيد اين كنترل كننده عمدتا در مقاصد صنعتي به كار مي رود . ورودي سيگنالهاي متنوع ديجيتال يا آنالوگ را ( از field ) قبول مي كند و سپس آنها را براي cpu به صورت سيگنالهاي منطقي (001) سيستم باينري تبديل مي نمايدو cpu مطابق برنامه هايي كه در آن ذخيره شده دستورات را اجرا و خروجي را به صورت سيگنالهاي منطقي به خروجي مي فرستد اين سيگنالها مي توانند به فرم آنالوگ يا ديجيتال به تجهيزات يا عملگرها ارسال شوند. Plc در جهت اهداف كنترلي و براي استفاده در محيط هاي صنعتي به كار گرفته شد چون به سادگي قابل برنامه پذيري بود. و تغيير در سيستم كنترل با تغيير در نرم افزار برنامه كنترل به سهولت امكان پذير بود مزاياي فوق به همراه كوچكتر شدن ابعاد سيستم كنترل ، عيب يابي سريع تر ، خرابي كمتر ، توانايي اجراي برنامه ها ي پيچيده تر ، توانايي تبادل اطلاعات با سيستم هاي ديگر و ... باعث شد كه مدارهاي رله اي به سرعت ميدان را براي حضور PLC ها خالي كنند.

انواع سيستم PLC :

PLC ها را مي توان از نظر اندازه حافظه يا تعداد ورودي و... مي توان به انواع زير تقسيم بندي كرد.
PLC هاي كوچك: جايگزيني براي كنترل كننده هاي سنتي است. تابعيت گسترش محدود و حداكثر يك يا دو ورودي/خروجي دارند. و برنامه نويسي آنها ،نردباني يا با دستورات نمادي صورت مي گيرد.
PLC هاي متوسط: اين PLC ها ساختار مدولار دارند در نتيجه توسعه و يا تغيير آنها ساده است و تنها با اضافه نمودن يا تغيير مدولها صورت مي گيرد . تعداد ورودي/ خروجي زياد و توسعه سيستم در آينده متصل مي باشد. امكانات ارتباطي زياد دارند و مي توان از آنها در كنترل گسترده استفاده كرد و برنامه نويسي آنها نردباني يا نمادي و يا دستورات گرافيكي است.
PLC هاي بزرگ : در مواردي كه تعداد ورودي ها/ خرروجي ها زياد است و يا عمليات كنترلي پيچيده است از PLC هاي بزرگ استفاده مي گردد از اين PLC ها براي هدايت تعدادي PLC كوچك نيز استفاده مي شود و برنامه نويسي اين نوع PLC ها معمولا با استفاده از زبان هاي سطح بالا صورت مي گيرد.


هر plc از 5 قسمت اصلي تشكيل شده است:

1- مبع تغذيه (power supply) : ولتاژ AC موجود در سيستم را از برق سيستم به عهده دارد كه باعث ايمني در برابر نويز و نوسانات ولتاژ ورودي در محيط هاي صنعتي است.
2- واحد پردازنده ي مركزي (cpu ) : ريز پردازنده با در نظر گرفتن وضعيت ورودي ها برنامه را كه در PLC ذخيره شده است اجرا مي كند. و بر اساس آن به خروجي دستور فعال كردن خروجي مورد نظر را مي دهد.
3- حافظه (Memory) : جهت ذخيره سازي برنامه و اطلاعات استفاده مي شود.
4- رابطه برنامه نويسي (programmer) : جهت نوشتن برنامه و انتقال آن به حافظه PLC توسط كاربر استفاده مي گردد و از لحاظ شكل ظاهري به دو دسته تقسيم مي شوند: 1- يك صفحه كليد كوچك به همراه يك صفحه نمايشگر LCD 2-استفاده از كامپيوتر هاي شخصي (pc) و يا (LaptoP ( و نصب نرم افزارهاي مورد نياز ويژه ي برنامه نويسي مي باشد.
5- واحد ورودي / خروجي (I/O ) : در ارتباط PLC را با دنياي خارج برقرار مي كند و سايل ورودي و خروجي ديجيتال تنها داراي دو وضعيت on/off مي باشند.

انواع وسايل ورودي:

سنسورها ابزاري هستند كه كميت هاي فيزيكي نظير : دما، فشار ، جريان ثابت و سيال ، سطح مايع در مخزن ، وزن ، حركت مكانيكي سرعت ، شتاب، رطوبت و... را مي توان حس كند و اين عكس العمل را مي تواند به صورت ديجيتال (باز و بسته شدن يك كنتاكت) و يا آنالوگ (ولتاژ پيوسته ) آشكار كند. در طبيعت كميت هاي فيزيكي همه پيوسته مي باشند بنابراين براي اندازه گيري آنها از انواع سنسورها به همراه مدارات الكترونيكي مورد نياز استفاده مي كنيم.
كارت هاي ورودي در سه نوع Ac، DC ،و يا AC/DC ساخته مي شوند.
از انواع سنسورها مي توان به انواع لميت سوئيچ ها ،LVDT،RTD ، سنسور اثرهال (Hall effect) ، اينكودر (Encoder)كرنش سنج(Stain Guage)و ...

انواع وسايل خروجي :

سو لو نوئيد(solenoid) اساس كار اكثر وسائل خروجي ديجيتال است كه سيگنال الكتريكي را به حركت مكانيكي تبديل مي كند. سولونوئيد يك سيم پيچ است كه به دور يك هسته توخالي پيچيده مي شود و با عبور جريان از سيم پيچ ميدان مغناطيسي ويژه اي ايجاد مي شود كه توسط آن هسته ي متحرك را به داخل مي كشد.
و كارت خروجي آْنالوگ PLC سيگنال4 mA تا 20mA را به مبدل جريان الكتريكي به هواي فشرده تبديل و به (I/P) يا (I to P) مي فرستد و در صنايع شيميايي براي اينكه بتوانيم كيفيت كار را ثابت نگه داريم ازشير كنترل استفاده مي كنيم . كارت هاي خروجي در سه نوع رله اي ، ترانزيستوري(مربوط به وسائل خروجي DC) و ترياكي ( مربوط به وسائل خروجي AC) ساخته مي شوند.



واحد حافظه (cpu):

1- PLC تمام ورودي ها را امتحان مي كند كليدهاي قطع معادل 0 و كليدهاي وصل معادل 1 در نظر گرفته مي شوند (input scan).
2- ارزش ورودي ها را در داخل قسمتي از حافظه (Data ram) ذخيره مي كند اين قسمت را تصوير ماژول ورودي (IIR) Input Image Rejister مي گوئيم .
3- Cpu برنامه ي موجود در User Progrom RAM را خط به خط خوانده و اجرا مي كند و در طي برنامه چنانچه تغييري در ورودي ها ايجاد شود PLC متوجه آن نمي شود چون PLC وضعيت را از IIR مي خواندو (User Progrom RAM) جهت نگه داري برنامه در داخل PLC استفاده مي شود و مي تواند به يكي از صورت هاي CMOSRAM،EPROMوEEPROM باشد.
4- PLC وضعيت خروجي را در طي اجراي برنامه در (OIR) Image Registe Output تصوير ماژول خروجي ذخيره مي كند.
5- پس از پايان اجراي برنامه وضعيت خروجي را از OIR به خروجي مي فرستد. كل زمان اين مراحل را ُScan time مي نامند. چنانچه اين زمان از مقدار يعني بيشتر شودبيانگر اين مطلب است كه يكي از قسمت هاي PLC دچار اشكال شده است بنابراين تايمر سگ نگهبان Watch Dog Time درون PL عمل مي كند و تمامي خروجي ها را غير فعال ميكند تا عملكرد اشتباه PLC منجر به حادثه نگردد.
پاسخ زماني PLC حاصل جمع تاخير نرم افزاري و سخت افزاري موجود در آن مي باشد.


انواع زبان هاي برنامه نويسي در نرم افزار PLC:

IL(Instroction List) : يك زبان سطح پايين و قديمي است كه به صورت متني مي باشد و بيشتر شبيه زبان اسمبلر هاي ميكرو پروسسور است.
FBD( Function Block Diagram) : زبان گرافيكي است كه قبلا نيز مورد استفاده قرار مي گرفت در FBD برنامه نويسي توسط يك سري بلوك هاي پايه كه در كنار هم قرار مي گيرند انجام مي شود.
LD(Ladder Diagram) : روش گرافيكي است كه قبلا مورد استفاده بوده ولي به صورت پيشرفته تر، روش LD و FBD مي توانند به صورت توام در برنامه به كار روند.
ST ( Structured Text ) :يك زبان سطح بالا شبيه C و پاسكال است و كاربردي عالي در الگوريتم هاي پيچيده ي رياضي داراست .
SFC( Scquential Function Control): روش جديدي است در اين روش برنامه به مراحلي كه ترتيب الگوريتم هاي كنترلي را نشان مي دهد تقسيم مي گردد و شامل Step هاي مختلف برنامه است.

انواع PLC:

از لحاظ شكل ظاهري به دو گروه يكپارچه و مدولاتور تقسيم بندي مي شوند.
1- PLC هاي كوچك معمولا به صورت (Compact) يكپارچه طراحي و ساخته شده اند به اين معنا كه منبع تغذيه و cpu و ماژول هاي ورودي و خروجي به صورت يكپارچه در كنار هم متصل هستند و يك واحد تلقي مي شوند در اين نوع PLC قادر به نگهداري فقط 1000 خط برنامه مي باشد اما مكاني جهت اتصال به پروگرام و ورودي و خروجي هي اضافي وجود دارد .
2- در انواع مدولاتور بر خلاف نوع يكپارچه كاربر مي تواند ماژول هاي ورودي و خروجي دلخواه را از آن خانواده بسته به نياز خود انتخاب و در كنار هم قرار دهد . كه شامل كارت هاي جداگانه منبع تغذيه ، cpu، وردي و خروجي به تعداد مورد نياز مي باشد كه به ترتيب روي RACK و در داخل (SLOTS) شكاف ها نصب مي شوند.

مد هاي كاري PLC:

STOP: در اين در پردازش برنامه متوقف مي شود ، دسترسي I/O نداريم و cpu به صورت Reedو Write قابل دسترسي است يعني مي توان برنامه را خواند و يا برنامه جديدي به آن انتقال داد.

RUN: در اين دو برنامه اجرا مي شود cpu به I/O (ورودي/خروجي) دسترسي دارد ،برنامه به صورت فقط خواندني است يعني نمي توان برنامه جديدي را به آن (Down Load) وارد كرد.
RUN-P : در اين برنامه اجرا مي شود cpu به I/O (ورودي/خروجي) دسترسي دارد و cpu هم به صورت خواندني و نوشتني قابل دسترسي است.
Mers: اين وضعيت براي ري ست كردن حافظه cpu به كار مي رود يعني هم مقادير متغير هاي حافظه و هم برنامه اي توسط كاربر به حافظه ارسال شده پاك مي گردد.
در PLC ها اپراتور تنها با دانستن روش كار با كامپيوتر و نرم افزار مورد نياز بدون نياز به اطلاعات تخصصي مي تواند سيستم را كنترل كند،از جمله PLC مي توان به نمونه هاي زير اشاره كرد:

1- خانواده PLC هاي S5 و S7 زيمنس آلمان
2- خانواده PLCهاي OMRON ژاپن
3- خانواده PLC هاي تله مكانيك فرانسه
4- خانواده PLCميتسوبيشي ژاپن
5- خانواده PLC ،LG كره
6- خانواده PLC آلن برادلي آمريكا
7- خانواده PL آلن برادلي آمريكا
8- ...

در اين دسته بندي ي توان محصولات PLC شركت كنترونيك ايران را نيز طبقه بندي كرد. اين شركت 24 سال پيش توسط سازمان گسترش و نوسازي صنايع ايران تاسيس گرديد و در سال 1372 به بخش خصوصي واگذار گرديد.
زمينه فعاليت شركت اتوماسيون صنعتي بوده و در اين سالها همواره در جهت گسترش زمينه هاي مختلف گام برداشته است. مهمترين توليدات اين شركت عبارتند از سيستم هاي كنترا صنعتي شامل PLC ،كنترلرCNC – درايو براي موتورهاي AC و DC و كنترلرهاي خاص صنعتي و زبان برنامه نويسي CSTL جهت سيستم هاي PLC توليد شده اين شركت ابداع شده و اين زبان شباهت زيادي به S5 شركت زيمنس دارد شركت كنترونيك معتقد است كه توانايي رقابت با نمونه هاي خارجي PLC خود را دارد .
و البته براي ارزيابي يك PLC بايد به ويژگي هايي نظير زمان اجراي يك سيكل، سادگي زبانبرنامه نويسي و قابليت توسعه و ... را در نظر گرفت . اما در اكثر موارد به دليل فاكتورهايي نظير استاندارد بودن ،قابليت پيشرفت و آموختن نحوه ي كار و... در اكثر مواردي نظير آموزش و كاربرد و... از زيمنس آلمان استفاده مي كنند.
در طبقه بندي محصولات زيمنس ، PLC ها در مجموعه محصولات Simatic قرار مي گيرند.
Simatic s5 : اين PLC ها نسبتاً قديمي هستند و انواع مختلفي دارند و در هر دو نوع compact و Modular وجود دارند اما حوزه عملكرد ي محدود دارند و براي سيستم هاي كنترلي با ابعاد متوسط به كار مي روند . برنامه نويسي PLC با نرم افزار step 5 انجام مي گيرد.

Simatic s7 :اين PLC ها بعد از S5 عرضه شده اند و به سه خانواده مختلف تقسيم مي شوند.
S7-200 كه به صورت compact و براي سيستم هاي كنترلي كوچك به كار مي رود.
S7-300 كه modular است و عملكرد متوسط دارد.
S7-400 نيز modular است ولي مي تواند حوزه عملكرد وسيع داشته باشد . اين PLC ها با نرم افزار step 7 برنامه نويسي و پيكر بندي مي شود. در step 7 علاوه بر برنامه نويسي مي توان سخت افزار سيستم و شبكه را از طريق آن پيكر بندي نمود.

Logo!Logic Modules :

Logo كنترل كننده ي ساده و ارزان قديمي است كه براي كارهاي كنترلي كوچك (مانند ساختمانها يا ماشينها ي كوچك )كاربرد دارد.اين PLC به صورت compact است و برنامه ريزي آن توسط كليدهاي روي آن انجام مي شود و اين PLC از طريق كامپيوتر بايد نرم افزار Comfort Logo!Soft نصب گردد.

Simatic c7 :

C7 تركيبي است از operator control و s7-300 . علاوه بر اين كه كارهاي كنترلي را انجام مي هد بر روي نمايشگر آن مي توان پيغام ها ،رخدادها، مقادير مربوط به فرآيند را ديد. براي برنامه نويسي اين PLC بايد علاوه بر step7 نرم افزار protool نيز روي كامپيوتر نصب شود.

Simatic 505 :

سري 505 كه خود انواع مختلفي دارد براي كاربرد در حوزه هاي كوچك و متوسط است همه اعضاي اين خانواده به صورت compact هستند و برنامه نويسي آنها با نرم افزار TI SOFT انجام ميگيرد.

PLC هاي سريs7-400:

PLC هاي سري s7-400 در نيروگاه اتمي اسفاده مي شوند. s7-400 ،كاربرد وسيعي دارد modular است و حجم وسيعي از سيگنالها را مي تواند تحت پوشش قرار دهد . در مقايسه با s7-300 سرعت پردازش ،حافظه بيشتر و امكانات وسيع تري را داراست و برنامه نويس آن با step7 انجام مي گيرد.
s7-400H : پايه آن همان s7-400 است ولي در جايي كه High Availability مورد نياز است به كار مي رود.
s7-400FH : پايه آن همان s7-400 است توانايي s7-400FH را دارد و توانايي F-system را نيز دارد يعني براي كاربرد هايي كه درجه ايمني بالا نياز داد مناسب است.

جايگاه نرم افزار step7 :

در هنگام طراحي معمولاً نيازي به اين كه PLC يا ماشين در كنار PCيا PG موجود باشد ، نيست فقط لازم است كه قبل از شروع به كار فرآيند به خوبي مطالعه شده ، ورودي و خروجي ها مشخص باشند و منطق كنترل معلوم شده باشد وپس از تكميل برنامه لازم است آن را به PLC دانلود كنيم و در اين حالت PC يا PG نرم افزار و PLC ابزار كار هستند.

اجزاي اصلي تشكيل دهنده ي s7-400:

رك (Rack) : نگهدارنده ي ماژول ها ، تغذيه كننده ماژول ها و ايجاد ارتباط با آنها
منبع تغذيه (power supply motules :ps)
واحد پردازشگر مركزي (central processing :cpu)
(Interface module : IM) : ايجاد ارتباط بين چند رك
(signal module : SM) : اتصال با سيگنالهاي ورودي و خروجي( I/O)
commumcation processor :CP ) ) : ايجاد ارتباط با شبكه
(function module : FM) : ماژول هايي هستند كه فانكشن خاصي از cpu را اجرا مي كنند و به اصطلاح باري از دوش كارتCPU بر ميدارند و در عين حال مي توانند با CPU تبادل اطلاعات داشته باشد.
كارت حافظه (Memory Cards): براي ذخيره برنامه و پارامتر هاي كاربر.



استاندارد IEC 1131 :

در سال 1979 يك گروه متخصص در IEC ،كار بررسي جامع PLC ها را شامل سخت افزار و نرم افزار برعهده گرفت هدف اين گروه تدوين روش هاي خاصي بود كه موارد فوق را پوشش دهد و توسط سازندگان PLC به كار گرفته شود اين كار 12 سال طول كشيد و نهايتاً استاندارد IEC 1131 شكل گرفت و جنبه هاي مختلف ان وسيله از طراحي سخت افزار گرفته تا نصب ،تست ،برنامه ريزي و ارتباطات آن را زير پوشش قرار داد.

كاربرد PLC در صنايع:

امروزه كاربرد PLC در صنايع در فرآيندهاي مختلف صنعتي به وفور به چشم مي خورد.
1- صنايع خودرو سازي : از قبيل عمليات سوراخ كاري خودكار ، اتصال قطعات ، همچنين آزمودن قطعات و تجهيزات اتومبيل ، سيستم هاي رنگ پاش وشكل دادن بدنه به وسيله پرس هاي خودكار و....
2- صنايع پلاستيك سازي : از قبيل ماشينهاي ذوب و قالب گيري تزريقي ، دمش هوا سيستم هاي توليد و آناليز پلاستيك.
3- صنايع سنگين: از قبيل كولرهاي صنعتي ،سيستم هاي كنترل خودكار وسايل و تجهيزات كه ذوب فلزات استفاده مي شود.
4- صنايع شيميايي: از قبيل سيستم هاي مخلوط كننده دستگاههاي تركيب كننده مواد با نسبت هاي متفاوت و غيره ...
5- صنايع غذايي: از قبيل سيستم هاي سانتر فيوژ ، سيستم هاي عصاره گيري و بسته بندي و ...
6- صنايع ماشيني: ازقبيل صنايع بسته بندي ،صنايع چوب ، سيستم هاي سوراخ كاري ، سيستم هاي اعلان خطر و هشدار ، سيستم هاي مورد استفاده در جوش فلزات و...
7- خدمات ساختماني : از قبيل آسانسور ها كنترل هوا و تهويه ي مطبوع ،سيستم هاي روشنايي خودكارو...
8- سيستم هاي حمل و نقل : از قبيل جرثقيل ها ، سيستم هاي نوار نقاله و تجهيزات حمل و نقل و ...
9- صنايع تبديل انرژي(برق ، گاز ،آب) : از قبيل استگاههاي تويت فشار گاز ، ايستگاههاي تويد نيرو، كنترل پمپ هاي آب ، سيستم هاي آب و هواي صنعتي ، سيستم هاي تصفيه و باز يافت گازو...