نقش PLC در اتوماسيون صنعتي




امروزه در بين کشورهاي صنعتي ، رقابت فشرده و شديدي در ارائه راهکارهايي براي کنترل بهتر فرآيندهاي توليد ، وجود دارد که مديران و مسئولان صنايع در اين کشورها را بر آن داشته است تا تجهيزاتي مورد استفاده قرار دهند که سرعت و دقت عمل بالايي داشته باشند. بيشتر اين تجهيزات شامل سيستم هاي استوار بر کنترلرهاي قابل برنامه ريزي (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضي موارد که لازم باشد مي توان PLCها را با هم شبکه کرده و با يک کامپيوتر مرکزي مديريت نمود تا بتوان کار کنترل سيستم هاي بسيار پيچيده را نيز با سرعت و دقت بسيار بالا و بدون نقص انجام داد.

قابليت هايي از قبيل توانايي خواندن انواع ورودي ها (ديجيتال ، آنالوگ ، فرکانس بالا...) ، توانايي انتقال فرمان به سيستم ها و قطعات خروجي ( نظير مانيتورهاي صنعتي ، موتور، شير برقي ، ... ) و همچنين امکانات اتصال به شبکه ، ابعاد بسيار کوچک ، سرعت پاسخگويي بسيار بالا، ايمني ، دقت و انعطاف پذيري زياد اين سيستم ها باعث شده که بتوان کنترل سيستم ها را در محدوده وسيعي انجام داد.

● مفهوم کنترلرهاي قابل برنامه ريزي PLC :

در سيستم هاي اتوماسيون وظيفه اصلي کنترل بر عهده PLC است که با گرفتن اطلاعات از طريق ترمينالهاي ورودي، وضعيت ماشين را حس کرده و نسبت به آن پاسخ مناسبي براي ماشين فراهم مي کند. امکان تعريف مدهاي مختلف براي ترمينالهاي ورودي/خروجي يک PLC، اين امکان را فراهم کرده تا بتوان PLC را مستقيما به المانهاي ديگر وصل کرد. علاوه بر اين PLC شامل يک واحد پردازشگر مرکزي( CPU) نيز هست، که برنامه کنترلي مورد نظر را اجرا مي کند. اين کنترلر آنقدر قدرتمند است که مي تواند هزارها I/O را در مدهاي مختلف آنالوگ يا ديجيتال و همچنين هزارها تايمر/ کانتر را کنترل نمايد. همين امر باعث شده بتوان هر سيستمي، از سيستم کنترل ماشين هايي با چند I/O که کار ساده اي مثل تکرار يک سيکل کاري کوچک انجام مي دهند گرفته تا سيستم هاي بسيار پيچيده تعيين موقعيت و مکان يابي را کنترل نمود. اين سيستم مي تواند بدون نياز به سيم بندي و قطعات جانبي و فقط از طريق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تايمر را در آن واحد کنترل و استفاده نمايد.

● زمان پاسخ گويي Scan Time :

اين زمان بستگي به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه کاربر دارد. از يک ميکرو ثانيه تا ده ميلي ثانيه مي باشد. مثلا در مواقعي که I/O از سيستم اصلي دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سيگنالها به سيستم دورتري هستيم در نتيجه زمان اسکن زياد مي شود. همچنين مانيتور کردن برنامه کنترلي اغلب به زمان اسکن مي افزايد چرا که CPU کنترلر مجبور است وضعيت کنتاکتها، رله ها ، تايمر ها و... را روي CRT يا هر وسيله نمايشگر ديگري بفرستد.

● قطعات ورودي :

هوشمند بودن سيستم اتوماسيون بيشتر مربوط به توانايي PLC در خواندن سيگنالهاي ارسالي از انواع ورودي ها، دستي، اتوماتيک و حس گرهاي خودکار مي باشد. قطعات ورودي نظير شستي هاي استارت/ استوپ ، سوييچ ها، ميکرو سوييچ ها، سنسورهاي فتوالکتريک، proximity ، level sensor ، ترموکوپل، PT۱۰۰ و... PLC از اين سنسورها براي انجام عملياتي نظير تشخيص قطعه روي نوار نقاله حامل قطعات، تشخيص رنگ، تشخيص سطح مايعات داخل مخزن، آگاهي داشتن از مکانيزم حرکت و موقعيت جسم، تست کردن فشار مخازن و بسياري موارد ديگر، استفاده مي کند.

سيگنالهاي ورودي يا ديجيتال هستند و يا آنالوگ ، که در هر صورت ورودي هاي PLC را توان در مدهاي مختلف تنظيم و مورد استفاده قرار داد.

● قطعات خروجي :

همانطوري که مي دانيد يک سيستم اتوماسيون شده بدون داشتن قابليت اتصال به قطعات خروجي از قبيل سيم پيچ، موتور، اينورتر، شيربرقي ، هيتر و ... کامل نخواهد بود. قطعت خروجي نحوه عملکرد سيستم را نشان مي دهند و مستقيما تحت تاثير اجراي برنامه کنترلي سيستم هستند در خروجي هاي PLC نيز مدهاي مختلفي براي اعمال سيگنال به المانهاي خروجي وجود دارد.

● نقش کنترلرهاي قابل برنامه ريزي (PLC) در اتوماسيون صنعتي :

در يک سيستم اتوماسيون، PLC بعنوان قلب سيستم کنترلي عمل مي کند. هنگام اجراي يک برنامه کنترلي که در حافظه آن ذخيره شده است، PLC همواره وضعيت سيستم را بررسي مي کند. اين کار را با گرفتن فيدبک از قطعات ورودي و سنسورها انجام مي دهد. سپس اين اطلاعات را به برنامه کنترلي خود منتقل مي کند و نسبت به آن در مورد نحوه عملکرد ماشين تصميم گيري مي کند و در نهايت فرمانهاي لازم را به قطعات و دستگاههاي مربوطه ارسال مي کند.

● مقايسه تابلوهاي کنترل معمولي با تابلوهاي کنترلي مبتني بر PLC :

امروزه تابلوهاي کنترل معمولي ( رله اي ) خيلي کمتر مورد استفاده قرار مي گيرند. چرا که معايب زيادي دارند. از آنجا که اين نوع تابلوها با رله هاي الکترو مکانيکي کنترل مي شوند، وزن بيشتري پيدا مي کنند، سيم کشي تابلو کار بسيار زيادي مي طلبد و سيستم را بسيار پيچيده مي کند. در نتيجه عيب يابي و رفع مشکل آن بسيار پرزحمت بوده و براي اعمال تغييرات لازم در هر سال و يا بروز کردن سيستم بايستي ماشين را بمدت طولاني متوقف نمود که اين امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفي اين تابلوها بسيار زياد است.

با بوجود آمدن PLC، مفهوم کنترل و طراحي سيستم هاي کنترلي بطور بسيار چشمگيري پيشرفت کرده است و استفاده از اين کنترلر ها مزاياي بسيار زيادي دارد. که به برخي از اين موارد در زير اشاره کرده ايم. که با مطالعه آن مي توان به وجه تمايز PLC با ساير سيستم هاي کنترلي پي برد:

سيم بندي سيستم هاي جديد در مقايسه با سيستم هاي کنترل رله اي تا ۸۰٪ کاهش مي يابد.

از آنجاييکه PLC توان بسيار کمي مصرف مي کند، توان مصرفي بشدت کاهش پيدا خواهد کرد.

توابع عيب ياب داخلي سيستم PLC ، تشخيص و عيب يابي سيستم را بسيار سريع و راحت مي کند.

برعکس سيستم هاي قديمي در سيستم هاي کنترلي جديد اگر نياز به تغيير در نحوه کنترل يا ترتيب مراحل آن داشته باشيم، بدون نياز به تغيير سيم بندي و تنها با نوشتن چند خط برنامه اين کار را انجام مي دهيم. در نتيجه وقت و هزينه بسيار بسيار اندکي صرف انجام اينکار خواهد شد.

در مقايسه با تابلو هاي قديمي در سيستم هاي مبتني بر PLC نياز به قطعات کمکي از قبيل رله ، کانتر، تايمر، مبدل هاي A/D و D/A و... بسيار کمتر شده است. همين امر نيز باعث شده در سيستم هاي جديد از سيم بندي، پيچيدگي و وزن تابلو ها به نحو چشمگيري کاسته شود.

از آنجاييکه سرعت عملکرد و پاسخ دهي PLC در حدود ميکرو ثانيه و نهايتا ميلي ثانيه است، لذا زمان لازم براي انجام هر سيکل کاري ماشين بطور قابل ملاحظه اي کاهش يافته و اين امر باعث افزايش ميزان توليد و بالا رفتن بازدهي دستگاه مي شود.

ضريب اطمينان و درجه حفاظت اين سيستم ها بسيار بالا تر از ماشين هاي رله اي است.

وقتي توابع کنترل پيچيده تر و تعداد I/O ها خيلي زياد باشد، جايگزين کردن PLC بسيار کم هزينه تر و راحت تر خواهد بود.